對(duì)比分析不同軌道參數(shù)對(duì)車輛輻射噪聲的影響

支炎　劉云

摘要：近年來，我國的交通行業(yè)有了很大進(jìn)展，軌道交通工程建設(shè)越來越多。不同軌道線路條件下，測量同樣型號(hào)車輛的輻射噪聲相差4～5dB（A）。文章針對(duì)這一現(xiàn)象，從試驗(yàn)方向開展原因分析，對(duì)不同軌道線路的粗糙度及衰減率指標(biāo)進(jìn)行測試，對(duì)比討論了軌道噪聲粗糙度和衰減率指標(biāo)對(duì)輪軌噪聲的影響，并針對(duì)性提出改善建議。

關(guān)鍵詞：高速鐵路列車;噪聲標(biāo)準(zhǔn);降噪

引言

鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，改善了人們的出行條件，縮短了城市間的生活距離，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但同時(shí)機(jī)車車輛運(yùn)行帶來的鐵路噪聲問題也日益引起公眾的高度關(guān)注。借鑒分析國外鐵路機(jī)車車輛噪聲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可為我國鐵路機(jī)車車輛特別是高速動(dòng)車組噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供參考，并為進(jìn)一步開展鐵路噪聲控制技術(shù)研究提供支撐。

1中國高速鐵路現(xiàn)行噪聲標(biāo)準(zhǔn)概述

目前中國高速鐵路噪聲測試主要參照的是國際標(biāo)準(zhǔn)，車外噪聲測試方法按照ENISO3095-2005《鐵路應(yīng)用—聲學(xué)—軌道車輛排放的噪聲測量》要求執(zhí)行，車內(nèi)噪聲測試方法按照ENISO3381-2005《鐵路應(yīng)用—聲學(xué)—軌道車輛內(nèi)部噪聲的測量：第2部分》要求執(zhí)行。隨著高速鐵路技術(shù)的發(fā)展，中國已建立了自己的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系，但噪聲方面仍按《CRH系列動(dòng)車組噪聲等評(píng)價(jià)指標(biāo)暫行規(guī)定》（鐵總科技[2014]210號(hào)）文件執(zhí)行（此規(guī)定可視為中國高速鐵路噪聲標(biāo)準(zhǔn)的前身）。

2車輛福射噪聲頻譜特性分析

車輛以不同試驗(yàn)速度勻速通過O點(diǎn)時(shí)，對(duì)車輛運(yùn)行轄射噪聲進(jìn)行采樣。選取距軌道中心線最近的測點(diǎn)C1處采樣的噪聲進(jìn)行1/3倍頻程分析見圖1。

3國內(nèi)鐵路機(jī)車車輛噪聲標(biāo)準(zhǔn)

我國現(xiàn)行有效的機(jī)車車輛輻射噪聲標(biāo)準(zhǔn)為《鐵道機(jī)車輻射噪聲限值》（GB13669—92），該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鐵道新設(shè)計(jì)、新制造或經(jīng)大修后出廠的鐵道電力、內(nèi)燃和蒸汽機(jī)車，在時(shí)速小于120km/h運(yùn)行時(shí)的輻射噪聲限值。噪聲測量方法執(zhí)行《聲學(xué)軌道機(jī)車車輛發(fā)射噪聲測量》（GB5111—2011）規(guī)定，對(duì)于電力機(jī)車，輻射噪聲限值不超過90dB（A），內(nèi)燃機(jī)車不超過95dB（A），蒸汽機(jī)車不超過100dB（A）。目前，我國動(dòng)車組在型式試驗(yàn)中主要執(zhí)行中國鐵路總公司印發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件《CRH系列動(dòng)車組噪聲等評(píng)價(jià)指標(biāo)暫行規(guī)定》（鐵總科技[2014]210號(hào)），文件中規(guī)定了靜置輻射噪聲、運(yùn)行輻射噪聲指標(biāo)，對(duì)CRH系列動(dòng)車組在不同速度下的噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)做出了規(guī)定，噪聲測試方法按照ISO3095要求進(jìn)行。中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的輻射噪聲限值執(zhí)行《時(shí)速350公里中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組暫行技術(shù)條件》（鐵總科技[2014]50號(hào)），具體規(guī)定為：當(dāng)動(dòng)車組靜置時(shí)，在距軌道中心線7.5m、軌面上方1.2m處的噪聲應(yīng)符合：所有設(shè)備按額度工況工作時(shí)噪聲不超過75dB（A）;所有設(shè)備按正常工況工作時(shí)噪聲不應(yīng)超過65dB（A）。當(dāng)動(dòng)車組起動(dòng)時(shí)，在距軌道中心線7.5m、軌面上方1.2m處的噪聲不應(yīng)超過80dB（A）。

4軌道參數(shù)對(duì)比分析

4.1軌道噪聲粗糙度測試結(jié)果對(duì)比分析

軌道表面粗糙度是影響輪軌噪聲的重要參數(shù)之一。采用軌道噪聲粗糙度測試儀CAT4對(duì)線路1和線路2噪聲測試區(qū)域（長度為100m）的軌道進(jìn)行測試，結(jié)果如圖1所示。

線路1噪聲測試區(qū)域軌道表面粗糙度測試結(jié)果，除波長在5～10cm范圍內(nèi)，粗糙度指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)ISO3095-2013《Acoustics.Railway applications.Measurement of noise emitted by railbound vehicles》限值外，其余波長所對(duì)應(yīng)的粗糙度指標(biāo)均超出限值。波長4cm處對(duì)應(yīng)的粗糙度指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)限值約5dB（A），其他波長范圍對(duì)應(yīng)粗糙度指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)限值約0.6～2.5dB（A）。線路2噪聲測試區(qū)域軌道表面粗糙度測試結(jié)果，除在波長12.5cm處對(duì)應(yīng)的粗糙度指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)限值約1.7dB（A）外，其他波長所對(duì)應(yīng)的粗糙度指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值。

4.2軌道衰減率測試結(jié)果對(duì)比分析

衰減率為軌道的動(dòng)態(tài)屬性參數(shù)，是影響輪軌噪聲的又一重要參數(shù)。按照DINEN15461-2011《Railway applications.Noise emission.Characterisation of the dynamic properties of track sections for pass by noise measurements;German version》要求，利用錘擊法分別測量軌道的垂向和橫向傳遞函數(shù)FRF（加速度響應(yīng)/激振力），并計(jì)算軌道衰減率。圖3和圖4分別為軌道垂向、橫向衰減率測試結(jié)果。

從圖3得知：線路1軌道垂向衰減率測試結(jié)果在0～4000Hz內(nèi)均劣于標(biāo)準(zhǔn)限值;線路2軌道垂向衰減率指標(biāo)測試結(jié)果在370～650Hz和1700～3000Hz內(nèi)劣于標(biāo)準(zhǔn)限值外，其他頻率段所對(duì)應(yīng)的衰減率指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)限值。從圖4得知：線路1軌道橫向衰減率測試結(jié)果在750～1600Hz和大于2300Hz時(shí)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)限值，其他頻率段所對(duì)應(yīng)的衰減率指標(biāo)劣于標(biāo)準(zhǔn)限值;線路2軌道橫向衰減率測試結(jié)果在550～1150Hz、1950～2200Hz以及大于2800Hz時(shí)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)限值，除此之外，其衰減率指標(biāo)均劣于標(biāo)準(zhǔn)限值。

5建議

（1）從國外機(jī)車車輛噪聲標(biāo)準(zhǔn)來看，歐洲、美國等均規(guī)定了機(jī)車車輛輻射噪聲限值，并且為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，可以看出歐盟等國家對(duì)鐵路機(jī)車車輛的輻射噪聲非常重視。目前我國尚缺乏類似系統(tǒng)性機(jī)車車輛噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，特別是高速鐵路的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性技術(shù)文件中給出的高速動(dòng)車組噪聲限值，主要用于型式試驗(yàn)，但不是強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。有必要盡快開展我國高速鐵路噪聲限值及其測量方法標(biāo)準(zhǔn)的研究，最終制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。（2）要滿足社會(huì)發(fā)展變化的需要以及人民群眾日益增長的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和乘坐舒適性的要求，還需要加強(qiáng)我國鐵路特別是高速鐵路的減振降噪技術(shù)研究。建議重點(diǎn)從三個(gè)方面開展：一是開展高鐵總體噪聲控制指標(biāo)分解和評(píng)價(jià)研究，研究鐵路噪聲源發(fā)聲機(jī)理、傳播規(guī)律及關(guān)鍵參數(shù)，研究噪聲控制指標(biāo)分解方法及聲學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。二是開展動(dòng)車組噪聲控制技術(shù)研究，分受電弓、轉(zhuǎn)向架等不同區(qū)域研究噪聲控制技術(shù)，分輪軌噪聲、氣動(dòng)噪聲等不同噪聲源研究噪聲控制技術(shù)。三是開展高鐵基礎(chǔ)設(shè)施噪聲控制技術(shù)研究，研究聲屏障、吸聲式無砟軌道、阻尼鋼軌等噪聲控制技術(shù)。

結(jié)語

綜上所述，國內(nèi)高速鐵路客車噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)基本接近國際先進(jìn)水平，所以中國高速鐵路噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制定與發(fā)布是可行與可期的。未來車輛降噪研究的一個(gè)重要方向是車外運(yùn)行輻射噪聲控制，重點(diǎn)是輪軌噪聲、轉(zhuǎn)向架區(qū)域噪聲、空調(diào)系統(tǒng)噪聲的降低;另一個(gè)重要方向是特殊部位的車內(nèi)噪聲控制，重點(diǎn)是司機(jī)室區(qū)域、風(fēng)擋區(qū)域、受電弓或空調(diào)機(jī)組下方客室區(qū)域及車端區(qū)域噪聲的降低。建議整車做噪聲指標(biāo)分解，制定各大系統(tǒng)的聲學(xué)規(guī)范，嚴(yán)格控制系統(tǒng)噪聲指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊新文，王金，練松良.軌道交通輪軌噪聲研究進(jìn)展[J].鐵道學(xué)報(bào)，2017，39（9）：100-108.

[2] 馬心坦.輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測與控制研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2007.

[3] 翟婉明.車輛—軌道耦合動(dòng)力學(xué)[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2007.

（作者單位：中車唐山機(jī)車車輛有限公司）