TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10187-3:2013 (IEC/TR 62131-3:2011) VỀ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG – RUNG VÀ XÓC CỦA THIẾT BỊ KỸ THUẬT ĐIỆN – PHẦN 3: THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN BẰNG PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10187-3:2013

IEC/TR 62131-4:2011

ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG – RUNG VÀ XÓC THIẾT BỊ KỸ THUẬT ĐIỆN – PHẦN 4: THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN BẰNG PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT

Environmental conditions – Vibration and shock of electrotechnical equipment – Part 4: Equipment transported in raiI vehicles

Lời nói đầu

TCVN 10187-3:2013 hoàn toàn tương đương với IEC 60068-2-7:1983 và sửa đổi 1:1986;

TCVN 10187-3:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E3 Thiết bị điện tử dân dụng biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

 

ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG – RUNG VÀ XÓC THIẾT BỊ KỸ THUẬT ĐIỆN – PHẦN 4: THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN BẰNG PHƯƠNG TIỆN ĐƯỜNG SẮT

Environmental conditions – Vibration and shock of electrotechnical equipment – Part 4: Equipment transported in raiI vehicles

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này là một báo cáo kỹ thuật, rà soát các dữ liệu động có sẵn liên quan đến các thiết bị kỹ thuật điện được vận chuyển bằng phương tiện đường sắt. Mục đích là, từ toàn bộ dữ liệu có sẵn xây dựng một mô tả về môi trường và so sánh nó với mô tả về môi trường được quy định trong IEC 60721.

Đối với mỗi nguồn xác định được, tiến hành rà soát và kiểm tra chất lượng dữ liệu và tính nhất quán về nội dung. Quá trình được sử dụng để kiểm tra chất lượng dữ liệu này và quá trình được sử dụng để phân loại về bản chất nhiều nguồn dữ liệu này được đặt ra trong IEC/TR 62131-1.

Báo cáo kỹ thuật này chủ yếu xử lý các dữ liệu trích từ một số nguồn khác nhau có độ tin cậy hợp lý về mặt chất lượng và giá trị. Khi đánh giá cũng giới thiệu các dữ liệu mà chất lượng và tính xác thực mà thực tế đã không thể kiểm tra được. Các dữ liệu này được đưa vào để tạo điều kiện dễ dàng cho việc đánh giá tính xác thực của thông tin từ các nguồn khác. Báo cáo nêu rõ khi sử dụng các thông tin thuộc chủng loại này.

Báo cáo kỹ thuật này xử lý các dữ liệu về rung và xóc từ ba thực hành đo khác nhau, một thực hành đo trên hệ thống đường sắt ở Vương quốc Anh và hai thực hành đo trên hệ thống đường sắt ở Mỹ. Mặc dù một trong số các thực hành đo này liên quan tới hệ thống đa phương thức chỉ được sử dụng ở mức hạn chế trên thế giới, nhưng các dữ liệu từ thực hành này vẫn được đưa vào nhằm tạo điều kiện dễ dàng cho việc đánh giá tính xác thực của thông tin từ các nguồn khác. Đại đa số các phép đo đường sắt được rà soát là từ Mỹ, số còn lại là từ Tây Âu. Một số nguồn dữ liệu được xem xét cho thấy có sự tham gia của một số phương tiện khá cũ. Đã không thể xác định các dữ liệu đường sắt đã được xem xét khi thiết lập các độ khắc nghiệt IEC 60721 hiện tại.

Mặc dù phần lớn các thực hành đo được xem xét trong báo cáo kỹ thuật này cung cấp cả thông tin rung và xóc, nhưng một số thực hành đo thiên về các điều kiện xóc của vận chuyển đường sắt. Tính khắc nghiệt và tỷ lệ xóc hầu hết liên quan đến các trường hợp rẽ đường của các toa riêng. Các trường hợp rẽ đường của các toa riêng lại phụ thuộc vào cơ chế vận hành mà các hệ thống đường sắt quốc gia chọn áp dụng. Một số đáng kể các hệ thống đường sắt không còn áp dụng các phương pháp vận hành theo đó các đoàn tàu được lắp ráp khi các toa xe đang chở hàng hóa đắt tiền (ngoại trừ khi vận chuyển nguyên liệu khoáng sản hàng rời). Các hệ thống đường sắt khác sử dụng có chủ ý các toa chất lượng tốt và/hoặc các quy trình vận hành nhằm giảm thiểu đáng kể hiện tượng xô hàng hóa. Các cơ chế này nhằm giảm thiểu độ khắc nghiệt xóc đối với các thiết bị nhạy cảm như thiết bị kỹ thuật điện.

Tương đối ít dữ liệu được rà soát được cấp ở dạng điện tử. Để cho phép so sánh, một lượng dữ liệu ban đầu (không phải dạng điện tử) đã được số hóa thủ công trong báo cáo kỹ thuật này.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là không thể thiếu đối với việc áp dụng tiêu chuẩn. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

IEC 60068-2 (tất cả các phần), Thử nghiệm môi trường – Phần 2: Các thử nghiệm

IEC 60721 (tất cả các phần), Phân loại điều kiện môi trường

IEC 60721-3 (tất cả các phần), Phân loại điều kiện môi trường – Phần 3: Phân loại theo nhóm các tham số môi trường và độ khắc nghiệt của chúng.

IEC 60721-3-2: 1997, Phân loại các điều kiện môi trường – Phần 3: Phân loại theo nhóm các tham số môi trường và độ khắc nghiệt của chúng – Mục 2: Vận chuyển

IEC/TR 60721-4-2, Phân lớp các điều kiện môi trường – Phần 4-2: Hướng dẫn về mối tương quan và biến đổi các lớp điều kiện môi trường của IEC 60721-3 theo các thử nghiệm môi trường của IEC 60068 – Vận chuyển

3. Nguồn dữ liệu và chất lượng

3.1. Các phép đo đường sắt ở Vương quốc Anh

Dữ liệu rung trong [1] từ hệ thống đường sắt ở Vương quốc Anh là tương đối cũ (1980) và đã được Bộ Quốc phòng Vương quốc Anh đặt làm để tổng hợp các kiến thức hiện có về các môi trường xóc và rung mà hàng hóa phải chịu khi được vận chuyển đường sắt ở Vương quốc Anh. Ban đầu báo cáo đưa ra năm phương pháp vận hành được sử dụng tại thời điểm đó trong phạm vi Vương quốc Anh. Tuy nhiên, một vài trong số các phương pháp này không còn được áp dụng nữa.

Báo cáo chỉ ra các yếu tố chính gây ra môi trường rung bên trong phương tiện là như sau:

– Các đặc tính của phần gầm của phương tiện (giảm xóc, khoảng cách giữa các trục bánh xe, v.v…);

– Điều kiện tuyến đường;

– Tốc độ phương tiện;

– Điều kiện chất tải phương tiện.

Báo cáo kỹ thuật này chứa đựng các thông tin về rung được gọi là từ các phương tiện “ở trường hợp xấu nhất” (hai trục, khoảng cách ngắn giữa hai các trục xe, giảm xóc đơn), các phương tiện có giảm xóc trung gian (khoảng cách giữa các trục xe dài hơn) và các phương tiện có giảm xóc tiên tiến (khoảng cách dài giữa các trục xe, giảm xóc tốt cối chuyển hướng và phanh khí). Dữ liệu là tần số tương đối thấp (thấp hơn 100 Hz) nhưng cao hơn tần số lọc thông thấp (10 Hz đến 20 Hz – báo cáo không quy định cụ thể về tần số ngưỡng suy giảm thực tế). Báo cáo thừa nhận rằng thành phần tần số cao hơn không tồn tại nhưng không đưa ra thông tin chung. Mặc dù báo cáo chỉ ra rằng với khoảng cách tà vẹt đường sắt xấp xỉ 0,7 m, có thể dự đoán một thành phần thẳng đứng giữa 20 Hz và 40 Hz đối với các tốc độ từ 50 km/h đến 100 km/h. Báo cáo không cung cấp thông tin bất kỳ về các lỗi thống kê trên các dữ liệu đã đo, kể cả khoảng thời gian các phép đo. Cũng không có bất kỳ thông tin cụ thể về vị trí chính xác của bộ chuyển đổi hoặc các phương tiện cụ thể đã sử dụng.

Báo cáo chỉ ra rằng xóc, đặc biệt là xóc theo chiều dọc, có thể xảy ra giữa hai phương tiện trong khi đang chạy là hệ quả của tương tác phương tiện – phương tiện sinh ra do ảnh hưởng của lực kéo, phanh và độ dốc. Mức khắc nghiệt của các xóc như vậy thường được xác định bởi sự sắp xếp nối toa và điều kiện phanh. Các phương tiện có thể được trang bị phanh chân không, phanh khí hoặc không có phanh. Việc ghép giữa các toa xe có thể cho phép dịch chuyển theo chiều dọc (ghép lỏng) hoặc không có dịch chuyển (ghép chặt).

Báo cáo chỉ ra rằng các xóc quan trọng là do va đập mạnh khi rẽ đường trong các bãi dồn toa. Mức khắc nghiệt xóc phụ thuộc vào tốc độ va đập, các đặc tính bộ giảm chấn và tổng khối lượng của toa. Báo cáo giải thích về hai loại giảm chấn được sử dụng: lò xo và thủy lực. Các bộ giảm chấn lò xo cũ hơn giới hạn các gia tốc theo chiều dọc cho đến khi các lò xo nén chặt lại, thường ở tốc độ va đập khoảng 8 km/h, sau đó các mức gia tốc tăng nhanh. Vì lò xo là các hệ thống tích trữ năng lượng tuyến tính nên khi năng lượng được giải phóng, nó có thể gây ra sự “chuyển động chạy đi chạy về” của các phương tiện. Vì lò xo là tuyến tính nên xóc va đập gần đúng với nửa hình sin cổ điển. Các bộ giảm chấn thủy lực được trang bị cho các toa mới hơn và đặc biệt được thiết kế nhằm giảm nhẹ ảnh hưởng xóc. Chúng được thiết kế để tạo ra độ trễ ít thay đổi hơn trên toàn dải tốc độ va đập, thường là lớn hơn nhiều so với các hệ thống lò xo. Năng lượng giải phóng gây ra “chuyển động chạy đi chạy về” cũng giảm đi đáng kể. Các đặc tính xóc va đập được lấy xấp xỉ dạng xung hình thang. Báo cáo đưa ra một phân bố của các vận tốc va đập rẽ đường thực tế (sao lại trên Hình 3).

Nhìn chung, các dữ liệu trong báo cáo không thể được coi là đáp ứng đầy đủ các tiêu chí cần thiết đối với chất lượng dữ liệu (hạng mục dữ liệu đơn lẻ). Điều này phần lớn là do không thể xác định được nguồn và chất lượng thống kê của dữ liệu. Tuy nhiên báo cáo vẫn được đưa vào, chủ yếu bởi vì nó đưa ra một nền tảng tốt cho nguồn và các ảnh hưởng đối với môi trường xóc cũng như rung đường sắt.

3.2. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Xóc theo chiều dọc

Tài liệu tương đối mới này (1995) (xem [2]) của Hiệp hội Đường sắt Mỹ là về phép đo và phân tích các xóc đường sắt theo chiều dọc. Mặc dù tiêu đề của tài liệu hàm ý mô tả một thực hành đo và phân tích, nhưng trên thực tế, phần lớn báo cáo bao gồm phần thảo luận chung về bối cảnh. Kết quả là, khó có thể xác định liệu nguồn dữ liệu có đạt được các tiêu chí yêu cầu hay không. Nguồn dữ liệu hoàn toàn chỉ liên quan tới các xóc rẽ đường trên hệ thống đường sắt Mỹ. Báo cáo bao gồm thông tin về xóc theo chiều dọc trong bảng kê liên quan tới các va đập giữa

– toa móc nối tiêu chuẩn đâm vào toa móc nối tiêu chuẩn với vận tốc 1,8 m/s – 2,7 m/s (4 dặm/h đến 6 dặm/h),

– toa đệm M921 đâm vào toa móc nối tiêu chuẩn với vận tốc 1,8 m/s – 3,8 m/s (4 dặm/h đến 8,6 dặm/h),

– toa đệm M921D đâm vào toa móc nối tiêu chuẩn với vận tốc 1,8 m/s đến 3,6 m/s (4 dặm/h đến 8 dặm/h),

– toa đệm M921 đâm vào toa đệm M921 với vận tốc 1,8 m/s – 3,6 m/s (4 dặm/h đến 8 dặm/h),

– toa đệm M921D đâm vào toa đệm M921 với vận tốc 1,8 m/s – 3,7 m/s (4 dặm/h đến 8,4 dặm/h),

– toa đệm M921D đâm vào toa đệm M921D với vận tốc 1,8 m/s – 3,7 m/s (4 dặm/h đến 8,4 dặm/h),

– toa đệm đâm vào toa đệm (không rõ chủng loại) với vận tốc 1,3 m/s – 4,0 m/s (2 dặm/h đến 9,0 dặm/h).

Tài liệu chỉ ra rằng các toa móc nối tiêu chuẩn là loại giảm chấn lò xo với hành trình khoảng 85 mm và mức cản dịu nhỏ. Các toa đệm có đầu giảm chấn thủy lực với hành trình đầu giảm chấn trong khoảng từ 250 mm đến 500 mm. Các phép đo được thực hiện với tốc độ lấy mẫu 256 mẫu/giây (sps) và với bộ lọc khử răng cưa đặt ở 60 Hz. Ứng với mỗi va đập, thực hiện ghi trong khoảng thời gian 2 s (mặc dù thực tế không có xóc nào sử dụng hết cửa sổ đo đó). Có thể suy ra rằng các phép đo đã được thực hiện chỉ với một bộ chuyển đổi ba trục duy nhất chắc là được bố trí trong một bộ ghi kỹ thuật số EDR-3. Vị trí thực tế của các bộ chuyển đổi/bộ ghi EDR-3 không được nêu. Các vận tốc tác động đường sắt nhận được bằng cách sử dụng súng radar (độ chính xác không được nêu). Bộ chuyển đổi EDR-3 tích hợp thường là loại điện trở-áp điện và có thể phân giải thành điện một chiều. Nếu như vậy sẽ là một lựa chọn tốt đối với phép đo các xung kéo dài được xem xét trong công trình này.

Báo cáo trình bày gia tốc dương đỉnh, gia tốc âm đỉnh, giá trị hiệu dụng và hệ số đỉnh đối với dữ liệu 60Hz, đối với dữ liệu lọc 10 Hz và dữ liệu lọc 3 Hz. Dựa trên dữ liệu lọc 10 Hz và 3 Hz, suy ra khoảng thời gian xóc và thay đổi vận tốc. So sánh thay đổi vận tốc với vận tốc va đập toa đo được. Một tỷ lệ đáng kể báo cáo được dành cho việc xác định sự so sánh vận tốc này.

Dữ liệu trong báo cáo liên quan đặc biệt đến các điều kiện xóc rẽ đường. Dữ liệu này không thể được coi là đủ đáp ứng các tiêu chí về tính xác thực yêu cầu đối với chất lượng dữ liệu (một dữ liệu duy nhất). Điều này phần lớn là do không thể xác định được nguồn và chất lượng thống kê của dữ liệu. Tuy nhiên, thông tin có tính truy nguồn ở mức độ nào đó và trên thực tế là tốt nhất có được.

3.3. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Môi trường liên vận

Công trình tương đối gần đây (1991) này của Hiệp hội Đường sắt Mỹ (xem [3]) liên quan đến phép đo và phân tích các điều kiện rung và xóc mà các container theo tiêu chuẩn ISO phải chịu khi vận chuyển bằng cả đường sắt và đường bộ. Mục tiêu rõ ràng là thiết lập mối quan hệ giữa các điều kiện rung và xóc phải chịu trong khi di chuyển bằng đường sắt và đường bộ. Bản tóm tắt kỹ thuật mô tả thực hành phép đo và phân tích và trình bày một số kết quả. Mặc dù không dễ dàng xác định được tính xác thực của dữ liệu và chất lượng thực hiện nếu chỉ căn cứ vào bản tóm tắt kỹ thuật, nhưng nguồn lại được hỗ trợ bởi nhiều báo cáo kỹ thuật riêng lẻ đối với từng giai đoạn (xem [4], [5] và [6]). Ngoài ra, còn có báo cáo “tóm tắt trình lãnh đạo” (xem [4]), một phần trong đó được sao lại dưới đây. Nguồn dữ liệu liên quan gần như hoàn toàn tới các container ISO trên hệ thống đường sắt Mỹ và Canađa.

Nghiên cứu được chia thành ba giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Một toa xe có sàn để chở xe moóc (TOFC) tiêu chuẩn 27 m (89 foot) chở hai xe moóc và được di chuyển hơn 14 500 km (9 000 dặm) qua núi, đồi nhấp nhô và đất bằng trên các tuyến đường xuyên lục địa ở Mỹ và Canada.

• Giai đoạn 2: Bốn container tiêu chuẩn ISO 12 m (40 foot) mang tải được vận chuyển trên các đoàn tàu liên vận chuyên dụng hơn 18 000 km (10 900 mile) trong các hành lang đường sắt chủ yếu ở Mỹ. Các container thử nghiệm được vận chuyển trong các toa đường sắt xếp hai tầng, trên toa xe có sàn nối khớp chở container (COFC) và các toa xe TOFC nối khớp. Nối khớp là cách nối các toa xe nhằm loại bỏ chuyển động chùng giữa chúng.

• Giai đoạn 3: Một xe moóc liên vận 14 m (45 foot) đi hơn 4 200 km (2600 mile) đường cao tốc liên bang, 1 900 mile (3 050 km) đường cao tốc cấp 1 (không phải là đường liên bang) và 2 253 km (1 400 mile) đường phố đô thị. Dữ liệu cũng được thu thập đối với các thao tác bốc lên/bốc xuống tại một số đoạn dốc liên vận.

Báo cáo cho thấy có những hệ thống ghi dữ liệu khác nhau đã được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau. Đối với giai đoạn 1, đã sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu 18 kênh cũng như sáu bộ ghi dữ liệu khép kín. Hai bộ ghi dữ liệu được lắp đặt trên mỗi xe moóc và container thử nghiệm. Hệ thống đa kênh lấy mẫu với tốc độ 128 mẫu/giây với một bộ lọc ở 30 Hz. Khoảng thời gian ghi tổng cộng bằng khoảng 11% của tổng số 4 200 km (2 600 dặm) vận tải đường sắt. Sáu khối trọn bộ đo hầu hết các xóc và sử dụng tốc độ lấy mẫu 1 600 Hz vào các file 0,5 s. Hai giai đoạn còn lại sử dụng hai bộ ghi trọn bộ. Một bộ ghi được lập trình để ghi dữ liệu rung ngẫu nhiên ở các khoảng thời gian đặt trước với ngưỡng 0,1 g. Bộ ghi còn lại được lập trình để chỉ ghi các mức gia tốc vượt quá ngưỡng 0,5 g đặt trước, cung cấp các dữ liệu xóc cho mỗi phương tiện thử nghiệm. Hai bộ ghi dữ liệu được lập trình trước, các gia tốc kế theo chiều dọc, chiều ngang và chiều thẳng đứng có khả năng đo DC (điện trở áp điện – piezoresistive). Tốc độ lấy mẫu là 250 mẫu/giây trong cả hai trường hợp.

Thông tin trong báo cáo này được giới hạn tới các container ISO lớn 12 m (40 foot) và các hệ thống đường sắt Mỹ/Canađa. Tuy nhiên, chất lượng thông tin là tốt và đáp ứng các tiêu chí về tính xác thực cần thiết đối với chất lượng dữ liệu (hạng mục dữ liệu đơn lẻ).

3.4. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu môi trường xóc và rung trong toa hộp

Công trình tương đối gần đây (1991) này của Hiệp hội Đường sắt Mỹ (xem [8]) là về phép đo và phân tích các điều kiện rung và xóc mà các toa hộp loại tiêu chuẩn cũng như loại có đệm. Có nhiều điểm chung tồn tại giữa nghiên cứu này và nghiên cứu được báo cáo ở trên. Các dữ liệu được ghi trong khoảng 16 chặng đường đi qua khoảng 40 000 km (25 000 dặm) và bao gồm 14 loại toa hộp khác nhau. Các toa hộp được gắn dụng cụ đo được chất tải khác nhau và được bố trí ở các vị trí khác nhau trong đoàn tàu. Mỗi toa hộp có từ 2 đến 4 bộ ghi dữ liệu đã lập trình, mỗi bộ có một gia tốc kế điện trở áp điện ba trục tích hợp duy nhất. Một bộ ghi được lập trình để ghi các dữ liệu rung ngẫu nhiên trong 4 s cách nhau các khoảng thời gian đặt trước với ngưỡng là 0,1 g. Bộ ghi kia được đặt để ghi 2 s dữ liệu, nhưng chỉ khi mức gia tốc vượt quá ngưỡng 0,5 g đặt trước trong 15,6 ms, cung cấp dữ liệu xóc cho từng phương tiện thử nghiệm. Trong cả hai trường hợp, tốc độ lấy mẫu của bộ ghi là 256 mẫu/giây. Một cặp bộ ghi được đặt gần hết mức tâm của sàn đặt tải.

Báo cáo nghiên cứu, cũng như trường hợp trong nghiên cứu trước, trình bày các xác suất biên độ đối với dữ liệu xóc và dữ liệu PSD đối với dữ liệu rung.

Thông tin trong báo cáo này giới hạn ở các tòa hộp trên hệ thống đường sắt Mỹ. Tuy nhiên chất lượng thông tin tốt và đáp ứng các tiêu chí cần thiết về tính xác thực đối với chất lượng dữ liệu (hạng mục dữ liệu đơn lẻ).

3.5. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu môi trường xóc và rung đối với thiết bị đường sắt

Công trình tương đối gần đây (1992) này của Hiệp hội Đường sắt Mỹ (xem [9]) là về phép đo và phân tích các điều kiện rung và xóc mà các xe moóc phải chịu khi chở trên thiết bị đường sắt Mk IV và Mk V. Có nhiều điểm chung giữa nghiên cứu này và hai nghiên cứu trên. Dữ liệu được ghi trên hai tuyến khác nhau bao gồm hai loại thiết bị đường sắt. Tám loại tải trọng được sử dụng, mỗi loại thiết bị đường sắt chở bốn loại tải trọng, tuy nhiên các tải trọng này không đồng nhất đối với cả hai trường hợp. Mỗi xe moóc có lắp thiết bị đo có hai bộ ghi dữ liệu được lập trình trước, mỗi bộ ghi có một máy đo gia tốc điện trở áp điện ba trục tích hợp duy nhất. Một bộ ghi được lập trình để ghi 4 s dữ liệu rung ngẫu nhiên ở các khoảng thời gian đặt trước với mức ngưỡng 0,1 s. Bộ ghi kia được đặt để ghi 2 s dữ liệu nhưng chỉ khi mức gia tốc vượt quá ngưỡng 0,5 s đặt trước trong 15,6 ms, cung cấp dữ liệu xóc đối với từng phương tiện thử nghiệm. Trong cả hai trường hợp, tốc độ độ lấy mẫu đều là 256 mẫu/giây. Một cặp bộ ghi được đặt gần hết mức ngưỡng cửa ra vào (có lẽ là cửa sau) đặt ở trung tâm theo chiều ngang trên sàn đặt hàng hóa.

Báo cáo nghiên cứu, cũng như trường hợp trong nghiên cứu trước, trình bày các xác suất biên độ đối với dữ liệu xóc và dữ liệu PSD đối với dữ liệu rung.

Thông tin trong báo cáo này giới hạn ở một kiểu thiết bị cho phép phương tiện đường bộ có thể vận chuyển bằng đường sắt trên hệ thống đường sắt Mỹ. Ở đây cũng vậy chất lượng thông tin tốt và đáp ứng các tiêu chí cần thiết về tính xác thực đối với chất lượng dữ liệu (hạng mục dữ liệu đơn lẻ).

3.6. Dữ liệu bổ sung

Hành động thu thập dữ liệu thực hiện trước đánh giá này cũng đã xác định các bộ thông tin liên quan lấy từ các nguồn có uy tín nhưng chất lượng dữ liệu không thể kiểm chứng được một cách thích đáng. Tuy nhiên, chúng vẫn được đưa vào đây để tạo điều kiện dễ dàng cho việc xác nhận các dữ liệu từ các nguồn khác, cần cẩn trọng khi sử dụng thông tin thuộc chủng loại này.

Johnson. Giữa những năm 1970, G.E. Johnson thuộc công ty Cambridge Consultants ở Vương quốc Anh đã được Bộ Quốc phòng Vương quốc Anh tài trợ để rà soát môi trường xóc vận tải. Báo cáo sau cùng của công tác này (xem [10]) được cung cấp năm 1976 và bao gồm việc rà soát lại đáng kể các dữ liệu xóc đường sắt sẵn có. Tất cả các xóc được báo cáo đều là từ các va đập giữa các toa khi rẽ đường. Báo cáo bao gồm một số các tài liệu tham chiếu chứa các dữ liệu xóc rẽ đường đường sắt. Tuy nhiên tất cả các tài liệu này đều là từ trước năm 1970 và nhiều tài liệu liên quan đến các nguồn dữ liệu không thể thu nhận được (do đó không được sao lại ở đây). Hơn nữa thông tin mà Johnson đưa ra về cách rẽ đường (Hình 28) không mang tính đại diện cho cách sử dụng trên hệ thống đường sắt ở Vương quốc Anh những năm gần đây.

Các phương tiện đường sắt khác nhau ở Mỹ vào khoảng năm 1970. Như một phần của thực hành đo, trong những năm đầu của thập kỷ 1970, để chuẩn hóa các mức khắc nghiệt thử nghiệm dùng cho các quy cách kỹ thuật quân sự Mil std 810 của Mỹ, J.T. Foley (xem [11]) thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia National Laboratories của Mỹ đã thực hiện công trình nghiên cứu sâu rộng nhằm xác định các mức khắc nghiệt trong vận chuyển trên một số xe sàn trong đó có các phương tiện đường sắt. Theo mức độ có thể xác định, các phương tiện này sử dụng các tuyến và điều kiện đường sắt thực tế ở Mỹ. Thông tin về rung bao gồm dữ liệu từ 3 hành trình và dữ liệu khác đã công bố “khác” (không rõ nguồn). Tổng cộng 22 sự kiện đã được tóm tắt lên tới 350 Hz. Mặc dù đã xem xét một số phép đo khác nhau, nhưng quá trình được sử dụng đã không cho phép xác định thông tin từ các phương tiện riêng lẻ. Hơn nữa, quá trình phân tích mà Foley đã sử dụng trong suốt công trình của mình là tương đối độc đáo và không tương thích ngay được với các thông tin khác được trình bày trong đánh giá này.

Wagon GDE capacité. Thông tin nằm trong quy cách kỹ thuật quân sự Pháp GAM EG 13 (xem [12]) từ ba phương tiện khác nhau. Các phép đo được thực hiện theo nhiều điều kiện đường sắt và tốc độ thực tế khác nhau (mặc dù không rõ bản chất chính xác). Tất cả các dữ liệu đều được trình bày dưới dạng PSD ở độ phân giải tần số 1 Hz (hoặc tốt hơn). Không rõ khoảng thời gian ghi được sử dụng để phân tích là bao nhiêu và do đó không thể xác định sai số ngẫu nhiên của phân tích. Các phổ rung phủ chồng đối với một phương tiện được thể hiện đối với các tốc độ phương tiện 90 km/h, 100 km/h và 120 km/h tương ứng. Ngoài ra phổ đáp ứng xóc đối với các đâm va ở 4 km/h và 7 km/h cũng được thể hiện.

Các dữ liệu pha tạp. Trong quá trình tìm kiếm dữ liệu, đã xác định được một số nguồn dữ liệu có thể có nhưng không thể truy tìm nguồn gốc dữ liệu ở mức độ hợp lý. Các nguồn này được đưa vào đây để cho đầy đủ vì chúng có thể giúp củng cố các thông tin từ các nguồn có khả năng truy nguồn hơn. Hầu hết các nguồn này là của Tiến sĩ Ulrich Braunmiller và công trình SRETS được EC tài trợ. Các đáp ứng chiều thẳng đứng từ hai phương tiện đường sắt trình bày trong ASTM D4728-91 (xem [13]). Tuy nhiên, các dữ liệu này rất có thể là các dữ liệu của Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Môi trường liên vận. Công trình SRETS cũng thu thập dữ liệu từ Tiêu chuẩn Quốc phòng Vương quốc Anh (Defence Standard) Def Stan UK 00-35; mà tiêu chuẩn này lại dựa trên các phép đo đường sắt ở Vương quốc Anh đã thu thập được làm tài liệu.

4. So sánh nguồn dữ liệu nội bộ

4.1. Nhận xét chung

Mục đích của các đoạn sau đây là để rà soát lại tính nhất quán của từng nguồn dữ liệu. Trong quá trình đánh giá dữ liệu rung, có tính đến sự thay đổi của rung do thông lệ vận hành và các đặc tính máy bay. Mức tin cậy nhận được từ việc rà soát này ảnh hưởng trực tiếp đến các mức phân tích và bao quát được sử dụng khi suy ra các mức khắc nghiệt môi trường.

4.2. Các phép đo đường sắt ở Vương quốc Anh

Báo cáo từ hệ thống đường sắt Vương quốc Anh (xem [1]) thực hiện các phép so sánh nhiều lần nhưng không quy định cơ sở cho việc so sánh. Liên quan đến rung, báo cáo gợi ý rằng rung theo chiều thẳng đứng khắc nghiệt hơn chút ít so với rung theo chiều ngang phương tiện, còn rung theo chiều dọc phương tiện thường là không đáng kể. Tuy nhiên, báo cáo cho thấy phương tiện này có hệ thống giảm xóc đơn giản, điều này là tệ hơn nhiều theo trục thẳng đứng (các phương tiện đơn giản này nói chung tất cả đều được sử dụng để vận chuyển khoáng sản). Báo cáo chứa thông tin có giới hạn về rung, được biểu diễn trong Hình 1 và Hình 2 và liên quan đến trục thẳng đứng và trục ngang của phương tiện. Thông tin sơ lược về biên độ được tóm tắt trong Bảng 1.

Báo cáo chỉ ra rằng xóc theo chiều dọc có thể xảy ra giữa hai phương tiện trong khi đang chạy như một hệ quả của tương tác phương tiện với phương tiện phát sinh từ các hiệu ứng kéo, hãm và dốc. Mức khắc nghiệt của các xóc như vậy nhìn chung được xác định bởi việc sắp xếp ghép nối phương tiện và điều kiện hãm. Các phương tiện có thể được trang bị với phanh chân không, phanh khí hoặc không có phanh. Ghép nối các toa xe có thể cho phép dịch chuyển theo chiều dọc (ghép lỏng) hoặc không cho phép dịch chuyển động theo chiều dọc (ghép chặt). Xóc theo chiều dọc tối đa điển hình được cho như sau:

– Ghép nối chặt, được phanh hoàn toàn 0,2 g,

– Ghép nối lỏng, được phanh hoàn toàn 0,5 g,

– Ghép nối lỏng, không được phanh 0,2 g.

Báo cáo chỉ ra rằng các xóc quan trọng là do va đập mạnh khi rẽ đường trong các bãi dồn toa. Mức khắc nghiệt xóc phụ thuộc vào tốc độ va đập, các đặc tính bộ giảm chấn và tổng khối lượng của toa. Báo cáo giải thích về hai loại giảm chấn được sử dụng: lò xo và thủy lực. Báo cáo chỉ ra rằng xóc theo chiều dọc có khoảng thời gian dài nhất nhưng không nhất thiết có biên độ lớn nhất. Do vị trí của trọng tâm của toa ở trên độ cao bộ giảm chấn nên các xóc phương thẳng đứng điển hình có thể có biên độ gia tốc lớn hơn gấp rưỡi so với các xóc theo chiều dọc nhưng với khoảng thời gian chỉ là 10 ms. Mức khắc nghiệt của các xóc theo chiều ngang thay đổi nhiều hơn nhưng có thể có cùng biên độ gia tốc lớn hơn như các xóc theo chiều dọc nhưng với khoảng thời gian chỉ là 20 ms. Các giá trị gia tốc theo chiều dọc lớn nhất điển hình được cho như sau:

– Giảm chấn lò xo, toa đầy tải trước khi các bộ = 1,5 g, giảm chấn bị nén hoàn toàn

– Giảm chấn lò xo, toa non tải trước khi các bộ = 3,0 g, giảm chấn bị nén hoàn toàn

– Giảm chấn lò xo, toa đầy tải sau khi các bộ ≥ 15,0 g, giảm chấn bị nén hoàn toàn

– Giảm chấn thủy lực, toa đầy tải đâm va ở 8 = 2,0 g (gấp đôi so với toa non tải) km/h

– Giảm chấn thủy lực, toa đầy tải đâm va ở 15 = 4,0 g (gấp đôi so với toa non tải) km/h

Báo cáo không thiết lập cơ sở để suy ra các giá trị này.

4.3. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Xóc theo chiều dọc

Tài liệu tương đối gần đây (1995) của Hiệp hội Đường sắt Mỹ chỉ là về phép đo và phân tích các xóc theo chiều dọc đường sắt. Mặc dù báo cáo rút ra một số chỉ số mà về bản chất có phần hiển nhiên, nhưng lại trình bày các dữ liệu ở dạng tóm tắt được lựa chọn rất có ích để từ đó người đọc tự mình đánh giá. Thông tin trình bày bao gồm các giá trị đỉnh và giá trị hiệu dụng hầu hết đã được sàng lọc ở ba tần số khác nhau. Báo cáo trình bày các xung xóc theo chiều dọc điển hình từ các đâm va với các kiểu toa khác nhau (nêu trong Hình 4). Báo cáo cũng trình bày các mức gia tốc (dương và âm) đối với khoảng 96 đâm va rẽ đường của các loại toa khác nhau ở một dải tốc độ (Hình 5 và 6). Đối với cùng các đâm va này, các giá trị hiệu dụng và các hệ số đỉnh cũng được trình bày (Hình 7 và 8). Tuy nhiên, một nhận xét đáng kể của báo cáo là đưa ra mối quan giữa năng lượng của xóc theo chiều dọc và năng lượng va đập (Hình 9). Các kết luận của báo cáo hàm ý rằng hệ thống đệm giảm chấn càng tốt thì biên độ xóc càng thấp hơn và khoảng thời gian xóc càng dài hơn (Hình 19).

Dữ liệu xóc trình bày trong báo cáo này chỉ thị mối liên hệ sâu xa giữa biên độ xóc và khoảng thời gian xóc đối với các kiểu phương tiện khác nhau. Tuy nhiên, một số dữ liệu rõ ràng nằm ngoài xu hướng này và dữ liệu đáng lưu ý nhất về vấn đề này được ghi là “phương tiện có đệm đâm vào phương tiện có đệm – không rõ chủng loại”. Báo cáo không bình luận gì về dữ liệu bất thường này mặc dù các dấu chấm hỏi được đặt ra đối với tính ứng dụng của nó.

4.4. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Môi trường liên vận

Phần công trình này của Hiệp hội Đường sắt Mỹ bao gồm phép đo và phân tích cả hai điều kiện rung và xóc mà các container ISO tiêu chuẩn phải chịu khi được vận chuyển trên cả đường sắt và đường bộ. Mỗi giai đoạn được thiết kế để đo các điều kiện rung và xóc trên các phương tiện đường sắt và đường bộ khác nhau. Mục đích chính rõ ràng của đánh giá là so sánh giữa đường sắt và đường bộ, nhưng cũng có thể so sánh về mặt nào đó trong nội bộ phương tiện đường sắt. Đặc biệt một sự so sánh giữa các trục đã được đưa vào. Báo cáo bao gồm một phân bố các biên độ xóc và rung và một lần nữa, điều này cho thấy các biên độ đỉnh là một phần của một phân bố hợp lý và không dựa trên một số kết quả bất thường.

Những phát hiện từ các phép đo xóc (được tổng hợp trong Bảng 5) là như sau:

a) Phân bố các mức xóc gia tốc đã được thiết lập đối với mỗi loại thiết bị và kiểu vận chuyển. Sự so sánh chính xác không có được ngay từ dữ liệu được trình bày. Tuy nhiên, phần tổng hợp trình bày trong Bảng 5 cho thấy các giá trị của độ lệch chuẩn khá cao so với các giá trị trung bình. Điều này dường như bắt nguồn từ một số ít (< 1%) các giá trị có biên độ lớn hơn nhiều những giá trị còn lại. Nói chung, điều này gợi ý một phân bố rất lệch với các giá trị cực đoan xảy ra với một tỷ lệ xuất hiện tương đối thấp.

b) Xóc theo chiều dọc. Hình 11 và Bảng 2 trình bày phân bố các xóc theo chiều dọc. Như có thể thấy, mặc dù phân bố của môi trường xóc toa xe có sàn để chở xe moóc (TOFC) tiêu chuẩn 27 m (89 foot) thường nghiêm trọng nhất trong hướng chiều dọc nhưng nó không tạo ra các điều kiện cực đoan khắc nghiệt nhất.

c) Xóc theo chiều ngang. Hình 12 và Bảng 3 trình bày phân bố xóc theo chiều ngang. Trục theo chiều ngang cho thấy ít khắc nghiệt nhất về mặt phân bố xóc cũng như các điều kiện cực đoan.

d) Xóc theo phương thẳng đứng. Hình 13 và Bảng 4 trình bày phân bố xóc theo phương thẳng đứng. Các xóc này tương đối giống với các giá trị theo chiều dọc tương ứng.

Những phát hiện từ các phép đo rung là như sau:

1) Báo cáo chỉ ra rằng các rung đường sắt theo phương thẳng đứng là có thể so sánh với hoặc thấp hơn so với đường phố đô thị và các đường cao tốc chính. Các mức rung đỉnh được nêu trong Bảng 6. Báo cáo bao gồm mật độ phổ công suất (PSD) liên quan đến các giá trị trung bình cũng như giá trị đỉnh. Tiếc là chúng được vẽ trên các thang đường thẳng – đường thẳng, khó có thể sao lại ở đây. PSD đỉnh đối với trục thẳng đứng được thể hiện trên Hình 14. Hình vẽ cho thấy các rung đối với các loại toa xe khác nhau tương đối nhất quán trên dải tần số mà tại đó có các thông tin nhận được.

2) Các mức rung theo chiều ngang được tổng hợp trong Bảng 6. PSD đỉnh đối với trục ngang được biểu diễn trên Hình 15. Tính nhất quán của phổ theo chiều ngang từ nhiều loại toa xe khác nhau không được tốt như đối với trục thẳng đứng, nhưng xu hướng chung vẫn còn nhận ra được.

3) Các mức rung theo chiều dọc được tổng hợp trong Bảng 6. PSD đỉnh đối với trục chiều dọc được biểu diễn trên Hình 16. Những sai khác rõ nét tồn tại trong các phép đo theo chiều dọc đối với các kiểu phương tiện khác nhau. Không xác định được các xu hướng thực trong các dữ liệu.

4.5. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu môi trường xóc và rung trong toa hộp

Nghiên cứu này rõ ràng là bước tiếp theo nghiên cứu trước đó và tác giả của báo cáo nghiên cứu này cũng là một trong số các tác giả của các báo cáo nghiên cứu trước đó. Như một hệ quả, sẽ là hợp lý nếu như mong đợi rằng các điều kiện khắc nghiệt đã được so sánh với những điều kiện của các nghiên cứu trước đó. Trong nghiên cứu này báo cáo so sánh, đối với xóc cũng như rung, các khác biệt giữa các toa xe tiêu chuẩn và các toa xe đệm cũng như vị trí trong toàn bộ đoàn tàu. Công trình cũng so sánh ảnh hưởng của trục phép đo. Một thiếu sót cơ bản trong các kết quả là không so sánh thời gian xóc (đây cũng là thiếu sót của nghiên cứu trước đó). Đúng là có phần đáng thất vọng bởi vì nghiên cứu này về xóc theo chiều dọc có cho thấy rằng thời gian xóc là có liên quan.

Các Hình 17 tới 19 trình bày các đáp ứng rung theo phương thẳng đứng, theo chiều ngang và theo chiều dọc ở giữa và đầu các toa xe tiêu chuẩn cũng như các toa xe đệm. Các hình chỉ cho thấy các mật độ phổ công suất giữ đỉnh bởi vì sử dụng các thang đo log – đường thẳng trong báo cáo gây khó khăn trong việc tạo các giá trị trung bình ở đây. Các đáp ứng theo phương thẳng đứng là nhất quán đối với tất cả bốn bản tổng hợp phép đo lên tới khoảng 5 Hz, ở tần số cao hơn, sự khác biệt giữa các toa xe có đệm và các toa xe tiêu chuẩn là rõ ràng. Các phép đo theo chiều ngang kém nhất quán hơn nhưng cũng có phần nào giống như các phép đo theo phương thẳng đứng. Các phép đo theo chiều dọc là kém nhất quán nhất: các toa xe tiêu chuẩn cho thấy những biểu hiện là các phép đo có thể bao gồm một số va đập.

Các phân bố xác suất xóc đỉnh – đỉnh được thể hiện trên các Hình 20, 21, 22 và 23 và được tổng hợp trong Bảng 7. Các phân bố này là đối với cả ba trục, ở giữa và đầu các toa hộp tiêu chuẩn cũng như các toa hộp có đệm. Các dữ liệu cho thấy các xóc đỉnh ở giữa và đầu các toa xe đệm là khác nhau nhưng lại tương đối giống nhau ở các toa xe tiêu chuẩn. Rõ ràng là từ các giá trị của giá trị cực đoan đo được (Bảng 7), các xóc ở các toa hộp có đệm là tương đồng với các xóc ở các toa hộp tiêu chuẩn theo các trục thẳng đứng và trục theo chiều ngang. Tuy nhiên đối với toa hộp tiêu chuẩn, các giá trị theo trục chiều dọc lớn hơn gần gấp 3 lần.

4.6. Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu môi trường xóc và rung đường sắt đối với thiết bị đường sắt

Một lần nữa báo cáo này rõ ràng là bước tiếp theo nghiên cứu trước đó và một lần nữa tác giả của báo cáo nghiên cứu này cũng là một trong số các tác giả của các báo cáo nghiên cứu trước đó. Trong phạm vi nghiên cứu này, báo cáo so sánh, đối với cả xóc và rung, các khác biệt giữa các xe moóc Mk IV và Mk V và cũng so sánh ảnh hưởng của trục đo. Ở đây cũng vậy, một thiếu sót cơ bản của các kết quả là không so sánh khoảng thời gian xóc.

Hình 24 biểu diễn các đáp ứng rung đối với các xe moóc Mk IV và Mk V trên ba trục. Các hình vẽ chỉ biểu diễn các mật độ phổ công suất giữ đỉnh bởi vì sử dụng các thang đo tuyến tính – tuyến tính trong báo cáo gây khó khăn trong việc tái tạo các giá trị trung bình ở đây. Các đáp ứng rung cho thấy mức độ nhất quán tốt và các đáp ứng phương theo chiều thẳng đứng/chiều ngang là lớn hơn so với các đáp ứng rung theo chiều dọc.

Hình 25 biểu diễn phân bố xác suất xóc đối với một xe moóc Mk V được lọc ở cả 10 Hz và 30 Hz. Thông tin tổng hợp được đưa vào Bảng 8.

4.7. Dữ liệu bổ sung

Việc thu thập dữ liệu thực hiện trước đánh giá này cũng đã xác định các bộ thông tin liên quan lấy từ các nguồn có uy tín nhưng chất lượng dữ liệu không thể kiểm chứng được một cách thích đáng. Tuy nhiên, chúng vẫn được đưa vào đây để tạo điều kiện dễ dàng cho việc xác nhận các dữ liệu từ các nguồn khác, cần cẩn trọng khi sử dụng thông tin thuộc chủng loại này.

Johnson. Báo cáo này bao gồm một số tài liệu tham chiếu chứa đựng các dữ liệu về xóc rẽ đường đường sắt của những năm trước 1970 và nhiều dữ liệu liên quan tới các nguồn dữ liệu không thể có được. Johnson đã trình bày một số phổ đáp ứng xóc của các xóc đường sắt được tái tạo ở đây trong các Hình 26 và 27. Các hình này bao gồm các đáp ứng xóc từ các va đâm với vận tốc khác nhau đối với các bộ giảm chấn lò xo và thủy lực. Một sự khác biệt rõ ràng và nhất quán giữa hai loại phương tiện là rõ ràng trong những hình này.

Các phương tiện đường bộ khác nhau khoảng năm 1970. Quá trình phân tích rung Foley sử dụng trong suốt công trình của ông là tương đối độc đáo và không thể tương thích được ngay với thông tin khác trình bày trong đánh giá này. Foley đã tạo ra một dạng phổ thử nghiệm rung cho phép tính trung bình tổ hợp thông tin từ một số phương tiện khác nhau. Điều này sau đó được biến thành một “mô hình” (Hình 29) từ đó có thể suy ra phổ thử nghiệm (hầu hết bằng các phương tiện không định lượng). Thông tin phổ đáp ứng xóc do Foley thu thập có thể so sánh với thông tin khác trình bày trong báo cáo này. Ông đã thu thập hai dạng xóc, tái diễn (vượt qua các điểm nối đường sắt, đi qua các ghi) và đối với các sự kiện rời rạc không liên tục (xóc rẽ đường). Hai bộ thông tin này được tái tạo ở đây ở Hình 30 và Hình 31 tương ứng.

Toa GDE capacité. Phổ chồng, từ quy cách kỹ thuật quân sự Pháp GAM EG 13, được trình bày trong các Hình 32, 33 và 34 đối với các trục theo chiều dọc, chiều ngang và chiều thẳng đứng tương ứng. Hướng thực tế của những trục này so với các trục của phương tiện là chưa biết. Mỗi hình bao gồm thông tin đối với các tuyến đường sắt bình thường, tốt và rất tốt ở các tốc độ khác nhau. Toàn bộ những kết quả này có vẻ như rất nhất quán. Hình 35 và 36 biểu diễn phổ đáp ứng xóc đối với trục theo chiều dọc và chiều thẳng đứng ở hai vận tốc va đập rẽ đường khác nhau. Một lần nữa, các giá trị này có vẻ như rất tương đồng, với một sự khác biệt rõ ràng giữa các tốc độ va đập.

Dữ liệu pha tạp. Các đáp ứng theo chiều thẳng đứng từ hai phương tiện đường sắt đã trình bày trong ASTM D4728-91 (xem [13]) được biểu diễn trong hình 37. Tuy nhiên, các dữ liệu này rất có thể là các giá trị được chọn của PSD trung bình từ nghiên cứu của Hiệp hội Đường sắt Mỹ trong môi trường liên vận.

5. So sánh giữa các nguồn dữ liệu

Bề ngoài, dữ liệu từ các nguồn khác nhau không chỉ gợi ý một mức độ nhất quán hợp lý trong nội bộ nguồn mà còn cho thấy một mức độ nhất quán khá tốt giữa các nguồn khác nhau. Không có nguồn dữ liệu nào đã được thẩm tra lại khác biệt một cách hiển nhiên đáng kể so với những nguồn còn lại đến mức phải đặt câu hỏi về tính xác thực của toàn bộ. Mặc dù rất nhiều dữ liệu đến từ một hệ thống đường sắt và một tổ chức, nhưng tương đối ít thông tin có thể so sánh được trực tiếp.

Các xu hướng về xóc rẽ đường là nhất quán đối với tất cả các nguồn được xử lý. Dạng và biên độ của va đập xóc chịu ảnh hưởng đáng kể bởi vận tốc va đập cũng như kiểu hệ thống giảm chấn sử dụng. Vận tốc va đập rõ ràng là tham số đáng kể nhất, nhưng khác biệt giữa các hệ thống lò xo và thủy lực (cũng được gọi là tiêu chuẩn hoặc đệm trong các báo cáo của Mỹ) là khá rõ rệt về cả biên độ và kiểu xung xóc. Một cách chung nhất, biên độ xóc dường như rơi vào cùng một số xu hướng chung, không liên quan đến nguồn.

Tuy nhiên, điều này không thực sự đáng ngạc nhiên vì giữa xóc và động năng trao đổi trong quá trình tác động có mối quan hệ trực tiếp chặt chẽ.

Chỉ một số ít phổ đáp ứng xóc được trình bày và các phổ này dường như tương đối giống nhau nếu xét về vận tốc va đập và kiểu giảm chấn. Chỉ có một nghiên cứu trình bày thông tin về dạng và khoảng thời gian xóc. Nghiên cứu này xác định mối liên hệ giữa vận tốc va đập và khoảng thời gian xung (theo hướng theo dọc trục) – điều này dường như hợp lý. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng hình dạng xung (vẫn theo hướng dọc trục) là nhìn chung là giống với một nửa hình sin đối với các bộ giảm chấn lò xo và tương đối giống với xung hình thang đối với các bộ giảm chấn thủy lực. Xu hướng chung nhất này được hỗ trợ bởi một nghiên cứu khác.

Một kiểu xóc đường sắt thứ hai cũng được quan sát xảy ra giữa hai phương tiện đang chạy như một hệ quả của tương tác phương tiện – phương tiện sinh ra từ các hiệu ứng lực kéo, phanh và độ dốc. Mức khắc nghiệt của các xóc như vậy dường như liên quan tới cách sắp xếp ghép phương tiện và điều kiện phanh. Mức khắc nghiệt xóc dường như được giảm thiểu đối với các phương tiện được phanh khi được ghép chặt và các điều kiện dường như là tiêu chuẩn. Đối với loại xóc này ít có dữ liệu để so sánh trực tiếp. Tuy nhiên, các giá trị tương tự này đã được chỉ ra.

Xu thế chung trong các rung khi đang chạy trên đường sắt nhìn chung là nhất quán đối với tất cả các các nguồn được xét tới. Nhiều nguồn khác nhau cho thấy rằng các xu hướng và biên độ chịu ảnh hưởng của loại phương tiện đường sắt và đặc biệt là của giảm xóc của phương tiện. Phần lớn các dữ liệu có được để so sánh giữa các nguồn thường lên tới 30 Hz. Trong miền tần số này, các nguồn khác nhau cho thấy dữ liệu nhìn chung là nhất quán, mặc dù mối quan hệ với chất lượng hệ thống giảm xóc không phải lúc nào cũng dễ dàng xác định. Nguồn duy nhất có vẻ khác biệt với các nguồn khác là dữ liệu bổ sung từ quy cách kỹ thuật quân sự Pháp GAM-EG-EG-13. Lý do chính của sự khác biệt như vậy là nó trình bày dữ liệu lên tới 2 000 Hz chứ không phải lên đến 30 Hz của các dữ liệu còn lại. Trong dải tần thấp hơn, dữ liệu Pháp là tương đồng nếu không nói là thấp hơn chút ít so với các dữ liệu còn lại.

Phân tích dữ liệu xóc chủ yếu sử dụng phân tích xác suất để xác định biên độ cũng như tỷ lệ xuất hiện. Ngoài ra một số nghiên cứu trình bày xóc liên quan đến phổ đáp ứng xóc. Cả hai phương pháp này đều là hợp lý nhưng cả hai cách mô tả dữ liệu xóc đều không phải là lý tưởng. Xem xét đầu tiên trong xử lý dữ liệu xóc là kỹ thuật sử dụng để xác định sự xuất hiện của điều kiện xóc. Kỹ thuật chính được sử dụng trong các nghiên cứu là sự vượt quá một mức “kích hoạt” trên bộ ghi hoặc ở một phân tích bất kỳ sau này của các dữ liệu. Tuy nhiên, để sử dụng được, các sự kiện xóc đã xác định này cần được liên kết với một “tỉ lệ” xuất hiện thích hợp. Hai trong số các nghiên cứu được rà soát đã thực hiện điều này nhưng cả hai đều không có khả năng ứng dụng vào thực tế của hệ thống đường sắt ngày nay. Sau khi đã xác định các xóc, việc phân tích thống kê các biên độ thường được thực hiện. Mối liên hệ giữa độ lệch trung bình, độ lệch chuẩn và giá trị cực hạn cho thấy rõ đây là một phân bố lệch, không phải là phân bố Gauss. Các phân bố xóc bị ảnh hưởng rõ rệt bởi tương đối ít các điều kiện rất khắc nghiệt, một thực tế cần được lưu ý bởi giá trị cao của độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình. Cũng vậy, phân tích xác suất khác nhau được giới thiệu đã sử dụng thang đo tuyến tính trên trục xác suất, điều này không cho phép xem xét đầy đủ về phân bố lệch của các sự kiện biên độ cao/tần suất xuất hiện thấp. Không có các xem xét phân tích lỗi về vấn đề cuối cùng này trong bất cứ nghiên cứu nào.

Tất cả các nguồn dữ liệu (ngoại trừ của Foley) đều sử dụng mật độ phổ công suất gia tốc làm phương tiện phân tích dữ liệu rung. Phương pháp này dường như là hợp lý đối với việc phân tích các rung dài hạn xuất hiện khi vận chuyển đường sắt đạt được vận tốc ổn định. Tuy nhiên, phương pháp này không hợp lý đối với phân tích rung không tĩnh tại, đặc biệt khi các điều kiện xóc gián cách nhau có khả năng xảy ra ở các tốc độ thấp hơn. Bởi vì phân tích mật độ phổ công suất này chủ yếu là một quá trình “lấy trung bình”, nên các biên độ có thể biến đổi do khía cạnh này. Một vài nghiên cứu đã được rà soát thừa nhận điều này và sử dụng các giá trị mật độ phổ công suất “giữ đỉnh” cũng như giá trị “trung bình” thường dùng. Các khác biệt lớn giữa các giá trị đỉnh và trung bình gợi ý rằng các khía cạnh này là mối quan ngại đáng kể. Trong báo cáo này phần lớn các giá trị đỉnh đều được trình bày. Tuy nhiên, các giá trị đỉnh này không phải lúc nào cũng xảy ra và nếu như muốn sử dụng các giá trị đỉnh này làm cơ sở cho mức khắc nghiệt thử nghiệm thì cần thiết lập một dạng nào đó về “tỉ lệ xuất hiện” liên quan. Đáng tiếc là, không có phần nào trong các nghiên cứu đã được rà soát cho phép làm được ngay điều này. Điều đáng lưu ý là các biên độ đỉnh chiếm ưu thế thường được ghi lại ở khoảng 3 Hz và thường ở giữa 1 Hz và 5 Hz. Phép đo chính xác trong miền tần số này có thể nằm ở các giới hạn khả năng của một số loại gia tốc kế/thiết bị điều tiết tín hiệu nhất định và không phải lúc nào cũng biết rõ được liệu các loại gia tốc kế/thiết bị điều tiết tín hiệu tích hợp đã được sử dụng hay không. Cũng vậy, các phép đo hướng vào dải tần số thấp như vậy yêu cầu khoảng thời gian ghi rất dài để đạt được độ chính xác thống kê tốt. Có vẻ như không có thực hành đo nào là đặc biệt tốt về phương diện này.

6. Mô tả môi trường

Không có nghiên cứu nào trình bày một cách đặc biệt các mô tả môi trường định lượng. Hơn nữa, nếu có nghiên cứu này trình bày thì cũng chưa chắc các giá trị này có khả năng ứng dụng cho bất cứ hệ thống đường sắt nào khác, về cơ bản, vận chuyển đường sắt có thể tạo ra ba kiểu môi trường mỗi môi trường từ các nguồn khác nhau và liên quan tới các cơ chế kích thích khác nhau. Điều kiện môi trường ban đầu có thể là xóc nảy sinh do rẽ đường, điều kiện môi trường thứ hai là các xóc nảy sinh trong khi chuyển động trên đường sắt, xuất hiện do kết quả của các tác động giữa các toa. Điều kiện thứ ba là các rung xảy ra trong khi chuyển động trên đường sắt. Các nghiên cứu khác nhau được rà soát cho thấy rằng mức khắc nghiệt thực tế của cả ba điều kiện môi trường này phụ thuộc vào các phương cách vận hành của hệ thống đường sắt và chất lượng của các toa được sử dụng.

Mức khắc nghiệt của các xóc theo chiều dọc nảy sinh do rẽ đường phụ thuộc vào vận tốc mà tại đó các toa tác động cũng như kiểu cơ cấu giảm chấn được sử dụng. Toa giảm chấn bằng lò xo có tiềm năng gây ra xóc có biên độ lớn nhất, xung xóc có xu hướng tiến tới đặc tính một xung có đặc tính nửa hình sin. Các bộ giảm chấn thủy lực có tiềm năng sản sinh các biên độ ít nghiêm trọng hơn nhưng với khoảng thời gian xung dài hơn đáng kể. Hình dạng xung xóc của loại sau có xu hướng tiến tới một xung thử nghiệm hình thang. Trong cả hai trường hợp, biên độ xung và khoảng thời gian xung liên quan chủ yếu tới vận tốc tác động. Các xóc phương thẳng đứng lớn hơn khoảng 1,5 lần về biên độ so với các xóc theo chiều dọc (nhưng nó phụ thuộc vào chênh lệch độ giữa độ cao của thiết bị so với độ cao của bộ giảm chấn) nhưng khoảng thời gian ngắn hơn 10 ms đã được báo cáo. Các xóc theo chiều ngang là tương tự về biên độ với các xóc theo chiều dọc nhưng với khoảng thời gian được báo cáo là khoảng 20 ms.

Tham số chính của các điều kiện khắc nghiệt của xóc rẽ đường là vận tốc tác động theo chiều dọc toa. Như vậy, mức khắc nghiệt liên quan trực tiếp tới các quy trình vận hành hệ thống đường sắt gây ra các tác động như vậy. Các vận tốc cao nhất dường như đã xảy ra trong quá khứ khi các toa rời đơn lẻ được đẩy tới tốc độ tương đối cao vào toa khác để tạo điều kiện dễ dàng cho các hoạt động rẽ đường nhanh chóng. Đây vẫn là cách làm phổ biến đối với vận chuyển khoáng sản nhưng dường như không phải là tiêu chuẩn đối với các toa đang mang hàng hóa giá trị cao. Johnson đã báo cáo thông tin về thời trước kể rằng các vận tốc tác động lên tới 15 km/h và báo cáo của Đường sắt Anh cho thấy các vận tốc lên tới 20 km/h. Các tài liệu của Mỹ như tiêu chuẩn quân sự Mil std 810 gợi ý cần xem xét các vận tốc tác động ở mức trên: 11 km/h (người ta tin rằng giá trị này trong Mil Std 810 bắt nguồn từ một yêu cầu thử nghiệm của Liên bang). Đặc trưng của các quy trình thay thế và thường là hiện đại hơn là các toa vẫn được nối với đầu máy hoặc tạo thành chuỗi toa và dường như các quy trình này được áp dụng cho các toa chở hàng tiêu dùng và hàng giá trị cao (và cũng thường sử dụng các bộ giảm chấn thủy lực). Trong các trường hợp như vậy, các vận tốc tác động thấp hơn nhiều dường như xảy ra với các giá trị điển hình đến 3 km/h (nhưng chưa có bằng chứng thực sự có thể truy nguồn giá trị này). Còn có trường hợp thứ ba nữa, đó là trường hợp hoàn toàn không rẽ đường các toa, đặc biệt là khi các toa được ghép vĩnh viễn thành đoàn tàu. Điều này chủ yếu được áp dụng bình thường ở Tây Âu và rất có thể còn ở nhiều nơi khác trên thế giới.

Nói chung, các dữ liệu khả dụng đã có thể cho phép suy ra các biên độ xóc đối với một tốc độ va đập và kiểu giảm chấn nhất định, vấn đề khó khăn thực sự là xác định các vận tốc va đập thực tế. Đã quan sát thấy rằng một số hệ thống đường sắt không còn thực hiện việc rẽ đường sắt, trong khi các hệ thống khác chỉ thực hiện việc rẽ đường ở tốc độ thấp các toa tàu đã ghép. Một số hệ thống đường sắt không còn sử dụng các phương tiện với các bộ giảm chấn lò xo, ngoại trừ đối với vận chuyển khoáng sản.

Xóc nảy sinh từ các va đập giữa các toa xảy ra trong quá trình chuyển động đường sắt chủ yếu nảy sinh khi đoàn tàu được ghép lỏng. Các đoàn tàu được ghép chặt dường như không gặp môi trường này hoặc, có thể – có nhiều khả năng hơn – môi trường này được bao trùm bởi điều kiện rung. Hơn nữa, môi trường được giảm nhẹ với việc sử dụng các bộ giảm chấn thủy lực, trái ngược với các bộ giảm chấn lò xo. Đại đa số các xóc này không vượt quá 1g về biên độ. Mức khắc nghiệt xóc dường như được giảm thiểu đối với các phương tiện có phanh khi được nối toa chặt, và điều kiện này dường như là tiêu chuẩn. Một lần nữa, một số hệ thống đường sắt không sử dụng các phương tiện ghép lỏng nữa ngoại trừ đối với các vận chuyển khoáng sản.

Rung xuất hiện trong vận chuyển đường sắt, theo báo cáo, chịu ảnh hưởng của kiểu hệ thống giảm xóc toa. Các điều kiện nặng nề nhất nảy sinh khi sử dụng các toa tàu với bộ giảm xóc đơn giản. Mặc dù vận chuyển khoáng sản có thể sử dụng kiểu toa này, nhưng các toa được sử dụng để chở các hàng hóa giá trị cao hơn giờ đây nhìn chung đều được lắp hệ thống giảm xóc tốt. Trong cả hai trường hợp, môi trường rung bị chi phối bởi các thành phần tần số thấp, điển hình ở 2 Hz đến 3 Hz và, nếu như tin vào phần lớn các nghiên cứu đã được rà soát, hầu hết toàn bộ năng lượng rung xảy ra ở dưới 30 Hz. Biên độ mật độ phổ công suất đỉnh cao nhất được ghi nhận là khoảng 0,4 g²/Hz. Điển hình, giá trị cao nhất là theo trục thẳng đứng, nhưng với các biên độ đáp ứng theo chiều ngang chỉ thấp hơn một chút. Các biên độ rung theo chiều dọc phần lớn là thấp hơn đáng kể so với trục thẳng đứng cũng như trục theo chiều ngang.

Dữ liệu đã được rà soát không gợi ý các ảnh hưởng của giảm xóc phương tiện rõ ràng như ngụ ý ở trên. Hầu hết tất cả các biên độ đỉnh là trong dải tần số 1 Hz đến 5 Hz, không phân biệt kiểu giảm xóc. Điều này gợi ý rằng tần số giảm xóc không được sử dụng để cải thiện đáp ứng. Ở những tần số này, các kích thích hầu như chắc chắn xác nảy sinh từ chất lượng tuyến, mà điều này liên quan tới hệ thống đường sắt và chứ không liên quan tới kiểu toa. Giảm xóc cải tiến chắc chắn là giảm các tần số cao hơn và các ảnh hưởng của xóc.

7. So sánh với IEC 60721

Các mức môi trường của IEC 60721-3-2:1997, Bảng 5, loại môi trường b) (rung tĩnh tại ngẫu nhiên), Bảng 5, loại môi trường a) (rung tĩnh tại hình sin) và Bảng 5, loại môi trường c) (rung không tĩnh tại bao gồm xóc), được minh họa trong các Hình 38, 40 và 42 tương ứng. Những minh họa này dành cho “vận chuyển” nói chung và không đặc biệt đối với vận chuyển đường sắt. Không quy định khoảng thời gian hoặc số ứng dụng, đây có thể là ngụ ý các mức khắc nghiệt cho các mô tả môi trường.

Các quy trình thử nghiệm của IEC 60068-2 gồm các mức rung và xóc liên quan tới vận chuyển. Các quy trình này khác với các quy trình của IEC 60721-3. Các điều kiện khắc nghiệt đối với rung tĩnh tại ngẫu nhiên, rung tĩnh tại hình sin và xóc được minh họa trong hình 39, 41 và 43 tương ứng. Trong những trường hợp này, khoảng thời gian thử nghiệm rung và số các xóc đặt vào được trích dẫn.

Vì các biên độ của IEC 60721-3 khác với các biên độ của IEC 60068-2, việc hài hòa giữa hai tiêu chuẩn được đưa ra trong IEC/TR 60721-4-2. Đối với hai điều kiện rung, IEC/TR 60721-4-2 khuyến nghị các biên độ IEC 60068-2. Tuy nhiên, đối với điều kiện xóc, một tùy chọn thứ ba được khuyến nghị, như minh họa trong Hình 44.

Ba kiểu “vận chuyển” đưa ra trong IEC 60721-3-2 được ký hiệu là 2M1, 2M2 và 2M3. Chỉ một sự giải thích ngắn gọn được đưa ra về các điều kiện mà các kiểu vận chuyển này đại diện, nhưng dường như như vậy là đủ.

2M1 tàu hỏa có giảm xóc mềm,

2M2 tàu hỏa có giảm xóc mềm, tàu hỏa có bộ giảm chấn được thiết kế đặc biệt để giảm xóc,

2M3 tàu hỏa có giảm xóc cứng, có bao gồm việc rẽ đường.

Từ các thông tin được rà soát đối với đánh giá này, các loại này không có vẻ hoàn toàn hợp lý ngày nay. Loại “mặc định” dường như là 2M3, còn 2M2 chỉ được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt. Tuy nhiên, ngày nay một số lượng lớn các hệ thống đường sắt sử dụng các toa ghép chặt, với giảm xóc mềm và thiết bị giảm chấn thủy lực. Trong nhiều trường hợp, mức khắc nghiệt của các vận tốc va đập đường rẽ được giới hạn, và trong một số trường hợp, việc rẽ đường là không xảy ra. Về cơ bản, ngày nay đối với các điều kiện này, sẽ là thực tế hơn rất nhiều nếu như sử dụng loại mặc định 2M2.

Khi rà soát các mức theo IEC 60721 và IEC 60068-2 đối chiếu với các thông tin được khảo sát cho đánh giá này, đã nảy sinh một số vấn đề đáng kể. Những vấn đề này được bàn đến trong các đoạn sau đây.

Các điều kiện khắc nghiệt theo IEC 60721 được chia thành ba đầu mục, cụ thể là rung tĩnh tại ngẫu nhiên, rung tĩnh tại hình sin và rung không tĩnh tại, bao gồm cả xóc, trong thực tế điều kiện khắc nghiệt này là các quy trình thử nghiệm khác nhau theo IEC 60068-2. Đã giả định rằng hai dạng rung tĩnh tại này (hình sin và ngẫu nhiên) là nhằm cho dạng thay thế. Như vậy, có cơ sở để rà soát lại các dạng thử nghiệm khác nhau đối chiếu với các hiểu ngày nay về môi trường vận chuyển đường sắt động thực tế và cơ sở vật chất thử nghiệm hiện tại.

Rung ngẫu nhiên. Môi trường động chủ yếu là hàm ngẫu nhiên Gauss (mặc dù không có nghiên cứu nào được báo cáo ở đây đã đi đến kết luận rõ ràng về điều này). Như vậy, chắc chắn trong hai thử nghiệm rung, đây là môi trường giống với thực tế nhất. Tuy nhiên, tần số thấp nhất của thử nghiệm lại là ở đầu phía cao hơn của dải mà ở đó các đáp ứng rung đường sắt lớn nhất xảy ra. Các biên độ ở tần số thấp nhất cho thấy các dịch chuyển và vận tốc là rất thấp so với các dịch chuyển và vận tốc có thể xảy ra trong thực tế. Thử nghiệm này không có khả năng thực hiện các kiểu sự cố tiềm năng liên quan với dịch chuyển hay vận tốc (bất cứ thử nghiệm nào khác hiện được quy định trong IEC 60721 hoặc IEC 60068-2 cũng đều không có khả năng). Tại thời điểm các thử nghiệm được suy ra ban đầu, chỉ tồn tại các khả năng giới hạn cho phép các dịch chuyển và vận tốc lớn hơn nhiều so với được áp dụng. Ngày nay có thể thực hiện được các dịch chuyển lớn hơn.

Rung hình sin. Tại thời điểm các điều kiện khắc nghiệt hiện tại được thiết lập, môi trường đã được nắm hiểu đủ để biết rằng nó chủ yếu là ngẫu nhiên. Đã có sự nghi ngờ rằng thử nghiệm gia tốc có trước thử nghiệm ngẫu nhiên và hai thử nghiệm này chưa từng tương thích. Như vậy, việc tiếp tục sử dụng thử nghiệm quét hình sin được giả định là để cho phép tiếp tục sử dụng các phương tiện thử nghiệm cũ hơn. Tuy nhiên nếu như thử nghiệm quét hình sin được được giữ lại là để cho phép tiếp tục sử dụng các phương tiện thử nghiệm cũ hơn thì khó có thể hiểu tại sao các rung hình sin lại khác với các rung ngẫu nhiên đến như vậy. Một sự khác biệt hiển nhiên rõ ràng là các dải tần của hai thử nghiệm là hoàn toàn khác nhau (ngẫu nhiên 10 Hz đến 2 000 Hz và hình sin 1 Hz đến 500 Hz). Nếu so sánh các ảnh hưởng của hai thử nghiệm này bằng cách sử dụng các kỹ thuật như phổ đáp ứng tối đa và phổ hư hại do mỏi thì có thể thấy là chúng khác nhau đáng kể. Hai thử nghiệm này tạo ra các tác động hư hại giống nhau chỉ đối với một dải rất hẹp các thiết bị.

Xóc. Tất cả các định nghĩa khác nhau về xóc đều là các xung nửa hình sin. Trong trường hợp đó, điều này có thể trên thực tế là đại diện cho một số đáp ứng quá độ xảy ra trong thực tế, mặc dù xung hình thang có thể thích hợp hơn trong một số trường hợp. Khoảng thời gian và sự thay đổi vận tốc của các xóc này không đại diện cho khoảng thời gian và sự thay đổi vận tốc có thể xảy trong một xóc rẽ đường theo chiều dọc. Tuy nhiên, chúng có thể đại diện cho các điều kiện theo chiều thẳng đứng và theo chiều ngang.

Các biên độ rung nêu trong IEC 60721 và IEC 60068-2 có vẻ như không thực sự đại diện cho điều kiện đường sắt thực tế và cũng không lặp lại tất cả các khía cạnh của môi trường gây các kiểu sự cố thiết bị tiềm tàng. Đặc biệt là các biên độ rung đường sắt cao nhất lại nằm trong dải tần 1 Hz đến 5 Hz. Môi trường ngẫu nhiên và thử nghiệm của IEC 60721 và IEC 60068-2 tương ứng không xuống dưới 10 Hz và do vậy không bao quát được các điều kiện tồi tệ nhất. Hơn nữa, thậm chí nếu các biên độ hiện tại được ngoại suy xuống tới 1 Hz, chúng cũng không bao quát được các điều kiện tồi tệ nhất được xác định. Môi trường rung hình sin của IEC 60721 và IEC 60068-2 xuống tới 2 Hz và 1 Hz tương ứng. Do vậy chúng có tiềm năng bao quát các điều kiện thực tế. Trên thực tế, phép so sánh gợi ý rằng các khía cạnh hình sin của IEC 60721 và IEC 60068-2 có bao quát các điều kiện trường hợp tồi tệ nhất đã được xác định.

Các biên độ và các khoảng thời gian xóc nêu trong IEC 60721 và IEC 60068-2 dường như không thực sự đại diện cho điều kiện rẽ đường sắt thực tế và cũng không lặp lại tất cả các khía cạnh của môi trường gây các kiểu sự cố thiết bị tiềm tàng. Khác biệt đáng kể nhất xảy ra đối với thay đổi khoảng thời gian và vận tốc của xóc đường sắt theo chiều dọc. Đây là một sự kiện có khoảng thời gian dài hơn nhiều so với bất kỳ các điều kiện xóc của IEC 60721 và IEC 60068-2. Khoảng thời gian thực tế là đủ dài để khiến bất cứ giá chống rung/giảm xóc nào cũng đều trở nên mất tác dụng thực tế trong việc giảm nhẹ sự kiện.

Đánh giá này không bao gồm công việc chi tiết và đã được thực hiện để thiết lập các khoảng thời gian thử nghiệm tương đương, tuy nhiên việc rà soát về căn bản cho thấy các khoảng thời gian thử nghiệm cần ngắn hơn nhiều so với các điều kiện thực tế. Đây là hệ quả của các thay đổi tồn tại trong các điều kiện thực tế chứ không phải cố ý nhằm đẩy nhanh, rút ngắn thời gian thử nghiệm.

8. Các khuyến cáo

Dữ liệu tốt đã được xác định từ ba nguồn, với một lượng khiêm tốn thông tin thu thập được và tính xác thực của dữ liệu có thể xác lập. Năm nguồn sơ cấp và ba nguồn thứ cấp bao quát cả các điều kiện xóc và rung bao trùm một dải các phương tiện. Thông tin từ các nguồn này được thu thập trên ba hệ thống đường sắt quốc gia khác nhau mặc dù đa số dữ liệu là từ một hệ thống đường sắt. Các nguồn thứ cấp là từ các tổ chức có uy tín, nhưng lượng thông tin thu thập được không đủ để kiểm tra chính xác chất lượng dữ liệu.

Phần lớn, dữ liệu từ các nguồn khác nhau không chỉ cho thấy một mức độ hợp lý về tính nhất quán trong nội bộ nguồn mà còn cho thấy một mức độ nhất quán khá tốt giữa các nguồn khác nhau. Không có nguồn dữ liệu nào hiển nhiên khác biệt đáng kể so với các nguồn còn lại đến mức phải đặt câu hỏi về tính xác thực của việc đánh giá này. Mặc dù vậy, rõ ràng là các thông tin được rà soát cho thấy rằng chúng không mô tả đầy đủ môi trường động vận chuyển đường sắt.

Thông tin đã rà soát có thể cho phép phát triển một điều kiện môi trường, tuy nhiên rõ ràng là các điều kiện thực tế phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của các phương tiện đường sắt và phương pháp vận hành của dịch vụ đường sắt. Trong thời gian gần đây, đã có những thay đổi đáng kể xảy ra trong cách một số dịch vụ đường sắt vận hành đến mức chúng ảnh hưởng đáng kể tới môi trường động đường sắt. Các thay đổi này xảy ra vì nhiều lý do (giá thành, thay đổi vai trò) không nhất thiết liên quan đến việc giảm điều kiện môi trường. Tuy nhiên, thông điệp cơ bản trong một số thông tin đã xem xét là việc đảm bảo các điều kiện môi trường kém hơn so với các điều kiện môi trường của các phương tiện đường bộ, và đây là một vấn đề.

Các điều kiện khắc nghiệt của IEC 60721-3-2:1997, Bảng 5, loại môi trường b) (rung tĩnh tại ngẫu nhiên) bao trùm nhiều điều kiện vận chuyển cũng như một dạng vận chuyển bằng phương tiện đường sắt. Dường như có nhiều khả năng là môi trường động nảy sinh từ vận chuyển đường sắt không phải là điều kiện chính thiết lập các điều kiện khắc nghiệt IEC 60721-3-2:1997 Bảng 5. Các điều kiện khắc nghiệt của IEC 60721-3-2:1997 Bảng 5 (rung tĩnh tại) bao quát nhiều dạng điều kiện vận chuyển và không đại diện cho các điều kiện thực tế của đường sắt. Các xóc của IEC 60721-3-2:1995 Bảng 5, loại môi trường c) (rung không tĩnh tại bao gồm cả xóc) cũng bao trùm nhiều điều kiện vận chuyển khác nhau và một lần nữa không đại diện cho các điều kiện thực tế của đường sắt.

Sử dụng các dữ liệu đã xác định, đánh giá này đã tìm thấy một số các thiếu sót trong các điều kiện IEC 60721 hiện tại và các điều kiện khắc nghiệt của IEC 60721 và IEC 60068-2. Các thiếu sót này được đưa ra dưới đây.

a) Các biên độ rung đưa ra trong IEC 60721 có vẻ như không thực sự đại diện cho điều kiện đường sắt thực tế. Đáng chú ý các biên độ rung đường sắt cao nhất là trong dải tần 1 Hz đến 5 Hz. Môi trường ngẫu nhiên của IEC 60721 không xuống dưới 10 Hz và do vậy không bao quát các điều kiện trường hợp tồi tệ nhất. Hơn nữa, thậm chí nếu các biên độ hiện có được ngoại suy xuống tới 1 Hz thì chúng cũng sẽ không bao quát các điều kiện trường hợp tồi tệ nhất đã xác định. Môi trường rung hình sin của IEC 60721 đi xuống tới 2 Hz, do vậy nó có tiềm năng bao quát các điều kiện thực. Trong thực tế, các đề xuất so sánh các khía cạnh hình sin của IEC 60721 bao quát các điều kiện trường hợp tồi tệ nhất đã xác định.

b) Các biên độ và các khoảng thời gian xóc đưa ra trong IEC 60721 có vẻ như không thực sự đại diện cho điều kiện rẽ nhánh đường sắt thực tế. Sự khác biệt đáng kể nhất xảy ra đối với khoảng thời gian và thay đổi vận tốc của xóc đường sắt theo chiều dọc. Đây là sự kiện khoảng thời gian dài hơn nhiều so với bất cứ điều kiện xóc nào của IEC 60721.

c) Các mô tả hiện tại trong IEC 60721 là không thỏa đáng bởi vì nó không thể hiện toàn bộ tiềm năng gây ra thiệt hại của môi trường vận chuyển đường sắt động. Đành rằng không phải tất cả những người sử dụng đều cần thực hiện tất cả các cơ chế thiệt hại tiềm năng, nhưng không nhất thiết là IEC 60721 phải thu hẹp phạm vi thử nghiệm. Kiểu thiệt hại thực sự liên quan là đối với các thiết bị có tần số cộng hưởng thấp (ví dụ như các thiết bị lắp trên giá chống rung/xóc) có tần số có thể trùng với tần số kích thích thấp chủ đạo xảy ra trong quá trình vận chuyển thiết bị bằng đường sắt. Trên thực tế, điều này bao trùm một dải đáng kể các thiết bị được bao gói.

d) Khi không thu thập được các thông tin liên quan tới kiểu phương tiện đường sắt, ý đồ dường như là sử dụng loại 2M3 kết hợp với 2M2, và chỉ sử dụng 2M1 trong các trường hợp đặc biệt. Trước đây, điều này có thể là một giả định hợp lý. Tuy nhiên, phần lớn các hệ thống đường sắt hiện nay chỉ sử dụng các toa ghép chặt với giảm xóc mềm và thiết bị giảm chấn thủy lực đối với các toa chuyên chở hàng hóa. Nếu có sử dụng các toa ghép lỏng, không có giảm xóc, thì chúng thường chỉ giới hạn cho chuyên chở khoáng sản. Một số ít hệ thống đường sắt thực hiện việc rẽ nhánh các toa có tải còn đa số các hệ thống còn lại giới hạn đáng kể vận tốc tác động của việc rẽ nhánh. Kết quả là ngày nay sẽ thực tế hơn nhiều khi giả định loại 2M2 áp dụng đối với vận chuyển các hàng kỹ thuật điện và 2M1 áp dụng nếu vận chuyển đường sắt xảy ra trên các hệ thống không còn rẽ nhánh các phương tiện có tải nữa.

Hình 1 – Mức khắc nghiệt rung thẳng đứng đo được của British Rail (Đường sắt Anh)

Hình 2 – Mức khắc nghiệt rung theo chiều ngang đo được của British Rail (Đường sắt Anh)

Bảng 1 – Kết quả đo của British Rail – Tóm tắt kết quả đo rung

Mức gia tốc hành trình
TRỤC THẲNG ĐỨNG	Gia tốc
Phương tiện	Trung bình g	Tối đa g	Tần số giá trị đỉnh Hz	Vận tốc km/h
Chở hàng (đường bộ)	0,2	0,9	3 đến 4	72
Chở hàng (đường sắt)	0,25	0,8	3 đến 5	120
Toa 4 bánh, giảm xóc đơn giản	0,45	1,6	3 đến 6	72
Toa 4 bánh, giảm xóc tiên tiến	0,15	0,75	3 đến 4	120
Trục nằm ngang	Gia tốc		Gia tốc
Phương tiện	Trung bình g	Trung bình g	Tần số giá trị đỉnh Hz	Vận tốc km/h
Chở hàng (đường bộ)	0,04	0,4	4 đến 12	72
Chở hàng (đường sắt)	0,2	0,45	3 đến 5	120
Toa 4 bánh, giảm xóc đơn giản	0,25	1,0	1 đến 2	72
Toa 4 bánh, giảm xóc tiên tiến	0,1	0,5	0,75 đến 1,75	120

Hình 3 – Kết quả đo của British Rail – Phân bố vận tốc rẽ đường

Hình 4 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – Ví dụ về xung xóc

Hình 5 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh gia tốc đỉnh dương

Hình 6 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh gia tốc đỉnh âm

Hình 7 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh gia tốc hiệu dụng

Hình 8 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh hệ số đỉnh

Hình 9 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh thay đổi vận tốc

Hình 10 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Phép đo xóc theo chiều dọc – So sánh gia tốc đỉnh đã lọc

Xác suất (%)

Hình 11 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Xác suất biên độ theo chiều dọc

Bảng 2 – Nghiên cứu liên vận của Hiệp hội Đường sắt Mỹ, phần liên quan đến Hình 11

Phân bố xóc theo chiều dọc
Kiểu thiết bị		Tỷ lệ phần trăm xóc			Giá trị cực đoan đo được g
		< 0,3 g	< 0,5 g	< 1,0 g
Đường sắt	Toa TOFC 27 m	9,2	24,5	82,9	1,92
	Toa COFC spine (chở công ten nơ)	0,3	52,0	97,3	6,66
	Toa sàn công ten nơ xếp chồng	14,7	89,9	98,5	4,13
	Toa sàn công ten nơ xếp chồng ở tàu có khớp	14,3	82,7	99,9	1,03
	Toa TOFC spine (chở công ten nơ)	44,4	99,4	100	0,64
Xe tải	Đường liên bang	16,8	64,7	99,2	1,12
	Đường cao tốc cấp 1	44,4	94,8	100	0,82
	Đường phố đô thị	56,1	94,8	99,9	1,35

Xác suất (%)

Hình 12 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Xác suất biên độ theo chiều ngang

Bảng 3 – Nghiên cứu liên vận của Hiệp hội Đường sắt Mỹ, phần liên quan đến Hình 12

Phân bố xóc theo chiều ngang
Kiểu thiết bị		Tỷ lệ phần trăm xóc			Giá trị cực đoan đo được g
		< 0,3 g	< 0,5 g	< 1,0 g
Đường sắt	Toa TOFC 27 m	1,4	69,5	97,0	1,76
	Toa COFC spine (chở công ten nơ)	28,6	96,7	99,8	1,69
	Toa sàn công ten nơ xếp chồng	0,5	63,7	97,9	2,20
	Toa TOFC spine (chở công ten nơ)	7,8	86,6	99,8	1,55
Xe tải	Đường liên bang	4,5	60,0	92,8	3,22
	Đường cao tốc cấp 1	6,3	78,7	97,3	2,28
	Đường phố đô thị	17,7	78,7	95,9	2,97

Xác suất (%)

Hình 13 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Xác suất biên độ theo chiều thẳng đứng

Bảng 4 – Nghiên cứu liên vận của Hiệp hội Đường sắt Mỹ, phần liên quan đến Hình 13

Phân bố xóc theo chiều thẳng đứng
Kiểu thiết bị		Tỷ lệ phần trăm xóc			Giá trị cực đoan đo được g
		< 0,3 g	< 0,5 g	< 1,0 g
Đường sắt	Toa TOFC 27 m	95,8	100	100	1,72
	Toa COFC spine (chở công ten nơ)	0,8	82,1	99,2	6,17
	Toa sàn công ten nơ xếp chồng	15,3	90,0	99,3	6,06
	Toa TOFC spine (chở công ten nơ)	90,4	100	100	2,87
Xe tải	Đường liên bang	8,4	69,8	99,3	5,14
	Đường cao tốc cấp 1	6,5	99,1	94,4	5,58
	Đường phố đô thị	20,2	90,0	98,3	8,32

Bảng 5 – Nghiên cứu liên vận của Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Bảng tổng hợp kết quả đo xóc

Bảng tổng hợp thống kê – Hồ sơ dữ liệu xóc (g đỉnh)
Kiểu thiết bị		Theo chiều dọc			Theo chiều ngang			Theo chiều thẳng đứng
		Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng	Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng	Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng
Đường sắt	Toa TOFC 27 m	0,31	0,2	0,09	0,2	0,15	0,08	0,41	0,15	0,18
	Toa COFC spine	0,29	0,23	0,08	0,32	0,1	0,09	1,3	0,34	0,38
	Toa 2 tầng contenơ	0,22	0,17	0,06	0,46	0,12	0,15	1,05	0,36	0,3
	Toa TOFC spine	0,16	0,04	0,06	0,38	0,12	0,17	0,6	0,13	0,21
Xe tải	Đường cao tốc liên bang	0,27	0,07	0,08	0,51	0,19	0,15	1,14	0,32	0,34
	Đường cao tốc cấp 1	0,16	0,05	0,04	0,42	0,17	0,11	1,11	0,34	0,3
	Đường phố đô thị	0,14	0,06	0,04	0,42	0,18	0,11	1,03	0,44	0,26

Bảng 6 – Nghiên cứu liên vận của Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Bảng tổng hợp kết quả đo rung

Bảng tổng hợp thống kê – Hồ sơ dữ liệu xóc (g đỉnh)
Kiểu thiết bị		Theo chiều dọc			Theo chiều ngang			Theo chiều thẳng đứng
		Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng	Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng	Trung bình	Sai lệch chuẩn	Trung bình hiệu dụng
Đường sắt	Toa COFC spine	0,11	0,12	0,03	0,19	0,11	0,06	0,47	0,30	0,14
	Toa 2 tầng contenơ	0,09	0,14	0,04	0,25	0,17	0,09	0,40	0,27	0,12
	Toa TOFC spine	0,08	0,05	0,03	0,12	0,09	0,04	0,28	0,17	0,10
Xe tải	Đường cao tốc liên bang	0,11	0,06	0,03	0,31	0,16	0,09	0,67	0,40	0,20
	Đường cao tốc cấp 1	0,09	0,05	0,03	0,30	0,18	0,09	0,54	0,54	0,16
	Đường phố đô thị	0,07	0,05	0,02	0,16	0,13	0,04	0,38	0,38	0,12

Tần số (Hz)

Hình 14 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Giá trị phổ trục thẳng đứng

Tần số (Hz)

Hình 15 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Giá trị phổ theo chiều ngang

Tần số (Hz)

Hình 16 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Nghiên cứu liên vận – Giá trị phổ theo chiều dọc

Tần số (Hz)

Hình 17 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Kết quả đo trên toa hộp – Giá trị phổ theo chiều thẳng đứng

Tần số (Hz)

Hình 18 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Kết quả đo trên toa hộp – Giá trị phổ theo chiều thẳng đứng

Tần số (Hz)

Hình 19 – Hiệp hội Đường sắt Mỹ – Kết quả đo trên toa hộp – Giá trị phổ theo chiều dọc

 

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Mục đích

2. Quy định chung

3. Điều kiện thử nghiệm

4. Mức khắc nghiệt

5. Phép đo ban đầu

6. Chịu thử: quy trình thử nghiệm với máy ly tâm

7. Phép đo kết thúc

8. Thông tin cần nêu trong quy định kỹ thuật liên quan

Phụ lục A (quy định) – Hướng dẫn

Phụ lục B (quy định) – Hướng dẫn bổ sung