現代有軌電車降速運營噪聲特性研究

房海元

（北京九州一軌隔振技術有限公司，北京 100070）

1 概述

現代有軌電車是緩解城市交通壓力的重要方式之一，其以便捷、舒適、美觀、環保等優點受到廣大群眾的青睞。現代有軌電車的運量大于普通公共交通工具，在城市軌道交通中填補了公共汽車與地鐵運量間的空白。因現代有軌電車多數建設于城市間作為干線或支線，其車輛運行時對附近居民區與公共建筑物的噪聲影響是一個不可回避的問題。

為融入城市景觀及節約用地，部分城市的現代有軌電車線路與公路并行建設。在部分路段，現代有軌電車線路出現極小半徑曲線。列車經過小半徑曲線引發的噪聲，嚴重干擾車站候車乘客及周邊建筑。為減弱列車經過時引發的噪聲污染，運營單位通常會降低列車通過此路段的車速。

本文通過對某現代有軌電車線路進行現場實測，并獲得線路正常運營時與降速時的噪聲數據。通過數據處理分析及對比研究，探究了噪聲特性及列車運營降速的實際意義，為運營方解決噪聲問題提供了真實有效的參考依據。

2 測試內容

現場測試分別選取半徑R=50m的曲線路段及直線路段，曲線路段為平交道口。為保證社會車輛平順通過，線路在設計與施工時，未對曲線段設置線路超高及軌底坡。測試線路采用5模塊編組100%低地板車輛，3個獨立輪轉向架。

小半徑曲線段測點布置如圖1所示，直線路段如圖2所示。Nn、Nw是位于軌道兩側7.5m的噪聲測點。曲線路段測點斷面距離候車站點約為60m，線路直曲點距離候車站點約為30m。

測試分別收集列車通過曲線與直線路段正常運營時速13km/h及降速運營8km/h的車外噪聲與車內噪聲數據各15組，并計算15組數據等效連續A聲級（LAeq）的平均值[1]。車內噪聲測試依據相關標準進行測點布置；測試時，車內影音多媒體關閉，空調制冷設備開啟。

圖1 曲線段測點布置

圖2 直線段測點布置

3 數據分析

通過對曲線段，車內、外噪聲與直線段車內外噪聲的數據分析，得到降速運營的噪聲特性及對比曲線與直線噪聲的頻段分布規律。

3.1 曲線路段

列車經過曲線段曲線內外兩側車外噪聲A聲級頻譜見圖3、圖4；車內噪聲A聲級頻譜見圖5。

圖3 曲線內側噪聲A聲級頻譜圖

圖4 曲線外側噪聲A聲級頻譜圖

圖5 曲線段車內噪聲A聲級頻譜圖

從圖3、圖4可知，列車以時速8km/h與13km/h通過曲線時，各頻段內噪聲基本吻合，在1000Hz與4000Hz處均存在峰峰值；在16～100Hz頻段內，時速8km/h車外噪聲略大于時速13km/h；在200～1000Hz中頻、1000～5000Hz中高頻范圍內，兩種速度下噪聲基本持平，但在4000Hz峰峰值處，時速13km/h車外噪聲遠大于8km/h；5000Hz以上高頻段，時速13km/h時車外噪聲大于時速8km/h。

從圖5可知，列車以時速8km/h與13km/h通過曲線時，各頻段內噪聲基本吻合，在1000Hz與4000Hz處均存在峰峰值；在16～630Hz以下低、中頻范圍內，時速8km/h車內噪聲大于13km/h；在630～16 000Hz頻率內，時速13km/h車內噪聲大于8km/h。

地鐵車輛噪聲源主要包括輪軌噪聲、空調設備噪聲、集電系統噪聲、牽引系統噪聲等[2]，輕軌與地鐵車輛噪聲分布類似。輕軌車輛空調噪聲顯著頻段較寬，分布在125～2000Hz內，無明顯峰值[3]。

綜合可知，車內噪聲主要由車體框架振動引發的低頻噪聲與車外傳遞至車內的輪軌中頻、高頻噪聲組成，車體車身對2000Hz以上的頻率噪聲有一定的隔離作用。列車經過曲線段時，等效A聲級（LAeq）統計見表1。

表1 曲線段LAeq總級值統計表

從表1可知，當車速從13km/h降至8km/h時，曲線內側噪聲降低5.8dB（A），曲線外側噪聲降低5.1dB（A）；車內噪聲降低2.0dB（A）。

3.2 直線路段

列車經過直線段車外噪聲A聲級頻譜見圖6；車內噪聲A聲級頻譜見圖7。

圖6 直線段車外噪聲A聲級頻譜圖

圖7 直線段車內噪聲A聲級頻譜圖

從圖6、圖7可知，列車以時速8km/h與13km/h通過曲線時，各頻段內噪聲基本吻合；在16～125Hz頻段內，兩種速度下噪聲基本持平；125Hz以上頻率，時速13km/h車外（車內）噪聲大于時速8km/h；列車車體框架引發的低頻噪聲主要集中于16～50Hz內。

列車經過直線段時，等效A聲級（LAeq）統計見表2。從表2可知，當車速從13km/h降至8km/h時，車外噪聲降低2.6dB（A）；車內噪聲降低1.1dB（A）。

表2 直線段LAeq總級值統計表

3.3 小結

列車運營速度從13km/h降至8km/h時，曲線內外側與直線段噪聲總級值統計見表3。

表3 曲線與直線車外LAeq總級值統計表

從表3可知，列車運營降速在曲線段有一定降低噪聲的作用，在直線段不明顯。

當列車運營速度從13km/h降至8km/h時，曲線段車外噪聲最大能降低5.8dB（A），車內噪聲降低2.0dB（A）；車外降低噪聲主要集中于5000Hz以上高頻段，低頻16～100Hz內反而有一定的放大現象。

曲線段車內噪聲主要由車體框架振動引發的低頻噪聲與車外傳遞至車內的輪軌中頻、高頻噪聲組成，車體車身對2000Hz以上頻率噪聲有一定隔離作用。

當列車運營速度從13km/h降至8km/h時，直線段噪聲在16～125Hz頻段內，兩種速度下噪聲基本持平；車外噪聲降低2.6dB（A）；車內噪聲降低1.1dB（A）。

4 結論

數據分析發現，列車運營降速對直線段意義不大，以下結論僅針對小半徑曲線路段。

（1）結合測試數值初步分析，頻譜現1000Hz和4000Hz兩個峰值頻點的主要原因在于：當車輛經過小半徑曲線時，轉向架內、外側車輪與鋼軌摩擦形式不一致；因該線路曲線段未設置軌道超高量，車輛經過小半徑曲線時，內側車輪與鋼軌頂部及踏面產生較強烈的蠕滑噪聲[4]；外側車輪主要為輪緣側面與鋼軌摩擦激發的輪軌嘯叫噪聲。蠕滑噪聲強度及峰值頻率均高于輪緣摩擦產生的嘯叫噪聲。

（2）列車降速運營，車外降低噪聲主要集中于5000Hz以上高頻段，低頻16～100Hz內反而有一定的放大現象；降速對輪軌嘯叫噪聲無任何減弱效果，對輪軌蠕滑噪聲有一定減弱效果。

（3）列車降速運營，對630Hz以上頻段車內噪聲有一定的減弱效果。

（4）列車降速運營，曲線段車外噪聲最大能降低5.8dB（A），車內噪聲降低2.0dB（A）。

運營降速措施對小半徑曲線的降噪實際意義不大，并不能降低能量集中的中高頻噪聲；測試數據與結論也符合現場測試人員對列車兩種速度通過曲線時噪聲無明顯差異的感受；運營降速措施不僅降低了線路與列車的使用效率也影響平交道口公路通行效率。

在國內大中城市現代有軌電車大力發展的時期，前期應對線路與軌道進行充分設計，減少有軌電車行駛帶來的噪聲污染，對小半徑曲線路段采取必要的軌道降噪措施。