機車及柴油機噪聲測試試驗室研究

趙睿+鄭長國

摘 要：在聲學試驗室進行機車部件及柴油機噪聲測試試驗和研究，規劃設計噪聲測試試驗室整體布局及相關技術參數。

關鍵詞：噪聲；半消聲室；混響室；隔聲測試試驗室

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A

機車是國內城市間客運、貨運的主要交通運輸方式，也是我國鐵路客運高速、貨運重載的發展方向。隨著鐵路機車車速的不斷提升，機車的噪聲問題逐漸凸顯出來，包括機車的環境輻射噪聲和機車的車內噪聲，前者直接造成對沿線環境噪聲污染，而后者關系到司乘人員的工作舒適性。因此，改進和優化機車的車、內外噪聲勢在必行。研究機車的噪聲問題，常用的方法不外乎測試和仿真兩種方法，對于機車來說，有關噪聲的測試通常只能在線路上測試，但存在以下問題：試驗周期長，成本高；試驗結果重復性差；噪聲測試結果容易受到周邊的環境的影響；研究過程中，無法采用臨時改進措施，否則影響火車安全；強噪聲和振動對設備的影響，特別對人體的危害等。為了避免上述問題，最有效的解決方法就是在聲學試驗室里進行噪聲的相關測試和研究，包括柴油機及機車零部件在各種工況下的噪聲測試。

一、噪聲測試試驗室設計

噪聲測試試驗室包括一間柴油發動機整機半消聲室（預留測功機室）、一間機車部件級半消聲室（這兩間半消聲室截止頻率均為80Hz。）、一間混響室、兩個標準混響室及控制室，同時配備功能區域，包括儲備間，準備間等。

聲學試驗室包括：吸聲結構、隔振系統、隔聲門、空調通風和消聲設備、照明、監控系統等子系統。

1.半消聲室

1.1 半消聲室總體設計

聲學試驗室使用的吸聲結構要求具有便于清潔、維護、環保、防火、防潮等性能，且截止頻率為80Hz（提供基于ISO10534-2駐波管法的吸聲系數測試報告），經過市場技術調研，滿足此要求的吸聲結構為金屬尖劈，該結構是在全球范圍內得到廣泛應用和好評的新型吸聲結構，具有以下特點：

建成消聲室的空氣質量達到國標GB50325-2001 II類標準，即辦公室的空氣質量標準；

允許高速氣流通過消聲室；

可以用抹布直接擦洗尖劈表面；

美觀大方、尖劈顏色可以任意選擇，彰顯企業個性；

室內的照明可以比傳統消聲尖劈耗電量更低，可以用更低的功率達到同樣的亮度；

A級防火；

具有較高的抗沖擊能力，并允許多次重復拆卸、再安裝；

由于金屬尖劈既有阻性吸聲結構，又有抗性吸聲結構，因此，金屬尖劈在低頻和高頻都具有卓越的吸聲性能；

特殊材料設計，在高濕度條件下，不影響尖劈吸聲效果。

1.2 隔振設計

對于聲學試驗室，目前常用的有兩種隔振結構，彈簧隔振器及隔振路軌。

（1）彈簧隔振器

彈簧隔振器，鋼材質，其固有頻率低，最低可達到3Hz～5Hz，但因鋼制彈簧有疲勞壽命問題存在，需要預留彈簧隔振器的檢修、更換空間，無形中會增加土建成本。彈簧隔振器更多應用在振動機械類的低頻主動隔振。

（2）隔振路軌

隔振路軌，固有頻率為7Hz～10Hz，采用不銹鋼材料，具有大承重、抗疲勞度高、易安裝、結構簡單的特點，可以安裝實際尺寸任意加工，靈活性高等優點，其結構和材料永久免維護保養。此種結構在國內半消聲室建設中得到廣泛的采用，南車四方的半消聲室及混響室全部采用隔振路軌。

以上兩種結構從性能、方便性、使用壽命、性價比等多方面考慮，初步確認使用隔振路軌結構。

由隔振路軌構成的隔振系統需根據聲學試驗室最終結構設計形式及精確載荷計算完成布置設計。保證在干擾頻率40Hz以上達到隔振效率95%以上。

1.3 隔聲門設計

此聲學門總成系統包括外部隔聲防火門和內部吸聲門。聲學門總成系統降噪指數：Rw=65dB。人員通行門位于實驗室和控制間之間，洞口尺寸1m×2.1m。物流通行門位于實驗室和準備區域之間，洞口尺寸3m×3m。均采用雙層結構，隔聲量為RW55的隔聲門。與內部吸聲尖劈門配合，總隔聲量Rw≥65dB，隔聲門的防火滿足T90。門方便開啟，可以停留在任意位置，外層門最大開啟角度為180°。

為了在方便設備及工作人員進出的同時保證半消聲室的聲學性能，內部為吸聲門（尖劈門），是裝有尖劈的可旋轉結構，關閉后可與室內其他尖劈組成完整的吸聲墻面，尖劈門開關方便，可停留在任意位置。

1.4 環境溫度控制系統

作為NVH研究的主要場所，消聲室除了需要具有必須的聲學性能外，還應該能夠為測試及研究人員提供一個恒溫、安全、舒適的環境。

在任何外部氣候環境下，為了保證消聲室內環境溫度15℃～30℃，精度±3℃，相對濕度：45%RH～75%RH，消聲室的空調通風系統需要特殊設計。

消聲室環境溫度控制系統與一般的樓宇空調系統有著極大的差別，需要保證：保持室內空氣的新鮮；保持室內溫度恒定；保證所有上述功能不影響室內聲學的特性。

1.5 監視系統

實驗室配備1套4路監控系統。監控系統不影響試驗室的半自由聲場特性，更不產生噪聲。

1.6 消防系統

消聲室設置消防系統，保證試驗室的消防安全，并保證不影響聲學試驗室的聲學性能。

1.7 照明系統

根據消聲室的用途及工作人員的工作需求，在消聲室內配置照明設備，照明設備不影響消聲室聲學性能。根據主體試驗區域照度按GB/T 13379-1992中“中等視覺要求”的作業范圍300-500-750（lx），取350lux。

該系統還包括安全出口燈具及應急照明燈具。

2.混響室

2.1 混響室總體設計

按照現有房間尺寸進行聲場計算，保證內部容積大于200m?。

本底噪聲：≤25dB（A）；

2.2 混響室聲學設計

混響室的墻面和地面都必須是良好的反射面，吸聲系數要低于0.06。

2.3 室內聲場處理

為了在混響室內達到一個理想的擴散聲場，需要在室內安裝擴散體。

在混響室頂部安裝懸掛式擴散板，每組擴散板的懸掛軸線方向不平行，部分可以按照需要調節高度和形狀。

2.4 聲學門設計

混響室設計有兩套通行門，分別是混響室物流通行門以及人員通行門。

混響室物流通行門位于實驗室和準備區域之間，洞口尺寸2.5m×2.5m。

人員通行門位于實驗室和控制室之間，洞口尺寸為1.0m×2.1m。

均采用雙層結構，采用隔聲量為RW55的隔聲門；隔聲門的防火滿足T90，門方便開啟，可以停留在任意位置，外層門最大開啟角度為180°。

2.5 組合式測試窗

采用組合式測試窗+RW55隔聲門的雙層隔聲體設計方案，以保證測試窗總體隔聲量與墻體隔聲相同的要求。

混響室和消聲室之間測試窗尺寸為2.5×2m?；祉懯乙粋葹榻M合式測試窗（不低于RW57），采用模塊化隔聲板設計，可以靈活地確定洞口的大小，方便不同的測試件的測試要求；消聲室一側采用外掛尖劈門設計，180°開啟。

2.6 監視系統、照明系統與半消聲室相同。

結語

對于鐵路行業來說，目前只有進入試車階段以后才會真正得到噪聲水平數據。然而如果在零部件的設計階段對噪聲問題沒有很好地進行優化和協調，那么一旦整車在試車時出現噪聲過大，造成不可接受的噪聲環境，但是此時再對出問題的設備重新進行聲學分析和設計不僅消耗大量的財力與物力，而單獨采用聲學補救措施效果并不理想。

如何在零部件設計階段，做好噪聲設計工作成為亟待解決的問題。噪聲設計是一種以分析仿真與試驗報告驗證為主的設計工作，而分析仿真又是建立在大量的試驗或經驗數據的基礎上進行的，因此作為噪聲設計基礎的測試試驗室顯得十分必要，它不僅可以得到具體的試驗數據，為設計提供依據，也可以作為一種資源供以后的設計參考。

參考文獻

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