Kariatida Stúdió Épülettervező és Kivitelező Kft.
[email protected] www.kariatida.hu DV-Silent termékek gyártója és forgalmazója
DV-SILENT DUO
A nagyobb mértékű hangszigetelési és rezgéscsillapítási igény esetén javasolt termékünk a DV-SIlent Duo.
SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR
Közlekedésépítési és Településmérnöki Tanszék
SZAKVÉLEMÉNY X és Y típusú zaj- és rezgéscsillapító paplanok laboratóriumi vizsgálatáról
Győr 2012. 02. 17.
www. sze. hu
9026 Győr, Egyetem tér 1.
9007 Győr, Pf. 701.
Tel.: 96 503 400
Fax: 96 503 451
Tartalomjegyzék
1. ELŐZMÉNYEK 2. A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOKHOZ DOKUMENTUMOK, PAPLAN ANYAGOK 2.1. A vizsgálatokhoz felhasznált dokumentumok 2.2. A vizsgálatokhoz felhasznált paplan anyagok
3. oldal FELHASZNÁLT 3. oldal 3. oldal 3. oldal
3. A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK ÉS AZOK EREDMÉNYEI 3.1. A paplanok azonosítása 3.2. A paplanok vastagsági méreteinek ellenőrzése 3.3. A statikus és dinamikus terhelési vizsgálatokhoz használt mérőberendezések adatai 3.4. A statikus vizsgálatok végrehajtása és az eredmények 3.5. A dinamikus vizsgálatok végrehajtása és az eredmények
4. oldal 4. oldal 4. oldal 5. oldal 5. oldal 10. oldal
MELLÉKLET
16. oldal
2
1. ELŐZMÉNYEK Intézményünk szóbeli felkérést kapott arra vonatkozóan, hogy kétféle, laboratóriumunkba beszállított rezgéscsillapító paplan egyes tulajdonságaira vizsgálatokat végezzen. A paplanok típusneveit, jellemző adatait nem közölték. Vizsgálati célra szolgáló anyagminták 2011. 09. 16-án érkeztek laboratóriumunkba. Tudomásunk szerint ezekkel a paplanokkal laboratóriumi vizsgálatok még nem történtek. A laboratóriumunkba érkezett új dinamikus terhelő berendezések szerelési, beállítási, próbamérési időszaka jelentősen elhúzódott. Így csak 2012 januárjában volt módunk a méréseket végrehajtani. Végül az alábbi vizsgálatok történtek meg: a paplanok vastagsági méreteinek ellenőrzése, a paplanok statikus merevségének és statikus ágyazási tényezőjének meghatározása, a paplanok dinamikus merevségének és dinamikus ágyazási tényezőjének meghatározása. Szakvéleményünket 2012. február 17-i dátummal szállítottuk le.
2. A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOKHOZ FELHASZNÁLT DOKUMENTUMOK, PAPLAN ANYAGOK 2.1. A vizsgálatokhoz felhasznált dokumentumok A laboratóriumi vizsgálatok megtervezéséhez és lebonyolításához az alábbiakban felsorolt vonatkozó szabványokat használtuk fel. [1] [2]
DB AG NB 918071-1 Technische Lieferbedingungen. Unterschottermatten (Műszaki szállítási feltételek. Alágyazati szőnyegek) DIN-45673-1:2000 Elastische Elemente des Oberbaus von Schienenfahrwegen Teil 1: Ermittelung statischer und dynamischer Kennwerte im Labor. (A vasúti pálya felépítményének rugalmas elemei 1. Rész: Statikus és dinamikus értékek megállapítása laboratóriumban)
2.2. A vizsgálatokhoz felhasznált paplan anyagok Laboratóriumunkban az alábbi ágyazó paplan fajtákat vizsgáltuk meg: X típusú, ragasztott paplan, Y típusú, üreges kialakítású paplan.
3
3. A LABORATÓRIUMI VIZSGÁLATOK ÉS AZOK EREDMÉNYEI 3.1. A paplanok azonosítása A paplanok azonosításának megkönnyítése céljából az alábbi képeken mutatjuk be azokat.
1. kép
X típusú paplan (ragasztott)
2. kép
Y típusú paplan (üreges)
Az X típusú mintán a felragasztott korongok, az üreges mintán a kör alakú üregek átmérője egyaránt 30 mm.
3.2. A paplanok vastagsági méreteinek ellenőrzése Mindkét típusú paplan esetében 2-2 mintán a kisebb és a nagyobb vastagsági méretet 10-10 helyen ellenőriztük. A méréseket tized milliméter pontossággal hajtottuk végre. Végeredményként a mérések átlagát közöljük. A minta szélességi illetve hosszúsági méretét 3-3 mérés átlaga adta. A mért és számított eredményeket az 1. és 2. táblázatban foglaltuk össze. 1. táblázat
A méret- és tömegellenőrzés eredményei az X típusú paplan esetében Átlagvastagság (mm)
Minta jele X1 X2
2. táblázat
nagyobb
kisebb
21,18 22,33
10,23 10,30
Y1 Y2
Hosszúság (mm) 300,60 300,17
Felület 2 (mm ) 89660,0 89111,5
Minta tömege (g) 1240,0 1230,0 Átlagérték
Fajlagos tömeg 2 (kg/m ) 13,83 13,80 13,82
A méret- és tömegellenőrzés eredményei az Y típusú paplan esetében Átlagvastagság (mm)
Minta jele
Szélesség (mm) 298,27 296,87
nagyobb
kisebb
15,48 15,76
7,75 7,95
Szélesség (mm) 295,80 301,67
Hosszúság (mm) 300,97 300,97
Felület 2 (mm ) 89026,9 90793,6
Minta tömege (g) 920,6 972,2 Átlagérték
Fajlagos tömeg 2 (kg/m ) 10,3 10,7 10,5
4
3.3. A statikus és dinamikus terhelési vizsgálatokhoz használt mérőberendezések adatai A statikus és dinamikus vizsgálatok során alkalmazott megnevezését és méréstechnikai jellemzőit a 3. táblázat foglalja össze. 3. táblázat MEGNEVEZÉS Erőmérők Elmozdulás érzékelők
Erősítő Modul Mérőprogram Számítógép
mérőeszközök
A mérőeszközök méréstechnikai jellemzői
TÍPUS Kaliber 7924 Kaliber 7924 Hottinger W50 Hottinger W20 Hottinger W20TK Hottinger W5TK Hottinger SPIDER 8 SR55 CATMODUL 2,2 COMPAQ Armada 100S
MÉRÉSHATÁR 100 kN (1,5) 200 kN (1,5) ±50 mm (5 db) ±20 mm (2 db) ±20 mm (2 db) ±5 mm (4 db) 3x8 csatorna
PONTOSSÁG 0,5% 0,5% 0,4% 0,2% 0,2% 0,2% 0,1% 0,1%
Statikus mérésekhez Hidraulikák
Szakítógép
1 db hidraulikus munkahenger LUKAS LM 10/150 2 db hidraulikus munkahenger LUKAS LM 20/150 1 db kézi hidraulikus pumpa LUKAS ZPH 10/18-4,5 1 db kézi hidraulikus pumpa LUKAS ZPH 10/18-1,5 1 db motoros hidraulikus pumpa LUKAS MKPRT 2,5/0,5 ZD 40 (282/17-1971) 400 kN 1%
Dinamikus mérésekhez Hidraulikus egység
Bi 03 104 modellszámú, 15 kN max. terhelőerő, 50 mm max. elmozdulás
A dinamikus mérésekhez használt berendezés tanúsítványlapjait a melléklet tartalmazza.
3.4. A statikus vizsgálatok végrehajtása és az eredmények A próbatestek névleges mérete minden esetben 300 mm x 300 mm x eredeti vastagság volt. Két sík, 350x350 mm méretű acéllemez között a 2 szabvány előírásai szerinti függőleges erővel hajtottuk végre a vizsgálatokat. Az 1. terhelési esetben az erő 0 kN értékről indult, a legnagyobb erő 4,5 kN értékű volt. A terhet 0,5 kN-onként emeltük, egyenletesen, 0,25 kN/perc sebességgel. Az elmozdulásokat a próbatest határvonalain belül mértük, a terhelő lemezen, két szemben lévő, a terhelő erő hatásvonalára szimmetrikus helyen. Értékeléskor a mért értékek számtani átlagával dolgoztunk. A felterhelés után visszaterhelést végeztünk, szintén 0,5 kN lépcsőknél rögzítve az összenyomódás értékeket. Három ciklusban terheltünk, s az eredményt a harmadik terhelési ciklus adta. A harmadik tehermentesítés után követő 5. perc végén megmértük a maradó alakváltozást is.
5
A 2. terhelési esetben is az erő 0 kN értékről indult, a legnagyobb erő 9,0 kN értékű volt. A terhet ismét 0,5 kN-onként emeltük, egyenletesen, 0,25 kN/perc sebességgel. Az elmozdulások mérése, a ciklusok száma, a maradó alakváltozás meghatározása megegyezett az 1. terhelési esetben leírtakkal. A vizsgálatok során a laboratórium léghőmérséklete +19…+21 oC volt. A terhelési elrendezés a 3. képen látható.
3. kép
Az Y típusú paplan statikus terhelési vizsgálata (terhelő erő 0 kN)
Az X típusú paplan statikus terhelési vizsgálatának eredményei Az 1. terhelési esetnek megfelelően 4,5 kN maximális erővel terheltünk. A 2 db próbatest terhelési diagramjait együtt ábrázoltuk (ld. 1. ábrát). 5 4,5 4 3,5 3 2,5
E
2
1,5 1
0,5 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Elmozdulás [mm]
X-1-1
1. ábra
X-2-1
Az X típusú paplanból kivágott X1 és X2 jelű próbatestek statikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben (Fmax = 4,5 kN)
6
A statikus merevséget a terhelési diagramból húrmodulusként lehet számítani az alábbi összefüggéssel: ( / ). , = F2 = aktuális erő a legnagyobb erő %-ában (kN), F1 = 0,05 kN, s2 = az F2 erőhöz tartozó összenyomódás (mm), s1 = a 0,05 kN terheléshez tartozó összenyomódás. A [8] szabvány a maximális terhelő erő 25, 50 és 75%-ához tartozó tartományban írja elő a merevségi tényező meghatározását. A 4. táblázatban olvashatók a számított (100% erőhöz is tartozó) értékek. 4. táblázat
Az X típusú paplanból kivágott X1 és X2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi értékek az 1. terhelési esetben
Max. erő %-a
F (kN)
Alapérték (min.) 25 50 75 100
0,05 1,125 2,25 3,375 4,50
Mért összenyomódás (mm) s_1 s_2 0,05 0,05 1,02 1,04 1,57 1,62 1,98 2,06 2,38 2,44
Számított statikus merevség (kN/mm) k_1 k_2 1,108 1,447 1,723 1,910
1,086 1,401 1,654 1,862
kstat_átlag (kN/mm) 1,097 1,424 1,689 1,886
A 2. ábrán a 2. terhelési esetnek megfelelően 9,0 kN maximális erővel terheltünk. A 2 db próbatest terhelési diagramjait most is együtt ábrázoltuk. A számított statikus merevségi adatokat az 5. táblázat közli. 10 9 8 7 6 5
E
4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Elmozdulás [mm]
X-1-2
2. ábra
X-2-2
Az X típusú paplanból kivágott X1 és X2 jelű próbatestek statikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben (Fmax = 9,0 kN)
7
5. táblázat
A X típusú paplanból kivágott X1 és X2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi értékek a 2. terhelési esetben
Max. erő %-a
F (kN)
Alapérték (min.) 25 50 75 100
0,05 2,25 4,50 7,75 9,00
Mért összenyomódás (mm) s_1 s_2 0,05 0,05 1,57 1,58 2,46 2,48 3,44 3,46 3,71 3,75
Számított statikus merevség (kN/mm) k_1 k_2 1,447 1,846 2,271 2,445
1,438 1,831 2,258 2,419
kstat_átlag (kN/mm) 1,443 1,839 2,265 2,432
A 6. táblázatban a statikus merevségi és a statikus ágyazási értékeket összefoglalva közöljük. A statikus ágyazási tényező (cstat) a statikus merevségből (kstat) számítható úgy, hogy értékét el kell osztani a próbatest felületével. 6. táblázat
Az X típusú paplanból kivágott X1 és X2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi és statikus ágyazási értékek az 1. és a 2. terhelési esetben
Max. erő %-a 25 50 75 100
1. terhelési eset 3 kstat_(kN/mm) cstat_(N/mm ) 1,097 0,012 1,424 0,016 1,689 0,019 1,886 0,021
2. terhelési eset 3 kstat_(kN/mm) cstat_(N/mm ) 1,443 0,016 1,839 0,021 2,265 0,025 2,432 0,027
A maradó alakváltozások (5 perccel a teher megszüntetése után) az 1. terhelési esetben 0,01 és 0,02 mm, a 2. terhelési esetben 0,01 és 0,03 mm nagyságúak voltak.
Az Y típusú paplan statikus terhelési vizsgálatának eredményei Az 1. terhelési esetnek megfelelően ismét 4,5 kN maximális erővel terheltünk (ld. 3. ábrát). A 2 db próbatest terhelési diagramjait együtt ábrázoltuk. A számított statikus merevségi értékek a 7. táblázatban találhatók. 5 4,5 4 3,5 3 2,5
E
2
1,5
1
0,5
0
0
0,5
1
1,5 2 Elmozdulás [mm]
2,5
Y-1-1
3. ábra
3
Y-2-1
Az Y típusú paplanból kivágott Y1 és Y2 jelű próbatestek statikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben (Fmax = 4,5 kN)
8
7. táblázat
Az Y típusú paplanból kivágott Y1 és Y2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi értékek az 1. terhelési esetben
Max. erő %-a
F (kN)
Alapérték (min.) 25 50 75 100
0,05 1,125 2,25 3,375 4,50
Mért összenyomódás (mm) s_1 s_2 0,05 0,05 0,90 0,83 1,39 1,31 1,78 1,67 2,12 2,02
Számított statikus merevség (kN/mm) k_1 k_2 1,265 1,642 1,922 2,150
1,378 1,746 2,052 2,259
kstat_átlag (kN/mm) 1,322 1,694 1,987 2,205
A 4. ábrán a 2. terhelési esetnek megfelelően 9,0 kN maximális erővel terheltünk. A 2 db próbatest azonos terhelési esetnek megfelelő diagramjait most is együtt ábrázoltuk. A számított statikus merevségi adatokat a 8. táblázat közli. 10 9 8 7 6 5
E
4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Elmozdulás [mm]
Y-1-2
4. ábra
Y-2-2
Az Y típusú paplanból kivágott Y1 és Y2 jelű próbatestek statikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben (Fmax = 9,0 kN)
8. táblázat
Az Y típusú paplanból kivágott Y1 és Y2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi értékek a 2. terhelési esetben
Max. erő %-a
F (kN)
Alapérték (min.) 25 50 75 100
0,05 2,25 4,50 7,75 9,00
Mért összenyomódás (mm) s_1 s_2 0,05 0,05 1,42 1,32 2,20 2,08 3,02 2,82 3,26 3,05
Számított statikus merevség (kN/mm) k_1 k_2
1,606 2,070 2,593 2,788
1,732 2,192 2,780 2,983
kstat_átlag (kN/mm) 1,669 2,131 2,687 2,886
9
A 9. táblázatban a statikus merevségi és a statikus ágyazási értékeket összefoglalva közöljük. 9. táblázat
Az Y típusú paplanból kivágott Y1 és Y2 jelű próbatestekre megállapított statikus merevségi és statikus ágyazási értékek az 1. és a 2. terhelési esetben
Max. erő %-a 25 50 75 100
1. terhelési eset 3 kstat_(kN/mm) cstat_(N/mm ) 1,322 0,015 1,694 0,019 1,987 0,022 2,205 0,025
2. terhelési eset 3 kstat_(kN/mm) cstat_(N/mm ) 1,669 0,019 2,131 0,024 2,687 0,030 2,886 0,032
A maradó alakváltozások (5 perccel a teher megszüntetése után) mindkét terhelési esetben 0,01 illetve 0,03 mm értékűek voltak.
3.5. A dinamikus vizsgálatok végrehajtása és az eredmények A dinamikus vizsgálatok során használt próbatestek névleges mérete: 200 mm x 200 mm x eredeti vastagság volt. A terhelés két sík acéllemez között történt. A teher alsó és felső értéke között a változást szinusz-függvény írta le. A vizsgálati frekvenciák f = 1; 5; 10; 15 Hz értékűek voltak. Egy vizsgálat esetében 125 ciklusnyi terhelésváltozásnak tettük ki a próbatesteket és a 75-100. ciklus közötti 25 ciklust ábrázoltuk a diagramokon. A vizsgálat során a laboratórium hőmérséklete +19…+21 oC közötti volt. Az 1. terhelési eset során az alsó erőértéket 1,35 kN-ra, a felsőt 2,25 kN-ra, míg a 2. terhelési esetben az alsó erőértéket mindig 1,8 kN-ra, a felsőt pedig 9,0 kN-ra választottuk. Az X típusú paplan dinamikus terhelési vizsgálatának eredményei A két terhelési eset diagramjai az 5-8. ábrákon láthatók. A mérési adatok segítségével a dinamikus merevség értékeket, amelyek függenek a vizsgálati frekvencia nagyságától is, a következő kifejezéssel számítottuk: = ( / ). F2 = legnagyobb erő (kN), F1 = legkisebb erő (kN), s2 = a legnagyobb erőhöz tartozó összenyomódás (mm), s1 = a legkisebb erőhöz tartozó összenyomódás (mm). A számított dinamikus merevségi és dinamikus ágyazási tényező értékeket a 10. táblázat tartalmazza.
10
2,5
2
1,5
E
1
0,5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1 1,2 1,4 1,6 Elmozdulás [mm]
1,8
2
2,2
XD-1-1Hz
5. ábra
2,4
2,6
XD-1-5Hz
Az X típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben 1 Hz és 5 Hz frekvencián (F = 1,35 / 2,25 kN)
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
Elmozdulás [mm]
XD-1-10Hz
6. ábra
XD-1-15Hz
Az X típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben 10 Hz és 15 Hz frekvencián (F = 1,35 / 2,25 kN)
11
10 9 8 7 6 5
E
4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5 3 3,5 4 Elmozdulás [mm]
4,5
5
XD-2-1Hz
7. ábra
5,5
6
XD-2-5Hz
Az X típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben 1 Hz és 5 Hz frekvencián (F = 1,80 / 9,00 kN)
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
1
2
3
4
5
6
Elmozdulás [mm]
XD-2-10Hz
8. ábra
XD-2-15Hz
Az X típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben 10 Hz és 15 Hz frekvencián (F = 1,80 / 9,00 kN)
12
A 10. táblázatban a dinamikus merevségi és a dinamikus ágyazási értékeket összefoglalva közöljük. A dinamikus ágyazási tényező (cstat) a dinamikus merevségből (kstat) számítható úgy, hogy értékét el kell osztani a próbatest felületével. 10. táblázat
Az X típusú próbatestre megállapított dinamikus merevségi és dinamikus ágyazási tényező értékek
Terhelési eset
Frekvencia (Hz)
Dinamikus merevség (kN/mm)
1 5 10 15 1 5 10 15
2,686 2,600 2,364 2,559 2,951 3,004 2,964 2,851
1.
2.
Laboratóriumi mérésekből számított dinamikus ágyazási tényező 3 (N/mm ) 0,030 0,029 0,026 0,029 0,030 0,034 0,033 0,032
Az Y típusú paplan dinamikus terhelési vizsgálatának eredményei A két terhelési eset diagramjai a 9-12. ábrákon láthatók. A számított dinamikus merevségi és dinamikus ágyazási tényező értékeket a 11. táblázat tartalmazza. 2,5
2
1,5
E
1
0,5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1 1,2 1,4 1,6 Elmozdulás [mm]
1,8
2
2,2
YD-1-1Hz
9. ábra
2,4
2,6
YD-1-5Hz
Az Y típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben 1 Hz és 5 Hz frekvencián (F = 1,35 / 2,25 kN)
13
2,5
2
1,5
E
1
0,5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
Elmozdulás [mm]
YD-1-10Hz
10. ábra
YD-1-15Hz
Az Y típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja az 1. terhelési esetben 10 Hz és 15 Hz frekvencián (F = 1,35 / 2,25 kN)
10
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5 3 3,5 4 Elmozdulás [mm]
4,5
5
YD-2-1Hz
11. ábra
5,5
6
YD-2-5Hz
Az Y típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben 1 Hz és 5 Hz frekvencián (F = 1,80 / 9,00 kN)
14
10 9 8 7 6 5
E
4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Elmozdulás [mm]
YD-2-10Hz
12. ábra
YD-2-15Hz
Az Y típusú próbatest dinamikus terhelő erő – összenyomódás diagramja a 2. terhelési esetben 10 Hz és 15 Hz frekvencián (F = 1,80 / 9,00 kN)
11. táblázat
Az Y típusú próbatestre megállapított dinamikus merevségi és dinamikus ágyazási tényező értékek
Terhelési eset
1.
2.
Frekvencia (Hz)
Dinamikus merevség (kN/mm)
1 5 10 15 1 5 10 15
3,065 3,133 3,036 3,370 4,101 4,405 4,442 4,645
Laboratóriumi mérésekből számított dinamikus ágyazási tényező 3 (N/mm ) 0,034 0,035 0,034 0,038 0,046 0,050 0,050 0,052
Győr, 2012. 02. 17.
Dr. Horvát Ferenc főiskolai tanár KÉ-T/08-0239 KÉ-Sz/08-0239
15
MELLÉKLET
16
A dinamikus mérésekhez használt laboratóriumi terhelő berendezés tanúsítványlapjai
