Comparative Study on the Dynamic Performance of Natural Rubber-Based and Polyurethane Rail Dampersการศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะทางพลวัตของตัวหน่วงรางที่พัฒนาจากส่วนผสมยางธรรมชาติและตัวหน่วงรางชนิดโพลียูรีเทน

Abstract

การสั่นสะเทือนจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างล้อและรางเป็นแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนขณะรถไฟวิ่ง การลดเสียงที่แหล่งกำเนิดด้วยการติดตั้งตัวหน่วงรางจึงกลายเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ได้รับความนิยมและมีการนำมาใช้อย่างแพร่หลาย โดยทั่วไปตัวหน่วงรางมักผลิตจากวัสดุโพลียูรีเทน (PU) อย่างไรก็ตามยางธรรมชาติ (NR) ถูกมองว่าเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่นำมาใช้ทดแทนโพลียูรีเทนได้ เนื่องจากเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า แต่กระนั้นยังมีการศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะทางพลวัตของวัสดุทั้งสองชนิดในงานประยุกต์การหน่วงรางอยู่น้อยมาก งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเปรียบเทียบอัตราการลดทอนการสั่นสะเทือนในรางของตัวหน่วงรางที่พัฒนาจากส่วนผสมยางธรรมชาติผสมในสัดส่วนเชิงมวลที่แตกต่างกันได้แก่ 0%, 30%, 50% และ 70% เปรียบเทียบตัวหน่วงรางชนิดโพลียูรีเทนที่มีจำหน่ายในท้องตลาด โดยอาศัยการตอบสนองทางพลวัตผ่านการวิเคราะห์โมดัล เพื่อประเมินคุณลักษณะการสั่นสะเทือน และการทดสอบวัดอัตราการลดทอนการสั่นสะเทือนในราง ตามมาตรฐาน BS EN 15461 และ BS EN ISO 3095 ผลการทดสอบพบว่า ตัวหน่วงรางสูตรส่วนผสมยางธรรมชาติที่สัดส่วน 50% เชิงมวล ให้สมรรถนะการหน่วงที่ดีที่สุด โดยสามารถปรับจูนและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงความถี่ 400–1,000 Hz และ 1,600–3,000 Hz นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มให้ผลการลดทอนที่มีเสถียรภาพและสูงกว่าชนิด โพลียูรีเทนอย่างชัดเจน โดยเฉพาะในย่านความถี่สูงตั้งแต่ 2,000 ถึง 3,000 Hz การศึกษานี้เน้นย้ำถึงศักยภาพของยางธรรมชาติในฐานะทางเลือกที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพสำหรับการประยุกต์ใช้ในการหน่วงรางรถไฟ 

Wheel-rail interaction is the primary source of railway rolling noise, which is commonly mitigated at the source by installing Tuned Rail Dampers (TRDs). While polyurethane (PU) is the conventional material used, natural rubber (NR) offers a more sustainable and eco-friendlier alternative; however, comparative studies on their dynamic performance remain limited. This study evaluates and compares the track vibration attenuation of NR-based dampers developed with NR mass proportions of 0%, 30%, 50%, and 70% against that of commercial PU dampers. Dynamic responses and vibration characteristics were assessed through modal analysis and Track Decay Rate (TDR) measurements in accordance with the BS EN 15461 and BS EN ISO 3095 standards. The results indicate that the 50% NR formulation achieved optimal damping performance, effectively tuning and reducing vibrations within critical frequency bands (400–1,000 Hz and 1,600–3,000 Hz). Notably, the 50% NR damper provided higher and more stable vibration attenuation than the commercial PU damper, particularly in the high-frequency range of 2,000–3,000 Hz. These findings confirm the potential of natural rubber as a viable, sustainable, and highly effective alternative for modern railway noise control.