集裝箱岸橋輪軌箱梁噪聲的控制分析

衛孝聰，奚小歐

（上海振華重工(集團)股份有限公司，上海 20015）

集裝箱岸橋輪軌箱梁噪聲和軌道粗糙度以及膠墊的剛度有關，輪軌箱梁的振動情況與前者呈正相關，這意味著在一定范圍內減少軌道粗糙度，輪軌橋梁振動下降，噪聲減少。而對于膠墊剛度參數來說，在一定范圍內，該參數降低，輪軌振動會下降，箱梁振動會上升。由此可見，控制輪軌橋梁的振動可以降低噪聲，另外減少噪聲輻射也可以減低噪聲。本文主要針對集裝箱岸橋輪軌箱梁噪聲的控制進行分析。

1 輪軌箱梁噪聲的預估模型

關于輪軌箱梁的噪聲控制，國內外對其研究的參考文獻很少，這種噪聲是岸橋小車運行中產生的激勵力而引發，這與火車在鋼橋中運行產生的噪聲都差不多，所以可以將其作為本身岸橋輪軌箱梁噪聲控制研究的參考對象。在研究的過程中，相關人員要先將影響噪聲分貝大小的因素找出來，將其作為研究目標，在本文中，主要將振動和噪聲輻射作為研究對象。在建立模型時，要將影響輪軌橋梁振動的力或其他方面考慮在內。

1.1 輪軌箱梁噪聲的產生機理

輪軌箱梁在岸橋中，代表的是一個包括輪、軌、箱梁在內以及其它結構的系統，系統內的每個部件受力合理，使裝卸過程順利。小車在車軌表面運行時，車輪與軌道之間的摩擦系數不是零，摩擦力雖然小，但其確實存在，軌道表面的光潔度或粗糙度是影響兩者之間摩擦力大小的主要因素。軌道表面粗糙度的存在，引發的不僅是摩擦力，還有輪軌激勵力。這種力來源于兩者的接觸，所以同時也作用于對方，最后引發的效果便是兩者的共同振動，振動的過程中還伴隨著分貝很大的聲音。在輪軌箱梁系統中，還有軌下膠墊的存在，該部件是軌輪與箱梁之間的傳力介質，傳遞的正是輪軌激勵力。箱梁受力后，不能保持靜止狀態，也會產生振動，發出噪聲。所以當小車運行時，輪軌橋梁都會產生噪聲。

在產生以上噪聲的過程中，會發現有輪軌激勵力、軌道箱梁阻抗力以及噪聲輻射等參與，所以要將其作為預估模型建立的參數。對輪軌激勵力進行計算時，要建立相關的動力學分析模型，該模型主要針對車輪、軌道和接觸彈簧，建立模型后，輸入和激勵力有關的車軌粗糙度參數值，多輸入幾組數據，保證結果的代表性。對膠墊傳遞的阻抗力進行計算時，主要利用阻抗分析模型，該模型和力傳遞的路徑有關，分別是軌道、膠墊和箱梁，建立模型后，利用阻抗法計算力。以上是振動產生的力，另外對于噪聲輻射，共有2種，車輪和軌道橋梁發出的噪聲輻射，前者用邊界元法計算，后者用統計能量法計算。將振動噪聲和噪聲輻射能量計算值加在一起，就是輪軌橋梁系統發出的總噪聲。

1.2 輪軌激勵力

輪軌激勵力計算模型在進行精簡后，以豎直方向上的模型為參考觀看對象，對各部件的受力情況進行分析，對實際有效的輪軌激勵力進行計算，最后得出輪軌激勵力與軌道粗糙度是否有關的結論，進而為采取噪聲控制措施提供參考。在該計算模型中，可以看到車輪在運行的過程中，不僅會產生動態激勵力，還會受到額定靜負載的作用。并且在后者作用下，輪軌之間會有接觸彈簧產生，該彈簧的剛度是一定的，軌道振動勢必會對下方的箱梁造成影響，所以兩者之間還有起到減震作用的橡膠墊。車輪運行中，軌道的粗糙度造成了兩者之間的激勵力。

在該模型中，小車運行在軌道上，豎直方向上會有速度響應幅值產生，該數值與軌道的粗糙度速度振幅iωr，車輪Vω以及輪軌接觸面速度響應幅值Vj有關，可用公式表示為：Vr=iωr+Vω-Vj

軌道箱梁系統的速度響應和軌道豎直方向上的速度響應幅值是一個參數，根據其與車輪和輪軌接觸面速度響應之間的導納關系，對軌道箱梁系統的速度響應進行公式描述，如下：V系統=MK

公式中的M字符表示軌道箱梁系統導納，K表示輪軌激勵力幅值。

車輪速度響應關系式應表達為：Vω=-MωK

公式中的Mω為車輪模態導納。

接觸彈簧的接觸面也會有一個速度響應幅值，用公式表示為：Vj=MjK=iωK/Lo

彈簧接觸面的速度響應與相關的導納和剛度有關，所以公式中的字母Mj代表的是接觸彈簧導納，接觸面的剛度用字母Lo表示。

關于激勵力模型中的相關參數的導納關系都很清楚了，利用其導納關系對軌道豎直方向上的速度響應幅值Vr關系式進行轉化，公式表達如下：

根據以上關系式和相關參數，對橢圓形接觸斑運行產生的濾波效應傳遞函數進行求解，相關的函數公式：

在該公式中，l代表小車運行時產生的鋼軌波數，b代表的是運行方向軸半徑，該過程利用了接觸斑濾波效應。根據該效應，對實際輪軌激勵力的有效值計算，該有效值用字母KL表示，其公式KL=K·∣0l∣。

在對利用導納關系求得的輪軌激勵力轉化公式進行研究時，發現該力與粗糙度成正比，粗糙度與激勵力降低，軌道箱梁輻射聲功率也會下降。

1.3 軌道箱梁阻抗關系

軌道箱梁阻抗關系發生的過程中，膠墊剛度會對軌道箱梁的受力產生影響。在建立阻抗模型中，將有關聯的膠墊和箱梁串聯起來，將其作為整體再與軌道并聯，在這種情況下，阻抗是疊加在一起的。根據該模型，分別對軌道-膠墊-箱梁總導納進行計算，對軌道箱梁的速度分別求解，再對軌道受力進行計算，最后得出箱梁受力的情況，計算公式： Kd=MrK/(Mr+Ml+Md)。

根據公式得出以下結論，當膠墊剛度減小時，軌道受力和速度響應會增大，箱梁受力會減少。

1.4 輪軌箱梁聲輻射估算

軌道箱梁聲輻射估算采用統計能量法，通過這種計算方法，可以得知車輪聲功率最小，軌道和箱梁聲功率相差無幾。在小車運行中，車輪數量較少，不能為高頻狀態作貢獻，僅靠小車運行速度是不行的。所以在聲輻射估算中，小車車輪的聲功率可以忽略不計，畢竟其對噪聲產生的影響不是很大，所以將另外兩者作為重點關注對象，對其進行控制。

2 集裝箱岸橋輪軌橋梁噪聲的控制措施

2.1 對軌道的粗糙度進行控制

軌道粗糙度是造成噪聲的主要原因，所以在落實噪聲的控制措施中，相關人員要利用軌道粗糙度測試儀器，對軌道表面的粗糙度進行測量，以不斷打磨、改進軌道的光潔度。按照計算模型，可知將其光潔度提高到原來的30%，軌道粗糙度應符合減噪的要求。相關人員在打磨前，可將相關的參數反映在粗糙度譜曲線關系式上，然后將其作為打磨參考。此外，還要做出鋼軌與箱梁振動響應的關系曲線，這3種曲線都將反映打磨前后的相應部件的狀態。參考3種曲線，對比振動響應和噪聲等級的相關參數，但在比較前，還要對這2種參數的單位進行換算，使其保持一致。

最后得出結論，對軌道表面平整度和光潔度進行打磨，使其粗糙度降低，可以減少軌道箱梁的振動情況，在合理范圍內，這樣的粗糙度最大可減少到原來的44%，這意味著聲音可以降低5dB，比如箱梁在打磨前是18．6dB，打磨后變成13．6dB，振動的響應情況明顯降低。軌道箱梁在運行使用中的低頻段噪聲也會得到有效控制。

2.2 對軌下膠墊的剛度進行控制

軌下膠墊的制作材料分為軟、硬兩種材質，每種材質對降低振動的情況是不一樣的，所以還要通過實驗來選擇合理的材質。本文主要選擇的試驗方法是聲學與振動彈性元件振動-聲傳遞特性方法，主要測試內容是膠墊的動剛度。測試步驟：準備2種質量塊，做上下布置，將膠墊置于兩者中間，這種動剛度測試儀會對軌下膠式動剛度進行測試，然后將測得的數據反映在相關曲線上。將硬膠墊換成軟膠墊，重復以上的測試步驟，得出此種狀態下軌道和箱梁的振動響應曲線，將2種曲線重合，會發現在橫坐標保持不變的情況下，豎坐標所代表的軌道振動響應數值會變大，箱梁振動的響應數值會減少。在具體數值中，剛度降至原來的1/3時，鋼軌振動增加的響應數值為0．5dB，而箱梁振動則會降低2．6dB。在制定噪聲控制方案后，還要對集裝箱岸橋實際運行的輪軌箱梁噪聲進行測試，主要對不同工況下岸橋聲壓級進行比較，對峰值噪聲和平均噪聲所代表的數值進行比較，得出噪聲控制是否有效的結論。

噪聲既然和軌道的粗糙度以及軌下膠墊有關，在采取噪聲控制措施時，要將2種措施綜合起來使用，使輪軌箱梁噪聲的來源都得到控制。單一采取某種降噪措施，達不到良好的降噪效果。

3 結語

集裝箱岸橋輪軌箱梁必然在作業運行中產生噪聲，也無法避免，只能采取控制措施來降噪。除了保證降噪措施要綜合使用外，還要對岸橋軌輪箱梁的制作材料進行選擇，制定的降噪方案一定要基于試驗測試，如此方案的降噪效果才顯著，岸橋周圍的場地才不會成為噪聲污染的發源地，環境才不會受到污染。

參考文獻：

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