降低铁道车辆车内噪声的研究

降低铁道车辆车内噪声的研究

王永明

青藏铁路公司西宁车辆段青海省西宁市810000

摘要：铁道车辆是我国交通运输系统的重要组成部分，随着人们生活水平的提高，对于出行条件也有了更高的要求，由于车辆在运行途中车内噪音比较严重，直接影响了旅客乘坐舒适性，因此本文主要针对普速列车噪声产生的原因及相应的解决措施进行分析，以期能对铁道车辆运行产生的噪音污染的防范起到一定作用。

关键词：铁道车辆；车内噪音；噪音污染；降低噪音

引言

为了践行中国铁路总公司关于“三个出行”，提高旅客列车的乘坐舒适性，结合青藏铁路公司异响异震异音的专项整治相关要求，进一步降低旅客列车运行途中产生的噪声显得尤为重要。以往车内噪声的研究，着力点放在怎样降低噪声方面。评价车内噪声或者车体及转向架的振动特性，符合该振动特性的措施综合起来（积累）的结果。铁道车辆上各种噪声源向车内传播，在车内形成空气透射噪声及固体传播噪声。本文根据噪声来源从轨道线路因素和车辆自身结构状态等方面阐述，以来自转向架的固体传播噪声和车内设施的异响异震异音等为中心，对噪声传播特性进行了分析，根据分析结果提出了“悬挂地板结构”的建议，以作为降低固体传播噪声的新方法。

1铁道车辆车内噪音的来源

1.1轨道线路因素

随着轨道技术的不断进步，现在的线路普遍换装了无缝钢轨，但是由于铁路轨道不可能是平直和刚性的，存着各种各样的不平顺。因此下面几方面就造成了钢轨与车轮的噪音传递。

1.1.1钢轨接头处的轮轨冲击

线路是由一根根钢轨通过鱼尾板连接起来的，车轮通过钢轨接头时，接缝出会出现明显的形状变化。这些局部形状变化，使车轮通过钢轨接头时接触点出现跳跃，形成轮轨间的冲击，这些冲击转化为噪音传递到车辆内部。

1.1.2轨道的垂向变形

轨道具有弹性，当车辆沿钢轨运行时，在轮对垂直载荷的作用下，轨道也随轮对的移动出现垂向变形，这些变形形成的垂向震动便以噪音的形式传递到车辆。

1.1.3轨道局部不平顺

车辆在轨道上运行时还受到轨道各种局部不平顺的影响，如曲线外侧超高及其顺坡、横向的方向变化、曲率半径变化、轨距的变化、车辆通过道岔，此外轨道还有上坡和下坡，钢轨的局部磨损、擦伤，路基局部隆起和下沉，气温变化等。这些局部形状变化都是激起车辆噪音的原因。

1.1.4轨道的随机不平顺

轨道的不平顺，有些可以用确定的形式来描述，但有些线路不平顺是不确定的，比如高海拔铁路青藏线就是随季节气温变化而影响路基的变化，这些变化也会形成噪音。

1.2车辆自身结构状态因素

1.2.1轮对偏心

由于制造工艺和设备等方面的原因，造成轮对偏心。当车轮沿轨道运行时，车轴中心相对瞬时转动中心会出现上下和前后震动，此时也会产生噪音。

1.2.2车轮不均重

由于车轮的质量不均匀，车轮的重心与几何中心不一致，当车轮转动时车轮上会出现转动不平衡力，从而引起车辆周期性震动。这些震动也会形成噪音。

1.2.3车轮踏面擦伤

车轮踏面存在擦伤和剥离时，车轮滚过擦伤处，轮轨间也会产生冲击，从而形成噪音传递到车内。

1.2.4车轮踏面的斜度

由于车轮踏面具有斜度（或等效斜度）以及轮缘与钢轨之间的间隙存在，轮对在线路上的轨迹称为蛇形运动。随着车速的提高，剧烈的蛇形运动便产生了大量的噪音。

1.3车辆内部设施因素

由于车辆内部设施的频繁使用和老化，也容易产生较多异响，比如车辆的顶棚盖、书包网、铺蹬、边凳、各种柜门及锁、暖气罩、洗脸间挡板等。此外，空调风道也存在噪音，有些车辆制氧机空压机、逆变器也存在噪音。

1.4机车因素

由于普速列车没有驱动力，需要机车牵引，所以列车在运行时随着机车的牵引力的变化、启动、制动等因素也会引起车辆噪音。

1.5车辆行驶中风阻产生的噪音

车辆行驶中风阻产生的噪音是由于铁道车辆行驶过程中与周围的气流相互作用使流场压力发生变化而产生的一种空气动力性噪音，也就是由于行驶中气流对车体外观有些突起或是死角处回旋而产生的噪音。由于设计原因，铁道车辆风阻系数无法改变，也很难彻底有效清除，通常车辆行驶的速度越快产生的风噪越大。

2噪声传播路线的分析

铁道车辆的车内噪声可分为固体传播噪声和空气透射噪声，前者是来自线路引起转向架的震动和车辆自身因素引起的震动传播到地板等产生的噪声，后者是车外噪声透射车体结构及内装修件等的噪声。噪声源对策基本上与以往的噪声源对策相同。但是在噪声传播路线方面采取对策也是有效的。因此，有必要正确地把握噪声从哪些范围传播到车内。以往，噪声传播路线是根据以下方法进行评价的：根据运行中内装修板件的振动特性，计算出对于评价点的噪声贡献度，以及基于详细的内装修件振动数据，利用边界元法进行车内噪声分析等，不过，这类方法测试的时间长（费工夫）。此外还有必要将内装修件振动与辐射噪声特性密切联系起来。通常采用传声器阵列探测声源位置。多数情况下，用于声源探测的传声器阵列是平面状的，可进行声源探测的范围只是部分方向，当声源的方向特定时是有效的。但是，在铁道车辆客室那样的封闭空间内，并不清楚哪个方向的部位形成传播路线情况下，应用上述方法是困难的。铁道车辆上噪声面向客室的传播，要重点把握是从地板传播，还是从车窗传播，或者从车顶棚传播等大的范围。因此，运用了能够360°全方位同时把握侵入噪声的全方位声源探测系统进行评价方法的开发。

3降低铁道车辆车内噪音的措施

3.1加大线路路基的改造建设

随着材料工艺的不断进步，可以采用钢轨材料更适宜的材料，工务部门加大路基的整修力度，从而最大限度降低列车通过时造成的噪音。

3.2车辆减震措施

改善车辆垂向震动性能和横向震动性能。弹簧装置的静挠度，总静挠度即轴箱弹簧与摇枕弹簧静挠度的总和。加大静挠度，可以降低车辆垂向震动的自振频率和车体的加速度，弹簧静挠度越大，震动加速度越小。因此，一般静挠度选择在140~190mm之间。摇枕弹簧与轴箱弹簧的刚度比取0.4~0.7左右为宜。采用减震器、减震橡胶、旁承支重等。

3.3制动噪音匹配方案

主要内容如下几点：第一，消除激发噪声的源头（摩擦片增加倒角、摩擦材料配方优化、消音片匹配）；第二，增加阻尼，摩擦材料加底料（减震层），制动盘和加减震片，制动钳增加谐振块；第三，改变摩擦片与制动盘接触面的压力分布；第四，更改制动盘弹性模量；第五，改善制动盘厚薄差；第六，更改摩擦片摩擦系数；第七，改变制动盘热容量；第八，优化制动盘内外面模态；第九，优化制动盘的散热形式和热变形；第十，优化制动系统各个部件的固有频率，避免产生频率耦合；十一，减少制动时，产生的制动拖滞力矩；十二，优化噪音传递路径；十三，优化制动钳的布置形式；十四，增加铁道车辆隔音材料（吸引材料包括尼龙、人造丝、聚酯等）。

3.4新的固体传播噪声对策的建议（悬挂地板结构）

传统的固体传播噪声对策是在车地板与地板托梁之间插入弹性体（例如橡胶件），进行振动隔绝（隔振）。这就是通常所说的“浮动地板”结构，其隔振效果好。目前，各型式新干线车辆上均采用了这种结构。但是，虽说浮动地板结构在高频域隔振效果好，但存在频率越低，隔振效果越差的问题。为了降低几百赫兹较低频域的噪声，有必要使用柔软的弹性体，不过，担心乘客踏在地板上会引起地板变形过大，影响行走舒适性。如上所述，由于车地板是利用地板托梁在车端部及中央部位支承的，所以，来自转向架的振动通过车底架传到车地板上。因此，作为降低地板振动的一种新方法，提出了由侧墙板块吊起地板的“悬挂地板”结构的建议。利用侧墙板块上的“悬吊构件”吊起以往用地板托梁支承的车地板，车地板不再用底架支承，能够完全隔绝从车辆底架传播的振动。由于侧墙板块的垂向振动比车底架小，所以车地板的振动降低了，可以期待由地板辐射的噪声也减小了。

3.5制氧机和逆变器等设备安装上防噪装置

在制氧机空压机外壳上安装防噪装置，这样产生的噪音在铁道车辆内部可以部分隔离，从而达到降噪的作用。为了加强其防噪作用，还可以在铁道车辆车底下面贴一层隔音材料，这样可以进一步地削减转向架产生的噪音污染。

结语

由于已经在铁道车辆上实施了各种降低车内噪声的对策，因此，进一步降低车内噪声并不容易。只不过是综合采用降低几分贝或1dB以下的对策。本文建议的悬挂地板结构也应该解决几个课题，不过因为有可能降低超过以往的固体传播噪声，预计要继续开展实用化研究。

参考文献

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