動車組風笛標準對比及安裝方式研究

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司工程部，山東 青島 266111）

摘 要：主要介紹并比較了歐洲和國內(nèi)軌道車輛用風笛相關標準的技術要求、檢測方法和評定標準等方面的差異，結(jié)合在國內(nèi)動車組上的實際設計及應用經(jīng)驗，對國內(nèi)動車組風笛標準的制訂、動車組風笛的布置設計及安裝方式進行了研究分析，并給出了指導性應用建議。

關鍵詞：動車組;風笛標準;對比;安裝

0 引言

近幾年國內(nèi)的鐵路建設高速發(fā)展，中國鐵路在經(jīng)歷六次大提速后正式走向高鐵時代，原有的使用機車牽引的鐵路客車被越來越多的動車組所取代。與機車相比，動車組采用了流線形車頭，安裝于列車前端的風笛由傳統(tǒng)的外露于車頂?shù)陌惭b方式變化為內(nèi)嵌式安裝方式，以減少運行阻力和氣動噪音，同時其前面的風笛格柵與周邊的前照燈及噴漆裝飾圖案相匹配結(jié)合，可獲得協(xié)調(diào)的外觀美工設計。但是，風笛布置位置的改變不但導致其聲壓級無法滿足某些現(xiàn)有標準的規(guī)定、增加了司機室內(nèi)的噪聲，而且其周圍安裝方式的改變導致其在某些環(huán)境條件下產(chǎn)生了消聲現(xiàn)象（風笛無法正常鳴響工作）。為此，我們對國內(nèi)外的風笛相關標準加以分析比較，并根據(jù)在國內(nèi)動車組上的實際設計及應用經(jīng)驗對動車組風笛的布置設計及安裝方式進行了研究分析，為今后國內(nèi)動車組風笛標準的制定提出了一些參考意見和指導性應用建議。

1 軌道車輛風笛的作用及使用要求

風笛是安裝于軌道車輛前端，利用壓縮空氣產(chǎn)生鳴響、用于機車和動車聯(lián)絡和報警的裝置，一般由兩個或多個喇叭組成。

風笛用來產(chǎn)生聽覺信號，由駕駛軌道車輛的司機控制，不同的聽覺信號通過風笛鳴示長短音的組合來表達。長聲為三秒，短聲為一秒，音響間隔為一秒。重復鳴示時，須間隔五秒以上。

根據(jù)風笛的鳴示方式和使用要求，動車組司機室內(nèi)風笛的鳴響操控按鈕/開關則可定義為采用同時激活產(chǎn)生混合音而無須分高低音單獨控制。

2 國內(nèi)外風笛標準比較

2.1 TB/T3051.2-2009標準

2.1.1 工作頻率

風笛的發(fā)聲頻率可以由多個頻率組成，但應保持諧和。頻率組合可采用以下方式：

（1）由2種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率可分為：

---370Hz+15Hz和660Hz+15Hz;

---311Hz+15Hz和470Hz+15Hz。

（2）由3種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率可分為：

---311Hz+15Hz、370Hz+15Hz和470Hz+15Hz;

---311Hz+15Hz、370Hz+15Hz和494Hz+15Hz。

2.1.2 聲壓級

風笛應具有2檔聲級性能。能在測點上產(chǎn)生不低于107dBA和94dBA～98dBA的聲音。

測點之間的聲級允差為+4dBA。

2.1.3 工作風壓

風笛的額定工作壓力為0.4Mpa～1.0Mpa，風笛應在額定風壓降低10%和升高15%的條件下可靠工作。風笛的起始工作風壓不應高于0.2Mpa。

2.1.4 測量條件

測量時應將風笛置于安裝使用位置的相同高度，測點位置如圖 1所示。

測量應在開闊的場地進行，本底噪聲應比被測風笛聲級至少低10dBA。在聲源或測點位置30m范圍內(nèi)，不應有發(fā)射聲音的物體存在或其他障礙物。

測量時應選擇無雨、無雪的天氣，環(huán)境溫度10℃～30℃，相對濕度不大于95%，最大風速小于3m/s。

風笛應備有壓力為750kpa ～900kpa的壓縮空氣裝置，可以連續(xù)供氣。

2.1.5 測點位置

將風笛置于離地面4.7m處，聲級計的傳聲器應置于離地面1.2m處，與風笛正前方水平中心線夾角為0°、左和右45°的延長線、距風笛30m處的三個位置上進行測量。

2.2 UIC-644標準

2.2.1 工作頻率

風笛由高頻和低頻兩種喇叭組成。高頻喇叭的工作頻率為660 "+15c/s，低頻喇叭的工作頻率為370+15c/s。

2.2.2 聲壓級

風笛應能產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)。能在測點上產(chǎn)生120dBA～125dBA的聲音。

當工作風壓在5～9巴之間波動時，聲壓級的變化不得超過8dBA。

2.2.3 工作風壓

車輛提供的風壓范圍可為5～10巴。

2.2.4 測量條件

測量時的風速應小于3m/s。

測量時壓縮空氣應設置為7巴，參考環(huán)境溫度為20°C。

2.2.5 測點位置

測點位于風笛中心線上，前方5m處，高度與風笛安裝高度一致。

2.3 TSI標準

2.3.1 工作頻率

風笛應能產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)。頻率組合可采用以下方式：

（1）由2種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率分為370Hz+20Hz和311Hz+20Hz。

（2）由2種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率分為622Hz+30Hz和370Hz+20Hz。

（3）由2種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率分為470Hz+25Hz和370Hz+20Hz。

（4）由3種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其工作頻率分為622Hz+30Hz、470Hz+215Hz和370Hz+20Hz。

2.3.2 聲壓級

當車輛提供的工作風壓達到5巴時，風笛能在測點上產(chǎn)生不低于115dBA的聲音;當車輛提供的工作風壓達到9巴時，風笛能在測點上產(chǎn)生不高于123dBA的聲音。

2.3.3 工作風壓

車輛提供的風壓范圍可為5～9巴。

2.3.4 測量條件

測量時，車輛應置于空曠區(qū)域內(nèi)，測點及風笛周圍半徑為6.5米范圍內(nèi)無障礙物。

測量時，壓縮空氣應設置為5巴～9巴。

2.3.5 測點位置

測點位于車輛車頭前方5米處，位于其前方軌道線路中心線上，距離軌面高度與風笛高度相同，如圖 2所示。

2.4 標準對比

TB/T3051.2、UIC644和TSI標準中分別規(guī)定了風笛的適用范圍、技術要求、試驗方法和評定標準等，但在具體數(shù)據(jù)參數(shù)定義上則并不相同，從而對動車組用風笛設計選型和型式試驗程序的制定產(chǎn)生了一定影響。

2.4.1 風笛工作頻率

TB/T3051.2標準給出了4種頻率組合。對于由三種喇叭（頻率）組成的機車風笛，其中一種的工作頻率為470Hz或494Hz，這對聲壓級和聲調(diào)不會產(chǎn)生明顯影響，建議取消其中一種。

TSI也給出了4種頻率組合，但UIC644僅給出了1種頻率組合。

2.4.2 風笛安裝位置

TB/T3051.2測量條件中規(guī)定風笛應置于安裝使用位置的相同高度，而測點位置中卻將風笛置于離地面4.7m處，這與機車風笛安裝于車頂相吻合;但動車組為了獲得更好的流線形車頭，一般采用內(nèi)嵌式安裝方式將風笛固定在車頭前端、前擋風玻璃下方前部區(qū)域，同時在其前面配以風笛格柵。

2.4.3 測點布置位置

TB/T3051.2標準要求聲級計需要分別在與風笛正前方水平中心線夾角為0°、左和右45°的延長線、距風笛30m處的三個位置上進行測量，但調(diào)查性試驗結(jié)構(gòu)表明這種取值方式對于居中布置的（機車）風笛相對比較準確，而對于左右分開布置的（動車組）風笛則會在45°的延長線上產(chǎn)生一定的測量偏差。

UIC644標準中只規(guī)定了聲級計位于前方5m處，但沒有明確其是在風笛前方還是車輛前方，試驗表明這對最終聲壓級測量值將產(chǎn)生約5dBA的影響。

2.4.4 聲壓級

通過進行動車組車輛級風笛聲壓級對比試驗，獲得的結(jié)果顯示僅TSI標準中對風笛的相關規(guī)定比較適用于新一代動車組，而TB/T3051.2和UIC644都很難滿足，主要原因是動車組所增加的風笛格柵和風笛安裝位置與標準差異所導致。

3 動車組風笛的安裝方式

通過動車組車輛級風笛聲壓級測試對比試驗，發(fā)現(xiàn)了動車組風笛安裝方式的不同所容易導致產(chǎn)生的問題，并獲得了針對每一問題的解決方法。

3.1 聲壓級的測量值難以達到標準要求。

（1）產(chǎn)生原因：主要原因是標準定義與動車組實際應用方面的差異所導致，特別是在風笛安裝高度、測點位置和聲壓級測量數(shù)值等方面。

（2）解決方法：選用編寫更加合理并適用于動車組的TSI標準。

3.2 風笛在鳴響時出現(xiàn)消音現(xiàn)象。

（1）產(chǎn)生原因：為了讓風笛所發(fā)出的聲音更有規(guī)律地導向測點位置，一般會在風笛前方增加聲音導向筒，但由于形狀、頻率以及風笛與導聲筒的相對安裝位置關系，往往會導致風笛在鳴響時出現(xiàn)消音現(xiàn)象。

（2）解決方法：導生筒不要設計成風笛結(jié)構(gòu)的延續(xù)，其外形及開口要盡量得大，風笛要盡量遠離導聲筒開口

3.3 司機室內(nèi)部噪音值超標。

（1）產(chǎn)生原因：風笛遠離導聲筒、風笛安裝位置靠近司機室內(nèi)部、司機室內(nèi)外隔音板效果不理想都會導致導致司機室內(nèi)噪音超標。

（2）解決方法：風笛在不產(chǎn)生消音情況的前提下，其安裝位置應盡量靠近導聲筒;同時，風笛的安裝位置應盡量靠前、遠離司機室內(nèi)部;合理設計介于司機室內(nèi)部和外部之間的隔音板結(jié)構(gòu)，選取合理的隔音材料。

風笛消音問題是以上問題中最不容易分析和解決的，需要進行大量的實物實車模擬試驗來排除可能導致消音的因素，其中導聲筒的形狀和風笛與其之間的安裝距離是解決問題的關鍵所在。

4 結(jié)束語

TSI標準規(guī)定了風笛的工作頻率及組合、工作風壓、聲壓級、測量條件、測量方法和評定標準等，各項參數(shù)和指標定義比較合理，較之TB/T3051.2和UIC644標準則更加適用于國內(nèi)動車組風笛的設計與應用。通過動車組車輛級風笛聲壓級測試對比試驗，發(fā)現(xiàn)了動車組風笛安裝方式的不同所容易導致產(chǎn)生的問題，獲得并給出了了針對此類問題的解決方法。通過比較歐洲和國內(nèi)軌道車輛用風笛相關標準的技術要求、檢測方法和評定標準等方面的差異，結(jié)合在國內(nèi)動車組上的實際設計及應用經(jīng)驗，分析研究了動車組風笛的布置設計及安裝方式，對今后國內(nèi)動車組風笛標準的制訂和應用給出了指導性建議。

參考文獻：

[1]TB/T3051.2-2009.機車、動車用電笛、風笛第2部分：風笛[S].

[2]UIC644（1980年7月1日）.國際聯(lián)運用機車、動車所使用的告警裝置[S].

[3] TSI HST RS （2008/232/CE）.泛歐高速鐵路系統(tǒng)車輛子系統(tǒng)互通性技術條件[S].

[4]鐵道部[2011]部令：第90號，鐵路技術管理規(guī)程[S].

作者簡介：魏永軍，男，本科，軌道車輛設計工程師。