徐佳1 段智强2 李喆1 蔡磊 1
1中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116000 2大连机车技师学院 辽宁大连 116000
摘 要：随着减振降噪材料生产技术的发展，新型的多层复合材料以及新型的中空复合材料，被用在机车组的制造中，这两种材料与铝合金相比，抗冲击性以及耐疲劳性都更强，减振降噪效果明显。
关键词：机车；减振降噪新材料；应用
近些年，我国轨道交通技术水平逐渐提升，机车的速度明显提升，而此时出现一个问题，速度过快引发振动和噪音越来越明显，降低振动以及减少噪声成为机车设计以及制造时面临的重要问题。通过大量实验研究发现，车下噪声是非受电弓车噪声的主要来源，也就是轮轨接触时产生振动，振动发出噪声。经过振动测试，从结果可以看出，墙板和底板等一些结构件的振动幅值比较大，振动频率同车内部分噪声的频率一致，因此可证明，结构振动的辐射噪声，对于车内造成非常大的影响。因此，只有开发出更实用的车体用的减振降噪的新材料，才能更有效缓解车下噪音传递到车内，减低二次的固体传声，才能解决机车振动和噪声问题，提升机车的舒适性。
1、减振降噪材料的应用现状
关于机车的减振降噪研究，是专项研究，减振降噪技术具有综合性，对于噪声控制的影响因素进行分析，应从几个方面着手，包含车体减振结构、轻量化的设计、材料选择、材料刚度和强度等。一般来说，车体轻量化之后会出现车体局部的刚度较弱、隔音性能差的问题，反而会强化车内的低频噪音。因此，必须思考，怎样能同时保证车体轻量化和材料刚度，进而提高隔音的性能，这就成为了材料设计主要方向[1]。
当前，机车车内结构的侧墙板、地板、顶板等一些构件，使用的材料时铝合金蜂窝板，促使我国的铝蜂窝板生产技术快速发展。随着，动车类机车组的速度加快，如果继续使用铝蜂窝板，就会出现车内噪音偏高的问题，当车速到达350km/h的时候，车内噪音直接影响到乘客乘车舒适度。通常情况下，此种材料对频率不同的声音传播的衰减作用范围是20dB-50dB，这就达不到高速机车的隔音要求。并且，因此该材料是一种特殊中空结构，存在着隔音效果的垂直方向要比水平方向差很多。除此之外，还存在着耐冲击的疲劳性差、易剥离性的问题。
想要更好地达到机车组在减振降噪方面的要求，必须设计更多新的材料。以高分子材料为代表，其特点是强度高、质量轻、易成型，在轨道交通中的应用是研究重点，像三维整体中空复合材料、金属基复合材料、三聚氰胺泡沫材料等等。
其中，金属基的复合材料优势为，兼容了高分子材料以及金属材料，以高性能纤维-金属层合板为例子，其实铝合金层板以及高强玻璃纤维增强树脂经过热压所制成，重量也减轻了6%到30%；还有三维整体中空符合材料，其以一体式成形方式制成，让面板以及芯材合为整体，具有很高剥离性；还有三聚氰胺泡沫，这是非常轻的材料，并且具备很强的减振隔音作用[2]。
2、新型减振降噪材料的应用
2.1多层复合材料
新型的多层复合材料的结构为多芯结构，同铝蜂窝板作比较，将单层铝板转变成铝基复合层板，芯材不再是铝蜂窝，而是质量轻却强度高的玻璃纤维的三聚氰胺泡沫，胶黏剂是改性阻燃的酚醛树脂。铝基复合层板具有明显优势，与单纯铝合金做比较，耐疲劳性和抗冲击性更强，密度更低；三聚氰胺泡沫则具备隔热和隔音的作用。此种多层复合材料满足了机车的舒适化、轻量化要求，同时具备高抗冲击性和耐疲劳性。
这种材料面板是金属基的复合材料，从上到下的构成分别是高强度的铝合金层-玻璃纤维预浸料层-高强度铝合金层，交替的热压制成。其中的预浸料层使用了玻璃纤维的增强环氧树脂，优点是密度低于铝合金，如果是相同厚度，但是质量较轻。板材承受一定集中的载荷或者冲击的载荷，载荷顺次经历铝合金层、预浸料层，再到铝合金层，经过多层的传递，载荷逐渐减小，并且层界面也能分散一些应力，也就提升了板材的抗疲劳性以及抗冲击性，可以避免受到冲击之后出现面板破坏以及下陷的问题[3]。
该材料的力学性能良好是优点之一，隔音性能好才是重点。面板分成不同层界面，所以在声音传递过程中，不同层界面会多重反射噪声，层与层之间声阻抗比得到提升，从而使得材料具备良好隔音性能。除此之外，三聚氰胺泡沫是一种开孔结构，并且孔洞的长径比是10到20，当声波传递到孔洞深层之后，则被慢慢消耗和吸收，转变为振动能，板材隔音效果变得更好。
当下，已经制作了多层复合材料样本，对其进行试验，结果显示，其重量要比铝蜂窝板减少5%到20%之间；隔音效果为，范围是25dB到30dB；导热系数为K≤4W/m2·K；各层粘接质量较高，生产固化时没有气泡，面板与芯层之间的贴合度高达99%，可有效避免底板或者面板的翘曲以及脱落。
2.2中空复合材料
这是整体的夹芯材料，运用了增强纤维，以纺织加工模式，制作成具备一些形状的三维织物，之后将其同树脂基体进行复合，才能制作完成。类比传统蜂窝和泡沫芯材，此材料是用三维编织设备对纤维进行编织的一次成形材料，面层和中间层是纱线的整体编制，构成了三维模式中空夹层的结构。这种材料已经得到广泛应用，常见于轨道交通和飞机的内装饰、导流罩、厢体等位置。
最初的中空复合材料，当厚度的编织高度提高，材料力学性能则会降低。而新型的中空复合材料则不会出现这样的问题，编织工艺有所改进，变成从上到下的双层编织。中间夹层空间使用了三聚氰胺泡沫，所以具备更好的隔音减振作用。本材料的优势还体现在，密度更小、抗弯刚度更高、整体性能良好、隔音减振性强、抗冲击性好、一次成型。对制作成功的材料进行试验，结果显示，隔音强度在23dB-28dB之间，同时面板和芯层也不能出现塌陷、分层和开裂的问题。
结束语：
综上所述，在机车运行中，速度快就会产生非常大的振动，振动则引发噪声，为降低振动和减少噪音，保持机车内的舒适度，必须对传统的减振降噪材料进行创新，积极研究新型材料，其中包括新型的多层复合材料以及新型的中空复合材料，二者均具备较高的减振降噪性，并且抗疲劳性和抗冲击性也表现良好。
参考文献：
[1]张丽娇, 陈朝中, 章潇慧. 复合材料减振降噪研究进展[J]. 新材料产业, 2018, 000(003):49-52.
[2]周鑫楚. 浅谈纯电动汽车驾驶室减振降噪技术[J]. 汽车与驾驶维修(维修版), 2018.
[3]谢光能. 减振降噪技术在高速船舶上的应用[J]. 广东造船, 2019, 038(002):43-45.