高速綜合檢測列車降噪措施研究與效果分析

張麗榮，張志軍，王東川

(1.中國北車集團 唐山軌道客車有限責任公司，河北 唐山 063035;2.漢高股份有限公司，上海 201203)

0 引言

隨著高速鐵路的發展，噪聲污染問題更加突出.各國在修建高速鐵路時，對噪聲問題都相當重視，采取各種綜合減振降噪措施，以滿足政府部門制定的噪聲法規和環境噪聲標準.

本項目依托國家“863”課題研究，是在CRH3動車組技術平臺基礎上研制的高速綜合檢測列車.該車采用8輛編組6動2拖配置，最高試驗速度400 km/h以上.該車的開發為高鐵提供了專業化的實時等速檢測裝備，也為高速列車技術平臺的不斷完善提供技術儲備.由于高速綜合檢測列車特殊的動力設備布置，為其噪音控制技術帶來新的問題和挑戰.

1 降噪措施研究

高速綜合檢測列車存在多種類型的噪聲源，可以籠統的劃分為車體外部噪聲及車體內部噪聲［1］.車體外部噪聲主要表現為輪軌噪聲，如車輪與鋼軌粗糙面互相作用后產生的輪軌振動噪聲;集電系統噪聲，如受電弓沿接觸網導線滑動而引發的機械滑動聲;空氣噪聲，如高速鐵路行駛的動車組車體表面引起的渦流噪聲;其他機械噪聲，如轉向架等動力傳動機構噪聲.車體內部噪聲主要表現為車內動力包噪聲、空調噪聲、制動控制單元及充電機單元噪聲、檢測機柜噪聲等.針對不同類型的噪聲源，分別采用不同的降噪措施，以期達到最好的降噪效果［2］.

1.1 車體外部噪聲的控制措施

車體外部噪聲的主要控制措施為對車體鋁型材的阻尼降噪.列車在高速運行時，轉向架及受電弓等區域存在非常強的振動源，容易引發車體的輻射噪聲，需要對響應部位進行阻尼降噪處理［3］，如地板鋁型材全部噴涂4mm阻尼漿，受電弓區域鋁型材噴涂4mm阻尼漿等，如下圖1所示.

圖1 車體阻尼降噪區域示意圖

1.2 車體內部噪聲的控制措施

1.2.1 設備艙的隔音吸音處理

由于采用8輛編組6動2拖配置，部分輔助動力設備需移到車上設備艙內安裝，增加了單輔變流器設備單元車.單輔變流器設備聲壓級大于117 dB，為防止其噪聲源影響車內其它部位噪聲，必須對設備艙進行隔音吸音處理，如圖2所示.設備車過道側墻雙層鋁蜂窩板之間布置Henkel組合吸音墻模塊，墻內壁(設備艙側)貼裝耐高溫防火吸音泡沫板;地板及外側墻局部采用Henkel隔音墻設計;設備車頂部貼裝Henkel耐高溫防火吸音泡沫板［4］.

圖2 設備艙隔音吸音處理圖

1.2.2 空調通風的阻尼隔音處理

空調機組在工作過程中，由于氣流的作用會產生管路噪聲，通過在管路表面包裹阻尼隔音材料，可以有效降低管路的振動輻射噪聲，同時增加管路的隔音性能.包裹效果如下圖3所示，金屬管路外表面采用Henkel約束阻尼隔音材料Terotrain D203纏繞處理，提高隔音性能.

圖3 管路隔音處理

1.2.3 制動控制單元、UPS單元、充電機單元吸音處理

制動、UPS及充電機單元是車內重要的噪聲源，如下圖4所示，在設備隔間四周都采用Henkel 20mm厚的Terotrain A1000系列高阻尼吸音泡沫材料包裹處理，提高隔間的吸音性能.該材料是一種基于PU的具有特殊泡孔結構的泡沫吸音材料.該材料最大特點是低頻吸音性能優良.

圖4 設備隔間吸音處理

1.2.4 檢測機柜阻尼減振處理

機柜散熱風扇會在工作狀態產生氣動噪聲，同時機柜內設備在開機時也會產生低頻振動噪聲.需要在機柜面板粘貼Henkel Terotrain D203約束阻尼減振貼片，提高機柜阻尼減振效果，如圖5所示.Terotrain D203是一款基于橡膠基的帶約束層阻尼貼片，具有高阻尼減振特性.

圖5 機柜阻尼處理及仿真分析結果

2 效果分析

動力設備車內由于安裝了3個單輔變流器動力設備，噪聲源相比其他車廂較大，針對該設備車的聲學性能特點，設備間隔墻的隔聲措施及效果是最為關鍵的.通過在結構上采取密封、阻尼、隔音、吸音的措施，降噪效果十分明顯.

2.1 動力設備車非運行狀態設備艙點聲源測試結果

點聲源布置于設備艙內部，如圖6source點所示，用于模擬輔助動力設備發出的噪聲.測量點位于過道及設備間兩側，如圖6黑點所示，測量點聲源發出的噪聲，考察設備艙隔墻的隔聲效果［6］.

圖6 點聲源及測試位置

圖7所示是噪聲源及過道的整體聲壓值測試結果對比圖，從過道的隔聲效果分析，設備艙總體平均隔聲量達到45 dB，達到預計目標值，隔墻聲學處理在中高頻段有較高的隔聲性能.

圖7 點聲源狀態測試結果

2.2 動力設備車運行狀態車內噪聲測試結果

由于輔助動力設備為主要的噪聲源，故安排測量點位于過道及設備兩側，如圖8大圓點所示.測試試驗包括車輛靜止和線路運行兩種狀態［7］.

圖8 測量位置

車輛靜止狀態的測試結果如圖9所示，整車聲壓值最大只有63 dB，由于上部測量點靠近空調通風口，聲壓值水平比下部略大1.5 dB.從測試結果看，靜止狀態整車降噪措施效果良好.

圖9 靜止狀態測試結果

車輛運行狀態的測試結果如圖10所示，整車聲壓值最大只有67 dB.測試頻譜圖顯示，中低頻結構及輪軌噪聲明顯，空氣噪聲也有顯現.由于空調通風口噪聲不再是主要的噪聲源，上下部聲壓值相差很小.從測試結果看，車輛運行狀態整車降噪措施效果良好，達到預期設計目標.

圖10 運行狀態的測試結果

3 結論

從高速綜合檢測動列車在靜止狀態和運行狀態下的測試結果分析，針對車內采取的降噪措施，達到了預期的隔音降噪效果，整車聲壓值水平控制在68 dB以內.

此次高速綜合檢測列車隔音降噪措施及效果分析，沒有對各個措施的貢獻量進行詳細研究，只是對各種可能的噪聲源，進行合理的聲學處理，達到控制整車聲壓值的目標.今后需要將各種措施細化，計算其在各種工況下的貢獻量，優化現有方案，進一步對噪聲理論與實際相結合進行拓展性研究［10］.

［1］王光蘆.降低高速鐵路噪聲措施的探討［J］.鐵道機車車輛，1999(3):41-43.

［2］高軍.高速鐵路的噪聲控制方法研究［J］.鐵道運輸與經濟，2006，28(7):82-84.

［3］HUANG Liang-yu，RAMKUMAR REISGNAN，TERENCE CONNELLY，et al.Development of a Luxury Vehicle Acoustic Package using SEA Full Vehicle Model，SAE paper，2003(1):1554，

［4］DENIS BLANCHET，ANDREW CUNNINGHAM.Building 3D SEA Models from Templates 2 New Developments［J］.SAE paper，2003(1):1541.

［5］俞悟周.高速鐵路動車組列車的噪聲特性［J］.環境污染與防治，2004，31(1):74-78.

［6］辛小安.日本新干線鐵路噪聲現狀及控制［J］.鐵道勞動安全衛生與環保，2000，27(1):147-152.

［7］HANSON C E.Noise from high speed maglev transportation system［C］ .Proceeding of the First International Conference on High Speed Ground Transportation System.New York:American Society of Civil Engineers，1993.

［8］GOLDSTEIN ME.Aero acoustic［M］.New York:Mc Graw Hill，1976:300-311.

［9］MORITON Y，ZENDA.Noise control of high speed Shinkansen［J］.Journal of Sound and Vibration，1996，193(1):319-334.

［10］KITAGAWA T，NAGAKURA K.Aerodynamic noise generated by Shinkansen cars［J］.Journal of Sound and Vibration，2000，231(3):913-924.