城市轨道交通车辆产生噪音的原因及降低措施

　　【摘要】随着全球经济的快速增长，世界各国中的城市都得以发展，为人们提供了良好的生活环境。但在城市经济以及各项基础建设迅猛发展的同时，其中产生的大量噪音污染也成为了影响。41"1日常生活工作的重要问题，噪音主要是指嘈杂的、有害的、人们不需要的高分贝声音。从人类生理方面来讲，噪声会影响人们的休息，刺激人们的神经系统，如果长时间处于噪声环境极其容易引起头晕、恶心、易疲劳等症状，经过相关人员研究，噪声还是引发人类高血压和心脏病的其中一个重要因素，所以目前噪声污染已经成为世界各国急于解决的问题，围绕城市噪音污染的形成原因和有效防治措施进行讨论，希望对今后的噪音污染有所帮助。

　　[关键词]城市轨道交通；噪音；降低措施

　　为了降低城市噪声公害, 针对轨道交通车辆噪声产生的原因, 从降低声源和传播途径 2 个方面的噪声着手, 可采取使用低噪声轮对, 选择新型轮轨匹配材料, 选用直线电机和径向转向架, 改进车体结构设计和提高车辆的隔声性能等措施, 能对降低车辆噪声对环境的影响起到良好的效果。城市环境噪声以交通运输噪声最为突出, 许多国家研究结果都表明, 城市环境噪声的 70% 来自交通噪声。城市轨道交通车辆是特殊的流动声源, 对环境的影响面也最广, 是城市轨道交通噪声产生的根源。噪声干扰人们的工作和生活, 危害人体健康,是影响面最为广泛的一种公害。为此, 分析与轨道交通车辆直接相关的噪声, 探讨相应的防护措施。

　　

　　1.车辆噪声的形成

　　1.1摩擦噪声

　　摩擦噪声 当车辆在一条较小半径曲线线路上运行时, 车轮沿曲线钢轨并非纯滚动运行, 要产生局部的横向滑动。正是这种在曲线上车轮对轨道的不完善的导向造成“卡滞―滑动效应”, 结合车轮和轨道的振动响应, 形成摩擦噪声。

　　1.2撞击噪声

　　车轮和钢轨长期相互作用都会产生磨耗, 当车辆防滑系统发生故障时, 就会造成车轮在钢轨上打滑擦伤, 车轮可能失圆或产生扁疤, 钢轨可能会产生波浪型磨耗。状态不良的轮轨相互作用会使振动加剧, 噪声加大。特别是钢轨表面波长为 3～5 cm 的短波浪型磨耗, 车辆行驶时就会产生特别大的“卡嗒―卡嗒”的撞击噪声。

　　1.3轮轨噪声

　　轮轨噪声主要有 3 种类型: 摩擦噪声、撞击噪声和滚动噪声。每一种噪声均由相对应的机械结构所产生。

　　1.4机械噪声

　　机械噪声主要指制动系统在实施制动时, 闸片与制动盘之间摩擦振动, 激发制动闸片、闸片托架以及制动盘等产生自激振动, 形成制动噪声。另外, 制动系统中悬挂连接和支座所使用的许多销套, 由于销套与销轴之间的间隙在运行中相互撞击而产生噪声等。此外, 还有车辆其他的辅助系统所产生的机械噪声。

　　1.5电机噪声

　　电机运转所产生的噪声, 包括牵引电机、冷却风扇、空气压缩机组等产生的噪声, 它也是城市轨道交通主要噪声来源之一。特别是电机冷却风扇的噪声, 随列车运行速度的提高而增大,其程度往往要大于轮轨噪声。

　　

　　2.车辆噪音的解决措施

　　2.1 降噪阻尼盘

　　车轮降噪阻尼盘的降噪机理是基于粘弹阻尼材料降噪技术，采用约束阻尼层结构利用高耗能阻尼材料来减振降噪。降噪阻尼环安装方式参见图 6，降噪阻尼盘由钢质约束层和阻尼材料层组成，各层通过高性能压敏胶与车轮幅板粘接在一起。由于车轮轮缘最外位置是车轮行驶时振动最大的位置，因此，降噪阻尼盘的设计尽量靠近边缘，如果阻尼盘有翻边部分来约束振动，则具有更好的降噪效果。

　　车轮降噪阻尼盘为钢板整体冲压成型，复合阻尼材料粘接在车轮上，复杂形状成型较难，因此，降噪盘更适于直幅板车轮。直幅板车轮安装阻尼盘后降噪量可达 13.95dB，降噪效果明显，安装降噪盘在整个频率范围内都有比较明显的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz 中高频之间降噪效果最好，在 3150Hz 时可达 20dB。

　　通过对钢轨增加阻尼、抑制钢轨振动，采用约束阻尼在宽频域内增加钢轨阻尼，减小钢轨的振动加速度及表面声辐射，降低轮轨噪音。

　　2.2 轨道降噪措施

　　通过对钢轨增加阻尼、抑制钢轨振动，采用约束阻尼在宽频域内增加钢轨阻尼，减小钢轨的振动加速度及表面声辐射，降低轮轨噪音。迷宫式约束阻尼结构由联结板和约束板及两者之间的阻尼层组成，联结板与约束板上设有相互配合的、实心或空心的凸凹结构或翅片，构成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔内充满高性能的阻尼材料，连接体的表面形状同待粘贴的钢轨表面的形状一致，通过高强度、高刚性粘结胶粘贴在钢轨的非工作表面上。当钢轨振动时，振动通过刚性的粘结胶传至联结板，试图带动约束板一起振动，由于约束板的刚度较高，造成约束板与联结板的变形不一致，强迫阻尼层发生剪切变形，从而吸收消耗振动能量，有效地降低了轨道所产生的振动，提高了车轮和轨道的使用寿命。由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难消除的一次噪声，减轻了钢轨噪声对周围的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，因此具有宽频带减振效果，对高频噪声如曲线嚣叫、制动嚣叫效果更好。

　　在制动组件上添加减振装置 在闸片托架上装设阻尼装置, 在闸片和托架的连接上采用预张紧装置, 采用这些措施后可使制动噪声有可能降低20 dB 。另外在制动系统悬挂连接和支座所使用的许多销套中, 加装弹性橡胶元件, 可降低销套与销轴之间在运行中相互撞击而产生的噪声。

　　2.3 迷宫式约束阻尼器

　　阻尼车轮由钢质车轮本体、联结板、阻尼层和约束板组成。联结板的表面为曲面，和车轮的内表面相配合，通过高强度粘结胶和车轮内表面粘贴在一起，其上部结构为凸凹结构。约束板的外表面为平面，内表面也为凸凹结构，扣在联结板之上与联结板一起构成迷宫式结构空腔，空腔内填充阻尼材料，即组成迷宫式约束阻尼车轮。

　　2.3.1 装设车裙

　　在车体向下延伸部分装设车裙,可起到阻挡牵引系统噪声由底架向外辐射的作用。

　　2.3.2 设置隔音罩

　　在转向架两侧面设置隔音罩,对于滚动和制动噪声以及次级噪声的降低与衰减均有明显的效果, 能有效地降低列车辐射噪声对周围地区的影响。

　　2.3.3 提高车体的隔声性能

　　在车体钢结构内表面涂以防振阻尼层后, 钢结构的声频振动转化为热能消散, 从而可减少声波的辐射和声波振动的传递。同时也改变了钢板的自振频率, 避免噪声主频率与钢板自振频率一致时引起共振, 提高了钢板的隔声性能。车体的隔墙采用双层墙结构构, 每次只需单独制造上模块、下模块即可。在生产锻件时, 根据生产作业指令, 由模具维修钳工更换不同的上模块和下模块, 即在模具处于最大开启状态下, 停止设备, 关闭电源, 松开压板内六角螺钉 17 ,卸下压板, 取出上模块和下模块, 然后以圆柱销 12定位, 将另一产品的上模块和下模块装上, 装好压板并拧紧压板内六角螺钉 , 合模, 开机即可进行另一产品的生产。每次换模时间一般不超过 10 min 。而安装一套普通专用的整体锻模一般需要 1～2 h 。采用性能良好的车辆辅助系统 空调装置压缩机可采用性能先进的涡旋式压缩机, 其运动部件少、振动小、噪声低, 而且可靠性高, 使用寿命长。

　　降低车轮和钢轨表面的粗糙度 对钢轨和车轮表面定期进行磨削和镟修, 提高其表面光洁度, 保持平滑完好状态, 是降低滚动噪声行之有效的措施。另外, 采用焊接的长钢轨, 以减少车轮对钢轨接缝处的冲击次数, 也可降低列车撞击噪声整改效果产品精度得到保证 导柱、导套导向机构的采用, 使上、下模的合模精度得到保证。而起定位作用的圆柱销孔及模块型腔利用线切割、数控加工中心或者电火花成型机等模具精加工设备加工, 保证了模具的装配精度, 产品质量得到保证。

　　

　　3城市轨道交通车辆未来发展趋势

　　3.1节约成本

　　由于采用通用模架, 开发新产品时只需单独增加工作零件上模块和下模块, 因此节约了昂贵的模具钢材料, 也降低模具制造费用, 减少了模具投入。相比原来的整体锻模, 3 年来共计节约模具费 50 余万元。因不更换模架就能更换模块, 也减轻了工人的劳动强度, 使锻造有效工时增加, 提高了工作效率, 降低了人工成本。提高模具寿命 合理的模具结构参数的设计和模具材料的选用, 使模具的使用寿命得到了提高。模架使用已达 50 万次仍保持状态良好。模块一次修模可使用 3 万次以上 , 比原来使用的 5CrMmMo 钢整体锻模的 0.8 万次的寿命有了很大的提高。

　　3.2加快新产品开发速度

　　新产品的开发只集中在工作零件上模块和下模块上。上模块、下模块可作为系列标准件提前备料和完成除型腔外的所有粗精加工, 需用时再根据图纸直接加工型腔, 最多只需3～5 d 的时间即可完成。而设计、加工 1 套整体锻模则需要 1～3 月时间。因此, 缩短了模具的设计、备料和制造周期, 从而加快了新产品开发速度。

　　结束语

　　无论是发达国家还是发展中国家，城市噪声已经成为全社会关一t7的问题。治理环境噪声污染是现代化城市建设的重要内容。亦是衡量一个城市文明水平高低的重要标志。城市噪声的产生与治理是一个新的课题，需要环保部门及相关部门通力配合和全社会的支持。随着我国城市轨道交通运输的快速发展, 治理城市轨道交通车辆噪声对环境的污染越发显得重要。为此, 从降低声源噪声和传播途径上的噪声 2 个方面, 通过采用新型低噪声轮对、选择新型轮轨匹配材料、推广使用直线电机和径向转向架、改进车体的结构设计以及提高车辆的隔声性能等措施, 对降低车辆噪声对环境的影响起到重要的作用。

　　参考文献：

　　[1]程冕,杜梦锦.城市轨道交通车辆场段上盖物业开发模式探究[J].现代城市轨道交通,2020(11):115-120.

　　[2]张汝鹏.城市轨道交通车辆装配过程中的质量控制[J].内燃机与配件,2020(20):117-118.

　　[3]王亮,苏毅.城市轨道交通车辆段综合开发规划设计初探[J].工程建设与设计,2020(21):112-114.

　　[4]舒忠.长沙城市轨道交通枢纽站交通衔接方式调查研究[J].时代汽车,2020(19):175-176.

　　[5]吴安伟.城市轨道交通车辆基本阻力试验研究[J].城市轨道交通研究,2020,23(09):141-143+174.

　　[6]蒲晨亮.城市轨道交通B型车一系弹簧下盖螺栓断裂故障分析[J].城市轨道交通研究,2020,23(09):148-151.

　　[7]马晓彤.城市轨道交通新造车辆组装库工艺设计[J].中国设备工程,2020(17):248-249.

　　[8]李葛亮,莫志刚,刘亚妮,吕远斌.轨道交通车辆系统的危害分析与风险评估[J].机车电传动,2020(04):152-156.

　　[9]张波,邓万财,丁勋勤.基于“线上—线下”混合式教学的课程过程性考核改革与实践——以《城市轨道交通车辆构造》为例[J].科学咨询(科技·管理),2020(08):98-99.

　　[10]蔡明君,张怀强,夏东伟,周诗宁.基于新型复合材料的城市轨道交通车辆地板降噪研究[J].大连交通大学学报,2020,41(04):29-33+38.

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