李霞 宋巍 孙健
中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心
摘要：此文根据地铁测试噪声，针对外部噪声源在车内的噪音较高处提供内部装饰的解决方案，并对这些方案进行计算和试验验证，供城轨内装设计参考。
关键词：车内噪声；内装结构优化
随着人们生活水平的不断提高，环保意识日益加强，对地铁车的运行环境及乘坐舒适性提出了更高的要求。由于过量的噪声将严重影响乘客和轨道沿线人们的心理、生理和正常生活，因此，地铁的噪声特性成了衡量地铁产品的一个重要指标。在列车设计中，车内声学舒适性是必须要考核的要素。因此，研究地铁的车内噪声成因并提出可行的降嗓方案就显得非常重要。
本研究方法以唐车公司生产的B型地铁样车为测试对象，对其进行噪音运行测试，通过车辆的测试结果，部件的测试报告，分析引起车内噪声的原因，针对此次结果做以车内装饰的设计改进，运用在福州地铁车辆上通过对福州地铁的噪声测试，验证设计改进结果。
一、车内噪声分析
1．噪声测试结果分析
根据B型样车线路测试结果，经过计算分析，车内噪车内噪声主要集中在500Hz以内、730Hz-830Hz，在1300Hz左右区域存在突然峰值，引起车内噪声主导峰值。1000Hz以上一位端转向架区域车体存在高频振动，应足够重视。由下图所示：
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在60km/h时速下，通过带通滤波（1300Hz-1350Hz）发现，车内地板振动与轴箱振动水平相当甚至某些时刻要大。对1260Hz左右局部放大进行时域滤波分析，该处存在局部模态共振，也有隔声不足的空气声传递；因此在此高频区域仍然采用综合手段，既要控制振动也要控制隔声。
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2．车内噪声的相关性分析
引起车内噪声的主要路径有：1）轮轨振动—转向架振动传递—车内地板振动—车内振动声辐射；2）轮轨振动—轮轨噪声—车内噪声（空气声传递）；其中第一条路径是车辆的结构振动噪声所致，第二条路径是由于车辆隔声、漏声所致的空气声所致。通过对车内噪声的相关性分析，掌握噪声源头，对噪声源头进行优化设计，降低车辆内部噪音效果事半功倍。下面将以1000Hz为分界线，分贝进行车内噪声与噪音源的相干性分析，判断噪音形成原因。
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385Hz-505Hz、740Hz-812Hz为车内噪声成分的峰值频段主导，主要来自轴箱振动成分；车内噪声同样具有7Hz间距频率成分（和轴箱轴承成分一致），车体、车内地板振动测点同样具有一致的频率成分，车体（含车内地板）所有测点含有明显的强迫振动，通过对400Hz-500Hz时域信号进行滤波发现，该高频振动明显在车内地板放大。
400Hz以内车内噪声主要来自于车内地板的振动所致，和轮轨噪声相干性不大，因此，针对此频段主要控制的目标在于结构振动的控制。
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由上图，从1000Hz以上车内噪声相干分析，高频噪声与车内地板相干性很强，也就是说，从轴箱—转向架
—车内地板的高频振动传递能量很大，并且出现了放大的现象。
二、噪声解决方案
针对以上测量结果，需要对主要的噪声贡献设备均作出解决方案。内装设计上也对地板结构及减振材料作出了如下的改进方案：
1．车体的隔声、吸声处理
噪声传播控制，包括吸声、隔声和消声。它通过特殊的材料及其结构设计使车体外部噪声入射到车体表面时被转化成一下主要部分：1)一部分被反射：2)一部分在经过车体时被转化成其它形式的能量或波形而被吸收。
选择车辆的隔声材料，在铝合金车体中，表面喷涂阻尼涂料，通过对铝合金车体进行约束阻尼处理或自由阻尼处理，提高车体结构阻尼、抑制共振，达到减振降噪的目的。
自由阻尼处理是将一层一定厚度的粘弹阻尼材料粘贴于金属基体表面上。当结构产生弯曲振动时，阻尼层随基层一起振动，在阻尼层内部产生拉．压变形。根据阻尼材料的耗能机理，当阻尼材料内部产生交变应力时，阻尼材料就会将有序的机械能转化为无序的热能，从而起到耗能的作用。
约束阻尼处理住自由阻尼处理的阻尼层外侧表面再粘贴一弹性层，这一弹性层应具有远大于阻尼层的弹性模量。当阻尼层随基本结构层一起产生弯曲振动而使阻尼层产生拉、压变形时，由于敷贴在外侧弹性层的弹性模量远大阻尼层的弹性模量，这一弹性层将起到约束阻尼层的拉、压变形的作用，所以这一弹性层被称为约束层，而受弹性层约束的阻尼层被称为约束阻尼层。由于阻尼层与基本结构层接触的表面所产生的拉，压变形不同于约束层接触的表面所产生的拉、压变形，从而在阻尼材料内部产生剪切变形。因此约束阻尼处理结构中，阻尼层不仅承受拉．压变形，还同时承受剪切变形，它们都能起到耗能作用。约束阻尼结构比自由阻尼结构耗散更多的能量，因此具有更好的减振降噪效果。
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如上图示，阻尼浆（自由阻尼材料）材料越厚，其隔振效果越好，但是，在轻量化车辆设计中，车辆喷涂增加1mm的阻尼浆材料，约增加8%的车体重量，故应按照实际需求，在噪声传入位置适当增加阻尼贴片（约束阻尼材料，为1mm厚丁基橡胶+0.5mm厚铝板结构）的使用。
在噪声源周围布置一些吸收声能的多孔材料， 当声波进入材料孔隙时， 引起孔隙中的空气和材料的细小纤维波动， 由于摩擦和粘滞阻尼的作用， 将传播中的噪声声能转变为热能， 降低声能的反射量， 达到降噪的目的。多孔吸声材料的吸声系数与入射声波的频率有密切关系， 当声波处于低频时， 吸声材料孔隙中的空气在单位时间内的振动次数比较少， 对声波的衰减作用不大， 吸声系数很低， 随着声波频率的提高， 吸声材料孔隙中的空气在单位时间内振动次数逐渐增大。增加吸声材料的厚度， 可以提高低、 中频率的吸声效果， 但厚度增加到一定程度， 吸声系数增加就不明显了。另外， 在吸声材料的背后附加空气层也可以提高中、 低频率噪声的吸声效果。在实际的吸声处理中， 为有效吸收低频噪声， 通常采用较厚的吸声材料， 并在吸声材料背后附加空气层。
2．地板减振隔声方案
内装地板采用蜂窝隔声地板，而铝蜂窝地板结构的选取，也将影响其隔声效果。以下为铝蜂窝地板的结构示意图：
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由图可以看出，铝蜂窝由上、下铝板及中间的蜂窝芯组成。蜂窝芯的选择对隔声量起到关键的影响。
针对1260Hz几个峰值噪声，主要来自于铝蜂窝地板局部模态引起的结构共振噪声，需优化铝蜂窝需地板和车体的减振结构， 分析发现在地板端部与车体之间存在刚性连接，需对此连接结构进行优化。
三、结束语
降低噪声、提高旅客乘车舒适度是一项长期而艰巨的系统工程。随着噪声和振动控制技术的发展"新产品，新技术的应用，如客运专线（长轨、无道岔等）、低噪声转向架（弹性车轮、消声车轮等），特别是有源噪声控制技术和计算机的应用,都将为改善乘坐环境提供强大的支持。
参考文献：
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2．陆正刚，胡用生．基于磁流变阻尼器的铁道车辆结构振动半主动控制[J]．机械工程学报，2006，42
3．谢素明，张磊，付亚兰，等．铁路客车室内噪声预测与控制技术研究[J]．计算力学学报，2009，26
4．陈双籍，陈端石．基于心理声学参数的车内声品质偏好性评价[J]．噪声与振动控制，2005，25
作者简介：李霞（1982-），女，辽宁省锦州市人，高级工程师，学士，主要从事轨道车辆设计工作。