淺談地鐵車輪降噪方案

【摘 要】 本文分析了軌道交通車輛產(chǎn)生噪聲的主要原因，重點闡述國內(nèi)地鐵車輛車輪降噪方案，并將各方案進(jìn)行了技術(shù)對比，結(jié)合國內(nèi)既有線路車輪降噪方案信息，為后續(xù)建設(shè)線路提供選擇建議。

【關(guān)鍵詞】 地鐵 ?車輛 ?車輪 ?降噪

當(dāng)前，我國軌道交通的高速發(fā)展給廣大人民生活提供了諸多便捷條件，即促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展也取得了良好社會效益。但軌道交通也對環(huán)境起了某些負(fù)面效應(yīng)，其中噪聲和震動最為突出，而噪聲由不規(guī)則震動產(chǎn)生，其即影響列車沿線人民正常生活也降低乘客乘坐的舒適度。

1 軌道交通車輛噪聲概況

軌道交通包含城際間高速鐵路和市區(qū)內(nèi)城市軌道交通，后者以地鐵為主。軌道交通運行時產(chǎn)生噪聲的原因復(fù)雜多樣，但主要原因是以下幾個方面：（1）輪軌噪聲，包括滾動噪聲、沖擊噪聲、摩擦噪聲;（2）結(jié)構(gòu)噪聲，由于輪軌表面互相作用產(chǎn)生的震動，通過軌道和基礎(chǔ)傳遞，導(dǎo)致相應(yīng)結(jié)構(gòu)振動而輻射噪聲;（3）車輛動力設(shè)備噪聲，包括牽引電機(jī)、空調(diào)、受電弓等設(shè)備噪聲;（4）車輛運行時的空氣動力噪聲;（5）車輛運行速度因素。

其中，輪軌噪聲又是主要原因中的重要原因，運行時車內(nèi)噪聲有一半以上直接或間接來自輪軌噪聲。高鐵一般采用大曲線半徑和無縫鋼軌，又對車輪和鋼軌及時鏇修或打磨，故高鐵的輪軌噪聲主要表現(xiàn)為輪軌滾動噪聲。地鐵受市域空間限制，其曲線線路較多且部分曲線半徑較小，故其輪軌噪聲主要為輪軌滾動噪聲和曲線嘯叫噪聲[1]。因此，如何降低車輪噪聲成為國內(nèi)外地鐵降噪的主要研究方向。

2 地鐵車輪降噪方案

車輪降噪有多種方案，目前國內(nèi)采用降低車輪噪聲的方法主要有三種：

（1）采用整體低噪音地鐵車輪。整體低噪音地鐵車輪控制輪軌噪聲的機(jī)理是通過減少輪軌摩擦和提高車輪彈性來達(dá)到降噪的目的。從外表來看，整體低噪聲車輪與普通車輪無多大區(qū)別，輪轂、輻板與輪輞為一個整體，車輪上也沒有任何消聲裝置，但實質(zhì)上車輪已做了低噪聲處理，如：使踏面光潔、增加踏面彈性及對外形作聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計。2011年1月份，馬鋼公司成功開發(fā)了HZ840低噪音地鐵車輪，目前，馬鋼低噪音車輪已進(jìn)入廣州、深圳、成都等近10條地鐵或輕軌線。

（2）采用阻尼片式車輪降噪阻尼器。阻尼片式車輪降噪阻尼器控制輪軌噪聲的機(jī)理是通過吸收車輪的振動來達(dá)到降噪的目的。它是基于一種寬頻帶的動力吸振技術(shù)：對于一個單自由度振動系統(tǒng)，當(dāng)外加一個質(zhì)量很小的單自由度吸振器后，如果吸振器的固有頻率設(shè)計成與原系統(tǒng)的固有頻率一樣，則當(dāng)原系統(tǒng)以固有頻率激振時，其振動將完全被吸振器吸收。當(dāng)吸振器中適當(dāng)增加阻尼后，吸振器的有效吸振頻帶變寬，同時吸振器的振動也會快速衰減掉。對于多自由度振動系統(tǒng)，則需外加多自由度吸振系統(tǒng)去吸收振動。基于上述原理，在測得車輪輻射的主要噪聲頻率后，再根據(jù)這些頻率設(shè)計吸振器的參數(shù)，使得吸振器的固有頻率與噪聲頻率一致，從而最大效率地吸收車輪的振動，降低輪軌噪聲。阻尼片式車輪降噪阻尼器于2003年首次在北京地鐵13號線上應(yīng)用，之后，在天津濱海線、武漢輕軌、天津地鐵1號線、北京5號線、北京地鐵4號線、北京10號線、廣州地鐵1號線、西安地鐵線等廣泛推廣使用。阻尼片式車輪降噪阻尼器應(yīng)用后分別在北京13號線和天津濱海線現(xiàn)場作了對比測試，效果很好。

（3）采用車輪降噪阻尼環(huán)。降噪阻尼環(huán)控制輪軌噪聲的機(jī)理是通過界面阻尼來達(dá)到降噪的目的。車輪降噪阻尼環(huán)具有特定的彈性和表面光潔度，安裝在開有半圓槽的車輪上，在車輪發(fā)生振動時，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能部分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。哈通達(dá)公司開發(fā)了車輪降噪阻尼環(huán)，該技術(shù)于2010年首次在南車株洲電力機(jī)車有限公司ZMB080型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用。

3 地鐵車輪降噪技術(shù)比較

（1）采用整體低噪音地鐵車輪時，無須對車輪進(jìn)行加工，也無須附加阻尼片或阻尼環(huán)，為車輛制造提供了便利，同時提高了降噪措施的安全性、可靠性。但由于整體低噪音地鐵車輪剛剛投入使用，對其降噪效果、造價成本、養(yǎng)護(hù)維修成本以及耐用性尚須進(jìn)一步考察。

（2）采用阻尼片式車輪降噪阻尼器降噪效果是好的、可靠的、成熟的，經(jīng)過近十年的應(yīng)用考驗，已經(jīng)得到用戶得認(rèn)可。但采用阻尼片式車輪降噪阻尼器缺點是車輪加工復(fù)雜，工藝性差，要開寬20mm的工藝槽，要鉆24個空，并要攻絲。運用中偶爾也會發(fā)生螺栓松弛、折斷等不安全現(xiàn)象。

（3）采用車輪阻尼環(huán)降噪，對于運行速度小于80km/h的地鐵車輛來說是可行的。從有關(guān)項目實驗結(jié)果來看，降噪效果較好。其優(yōu)點是車輪加工簡單，只須在輪輞處開一個（或二個）約14的半圓形孔，安上一個（或二個）阻尼環(huán)亦可。安裝阻尼環(huán)相對阻尼片式車輪降噪阻尼器具有方式簡單，安全性高，價格便宜，性價比較高，其安裝不受幅板形式的限制，也是國內(nèi)未來發(fā)展趨勢之一[2]。

（4）有關(guān)實驗表明，車輪阻尼環(huán)和阻尼片式車輪降噪阻尼器降噪效果相近，二者制造檢修也較方便，最終采用哪種方案需依據(jù)具體車輪技術(shù)參數(shù)而定。

4 結(jié)語

地鐵車輪降噪方案多種多樣，成熟技術(shù)和新技術(shù)都可作為新建地鐵考慮方案。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮性價比最高的方案。而車輪降噪在設(shè)計上應(yīng)一方面從降低車輪振動來抑制車輪聲輻射水平考慮，另一方面從傳播途徑上衰減噪聲考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]王諦，低噪聲車輪振動聲輻射特性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[2]劉暉霞，易興利，張斌.ZMB080型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架車輪降噪研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2010（4）.

作者簡介：包春光（1981—），男，碩士，工程師，國家注冊設(shè)備監(jiān)理師，項目經(jīng)理。主要從事地鐵車輛設(shè)計、咨詢。endprint