高寒動車組阻尼涂層優化淺析

劉曉

摘 要：隨著我國鐵路列車運行速度的提高，運行區域不斷擴大，軌道車輛的振動噪聲問題已日益得到了人們的關注和重視。車內的振動與噪聲直接影響著乘客乘坐的舒適度，在阻尼涂層中引入約束阻尼層，通過實驗證明可有效提高阻尼涂層體系的減噪效果，成功改善了低溫時阻尼涂層性能降低的問題。

關鍵詞：高寒動車組；約束阻尼；阻尼涂料；減噪

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0071-01

車內的振動與噪聲直接影響著乘客乘坐的舒適度，如何控制低溫情況客車的振動噪聲控制在容許范圍內，使鐵路交通在滿足乘客高效、快節奏需求的同時，也能滿足高舒適度的要求，也顯得更為重要和迫切[1、2]。

1 阻尼涂料

阻尼涂料由高分子樹脂加入適量的填料以及輔助材料配制而成，是一種可涂覆在各種金屬板狀結構表面上，具有減振、絕熱和一定密封性能的特種涂料，可廣泛地用于飛機、船舶、車輛和各種機械的減振。

根據阻尼涂料的作用機理不同，阻尼涂料可分為自由阻尼結構和約束阻尼結構[3]。其中自由阻尼結構是將一層一定厚度的粘彈阻尼材料粘貼于基板表面上，當基板產生彎曲振動時，阻尼層隨基材一起振動，在阻尼層內部產生拉壓變形而耗能，從而起到減振降噪的作用。約束阻尼結構在阻尼層外側表面再粘貼一束縛層，當結構彎曲形變時，基材與約束層產生相對滑移運動，粘彈性阻尼材料產生剪切應變，從而損耗更多的能量。

傳統的機車車輛常用的阻尼涂料一般為自由阻尼結構，主要有瀝青阻尼材料、橡膠阻尼材料和阻尼涂料等三類。其中阻尼涂料根據使用要求的不同，對各項性能指標要求有所差異，分為A類阻尼涂料和B類阻尼涂料。A類阻尼漿阻尼因數要求相對較高，適用于阻尼要求較高的內燃機車、電力機車和地鐵車輛等，B類用于阻尼性能要求一般的客車、餐車和冷藏車等[4]。

2 高寒動車組阻尼涂層優化分析

阻尼涂料的阻尼性能與溫度有著密切的關系。在阻尼涂料的玻璃化轉變溫度（Tg）附近，阻尼涂層具有較高的損耗因數，可以隨基材一起振動，在阻尼層內部產生拉壓變形而消耗較大的能量，從而起到很好的降噪效果。但是當溫度高于或低于Tg一定范圍后，阻尼涂層內的分子運動受到限制，不易與基材儀器震動，因而其減噪效果下降。

2.1 阻尼涂層優化

根據設計結構分析，車輛產生振動較大的部位為轉向架部位，因此對轉向架振動影響區進行阻尼涂層的優化，可有效降低車內的噪音。動車組轉向架區域車內外原有阻尼涂層的設計結構為車內地板上平面噴涂內用阻尼漿，厚度為3-4.5mm，地板下平面噴涂外用阻尼漿，厚度為1.5-3mm。為增加減噪效果，在高寒動車組阻尼涂層設計時加入阻尼片（厚度1.5mm），起到約束阻尼層的作用，即在鋁合金基材上粘貼阻尼片，在阻尼片上噴涂阻尼漿。

2.2 阻尼涂層噪音測試

分別對原有阻尼涂層樣板和加入約束阻尼涂層后的樣板進行噪聲測試。測試前，將試驗樣板分別在-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃的環境溫度下放置2小時，拿出立即進行噪音測試，將鋼球從外部用阻尼涂層一側落入，在內用阻尼涂層一側收集噪音。

噪音測試結果及減噪結果如下：不同溫度下樣板噪音測試結果：在溫度40℃情況下，空樣噪音為87.9dB、外部阻尼涂料和內部阻尼涂料噪音為76.3dB、外部阻尼涂料和阻尼片+內部阻尼涂料噪音為73.6dB；在20℃、0℃、-20℃、-40℃情況下，以上數據分別為88.3dB、81.5dB、79.6dB；89.1dB、83.9dB、76.4dB；84.4dB、83.8dB、78.2dB；90.1dB、88.5dB、75.8。

不同溫度下樣板減噪結果：在溫度40℃情況下，外部阻尼涂料和內部阻尼涂料的噪音減少值為11.6dB、外部阻尼涂料和阻尼片+內部阻尼涂料的噪音減少值為14.3dB；在20℃、0℃、-20℃、-40℃下，以上數據則分別為6.8dB、8.7dB；5.2dB、12.7dB；0.6dB、6.2dB；1.6dB、14.3dB。

從以上數據看出，加入阻尼片后，不同溫度下噪音均有明顯下降。特別是在低溫（-40至0℃）情況下，加入阻尼片后，隔音效果更加明顯。在-40℃時，噪音減少近12dB，有效提高了低溫時的減噪效果。同時可以看出，在優化之前，阻尼涂層在-20℃和-40℃時的減噪效果很差，還不到2分貝，優化后，減噪數值最高可達14分貝之多。

3 復合阻尼涂層施工工藝

（1）表面清理及涂裝前保護：用乙醇或丙酮將地板表面灰塵、油跡等清理干凈，按照圖紙要求，將不需要噴涂阻尼漿的部位用膠帶等進行保護。（2）阻尼片貼裝：將阻尼片背面貼紙撕下，整齊貼裝于地板上平面。（3）阻尼漿涂裝：在需要噴涂阻尼涂料的區域噴涂阻尼涂料，干膜厚度3-4.5mm。

4 結語

通過引入約束阻尼層，大大增加了低溫下阻尼涂層的減噪性能，成功改善了低溫時阻尼涂層性能降低的問題，為車輛減噪提供了可靠的解決方案，有效提高了乘客乘坐的舒適度。

參考文獻

[1]楊松柏，席時俊.鐵路機車用阻尼涂料[J].涂料工業，1999（5）：13-16.

[2]戴惠新，鄭云昊.多功能水性阻尼涂料在軌道車輛上的運用[J].現代涂料與涂裝，2015，18（8）：27-29.

[3]孟丹.約束阻尼復合材料的制備與性能研究[D].武漢理工大學碩士論文，2010.

[4]TB/T 2932-1998.鐵路機車車輛阻尼涂料供貨技術條件.