СТО РЖД 03.005-2018. Стандарт ОАО «РЖД». Услуги на железнодорожном транспорте. Метод оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах
Актуально на 01.11.2026.
Как цитировать: "СТО РЖД 03.005-2018. Стандарт ОАО "РЖД". Услуги на железнодорожном транспорте. Метод оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах". СТО РЖД 03.005-2018. https://bukva.ai/docs/standart-sto-rzhd-03-005-2018
(утв. и введен в действие Распоряжением ОАО «РЖД» от 14.01.2019 № 43/р)
Примечание
Документ введен в действие с 1 февраля 2019 года.
Утвержден и введен в действие Распоряжением ОАО «РЖД» от 14 января 2019 г. № 43/р
УСЛУГИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ. МЕТОД ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ УСКОРЕНИЙ НА КОМФОРТ ПАССАЖИРОВ В ПОЕЗДАХ
Дата введения 1 февраля 2019 года
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН АО «Транспутьстрой», Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Государственным научным центром Российской Федерации — Институтом медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ — ИМБП РАН), ЗАО «ПИК ПРОГРЕСС», СП «Ромберг Серса — РЖДстрой ГмбХ»
2 ВНЕСЕН Департаментом управления бизнес-блоком «Пассажирские перевозки» ОАО «РЖД»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ распоряжением ОАО «РЖД» от 14 января 2019 г. № 43/р
4 НАСТОЯЩИЙ СТАНДАРТ РАЗРАБОТАН С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ Европейского стандарта EN 12299:2009 Железнодорожный транспорт. Удобства проезда для пассажиров. Измерение и оценка
Введение
Основной целью настоящего стандарта является установление метода оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах.
Настоящий стандарт устанавливает общие требования по измерению ускорений знакопеременных, непогашенных, пиковых, общей вибрации разных видов: периодической, случайной, в форме переходных процессов. В стандарте приведены основные факторы, которые необходимо принимать во внимание для определения приемлемости действующих ускорений и вибрации с точки зрения их влияния на степень комфорта пассажира.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод оценки влияния ускорений на уровень комфорта пассажиров с нормальным функционированием физиологических систем организма с учетом гендерного и возрастного факторов в зависимости от географических и климатических условий, а также с адекватной реакцией на слабовозмущающие воздействия, чье функциональное состояние не препятствует выполнению профессиональной деятельности (I — IIIa группы состояния здоровья в соответствии с приказом Минздрава России [1]).
Настоящий стандарт не распространяется на оценку влияния ускорений на уровень комфорта пассажиров младше 21 года в связи с зависимостью хронаксии вестибулярного аппарата от возраста пассажира.
Настоящий стандарт устанавливает метод оценки влияния ускорений на уровень комфорта пассажиров рельсовых транспортных средств, воспринимающих ускорения, обусловленные движением рельсовых транспортных средств, и вибрацию, передаваемую через опорные поверхности на ноги, ягодицы и спину (положение «сидя»), на все тело в целом (положение «лежа»).
Настоящий стандарт не распространяется на методы оценки при одиночных ударах с большой энергией, способных привести к травмам, имеющих место при аварии транспортного средства, экстренном торможении или им подобным, в условиях вибрации, которая может повлечь ухудшение состояния здоровья.
Настоящий стандарт не распространяется на определение влияния ускорений на комфорт в положении «стоя» или при относительном движении пассажира по транспортному средству, т.к. в этих случаях задействуется индивидуальный механизм удержания равновесия человеком.
Настоящий стандарт не распространяется на локальную вибрацию.
Настоящий стандарт предназначен для применения подразделениями аппарата управления ОАО «РЖД», филиалами ОАО «РЖД» и иными структурными подразделениями ОАО «РЖД».
Применение настоящего стандарта сторонними организациями оговаривается в договорах (соглашениях) с ОАО «РЖД».
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.012-2004 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования
ГОСТ 31191.1-2004 Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 1. Общие требования (ИСО 2631-1:1997 «Вибрация и удар. Оценка воздействия общей вибрации на человека. Часть 1. Общие требования», MOD)
ГОСТ 31191.4-2006 Вибрация и удар. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Часть 4. Руководство по оценке влияния вибрации на комфорт пассажиров и бригады рельсового транспортного средства (ИСО 2631-4:2001 «Вибрация и удар. Оценка воздействия общей вибрации на человека. Часть 4. Руководство по оценке влияния вибрации и угловых колебаний на комфорт пассажиров и бригады транспортных средств с фиксированными направляющими движения», MOD)
ГОСТ 17168-82 Фильтры электронные октавные и третьоктавные. Общие технические требования и методы испытаний (МЭК 61260:1995 «Электроакустика. Фильтры с полосой пропускания в одну октаву и доли октавы», NEQ)
ГОСТ 24346-80 Вибрация. Термины и определения
ГОСТ ИСО 8041-2006 Вибрация. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году, а также по единой информационной базе ОАО «РЖД». Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24346, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 рельсовое транспортное средство: Железнодорожный пассажирский подвижной состав с локомотивной или распределенной тягой.
3.2 пассажир: Физическое лицо, заключившее договор перевозки пассажира.
3.3 комфорт: Субъективное ощущение хорошего самочувствия в условиях воздействия внешних факторов, включая ускорения, вибрацию, толчок.
3.4 показатель комфорта: Величина, которая зависит от ускорений и включает в себя показатель постоянного комфорта и (или) показатель среднего уровня комфорта, и (или) показатель комфорта при прохождении кривого участка пути, и (или) показатель комфорта при дискретных событиях.
3.5 показатель постоянного комфорта: Величина взвешенного среднеквадратического значения ускорений в трех плоскостях, усредненных на интервале 5 с.
3.6 показатель среднего уровня комфорта: Величина совокупности ускорений в трех плоскостях, измеренных в рельсовом транспортном средстве за определенный промежуток времени.
3.7 болезнь движения: Рвотный рефлекс, тошнота и недомогание, провоцируемые движением самого человека, его перемещением или окружающих его предметов (среды).
3.8 укачивание: Процесс воздействия низкочастотных колебаний, способный привести к болезни движения.
3.9 непогашенное ускорение: Часть поперечного горизонтального ускорения единицы рельсового транспортного средства, действующего на уровне оси буксы при движении в круговой кривой, не компенсированная возвышением наружного рельса.
3.10 квантификация: Сведение (отождествление) качественных характеристик к количественным измерениям.
3.11 скорость крена кузова: Изменение значения угла наклона кузова в боковом направлении относительно направления движения за единицу времени при прохождении кривых участков железнодорожного пути.
3.12 скорость продольного наклона кузова: Изменение значения угла наклона кузова в направлении движения за единицу времени, обусловленное изменением рельефа местности железнодорожного пути.
3.13 удар: Кратковременное взаимодействие тел, при котором происходит перераспределение кинетической энергии между телами.
3.14 толчок: Кратковременная передача импульса без удара.
3.15 преобразователь: Измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, предназначенный для преобразования механических колебаний (перемещений) в электрический сигнал.
3.16 заказчик: Департаменты, дирекции, филиалы и структурные подразделения ОАО «РЖД».
4 Обозначения и сокращения
В настоящем стандарте используются обозначения физических величин и показателей комфорта в части воздействия ускорений, приведенные в таблице 4.1.
Обозначения физических величин и показателей комфорта
, 5 Основные положения
5.1 Общие положения
5.1.1 Степень комфорта в части воздействующих на пассажира ускорений определяется из трех составляющих: параметры устройства и фактического состояния железнодорожного пути, проектные и фактические характеристики подвижного состава, режим ведения поезда, включая величину скорости.
Степень комфорта пассажиров рельсовых транспортных средств в части влияния ускорений в процессе поездки определяется восприятием ими факторов, обусловленных движением транспортного средства.
Факторами движения, оказывающими влияние на ощущение комфорта в части воздействия ускорений в положениях «сидя» и «лежа», являются факторы, воздействующие на физиологические системы организма человека, в частности на вестибулярную и оптовестибулярную системы:
- знакопеременные ускорения в направлении грудь-спина;
- знакопеременные ускорения в направлении бок-бок;
- знакопеременные ускорения в направлении голова-таз;
- непогашенное боковое ускорение (в направлении бок-бок при положении сидя, в направлении голова-таз при положении лежа);
- полная вибрация в точках контакта тела человека с опорными поверхностями;
- пиковые (толчки, ударные) ускорения.
5.1.2 Диапазон измерений физических величин, используемых для расчета показателей комфорта:
- для рассматриваемых низкочастотных колебаний составляет от 0,1 до 0,5 Гц;
- для рассматриваемых дискретных событий (толчков, ускорений, в том числе непогашенного ускорения при прохождении кривых) для величин ускорений от 0 до 3,0 м/с2 составляет от 0 до 2 Гц;
- для рассматриваемой вибрации составляет от 0,5 до 80,0 Гц.
Воздействие низкочастотных поперечных, вертикальных или угловых колебаний, способных вызывать болезнь движения посредством проявления вертикальной низкочастотной вибрации, рассмотрено в Приложении А.
5.1.3 Методы оценки, установленные в настоящем стандарте, предполагают проведение сравнительного анализа комфорта пассажиров в части влияния ускорений в рельсовых транспортных средствах, курсирующих на заданном участке железнодорожного пути.
5.1.4 Для проведения оценки влияния ускорений на комфорт в различном подвижном составе с различными режимами ведения поезда при поездках на различных участках пути в стандарте определены методы:
- метод определения показателей постоянного комфорта для учета краткосрочного воздействия, который оценивается по значениям трех величин ускорений: в продольном, поперечном и вертикальном направлениях (раздел 6);
- метод оценки показателя среднего уровня комфорта, учитывающий воздействие вибраций за более длительный промежуток времени (раздел 6);
- метод определения показателя комфорта при прохождении кривой, который оценивается по значению величины ускорения в поперечном направлении (раздел 7);
- метод определения показателя комфорта при дискретных событиях, который оценивается по значению величины ускорения в продольном, поперечном и вертикальном направлениях (раздел 8).
5.1.5 Параметры характеристик области применения методов стандарта приведены в таблице 5.1.
Характеристики методов стандарта
5.1.6 В настоящем стандарте используется связанная система координат элемента (вагона) рельсового транспортного средства, показанная на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 — Связанная система координат
5.2 Комфортные условия проезда
Комфортные условия проезда пассажиров можно разделить на следующие составляющие:
а) усредненное ощущение, основанное на вибрации, действующей в течение длительного периода времени (несколько минут), определяющее показатели среднего уровня комфорта;
б) квазистатическое боковое ускорение за счет искривления пути, определяющее показатель комфорта при прохождении кривой;
в) мгновенное ощущение, как внезапное изменение усредненного ощущения, вследствие краткосрочного воздействия (например, вследствие изменения уровня среднего в поперечном направлении (бокового) ускорения с возможным колебанием, крена кузова при значительных скоростях, скорости нарастания ускорения в поперечном направлении и т.п.), определяющее показатель комфорта при дискретных событиях.
5.3 Измерения, используемые в стандарте
5.3.1 В стандарте оценка влияния ускорений на комфорт пассажиров во время движения пассажирских поездов проводится путем косвенных измерений и последующей обработки соответствующих величин колебаний.
5.3.2 Оценка влияния ускорений на комфорт пассажиров в рамках настоящего стандарта предполагает проведение следующих мероприятий:
а) определение показателя «средний уровень комфорта» с применением типового метода (NMV);
б) определение показателя «постоянного комфорта» (CCx, CCy, CCz);
в) квантификации показателя «комфорт при прохождении кривой» с применением полного метода (PCT);
г) квантификации показателя «комфорт при дискретном событии» (PDE).
Измеряемые параметры колебаний и точки измерения различных показателей комфорта, указаны в таблице 5.2.
Параметры колебаний и расположение точки для проведения измерений физических величин, используемых для расчета показателей комфорта при движении
| Показатель среднего уровня комфорта типовой метод | Показатель постоянного комфорта | Показатель комфорта при прохождении кривой | Показатель комфорта при дискретных событиях | |
| Показатель комфорта | NMV | CCx, CCy, CCz | PCT | PDE |
| Величины колебаний | Ускорения в трех направлениях | Ускорения в трех направлениях | Боковое ускорение Боковой толчок Скорость крена | Ускорения в трех направлениях |
| Точки для проведения измерений | Центр массы преобразователя (или точка центра масс, в случае использования нескольких преобразователей) должен быть расположен на расстоянии (+/- 50 мм) от вертикальной оси связанной системы координат вагона и на расстоянии (600 +/- 50 мм) над уровнем сиденья кресел (для вагона, в котором пассажиры находятся в положении сидя) или на расстоянии (100 +/- 30 мм) над уровнем поверхности спального места (для вагона, в котором пассажиры находятся в положении лежа). Примечания 1 Схемы размещения преобразователя приведены в Приложении Г. 2 В двухэтажном транспортном средстве измерения осуществляются на каждом этаже. | |||
5.3.3 Измерения и оценка показателей комфорта выполняется с привязкой к высокоточной координатной системе (ВКС) в составе комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ) и к путейскому пикетажу.
5.4 Требования к средствам измерения и проводимым измерениям
5.4.1 Требования к средствам измерения ускорений определены в ГОСТ ИСО 8041-2006 (раздел 5) в части обеспечения соответствия технических характеристик средства измерения по параметрам, необходимым в рамках настоящего стандарта.
5.4.2 В соответствии с Федеральным законом [2] все используемые средства измерений должны быть утвержденного типа, а также иметь действующее свидетельство о поверке на момент проведения измерений. Требования к организации, проводящей измерения, определяются техническим заданием на выполнение работ.
5.4.3 В случае, когда в одной точке должны быть измерены многоосные ускорения, ось каждого преобразователя должна проходить не более чем в 20 мм от этой точки, а центр массы каждого преобразователя не должен находиться далее 60 мм от этой точки. Ось каждого преобразователя должна быть расположена в пределах 1 град относительно оси, которая ортогональна по отношению к осям других преобразователей.
5.4.4 Методы получения значений параметров, на основе которых могут быть сделаны заключения о допустимости действующей вибрации в соответствии с требованиями национального законодательства, требования по измерению общей вибрации разных видов (периодической, случайной, в форме переходных процессов), параметры фильтрации измерений определены в ГОСТ 31191.1.
6 Определение показателей среднего уровня комфорта и постоянного комфорта
6.1 Общие положения
Показатели среднего уровня комфорта и постоянного комфорта определяются по измерениям вибрации.
Данные методы могут быть применены для оценки, как в прямых, так и в кривых участках пути.
Примечание - В кривых участках пути применять данные показатели следует с учетом того, что квазистатические боковые ускорения устраняются при помощи фильтров взвешенных частот.
Использование данных показателей позволяет получить показатели комфорта или среднеквадратические значения для системы «транспортное средство-путь». Отдельное влияние транспортного средства и пути не может быть оценено при отсутствии дополнительной информации о характеристиках транспортного средства и пассажирских сидений, плане пути и уровне качества его геометрии, а также режиме ведения транспортного средства.
Применение данных показателей в приведенных условиях позволяет оценить степень воспринимаемого комфорта в части влияния ускорений в соответствии с Приложением Б.
Метод определения показателя среднего уровня комфорта и оценка степени воспринимаемого комфорта, разработанные в настоящем стандарте, основаны на взаимосвязи между ускорениями, измеряемыми в транспортном средстве, и данными о показателе среднего уровня комфорта, полученными от представительной группы пассажиров.
6.2 Выбор участков пути и подвижного состава для определения показателей комфорта
Участки пути и подвижной состав для определения влияния ускорений на комфорт назначаются заказчиком.
В качестве участков для проведения измерений может быть выбрано как направление целиком, так и его отрезки. При этом необходимо учитывать план пути, наличие стрелочных переводов, туннелей и мостов, и затем применять для каждого участка метод в соответствии с пунктом 5.1.4.
Продолжительность измерения для оценки среднего показателя комфорта должна быть кратной 2 минутам при скоростях 141 км/ч и более или 5 минутам для скоростей движения пассажирского подвижного состава 140 км/ч и менее. Необходимый минимум составляет четыре зоны измерения параметров длительностью по 2 или 5 минут. Измерение и регистрация параметров в каждой зоне должны проводиться непрерывно.
Оценка влияния ускорений на комфорт пассажиров должна проводиться при различных эксплуатационных скоростях транспортного средства, включая максимальную реализуемую скорость. Для оценки показателя среднего уровня комфорта, скорость при измерениях параметров в двух- или пятиминутных зонах должна оставаться фиксированной с отклонениями в пределах +/- 10%.
6.3 Определение промежуточных величин
6.3.1 Обозначения
Общие выражения среднеквадратических значений ускорений:
a_{X}^{W_{d}}(t) — продольное,
a_{Z}^{W_{b}}(t) — вертикальное,
где a — среднеквадратические значения ускорений, в м/с2 за период 5 с,
Wi — надстрочный индекс, относится к значениям частоты в соответствии с определенным направлением i: (i = d, d, b):
d: продольное направление, Wd d: боковое направление, Wd b: вертикальное направление, Wb
6.3.2 Среднеквадратические значения ускорений
Пятисекундные среднеквадратические значения частотно-взвешенных ускорений рассчитываются по следующим формулам:
a_{X}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{x}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5} , (1) a_{Y}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{y}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5} , (2) a_{Z}^{W_{b}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{z}_{W_{b}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5} , (3)
где T равен 5 с, а значение t кратно 5 с;
Обозначения 95-х процентилей распределений пятисекундных усредненных среднеквадратических значений, подсчитанных за двух- или пятиминутный периоды, для соответствующих осей показаны ниже:
a_{XP95}^{W_{d}} — по продольной оси,
a_{YP95}^{W_{d}} — по боковой оси,
a_{ZP95}^{W_{b}} — по вертикальной оси.
Пояснение: значение «k» n-тиля выборок N — это значение, соответствующее накопленной (кумулятивной) частоте Nk/n, и если n = 100, то оно именуется процентилем; следовательно, для совокупности из 60 выборок (5 мин из пятисекундных среднеквадратических значений) 95-м процентилем является 57-ое значение кумулятивной частоты.
6.4 Определения показателей комфорта
6.4.1 Показатель постоянного комфорта
Измерения для показателей постоянного комфорта представляют собой временные функции и для положения уровня измерения, приведенные в таблице 5.2, представляют собой среднеквадратические значения частотно-взвешенных ускорений, рассчитываются по следующим формулам:
C_{C_{X}}(t) = a_{X}^{W_{d}}(t) , (4)
C_{C_{Y}}(t) = a_{Y}^{W_{d}}(t) , (5)
C_{C_{Z}}(t) = a_{Z}^{W_{b}}(t) . (6)
6.4.2 Показатель среднего уровня комфорта
Формула для расчета показателя среднего уровня комфорта имеет вид:
N_{MV} = 6 \cdot \sqrt{(a_{XP95}^{W_{d}})^{2} + (a_{YP95}^{W_{d}})^{2} + (a_{ZP95}^{W_{b}})^{2}} . (7)
7 Определение показателей комфорта при прохождении кривого участка пути
7.1 Общие положения
Оценка влияния ускорений на комфорт пассажиров считается целесообразной в ситуациях, при которых прохождение кривых в значительной степени влияет на восприятие комфорта пассажирами. Данный вид оценки дает возможность определить влияние ускорений на комфорт пассажиров при прохождении отдельной кривой, исключая оценивание накопительных эффектов. Показатель применим к измерениям на рельсовом транспортном средстве при любых допустимых значениях скорости.
Данный метод касается измерений и оценивания показателей комфорта при прохождении кривой, мгновенно воспринимаемого пассажирами как внезапное изменение усредненного ощущения комфорта во время движения транспортного средства, обусловленное действием низких частот при входе в кривую, изменением направления хода при прохождении кривой и нарастанием непогашенного бокового ускорения при прохождении сложных кривых. Восприятие данного типа ощущения у разных людей неодинаково. Вследствие этого, установить единую систему оценивания на основе прямых измерений не представляется возможным. Переходные кривые с нормативной величиной изменения непогашенного бокового ускорения не вызывают дискомфорта у пассажиров.
Таким образом, оценка влияния ускорений на комфорт при прохождении кривой базируется на соотношении между средним процентом недовольных пассажиров и наиболее значимыми величинами ускорений в поперечном направлении, скорости нарастания ускорения в поперечном направлении и скорости крена кузова транспортного средства.
Формула метода применима для измерения показателя комфорта при прохождении кривых длительностью не менее 2 секунд, с изменяющимся боковым ускорением, где имеют место линейные изменения кривизны пути и высоты возвышения наружного рельса в начале и окончании переходной кривой.
7.2 Выбор участков для определения показателей комфорта
В качестве участков для определения показателей комфорта при прохождении кривых участков пути могут быть приняты как участки с типовыми условиями эксплуатации, так и участки с худшими показателями, связанными с планом, профилем и состоянием пути.
7.3 Параметры измерения
7.3.1 Показатель комфорта при прохождении кривой рассчитывается на основе измерений, произведенных при помощи прибора для измерения угловых скоростей.
7.3.2 Необходимо произвести следующие измерения:
а) боковое ускорение \dot{y}_{M}^{*}(t) ;
б) скорость крена кузова \dot{\varphi}^{*}(t) .
7.3.3 Измеряемые сигналы должны фильтроваться при помощи фильтра низких частот WP.
Обозначение фильтрованных сигналов:
\dot{y}_{W_{p}}^{*}(t) — фильтрованное значение бокового ускорения;
\dot{\varphi}_{W_{p}}^{*}(t) — фильтрованная скорость крена.
Характеристики фильтров приведены в Приложении В.
7.4 Определение промежуточных величин для расчета показателя комфорта при прохождении кривого участка пути
7.4.1 Обозначения
|\dot{y}_{1S}|_{max} — максимальное абсолютное значение бокового ускорения в кузове транспортного средства в период времени между начальной и конечной точками переходной кривой плюс 1,6 с, выраженное в м/с2;
|\dot{y}_{1S}|_{max} — максимальное абсолютное значение скорости нарастания ускорения в поперечном направлении в переходной кривой, в период времени с первой секунды до начала переходной кривой и окончанием переходной кривой, выраженное в м/с3;
|\varphi_{1S}|_{max} — максимальное абсолютное значение скорости крена, в период времени между началом и концом переходной кривой, выраженное в рад/с;
PCT — показатель комфорта при прохождении кривой.
7.4.2 Процедура усреднения
Обработка сигналов должна производиться следующим образом:
а) фильтрованное значение бокового ускорения кузова транспортного средства \dot{y}_{W_{p}}^{*}(t) , с интервалом оцифровки не более 0,1 с, усредняется в односекундном окне, результатом является зависимость \dot{y}_{1S}(t) ;
б) фильтрованное значение скорости крена \dot{\varphi}_{W_{p}}^{*}(t) , усредняется в односекундном окне, результатом является зависимость \varphi_{1S}^{*}(t) ;
в) фильтрованное значение скорости нарастания бокового ускорения в поперечном направлении \dot{y}_{W_{p}}^{*}(t) в односекундном окне, результатом является зависимость \dot{y}_{1S}(t) .
Процедуры усреднения для периода усреднения T равного 1 с, показаны в формулах (8), (9) и (10), полученный сигнал относится к центральной позиции усредняющего окна.
\dot{y}_{1S}(t) = \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\dot{y}_{W_{p}}^{*}(\tau)d\tau , (8)
\varphi_{1S}^{*}(t) = \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\varphi_{W_{p}}^{*}(\tau)d\tau , (9)
\dot{y}_{1S}(t) = \frac{1}{T} [\dot{y}_{1S}(t + \frac{T}{2}) - \dot{y}_{1S}(t - \frac{T}{2})] . (10)
7.4.3 Правила определения максимальных значений
а) максимальное абсолютное значение бокового ускорения |\dot{y}_{1S}|_{max} принимается как максимальное абсолютное значение \dot{y}_{1S}(t) за временной интервал от начала до конца переходной кривой плюс 1,6 с;
Примечание - Временной период может быть увеличен, если очевидно, что ускорение достигает максимального значения после прохождения конечной точки кривой плюс 1,6 с.
б) максимальное абсолютное значение скорости нарастания бокового ускорения в поперечном направлении |\dot{y}_{1S}|_{max} принимается как максимальное абсолютное значение \dot{y}_{1S}(t) в период времени за 1 секунду до начала и до конца переходной кривой;
в) максимальное абсолютное значение скорости крена кузова |\varphi_{1S}|_{max} принимается как максимальное абсолютное значение \varphi_{1S}^{*}(t) в период времени от начала до конца переходной кривой.
7.5 Определение показателя комфорта
Показатель комфорта указывает на процент недовольных пассажиров, рассчитывается по формуле (11):
. (11)8 Показатель комфорта при дискретных событиях
8.1 Общие положения
Данный метод позволяет оценивать влияние ускорений на степень комфорта для пассажиров при отдельном дискретном событии, исключая оценивание накопительных эффектов. Показатель применим к измерениям на любых рельсовых транспортных средствах, любых участках пути и при любых допустимых значениях скорости.
Метод касается измерений и оценки показателя комфорта при дискретных событиях, мгновенно воспринимаемого пассажирами как внезапное изменение ощущения комфорта во время движения транспортного средства. Восприятие комфорта у разных людей неодинаково. Именно по этой причине установление однозначной и единой системы оценивания на основе прямых измерений не представляется возможным.
Оценка показателя комфорта при дискретных событиях состоит в следующем:
а) измерение ускорения в продольном, поперечном и вертикальном направлениях;
б) определение соответствующих участков для оценки;
в) оцифровке данных с использованием сглаживающего фильтра;
г) низкочастотной фильтрации сигналов;
д) определение величины полного ускорения;
е) для временного окна длительностью 2 с: оценивание максимального размаха колебаний величины полного ускорения и среднего значения ускорения;
ж) при оценивании одиночного события: поиск локального максимума показателя комфорта при дискретном событии PDE(t).
8.2 Параметры измерения
8.2.1 Общие положения
Показатель комфорта при дискретных событиях рассчитывается на основе измерений, произведенных при помощи акселерометра.
8.2.2 Необходимо произвести следующие измерения в центре кузова транспортного средства:
- продольное ускорение \dot{x}(t) ,
- боковое ускорение \dot{y}(t) ,
- вертикальное ускорение \dot{z}(t) .
8.2.3 Фильтрация
Измеряемые сигналы должны фильтроваться при помощи фильтров низких частот Wi в соответствии с определенным направлением i: (i = d, p, b):
d: продольное направление, Wd; p: боковое направление, Wp; b: вертикальное направление, Wb.
Обозначение фильтрованных сигналов:
\dot{a}_{W_{i}}^{*}(t) — фильтрованное значение ускорения, измеренного в i-том направлении.
8.3 Определение промежуточных величин
8.3.1 Обозначения
PDE(t) — показатель комфорта при дискретных событиях;
\dot{a}^{W}(t) — полное ускорение;
|\dot{a}_{2S}|(t) — абсолютная величина среднего значения полного ускорения кузова транспортного средства, выражаемое в м/с2;
\dot{a}_{pp}(t) — соответствующий максимуму размах колебаний величины ускорения, выражаемый в м/с2.
8.3.2 Расчет полного ускорения
Полное ускорение есть векторная сумма фильтрованных ускорений по продольному, поперечному и вертикальному направлениям. Величина полного ускорения, суть — модуль суммарного вектора, определяется по формуле (12):
\dot{a}^{W}(t) = \sqrt{\dot{x}_{W_{d}}^{*2}(t) + \dot{y}_{W_{p}}^{*2}(t) + \dot{z}_{W_{b}}^{*2}(t)} . (12)
8.3.3 Процедура усреднения
Обработка сигналов должна производиться следующим образом:
- полное ускорение \dot{a}^{W}(t) , рассчитанное по значениям фильтрованных ускорений кузова транспортного средства по направлениям связанной системы координат, с интервалом оцифровки не более 0,1 с, усредняется в двухсекундном окне, результатом усреднения является зависимость |\dot{a}_{2S}|(t) .
Процедура усреднения для периода усреднения T равного 2 с, определена по формуле (13), полученный сигнал относится к центральной позиции усредняющего окна:
|\dot{a}_{2S}|(t) = | \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\dot{a}^{W}(\tau)d\tau| . (13)
8.3.4 Промежуточные величины
Расчет размаха колебаний полного ускорения \dot{a}^{W}(t) во время периода T равного 2 с выполняется по формуле (14):
\dot{a}_{pp}(t) = max(\dot{a}^{W}(\tau),\tau \in [t - 0,5T,t + 0,5T]) - min(\dot{a}^{W}(\tau),\tau \in t - 0,5T,t + 0,5T . (14)
8.4 Определение показателя комфорта при дискретных событиях
Показатель комфорта указывает на процент недовольных пассажиров, рассчитывается по формуле (15):
P_{DE}(t) = 100 \cdot max(0,0846 \cdot \dot{a}_{pp}(t) + 0,1305 \cdot |\dot{a}_{2S}|(t);0) . (15)
9 Основные требования к средствам измерений
9.1 Общие требования
В соответствии с Федеральным законом [2] все средства измерений, используемые для измерения ускорений и регистрации ускорений, измерения угловой скорости и регистрации угловой скорости, должны быть утвержденного типа и иметь действующее свидетельство о поверке на момент проведения измерений.
9.2 Требования к характеристикам средств измерений и регистрации
9.2.1 Точностные характеристики канала данных измерений ускорений
9.2.1.1 Статические:
- допускаемая приведенная погрешность +/- 5%;
- максимальная погрешность единичного измерения не более +/- 5%.
9.2.1.2 Динамические:
- основная приведенная погрешность амплитудной характеристики канала данных («линейная ошибка») не более +/- 2,5%.
9.2.1.3 Дополнительные:
- относительный коэффициент поперечного преобразования не более +/- 5%;
- разрядность аналог-цифрового преобразования должна составлять не менее 12 бит, включая разряд знака. Наименее значимый бит должен составлять величину не менее 0,2% класса амплитуд канала данных.
9.2.2 Точностные характеристики средств измерений угловых ускорений:
9.2.3 Точностные характеристики средств измерений углов:
9.2.4 Точностные характеристики средств измерений линейных размеров:
9.2.5. Допускаемая погрешность привязки измеряемых ускорений и показателей комфорта к ВКС и путейскому пикетажу не более +/- 1 м.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИИ НА ПОЯВЛЕНИЕ БОЛЕЗНИ ДВИЖЕНИЯ ПРИ ПОЕЗДКАХ ПАССАЖИРОВ В СКОРОСТНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВАХ
Вероятность появления симптомов болезни движения возрастает с увеличением длительности времени воздействия вибрации в направлении голова-таз до нескольких часов. При более длительном воздействии колебаний (более суток) наблюдается эффект адаптации организма человека к низкочастотным колебаниям.
Считается, что эта адаптация может сохраняться и в случаях повторного воздействия низкочастотной вибрации, снижая тем самым вероятность появления болезни движения.
Для определения дозы укачивания используется характеристика, значение которой возрастает в связи с увеличением амплитуд и временем воздействия колебаний, что проявляется ростом случаев заболевания болезнью движения.
Определять дозу укачивания, проводя измерения вибрации за весь период ее воздействия. Значение дозы укачивания определяют как квадратный корень из интеграла от квадрата корректированного виброускорения, действующего в направлении оси Z связанной системы координат (пункт А.4).
А.2 Выбор участков для определения дозы укачивания
Участки пути для определения показателей комфорта назначаются заказчиком.
Длительность измерений может составлять от 30 минут до 2 часов безостановочной поездки.
Доза укачивания определяется на основе измерений, произведенных при помощи акселерометра.
Доза укачивания обозначается MSDVZ(T), представляет собой временную зависимость, измеряемую [м/с1,5].
А.3.2 Необходимо произвести следующие измерения в центре кузова транспортного средства:
Измеренное вертикальное ускорение \dot{z}(t) должно фильтроваться при помощи фильтра низких частот Wb, фильтрованный сигнал обозначается \dot{z}_{W_{b}}^{*}(t) .
А.4 Определение дозы укачивания
Доза укачивания рассчитывается по формуле (А.1)
MSDV_{z}(T) = [\int_{0}^{T} \dot{z}^{2}(\tau)d\tau]^{0,5} , (А.1)
где T — общий период времени, в течение которого наблюдают низкочастотные колебания, с.
А.5 Руководство по использованию полученных значений дозы укачивания
Доля лиц, выраженная в процентах, у которых укачивание может вызвать рвотную реакцию, составляет приблизительно km·MSDVz(T), где km — константа, которая может изменяться для разных групп людей.
Для смешанной группы из взрослых мужчин и женщин, не адаптированных к действию низкочастотных колебаний, km = 1/3
Указанные соотношения основаны на результатах исследований воздействий низкочастотных колебаний продолжительностью от 20 мин до 6 часов с распространенностью рвотной реакции приблизительно до 70%.
ПРОВЕДЕНИЕ РАСШИФРОВКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОМФОРТА
Следующие показатели дают сведения о различных аспектах комфорта в части влияния ускорений. Степень воспринимаемого комфорта зависит от ожиданий пассажира по конкретным видам услуг (поездки дальнего следования, пригородные маршруты, высокоскоростные маршруты и т.д.).
1 Показатели среднего уровня комфорта
Шкала для оценки полученных значений показателей среднего уровня комфорта приводится в таблице Б.1.
Шкала показателя среднего уровня комфорта NMV
2 Показатель постоянного комфорта
Показатель постоянного комфорта пассажира оценивается в соответствии со шкалой NMV показателя среднего уровня комфорта.
При оценивании показателей постоянного комфорта пассажира в положении «сидя»:
- ориентированного по или против направления движения целесообразно рассматривать условия воздействия ускорений в плоскости OYZ связанной системы координат, что определяется величинами показателей постоянного комфорта C_{C_{y}}(t) , C_{C_{z}}(t) ;
- ориентированного поперек направления движения целесообразно рассматривать условия воздействия ускорений в плоскости OXZ связанной системы координат, что определяется величинами показателей постоянного комфорта C_{C_{x}}(t) , C_{C_{z}}(t) .
Шкала для оценки полученных значений показателей постоянного комфорта C_{C_{x}}(t) , C_{C_{y}}(t) , C_{C_{z}}(t) представлена в таблице Б.2.
Шкала показателей постоянного комфорта C_{C_{x}}(t) , C_{C_{y}}(t) , C_{C_{z}}(t)
3 Показатели комфорта при прохождении кривой и при дискретных событиях
Значения показателей PCT, PDE указывают на процент пассажиров, недовольных уровнем комфорта в части влияния ускорений. Для каждого конкретного вида услуг, более высокие значения PCT, PDE всегда указывают на более низкий уровень комфорта пассажиров в части влияния ускорений. Теоретически, формулы показателей могут принимать значения выше 100, однако настолько высокие значения лежат за рамками области применения.
ВЕЛИЧИНЫ ВЗВЕШИВАЮЩИХ ФУНКЦИЙ Wc, Wd, Wb, Wp
Величины взвешивающих функций Wc, Wd, Wb, Wp, и соответствующие им допуски, показаны на рисунках В.1 - В.4
Рисунок В.1 — Величина взвешивающей функции Wc для горизонтальных вибраций по оси x, для спинки сиденья
Рисунок В.2 — Величина взвешивающей функции Wd для горизонтальной вибрации по оси x или по оси y на поверхности пола, или по оси y на поверхности сиденья
Рисунок В.3 — Величина взвешивающей функции Wb для вертикальных колебаний по оси z на поверхности пола и на основании сиденья
Рисунок В.4 — Величина взвешивающей функции Wp для бокового ускорения для показателей PCT, PDE, и для скорости крена для оценки PCT
На рисунках Г.1 - Г.2 приведены схемы размещения преобразователей и датчиков для измерения угла крена и угла продольного наклона кузова.
- место размещения преобразователя для измерения вибраций;
+ — место размещения датчиков для измерения угла крена и угла продольного наклона кузова.
Рисунок Г.1 — Схема размещения измерительных устройств при проведении измерений в одной точке вагона
Рисунок Г.2 — Схема размещения измерительных устройств при проведении измерений в трех точках вагона
На рисунке Г.1 обозначено место размещения измерительных устройств при проведении измерений в одной точке вагона. С целью получения зонированных данных измерения могут проводиться в трех точках вагона (рисунок Г.2).
Для фиксации на полу рельсового транспортного средства преобразователя и датчиков угла крена и угла продольного наклона кузова используются специальные основания, представляющие собой металлический параллелепипед весом 6,8 кг размером 120 x 120 x 60 мм с посадочными отверстиями для установки акселерометров диаметром M5 и глубиной 12 мм. Эти основания позволяют зафиксировать направление измерений относительно пола кузова, а также проводить тарировки датчиков.
При размещении средств измерения на полу необходимо выполнять пересчет полученных значений на уровень рекомендованного расположения преобразователя в соответствии с таблицей 5.2. Для учета влияния угловых скоростей продольного наклона и крена кузова на величину вертикального ускорения \dot{z}(t) , используемого в расчетных зависимостях стандарта, необходимо:
А) в точке измерения дополнительно прибором для измерения угловых скоростей выполнить измерения:
- скорости продольного наклона кузова \dot{\upsilon}^{*}(t) ;
- скорости крена кузова \dot{\varphi}^{*}(t) .
Б) рассчитать поправку вертикального ускорения за счет скоростей наклона кузова в двух плоскостях \Delta^{h} :
\Delta^{h} = h \cdot (\dot{\upsilon}^{*^{2}}(t) + \dot{\varphi}^{*^{2}}(t)) , (Г.1)
где h — высота над уровнем пола рекомендованного расположения преобразователя, м.
В) пересчитать значение вертикального ускорения на уровень рекомендованного расположения преобразователя.
\dot{z}(t) = \dot{z}^{h}(t) + \Delta^{h} ,
где \dot{z}^{h}(t) — величина вертикального ускорения, измеренного на уровне пола.
ПРИМЕРЫ ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТА И ОТЧЕТНЫХ ФОРМ
1 Определение показателей постоянного комфорта
Результаты измерений предоставляются в виде текстовой таблицы для дальнейшей математической обработки и удобства расчета показателей постоянного комфорта в соответствии с формулами (4), (5), (6) пункта 6.4.1.
Полученные по результатам расчета 5-секундные значения среднеквадратических ускорений для каждой из осей (CCx, CCy, CCz) заносятся в таблицу (таблица Д.1), в которой также отображается километровая привязка, скорость движения подвижного состава, наличие кривых участков пути с их параметрами, стрелочных переводов, мостов и тоннелей.
Показатели постоянного комфорта
Рассчитанные значения CCx, CCy, CCz оцениваются в соответствии со шкалой показателей постоянного комфорта (таблица Б.2). При оценивании показателей постоянного комфорта пассажира в положении «сидя», ориентированного по или против направления движения рассматривают величины показателей постоянного комфорта CCy, CCz, ориентированного поперек направления движения — рассматривают показатели постоянного комфорта CCx, CCz.
По данным таблицы Д.1 для удобства анализа участков железнодорожного пути строится график (рисунок Д.1), на котором отображаются с километровой привязкой полученные значения CCx, CCy, CCz, скорости движения, стрелочные переводы, мосты и тоннели.
Рисунок Д.1 — Показатели постоянного комфорта
2. Определение среднего уровня комфорта
По данным таблицы Д.1 в соответствии с формулой (7) пункта 6.4.1 рассчитываются величины показателей постоянного уровня комфорта NMV за двух- или пятиминутные интервалы в зависимости от скорости движения пассажирского подвижного состава.
По результатам расчетов формируется таблица Д.2.
Показатели среднего уровня комфорта
| Начало отрезка | Конец отрезка | Скорость, км/ч | NMV |
| км, м | км, м | ||
| 134,808 | 141,850 | 86 | 1,29 |
| 141,850 | 149,223 | 90 | 1,28 |
| 149,223 | 157,509 | 103 | 2,24 |
| ... | ... | ... | ... |
Рассчитанные значения NMV оцениваются в соответствии со шкалой показателя среднего уровня комфорта (таблица Б.1).
По данным таблицы Д.2 строится график (рисунок Д.2).
Рисунок Д.2 — Показатели среднего уровня комфорта
3. Определение показателей комфорта при прохождении кривого участка пути
Для каждого анализируемого кривого участка пути указываются его параметры:
сторонность — правая/левая кривая;
возвышение наружного рельса h, мм;
длины переходных кривых l1 и l2, м.
Сначала определяются промежуточные величины: полученные на кривом участке пути фильтрованные значения бокового ускорения, скорости крена кузова и скорости нарастания ускорения в поперечном направлении усредняются на односекундных интервалах в соответствии с формулами (8), (9) и (10) соответственно. При отсутствии измеренных значений скорости крена кузова, они определяются расчетом. Затем определяются максимальные абсолютные значения данных показателей в соответствии с пунктом 7.4.3, которые применяются при расчете показателя комфорта при прохождении кривого участка пути в соответствии с формулой (11).
По результатам расчетов заполняется таблица Д.3 и строится график Д.3.
Показатели комфорта при прохождении кривых участков пути
| Начало отрезка | Конец отрезка | Скорость, км/ч | PCT |
| км, м | км, м | ||
| 126,352 | 126,495 | 130 | 3,4 |
| 130,573 | 130,628 | 183 | 1,9 |
| 134,52 | 134,635 | 202 | 4,6 |
| 162,72 | 162,761 | 141 | 2,5 |
| ... | ... | ... | ... |
Рисунок Д.2 — Показатели комфорта при прохождении кривых участков пути