鋼軌波磨對地鐵車輛振動噪聲的影響

常安東 于遠智

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

引言

針對城市軌道交通振動和噪聲問題，國內外也探索出一系列著眼于軌道結構振源處的控制振動方法，尤其是減振軌道的廣泛應用，能夠有效減少振動對沿線周圍環境的影響。對不同軌道結構的振動特性和減振效果，不少學者展開了仿真和試驗研究，巫江建立車輛軌道耦合有限元模型，計算地鐵四種軌道結構動力特性，并從振動加速度級、三分之一倍頻程、傳遞函數等指標分析幾種軌道結構的減振效果，發現梯形軌枕減振效果最好，普通軌道最差。對某地鐵隧道內五種軌道結構進行振動測試，發現鋼彈簧浮置板對隧道壁減振效果最好。這些研究中很少把鋼軌波磨對軌道結構振動的影響考慮進去，而現場鋼軌波磨出現較普遍，在這種情況下，鋼軌的振動一定會受到影響，至于實際影響有多大，就需要根據現場測試數據進行定量分析。

1、鋼軌波磨現場測試

1.1 鋼軌不平順

現場調查某地鐵線路半徑為390m的普通短軌枕軌道和先鋒扣件軌道(兩處路段的道床均為混凝土整體道床)以及半徑為400m的鋼彈簧浮置板軌道處(鋼彈簧浮置板軌道采用普通扣件)的曲線內外側鋼軌波磨情況。發現三種類型軌道的曲線內側鋼軌表面均有明顯的波磨，外側鋼軌表面肉眼看不到明顯的波磨。上述三種軌道結構所在曲線半徑接近，運行同樣的地鐵列車，因此，下文可以對其鋼軌波磨特征和振動特性進行對比分析。

表1 不同軌道結構鋼軌波磨通過頻率

1.2 鋼軌波磨對車輛振動噪聲的影響

1.2.1 振動分析

為研究鋼軌波磨在時域內對車輛振動的影響，需對測試結果進行時域分析，處理過程中對測試數據進行了1500Hz低通濾波。限于篇幅，下圖只給出了軸箱的垂向振動加速度結果。可以看出，車輛通過具有波磨的測試斷面時，軸箱的振動相對于無波磨區顯著增大，對應低軌的左側軸箱的垂向振動比右側軸箱更為劇烈，即鋼軌波磨會加劇軸箱振動。

軸箱垂向振動加速度

1.2.2 噪聲分析

對試驗列車車內噪聲測試結果進行A計權聲壓級分析，可以得到動車和拖車車內噪聲在整個測試區間隨運營里程的變化情況。從下圖可以看出，在波磨比較嚴重的測試斷面1和2附近，動車和拖車車內噪聲均有明顯增大，從速度曲線上也可以看出，列車在通過測試斷面之前已經完成了整個加速過程，因此可排除列車速度對車內噪聲的影響，進而推斷出：鋼軌波磨會惡化車內噪聲環境，影響旅客乘坐舒適性。

車內噪聲聲壓級

結束語

總而言之，基于地鐵線路試驗區間鋼軌波磨測試和振動噪聲線路試驗，分析了鋼軌波磨對地鐵車輛振動噪聲的影響。試驗結果表明，采用減振扣件——先鋒扣件的軌道容易產生短波長鋼軌波磨；鋼軌波磨是導致車輛振動和車內噪聲過大的關鍵因素。研究結果可為地鐵線路波磨治理及車輛振動噪聲控制提供參考。

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