现代有轨电车噪声分析及减振降噪研究

现代有轨电车噪声分析及减振降噪研究

陈超

西安铁路信号有限责任公司陕西西安710048

摘要：目前，我国市场经济发展迅速，现代的有轨电车行业也突飞猛进，同时，在车辆运行的时候，噪声和振动也备受人们的关注，所以减振降噪技术已成为我国最为关键的技术。本文结合噪声限值要求及现状，并且对噪声主要声源及产生机理进行分析，并探讨了车外噪声控制关键技术。

关键词：现代有轨电车；噪声机理；减振降噪

1噪声限值要求及现状

针对我国典型线路上现代有轨电车现状，按照ＩＳＯ３３８１—２０１１标准，在有砟和无砟两种最为典型的线路区段，测试了７０ｋｍ／ｈ匀速运行情况下的车内噪声。测试结果如图１所示。测试结果表明，车内噪声超出了限值要求范围，这主要源于车内外噪声共同作用的结果。

图２现代有轨电车车外主要声源随速度变化关系图

传统的轨道交通通常采用左右对称结构的钢轨（如图３ａ）所示），现代有轨电车更倾向于采用左右非对称的槽型轨（如图３ｂ）所示）。左右非对称的轨道横截面可能会增加钢轨的扭转振动响应，进而通过弯扭耦合增加钢轨腹板的横向振动响应；而槽型轨的轨槽结构，会增大顶面的有效辐射面积，也会增加钢轨结构的振动声辐射。从而两方面都可能使非对称槽型轨的轮轨噪声增大，但是到目前为止，针对槽型轨的轮轨噪声分析还较少。

通过弹性结构，将轮辋和幅板这两个车轮声辐射最显著的区域进行振动解耦。同时，弹性结构采用高阻尼特性材料（例如橡胶环）可以更好地吸收轮轨噪声。要想达到理想的振动解耦效果，隔离层弹性结构的刚度越小越好；而要获取理想的阻尼效果，隔离层弹性结构的刚度则越大越好。因此，如何确定隔离层弹性结构的刚度，是弹性车轮低噪声设计的关键所在。

3.2弹性体的选材

出于共享路权考虑，通常将现代有轨电车的钢轨嵌入到高分子材料构成的弹性体中，如图５所示。高分子材料弹性体具有高阻尼特性，理论上可以很好地提高轨道结构的整体阻尼特性，从而对轮轨噪声抑制起到积极作用。但是，嵌入式轨道结构并非一定比传统轨道结构具有更好的减振降噪性能，分析其原因主要为：①弹性体自由表面可能会与钢轨一起振动，甚至某些特定频率会放大钢轨的振动，从而使得参与声辐射的振动表面积远远大于轨头表面积，使轮轨噪声中来自于轨道结构的噪声增大；②由于钢轨嵌入到弹性体中，其包裹作用会改变传统钢轨的偶极子声辐射特性，变为声辐射效率更显著的单极子。因此，弹性体的选材，尤其是刚度和阻尼特性的优化匹配，是起到良好减振降噪作用的关键所在。

图6现代有轨电车装备状态下隔声特性

测试结果表明，风挡记权隔声量仅有１５．６ｄＢ，远远低于其他区域的车身结构。由此可知，车内噪声大部分来自于车间贯通道，因此，对风挡结构的隔声性能提升能有效控制车内噪声。另外，为实现节能环保，现代有轨电车大多数采用轻量化结构，在实现轻量化目标时，为使其振动和噪声性能不受影响，型材结构的要求为（见图7）：当选择的筋板厚度为１．５ｍｍ时，单位面积型材结构的质量为２０．７ｋｇ，其计权隔声量为３２．３ｄＢ；而当筋板厚度增加１．０ｍｍ和２．０ｍｍ后，其面密度分别变为２４．４ｋｇ／ｍ２和２８．１ｋｇ／ｍ２，质量增加的同时计权隔声量反而降低至３１．５ｄＢ。由此可见，开展轻量化车体结构的隔声特性和振动声辐射特性多目标优化设计，对现代有轨电车车内噪声控制非常关键，因此，完全可以通过结构、参数和选材等的优化，实现减重和降噪双重优化目标。

5结语

在车体、转向架、弓网受流装置等噪声主要来源上，采用复合材料、仿生学技术，以降低中低频噪声。在噪声传播路径上采用具有弹性和阻尼性较好的降噪、吸声材料和消声结构阻隔噪声传递。如在转向架上部和侧面安装吸声裙板，在车轮上安装调谐吸振器等。对车体及车下吊装设备进行模态分析。合理设计各类设备的安装位置，通过实验选择合适的支撑刚度，避免车体振动导致设备产生中低频共振，加剧车体振动。

参考文献：

[1]孙宗亮.现代有轨电车噪声影响研究——以沈阳浑南新区为例[J].科技创业月刊,2016,29(12):13-14.

[2]唐勇军,陈兆玲,邓谊柏.储能式现代有轨电车噪声特性分析[J].电力机车与城轨车辆,2015,38(04):27-29.