崔應(yīng)港+藺高

摘 要：隨著城市軌道交通的發(fā)展，車輛噪音問題已經(jīng)越來越多的引起人們的關(guān)注，而輪軌噪音是車輛噪音的重要組成部分。為提高軌道周圍居民的生活質(zhì)量，降噪就成為一個(gè)重要的課題，而輪軌降噪顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；輪軌噪音；降噪措施；現(xiàn)狀分析

引言

近年來，隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，在人口密集、科研院所、醫(yī)院、學(xué)校等城市公共區(qū)域，車輛噪音越來越多的引起人們的關(guān)注。城市軌道車輛噪音根據(jù)生源的不同大致分為以下幾種：

輪軌噪聲：由輪軌相互作用引起的噪音；

設(shè)備噪聲：由空調(diào)、電機(jī)等車輛設(shè)備工作產(chǎn)生的噪音；

空氣動力噪聲：車體與空氣摩擦而產(chǎn)生的噪聲；

集電系統(tǒng)噪聲：由受電弓和電線相互摩擦引起的噪音；

構(gòu)造物二次噪聲：列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產(chǎn)生的噪聲。

經(jīng)研究表明，各種噪聲成分隨車速變化在鐵路噪聲中所占的比例，如圖1所示。

圖1 各種噪聲成分隨車速變化圖

通過圖1可以看出，當(dāng)列車正常行駛時(shí)，輪軌噪音在整個(gè)城軌交通系統(tǒng)噪音中占有非常重要的比重。文章通過分析目前軌道交通輪軌噪音控制的基本現(xiàn)狀，為降低城市軌道車輛噪音提供技術(shù)支持。

1 輪軌降噪措施

城軌交通輪軌噪音是指車輛運(yùn)行時(shí)車輪與鋼軌之間相互作用就會產(chǎn)生噪聲，通?？煞譃闈L動噪聲（轟鳴噪聲）、沖擊噪聲、尖嘯噪聲等。

為了最大限度地降低輪軌之間的噪音，提高城軌交通的舒適性。目前，城軌交通通常采用兩種方式降低輪軌之間噪音，一種是在車輪上增加降噪裝置，另一種是在鋼軌上增加降噪裝置，下文著重對國內(nèi)通常采用的輪軌降噪措施進(jìn)行了分析。

1.1 車輪降噪措施

1.1.1 彈性車輪

彈性車輪能明顯降低輪軌噪聲，主要是通過橡膠能吸收高頻振動、降低沖擊，并使輪軌問的摩擦得到改善。同時(shí)，彈性車輪降低簧下質(zhì)量，致使輪軌沖擊動作用降低，也是彈性車輪運(yùn)行噪音降低的重要原因。另外，采用剛性車輪時(shí)，由于輪箍在軌道上滾動而出現(xiàn)的噪聲會通過輪心的膜片作用而大大強(qiáng)化，并以體噪聲的形式傳至車體，而采用彈性車輪時(shí)，該噪聲可以被橡膠層隔絕，彈性車輪結(jié)構(gòu)參見圖2所示。

圖2 彈性車輪結(jié)構(gòu)圖

采用彈性車輪后，踏面垂向激勵(lì)下彈性車輪的噪聲比剛性車輪可降低4.4dB。經(jīng)對比分析，剛性車輪輻射的噪聲總功率中主要成分是由幅板輻射的，而彈性車輪采用橡膠彈性元件將輪箍和輪心隔開，輪箍的振動經(jīng)過彈性元件的衰減作用后傳至輪心，高頻成分得到了消除或削弱，因此可以大大減少由幅板輻射的噪聲。

雖然彈性車輪比整體車輪能降低l0dB（A）～20dB（A），但一般只適合軸重較低（10t左右）的輕軌車輛，對于地鐵車輛效果并不明顯，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，在地鐵車輛中通常不建議采用。

1.1.2 降噪阻尼器

目前，國內(nèi)地鐵車輛通常在車輪上采用層疊式寬頻降噪消音器。如圖3，此種消音器為一種三明治結(jié)構(gòu)，三層鋼板和兩層高阻尼特種橡膠，然后用不銹鋼空心鉚釘鉚接。它利用彈粘性橡膠作為彈性元件，它的彈性力為非線性，因此能起到吸收多個(gè)頻峰振動的作用。

層疊式降噪阻尼器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通常安裝在采用踏面制動裝置的轉(zhuǎn)向架車輪上。

圖3 消音器結(jié)構(gòu)圖 圖4 消音器安裝圖

經(jīng)實(shí)測試證明，S形幅板車輪安裝消音器后降噪量可以達(dá)到15.30dB，降噪效果明顯。

1.1.3 降噪阻尼環(huán)

針對安裝輪盤制動城軌車輛車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常在車輪上可安裝降噪阻尼環(huán)。通過相關(guān)模態(tài)分析，車輪沿徑向變形有越來越大的趨勢，因此，在滿足車輪強(qiáng)度要求時(shí)，阻尼環(huán)安裝在車輪變形較大的位置降噪效果會更好。降噪阻尼環(huán)如圖5，為鋼制開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸和機(jī)械性能參數(shù)與車輪模態(tài)相匹配，通過壓縮安裝在車輪輪輞內(nèi)側(cè)槽內(nèi)，圓環(huán)通過本身彈性緊貼輪輞，并采用特殊設(shè)計(jì)的高阻尼彈性連接件封閉其接口，確保阻尼環(huán)在長周期使用下的良好降噪性能，同時(shí)確保應(yīng)用時(shí)的安全可靠性，安裝效果圖見圖5。降噪阻尼環(huán)使用過程中不需要更換零件，免維護(hù)。

車輪降噪阻尼環(huán)在車輪發(fā)生振動時(shí)，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能起到抑制車輪徑向和橫向模態(tài)振動的作用，減少車輪向外輻射噪聲，從而獲得良好的降噪效果。

圖5 降噪阻尼環(huán)安裝圖 圖6 降噪阻尼盤安裝機(jī)構(gòu)示意圖

安裝阻尼環(huán)后車輪在整個(gè)頻帶都有減振降噪作用，在中高頻800Hz以上降噪效果明顯，和新輪比較，在沒裝阻尼環(huán)時(shí)磨耗輪輻射的噪聲稍大，安裝阻尼環(huán)后磨耗輪輻射噪聲能夠大幅下降，下降值達(dá)到14.82dB。

1.1.4 降噪阻尼盤

車輪降噪阻尼盤的降噪機(jī)理是基于粘彈阻尼材料降噪技術(shù)，采用約束阻尼層結(jié)構(gòu)，利用高耗能阻尼材料來減振降噪。降噪阻尼環(huán)安裝方式參見圖6，降噪阻尼盤由鋼質(zhì)約束層和阻尼材料層組成，各層通過高性能壓敏膠與車輪幅板粘接在一起。由于車輪輪緣最外位置是車輪行駛時(shí)振動最大的位置，因此，降噪阻尼盤的設(shè)計(jì)盡量靠近邊緣，如果阻尼盤有翻邊部分來約束振動，則具有更好的降噪效果。

車輪降噪阻尼盤為鋼板整體沖壓成型，復(fù)合阻尼材料粘接在車輪上，復(fù)雜形狀成型較難，因此，降噪盤更適于直幅板車輪。

直幅板車輪安裝阻尼盤后降噪量可達(dá)13.95dB，降噪效果明顯，安裝降噪盤在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都有比較明顯的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz中高頻之間降噪效果最好，在3150Hz時(shí)可達(dá)20dB。

1.1.4 迷宮式約束阻尼器

阻尼車輪由鋼質(zhì)車輪本體、聯(lián)結(jié)板、阻尼層和約束板組成。聯(lián)結(jié)板的表面為曲面，和車輪的內(nèi)表面相配合，通過高強(qiáng)度粘結(jié)膠和車輪內(nèi)表面粘貼在一起，其上部結(jié)構(gòu)為凸凹結(jié)構(gòu)。約束板的外表面為平面，內(nèi)表面也為凸凹結(jié)構(gòu)，扣在聯(lián)結(jié)板之上與聯(lián)結(jié)板一起構(gòu)成迷宮式結(jié)構(gòu)空腔，空腔內(nèi)填充阻尼材料，即組成迷宮式約束阻尼車輪。車輪、聯(lián)結(jié)板和約束板的模型和相互關(guān)系圖7所示。

通過加貼約束阻尼板增加其阻尼，降噪效果很好。通過滾振試驗(yàn)顯示，車輪加貼迷宮式約束阻尼板后噪音降低7dB。

1.2 軌道降噪措施

通過對鋼軌增加阻尼、抑制鋼軌振動，采用約束阻尼在寬頻域內(nèi)增加鋼軌阻尼，減小鋼軌的振動加速度及表面聲輻射，降低輪軌噪音。

迷宮式約束阻尼結(jié)構(gòu)由聯(lián)結(jié)板和約束板及兩者之間的阻尼層組成，聯(lián)結(jié)板與約束板上設(shè)有相互配合的、實(shí)心或空心的凸凹結(jié)構(gòu)或翅片，構(gòu)成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔內(nèi)充滿高性能的阻尼材料，連接體的表面形狀同待粘貼的鋼軌表面的形狀一致，通過高強(qiáng)度、高剛性粘結(jié)膠粘貼在鋼軌的非工作表面上。

當(dāng)鋼軌振動時(shí)，振動通過剛性的粘結(jié)膠傳至聯(lián)結(jié)板，試圖帶動約束板一起振動，由于約束板的剛度較高，造成約束板與聯(lián)結(jié)板的變形不一致，強(qiáng)迫阻尼層發(fā)生剪切變形，從而吸收消耗振動能量，有效地降低了軌道所產(chǎn)生的振動，提高了車輪和軌道的使用壽命。由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難消除的一次噪聲，減輕了鋼軌噪聲對周圍的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，因此具有寬頻帶減振效果，對高頻噪聲如曲線囂叫、制動囂叫效果更好。

相關(guān)單位在上海地鐵10號線進(jìn)行了對比試驗(yàn)，分別測試了未安裝阻尼板和已安裝阻尼板的兩個(gè)區(qū)段，以及同一測點(diǎn)加貼阻尼板前后等幾種工況，測試數(shù)據(jù)見圖8。

圖7 迷宮式約束車輪 圖8阻尼鋼軌噪音測試對比表

2結(jié)束語

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，車輛噪音逐漸進(jìn)入公眾視野。輪軌噪音作為城市軌道車輛噪音的重要組成部分，降低輪軌噪音對整個(gè)車輛系統(tǒng)噪音指標(biāo)非常重要。

目前我國已有多種輪軌降噪措施，每種降噪措施都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)各自城市的軌道交通發(fā)展需求，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、維護(hù)等多方面考慮、選擇合適的輪軌降噪措施。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]曹明旭.關(guān)于地鐵車輛的減振降噪[Z].

[3]雷曉燕，張鵬飛.阻尼車輪減振降噪的試驗(yàn)研究[Z].endprint

摘 要：隨著城市軌道交通的發(fā)展，車輛噪音問題已經(jīng)越來越多的引起人們的關(guān)注，而輪軌噪音是車輛噪音的重要組成部分。為提高軌道周圍居民的生活質(zhì)量，降噪就成為一個(gè)重要的課題，而輪軌降噪顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；輪軌噪音；降噪措施；現(xiàn)狀分析

引言

近年來，隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，在人口密集、科研院所、醫(yī)院、學(xué)校等城市公共區(qū)域，車輛噪音越來越多的引起人們的關(guān)注。城市軌道車輛噪音根據(jù)生源的不同大致分為以下幾種：

輪軌噪聲：由輪軌相互作用引起的噪音；

設(shè)備噪聲：由空調(diào)、電機(jī)等車輛設(shè)備工作產(chǎn)生的噪音；

空氣動力噪聲：車體與空氣摩擦而產(chǎn)生的噪聲；

集電系統(tǒng)噪聲：由受電弓和電線相互摩擦引起的噪音；

構(gòu)造物二次噪聲：列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產(chǎn)生的噪聲。

經(jīng)研究表明，各種噪聲成分隨車速變化在鐵路噪聲中所占的比例，如圖1所示。

圖1 各種噪聲成分隨車速變化圖

通過圖1可以看出，當(dāng)列車正常行駛時(shí)，輪軌噪音在整個(gè)城軌交通系統(tǒng)噪音中占有非常重要的比重。文章通過分析目前軌道交通輪軌噪音控制的基本現(xiàn)狀，為降低城市軌道車輛噪音提供技術(shù)支持。

1 輪軌降噪措施

城軌交通輪軌噪音是指車輛運(yùn)行時(shí)車輪與鋼軌之間相互作用就會產(chǎn)生噪聲，通常可分為滾動噪聲（轟鳴噪聲）、沖擊噪聲、尖嘯噪聲等。

為了最大限度地降低輪軌之間的噪音，提高城軌交通的舒適性。目前，城軌交通通常采用兩種方式降低輪軌之間噪音，一種是在車輪上增加降噪裝置，另一種是在鋼軌上增加降噪裝置，下文著重對國內(nèi)通常采用的輪軌降噪措施進(jìn)行了分析。

1.1 車輪降噪措施

1.1.1 彈性車輪

彈性車輪能明顯降低輪軌噪聲，主要是通過橡膠能吸收高頻振動、降低沖擊，并使輪軌問的摩擦得到改善。同時(shí)，彈性車輪降低簧下質(zhì)量，致使輪軌沖擊動作用降低，也是彈性車輪運(yùn)行噪音降低的重要原因。另外，采用剛性車輪時(shí)，由于輪箍在軌道上滾動而出現(xiàn)的噪聲會通過輪心的膜片作用而大大強(qiáng)化，并以體噪聲的形式傳至車體，而采用彈性車輪時(shí)，該噪聲可以被橡膠層隔絕，彈性車輪結(jié)構(gòu)參見圖2所示。

圖2 彈性車輪結(jié)構(gòu)圖

采用彈性車輪后，踏面垂向激勵(lì)下彈性車輪的噪聲比剛性車輪可降低4.4dB。經(jīng)對比分析，剛性車輪輻射的噪聲總功率中主要成分是由幅板輻射的，而彈性車輪采用橡膠彈性元件將輪箍和輪心隔開，輪箍的振動經(jīng)過彈性元件的衰減作用后傳至輪心，高頻成分得到了消除或削弱，因此可以大大減少由幅板輻射的噪聲。

雖然彈性車輪比整體車輪能降低l0dB（A）～20dB（A），但一般只適合軸重較低（10t左右）的輕軌車輛，對于地鐵車輛效果并不明顯，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，在地鐵車輛中通常不建議采用。

1.1.2 降噪阻尼器

目前，國內(nèi)地鐵車輛通常在車輪上采用層疊式寬頻降噪消音器。如圖3，此種消音器為一種三明治結(jié)構(gòu)，三層鋼板和兩層高阻尼特種橡膠，然后用不銹鋼空心鉚釘鉚接。它利用彈粘性橡膠作為彈性元件，它的彈性力為非線性，因此能起到吸收多個(gè)頻峰振動的作用。

層疊式降噪阻尼器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通常安裝在采用踏面制動裝置的轉(zhuǎn)向架車輪上。

圖3 消音器結(jié)構(gòu)圖 圖4 消音器安裝圖

經(jīng)實(shí)測試證明，S形幅板車輪安裝消音器后降噪量可以達(dá)到15.30dB，降噪效果明顯。

1.1.3 降噪阻尼環(huán)

針對安裝輪盤制動城軌車輛車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常在車輪上可安裝降噪阻尼環(huán)。通過相關(guān)模態(tài)分析，車輪沿徑向變形有越來越大的趨勢，因此，在滿足車輪強(qiáng)度要求時(shí)，阻尼環(huán)安裝在車輪變形較大的位置降噪效果會更好。降噪阻尼環(huán)如圖5，為鋼制開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸和機(jī)械性能參數(shù)與車輪模態(tài)相匹配，通過壓縮安裝在車輪輪輞內(nèi)側(cè)槽內(nèi)，圓環(huán)通過本身彈性緊貼輪輞，并采用特殊設(shè)計(jì)的高阻尼彈性連接件封閉其接口，確保阻尼環(huán)在長周期使用下的良好降噪性能，同時(shí)確保應(yīng)用時(shí)的安全可靠性，安裝效果圖見圖5。降噪阻尼環(huán)使用過程中不需要更換零件，免維護(hù)。

車輪降噪阻尼環(huán)在車輪發(fā)生振動時(shí)，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能起到抑制車輪徑向和橫向模態(tài)振動的作用，減少車輪向外輻射噪聲，從而獲得良好的降噪效果。

圖5 降噪阻尼環(huán)安裝圖 圖6 降噪阻尼盤安裝機(jī)構(gòu)示意圖

安裝阻尼環(huán)后車輪在整個(gè)頻帶都有減振降噪作用，在中高頻800Hz以上降噪效果明顯，和新輪比較，在沒裝阻尼環(huán)時(shí)磨耗輪輻射的噪聲稍大，安裝阻尼環(huán)后磨耗輪輻射噪聲能夠大幅下降，下降值達(dá)到14.82dB。

1.1.4 降噪阻尼盤

車輪降噪阻尼盤的降噪機(jī)理是基于粘彈阻尼材料降噪技術(shù)，采用約束阻尼層結(jié)構(gòu)，利用高耗能阻尼材料來減振降噪。降噪阻尼環(huán)安裝方式參見圖6，降噪阻尼盤由鋼質(zhì)約束層和阻尼材料層組成，各層通過高性能壓敏膠與車輪幅板粘接在一起。由于車輪輪緣最外位置是車輪行駛時(shí)振動最大的位置，因此，降噪阻尼盤的設(shè)計(jì)盡量靠近邊緣，如果阻尼盤有翻邊部分來約束振動，則具有更好的降噪效果。

車輪降噪阻尼盤為鋼板整體沖壓成型，復(fù)合阻尼材料粘接在車輪上，復(fù)雜形狀成型較難，因此，降噪盤更適于直幅板車輪。

直幅板車輪安裝阻尼盤后降噪量可達(dá)13.95dB，降噪效果明顯，安裝降噪盤在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都有比較明顯的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz中高頻之間降噪效果最好，在3150Hz時(shí)可達(dá)20dB。

1.1.4 迷宮式約束阻尼器

阻尼車輪由鋼質(zhì)車輪本體、聯(lián)結(jié)板、阻尼層和約束板組成。聯(lián)結(jié)板的表面為曲面，和車輪的內(nèi)表面相配合，通過高強(qiáng)度粘結(jié)膠和車輪內(nèi)表面粘貼在一起，其上部結(jié)構(gòu)為凸凹結(jié)構(gòu)。約束板的外表面為平面，內(nèi)表面也為凸凹結(jié)構(gòu)，扣在聯(lián)結(jié)板之上與聯(lián)結(jié)板一起構(gòu)成迷宮式結(jié)構(gòu)空腔，空腔內(nèi)填充阻尼材料，即組成迷宮式約束阻尼車輪。車輪、聯(lián)結(jié)板和約束板的模型和相互關(guān)系圖7所示。

通過加貼約束阻尼板增加其阻尼，降噪效果很好。通過滾振試驗(yàn)顯示，車輪加貼迷宮式約束阻尼板后噪音降低7dB。

1.2 軌道降噪措施

通過對鋼軌增加阻尼、抑制鋼軌振動，采用約束阻尼在寬頻域內(nèi)增加鋼軌阻尼，減小鋼軌的振動加速度及表面聲輻射，降低輪軌噪音。

迷宮式約束阻尼結(jié)構(gòu)由聯(lián)結(jié)板和約束板及兩者之間的阻尼層組成，聯(lián)結(jié)板與約束板上設(shè)有相互配合的、實(shí)心或空心的凸凹結(jié)構(gòu)或翅片，構(gòu)成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔內(nèi)充滿高性能的阻尼材料，連接體的表面形狀同待粘貼的鋼軌表面的形狀一致，通過高強(qiáng)度、高剛性粘結(jié)膠粘貼在鋼軌的非工作表面上。

當(dāng)鋼軌振動時(shí)，振動通過剛性的粘結(jié)膠傳至聯(lián)結(jié)板，試圖帶動約束板一起振動，由于約束板的剛度較高，造成約束板與聯(lián)結(jié)板的變形不一致，強(qiáng)迫阻尼層發(fā)生剪切變形，從而吸收消耗振動能量，有效地降低了軌道所產(chǎn)生的振動，提高了車輪和軌道的使用壽命。由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難消除的一次噪聲，減輕了鋼軌噪聲對周圍的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，因此具有寬頻帶減振效果，對高頻噪聲如曲線囂叫、制動囂叫效果更好。

相關(guān)單位在上海地鐵10號線進(jìn)行了對比試驗(yàn)，分別測試了未安裝阻尼板和已安裝阻尼板的兩個(gè)區(qū)段，以及同一測點(diǎn)加貼阻尼板前后等幾種工況，測試數(shù)據(jù)見圖8。

圖7 迷宮式約束車輪 圖8阻尼鋼軌噪音測試對比表

2結(jié)束語

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，車輛噪音逐漸進(jìn)入公眾視野。輪軌噪音作為城市軌道車輛噪音的重要組成部分，降低輪軌噪音對整個(gè)車輛系統(tǒng)噪音指標(biāo)非常重要。

目前我國已有多種輪軌降噪措施，每種降噪措施都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)各自城市的軌道交通發(fā)展需求，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、維護(hù)等多方面考慮、選擇合適的輪軌降噪措施。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]曹明旭.關(guān)于地鐵車輛的減振降噪[Z].

[3]雷曉燕，張鵬飛.阻尼車輪減振降噪的試驗(yàn)研究[Z].endprint

摘 要：隨著城市軌道交通的發(fā)展，車輛噪音問題已經(jīng)越來越多的引起人們的關(guān)注，而輪軌噪音是車輛噪音的重要組成部分。為提高軌道周圍居民的生活質(zhì)量，降噪就成為一個(gè)重要的課題，而輪軌降噪顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；輪軌噪音；降噪措施；現(xiàn)狀分析

引言

近年來，隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，在人口密集、科研院所、醫(yī)院、學(xué)校等城市公共區(qū)域，車輛噪音越來越多的引起人們的關(guān)注。城市軌道車輛噪音根據(jù)生源的不同大致分為以下幾種：

輪軌噪聲：由輪軌相互作用引起的噪音；

設(shè)備噪聲：由空調(diào)、電機(jī)等車輛設(shè)備工作產(chǎn)生的噪音；

空氣動力噪聲：車體與空氣摩擦而產(chǎn)生的噪聲；

集電系統(tǒng)噪聲：由受電弓和電線相互摩擦引起的噪音；

構(gòu)造物二次噪聲：列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產(chǎn)生的噪聲。

經(jīng)研究表明，各種噪聲成分隨車速變化在鐵路噪聲中所占的比例，如圖1所示。

圖1 各種噪聲成分隨車速變化圖

通過圖1可以看出，當(dāng)列車正常行駛時(shí)，輪軌噪音在整個(gè)城軌交通系統(tǒng)噪音中占有非常重要的比重。文章通過分析目前軌道交通輪軌噪音控制的基本現(xiàn)狀，為降低城市軌道車輛噪音提供技術(shù)支持。

1 輪軌降噪措施

城軌交通輪軌噪音是指車輛運(yùn)行時(shí)車輪與鋼軌之間相互作用就會產(chǎn)生噪聲，通?？煞譃闈L動噪聲（轟鳴噪聲）、沖擊噪聲、尖嘯噪聲等。

為了最大限度地降低輪軌之間的噪音，提高城軌交通的舒適性。目前，城軌交通通常采用兩種方式降低輪軌之間噪音，一種是在車輪上增加降噪裝置，另一種是在鋼軌上增加降噪裝置，下文著重對國內(nèi)通常采用的輪軌降噪措施進(jìn)行了分析。

1.1 車輪降噪措施

1.1.1 彈性車輪

彈性車輪能明顯降低輪軌噪聲，主要是通過橡膠能吸收高頻振動、降低沖擊，并使輪軌問的摩擦得到改善。同時(shí)，彈性車輪降低簧下質(zhì)量，致使輪軌沖擊動作用降低，也是彈性車輪運(yùn)行噪音降低的重要原因。另外，采用剛性車輪時(shí)，由于輪箍在軌道上滾動而出現(xiàn)的噪聲會通過輪心的膜片作用而大大強(qiáng)化，并以體噪聲的形式傳至車體，而采用彈性車輪時(shí)，該噪聲可以被橡膠層隔絕，彈性車輪結(jié)構(gòu)參見圖2所示。

圖2 彈性車輪結(jié)構(gòu)圖

采用彈性車輪后，踏面垂向激勵(lì)下彈性車輪的噪聲比剛性車輪可降低4.4dB。經(jīng)對比分析，剛性車輪輻射的噪聲總功率中主要成分是由幅板輻射的，而彈性車輪采用橡膠彈性元件將輪箍和輪心隔開，輪箍的振動經(jīng)過彈性元件的衰減作用后傳至輪心，高頻成分得到了消除或削弱，因此可以大大減少由幅板輻射的噪聲。

雖然彈性車輪比整體車輪能降低l0dB（A）～20dB（A），但一般只適合軸重較低（10t左右）的輕軌車輛，對于地鐵車輛效果并不明顯，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，在地鐵車輛中通常不建議采用。

1.1.2 降噪阻尼器

目前，國內(nèi)地鐵車輛通常在車輪上采用層疊式寬頻降噪消音器。如圖3，此種消音器為一種三明治結(jié)構(gòu)，三層鋼板和兩層高阻尼特種橡膠，然后用不銹鋼空心鉚釘鉚接。它利用彈粘性橡膠作為彈性元件，它的彈性力為非線性，因此能起到吸收多個(gè)頻峰振動的作用。

層疊式降噪阻尼器結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，通常安裝在采用踏面制動裝置的轉(zhuǎn)向架車輪上。

圖3 消音器結(jié)構(gòu)圖 圖4 消音器安裝圖

經(jīng)實(shí)測試證明，S形幅板車輪安裝消音器后降噪量可以達(dá)到15.30dB，降噪效果明顯。

1.1.3 降噪阻尼環(huán)

針對安裝輪盤制動城軌車輛車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常在車輪上可安裝降噪阻尼環(huán)。通過相關(guān)模態(tài)分析，車輪沿徑向變形有越來越大的趨勢，因此，在滿足車輪強(qiáng)度要求時(shí)，阻尼環(huán)安裝在車輪變形較大的位置降噪效果會更好。降噪阻尼環(huán)如圖5，為鋼制開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其尺寸和機(jī)械性能參數(shù)與車輪模態(tài)相匹配，通過壓縮安裝在車輪輪輞內(nèi)側(cè)槽內(nèi)，圓環(huán)通過本身彈性緊貼輪輞，并采用特殊設(shè)計(jì)的高阻尼彈性連接件封閉其接口，確保阻尼環(huán)在長周期使用下的良好降噪性能，同時(shí)確保應(yīng)用時(shí)的安全可靠性，安裝效果圖見圖5。降噪阻尼環(huán)使用過程中不需要更換零件，免維護(hù)。

車輪降噪阻尼環(huán)在車輪發(fā)生振動時(shí)，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能起到抑制車輪徑向和橫向模態(tài)振動的作用，減少車輪向外輻射噪聲，從而獲得良好的降噪效果。

圖5 降噪阻尼環(huán)安裝圖 圖6 降噪阻尼盤安裝機(jī)構(gòu)示意圖

安裝阻尼環(huán)后車輪在整個(gè)頻帶都有減振降噪作用，在中高頻800Hz以上降噪效果明顯，和新輪比較，在沒裝阻尼環(huán)時(shí)磨耗輪輻射的噪聲稍大，安裝阻尼環(huán)后磨耗輪輻射噪聲能夠大幅下降，下降值達(dá)到14.82dB。

1.1.4 降噪阻尼盤

車輪降噪阻尼盤的降噪機(jī)理是基于粘彈阻尼材料降噪技術(shù)，采用約束阻尼層結(jié)構(gòu)，利用高耗能阻尼材料來減振降噪。降噪阻尼環(huán)安裝方式參見圖6，降噪阻尼盤由鋼質(zhì)約束層和阻尼材料層組成，各層通過高性能壓敏膠與車輪幅板粘接在一起。由于車輪輪緣最外位置是車輪行駛時(shí)振動最大的位置，因此，降噪阻尼盤的設(shè)計(jì)盡量靠近邊緣，如果阻尼盤有翻邊部分來約束振動，則具有更好的降噪效果。

車輪降噪阻尼盤為鋼板整體沖壓成型，復(fù)合阻尼材料粘接在車輪上，復(fù)雜形狀成型較難，因此，降噪盤更適于直幅板車輪。

直幅板車輪安裝阻尼盤后降噪量可達(dá)13.95dB，降噪效果明顯，安裝降噪盤在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都有比較明顯的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz中高頻之間降噪效果最好，在3150Hz時(shí)可達(dá)20dB。

1.1.4 迷宮式約束阻尼器

阻尼車輪由鋼質(zhì)車輪本體、聯(lián)結(jié)板、阻尼層和約束板組成。聯(lián)結(jié)板的表面為曲面，和車輪的內(nèi)表面相配合，通過高強(qiáng)度粘結(jié)膠和車輪內(nèi)表面粘貼在一起，其上部結(jié)構(gòu)為凸凹結(jié)構(gòu)。約束板的外表面為平面，內(nèi)表面也為凸凹結(jié)構(gòu)，扣在聯(lián)結(jié)板之上與聯(lián)結(jié)板一起構(gòu)成迷宮式結(jié)構(gòu)空腔，空腔內(nèi)填充阻尼材料，即組成迷宮式約束阻尼車輪。車輪、聯(lián)結(jié)板和約束板的模型和相互關(guān)系圖7所示。

通過加貼約束阻尼板增加其阻尼，降噪效果很好。通過滾振試驗(yàn)顯示，車輪加貼迷宮式約束阻尼板后噪音降低7dB。

1.2 軌道降噪措施

通過對鋼軌增加阻尼、抑制鋼軌振動，采用約束阻尼在寬頻域內(nèi)增加鋼軌阻尼，減小鋼軌的振動加速度及表面聲輻射，降低輪軌噪音。

迷宮式約束阻尼結(jié)構(gòu)由聯(lián)結(jié)板和約束板及兩者之間的阻尼層組成，聯(lián)結(jié)板與約束板上設(shè)有相互配合的、實(shí)心或空心的凸凹結(jié)構(gòu)或翅片，構(gòu)成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔內(nèi)充滿高性能的阻尼材料，連接體的表面形狀同待粘貼的鋼軌表面的形狀一致，通過高強(qiáng)度、高剛性粘結(jié)膠粘貼在鋼軌的非工作表面上。

當(dāng)鋼軌振動時(shí)，振動通過剛性的粘結(jié)膠傳至聯(lián)結(jié)板，試圖帶動約束板一起振動，由于約束板的剛度較高，造成約束板與聯(lián)結(jié)板的變形不一致，強(qiáng)迫阻尼層發(fā)生剪切變形，從而吸收消耗振動能量，有效地降低了軌道所產(chǎn)生的振動，提高了車輪和軌道的使用壽命。由于振動為噪聲之源，噪聲也大幅降低，尤其是一般方法很難消除的一次噪聲，減輕了鋼軌噪聲對周圍的影響。這種阻尼減振對于各種頻率都有較好的減振效果，因此具有寬頻帶減振效果，對高頻噪聲如曲線囂叫、制動囂叫效果更好。

相關(guān)單位在上海地鐵10號線進(jìn)行了對比試驗(yàn)，分別測試了未安裝阻尼板和已安裝阻尼板的兩個(gè)區(qū)段，以及同一測點(diǎn)加貼阻尼板前后等幾種工況，測試數(shù)據(jù)見圖8。

圖7 迷宮式約束車輪 圖8阻尼鋼軌噪音測試對比表

2結(jié)束語

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，車輛噪音逐漸進(jìn)入公眾視野。輪軌噪音作為城市軌道車輛噪音的重要組成部分，降低輪軌噪音對整個(gè)車輛系統(tǒng)噪音指標(biāo)非常重要。

目前我國已有多種輪軌降噪措施，每種降噪措施都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)各自城市的軌道交通發(fā)展需求，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、維護(hù)等多方面考慮、選擇合適的輪軌降噪措施。

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