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地铁车辆车内噪声原因分析及解决措施张晓东

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：张晓东程子明朱君杰

[导读] 摘要：目前，我国的社会经济在迅猛发展，社会在不断进步，地铁行业在我国发展十分迅速，地铁车辆舒适性最直观的感受就是车辆运行过程中产生的噪声，造成噪声的大部分原因在于地铁线路以及车辆轮对的非圆化特征。

        青岛地铁集团有限公司运营分公司山东青岛 266000
        摘要：目前，我国的社会经济在迅猛发展，社会在不断进步，地铁行业在我国发展十分迅速，地铁车辆舒适性最直观的感受就是车辆运行过程中产生的噪声，造成噪声的大部分原因在于地铁线路以及车辆轮对的非圆化特征。针对车轮的非圆化，现在国内外大多数都是采用的车轮镟修的方式。本文通过对这一现象的分析，提出一种采用对3D打印技术车轮进行焊接填补的方法来化解当前车轮非圆化。
        关键词：噪声；镟修；焊接
        引言
        城市地铁车辆运营速度通常在60km/h～80km/h，相关研究已证明，该速度级下的主要噪声源为轮轨噪声。而轮轨噪声的产生机理复杂，影响因素很多，对各因素的综合控制措施，通常决定了轮轨噪声的大小。运营环境方面，地铁车辆主要在隧道内运行，并且地铁隧道大都是单线隧道，截面积小，隧道内混响较大，轮轨噪声经隧道壁面的多次反射后，噪声级加强，对车内噪声的影响进一步加大。另外，为减小地铁线路对周边环境的影响，很多路段轨道板采用减振结构，能够有效减小车辆运行振动向路基方向的传递。但是，从能量守恒的角度考虑，多余的能量必然要传递到车辆结构中，因此常常导致车辆的低频振动和噪声问题更加突出。地铁车辆本身具有快速乘降、载客量大、成本控制严格等特点鲜明，同时受整车密封性、噪声控制产生的附加质量、高性能降噪材料价格昂贵等因素影响，给整车降噪设计带来很大的挑战。本文针对地铁车辆噪声面临的诸多问题，以运营状态车内噪声为目标，系统研究了影响因素的作用，并从标准完善，控制措施等方面提出改善建议。
        1地铁车内噪声源种类及产生原因
        根据传播方式和路径，车内噪声可以分为4种类型：第一类为直接噪声，即直接来自噪声源的噪声，对车内来说主要为空调换气设备发出的噪声。第二类为透射噪声，即车外产生的噪声透过车体结构的微小间隙传入车内的噪声。第三类为一次振动噪声，即附属于车体的各种设备、车内内装以及车体本身产生的振动以噪声的形式辐射至车内。第四类为二次振动噪声，即车外产生的各种噪声（电磁噪声、空气动力噪声等）诱发车体及车内各种结构产生振动，再以噪声的形式辐射至车内。此外车内噪声根据激励源（包括振动源和噪声源两种）的能量传递路径，可以分为空气传声和结构传声两种主要形式。空气传声指的是激励源通过空气流体介质传递的路径，主要和噪声源强、车体密封性能以及壁板隔声特性有关。车内的直接噪声和透射噪声均属于空气传声。结构传声指的是激励源通过结构固体介质传递的路径，主要和振动源强、车体结构特性以及车辆悬挂参数有关。一次振动噪声和二次振动噪声均属于结构传声。地铁车辆运行速度一般较低，约为60km/h～90km/h，此速度下，二次振动噪声贡献相对较小。因此本文主要研究前三类噪声对于车内噪声的影响。文中从车辆、轮轨两个方面展开研究，研究内容主要包括：通过测试牵引、空调系统关闭前后车内噪声情况，研究直接噪声对于车内噪声的影响；通过测试客室内不同区域的隔声量，分析车辆隔声薄弱环节，为车辆结构提供整改意见；通过对车轮和钢轨表面状态的调查，掌握轮轨激励源特性；进一步对车辆车内噪声、车下噪声、车体振动、转向架区域关键部件的振动进行测试，研究结构传声对于车内噪声的影响。
        2解决措施
        2.1阻尼材料减振措施
        当地板发生弯曲振动时，其振动能量迅速传给紧密涂抹在地板上的阻尼材料，并引起阻尼材料内部发生摩擦和互相错动。由于阻尼材料内摩擦系数大，地板一部分振动能量将转化为热能而耗散，从而减弱了地板的弯曲振动，降低了结构噪声辐射。
        2.2关于地铁车辆噪声标准修订
        目前，地铁车辆噪声限值及测试方法主要执行《GB14892-2006城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》标准，但该标准只规定了车辆中部位置的噪声限值，且对测试线路等条件规定很模糊。

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随着国内城市轨道交通的快速发展，该标准已难以满足工程应用的需要，作者建议从以下几方面进行完善：1）测试条件：采用相关ISO标准的规定，明确噪声试验用线路和轨道条件，车辆的噪声型式试验，不一定要在正线上进行，而应该在满足试验条件的线路上进行测试；2）完善车辆不同区域限值标准：对车辆中部、端部、车间连接处的噪声限值应进行不同的限定；3）以明线试验结果作为车辆考核指标，隧道试验结果作为地铁系统整体考核指标：目前标准中规定了明线和隧道两项指标，而隧道环境是车辆系统无法控制的，会带来明线达标，隧道运行不达标的情况；另外，有些地铁正线全部为隧道环境，存在无法进行明线测试的问题。
        2.3轨道线路措施
        国内外专家学者在控制或消除由于轨道线路引起的噪声方面进行了大量的研究，还提出了钢轨打磨、钢轨轨头硬化、在钢轨上加装阻尼器等等措施。在对钢轨的轨头硬化方面，研究人员为了降低钢轨的磨耗速率，当前主要是通过对轨道接触面进行热处理等工艺方法来提高钢轨轨头的接触硬度。但仅仅提高轨面接触强度会加速车辆轮对的磨耗速率。所以为了在提高接触硬度的同时能够降低车轮的磨耗速率，在轨道线路上或在车辆轮对上加装喷涂摩擦调节剂的装置。因为选择适当的摩擦调节剂可以将轮轨表面的摩擦系数降低至0.35左右，从而达到有效降低车轮和钢轨的磨耗速率，减缓钢轨波磨的发展。Wu等通过建立数值模型仿真方法，研究发现钢轨无论是短波磨损还是长波磨损都是由于车辆轨道系统的Pinned-Pinned共振导致的。并且通过在钢轨上加装阻尼器就可以有效的降低车辆轨道系统的Pinned-Pinned共振，从而就能够抑制钢轨波磨的发展。李伟等结合现场调查和理论分析则提出地铁轨道钢轨扣件参数对于钢轨短波长波磨的产生和发展有着非常明显的影响。
        2.4双层材料降噪措施
        为进一步提升降噪效果，以期在低频、中频、高频都能获得较好的降噪效果，对地板面同时铺设10mm硬质橡胶和50mm离心玻璃棉。
        2.5焊接方式可行性分析
        为了让轮对恢复成原有的状态，可以通过对轮对进行焊接的方式进行，通过焊机把焊接材料填补在轮对的圆周上，从而使其达到原有的状态。虽然可以通过焊接的方式把轮对上因为钢轮钢轨摩擦而产生的缺角、缺边等填补上。但是由于摩擦是非常不均匀的，多边形现象非常的严重。而仅仅是靠人工焊接，焊接的精度太差了，从而也达不到标准，而且还很有可能会使得轮对的非圆化特征更加的明显。再加上，通过焊接的方式，这很有可能会灼伤原有的轮对表面，从而会让轮对表面的接触应力下降。所以综合考虑下来，如果仅仅是依靠通过人工焊接的方式来化解轮对的非圆化特征是不能够运用在实际工作中的。
        结语
        在地铁车辆车上进行车内噪声测试，通过数据分析，得出以下结论：（1）同一速度下不同位置处各测点噪声频带主要集中在400Hz～1000Hz，即噪声源主要是轮轨噪声；（2）近地板处噪声值比其他测点的噪声值高2dB（A）～3dB（A），主要来源于转向架轮轨噪声，传播途径主要是通过地板透射到车内，所以降噪时首先考虑地板降噪；（3）通过台处和靠近车门处噪声对车内噪声贡献量较大，主要来源于车外辐射噪声，与风挡连接部位和车门的密封性有关；近车顶处噪声值与空调机组有关；（4）在中高频范围内，列车运行速度对车内噪声的影响较大；（5）车辆运行线路为道岔时，车内噪声值较大，比通过直线轨道时的噪声值高15dB（A），比通过曲线轨道时的噪声值高4dB（A）。
        参考文献：
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