低噪聲車(chē)輛減速器降噪特性試驗(yàn)研究

杜麒麟，徐鴻，尹鏹，徐志勝

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)研究院，成都 610031）

1 引言

貨運(yùn)鐵路編組站是貨物列車(chē)車(chē)輛中轉(zhuǎn)、集結(jié)、解體和編組的場(chǎng)所[1]，在其作業(yè)過(guò)程中，會(huì)向周邊排放大量噪聲，包括減速器制動(dòng)噪聲、控制閥箱排空噪聲、減速頂區(qū)段噪聲、輪軌噪聲、內(nèi)燃機(jī)車(chē)噪聲和鳴笛噪聲等[2、3]，尤其是車(chē)輛減速器在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的高頻突發(fā)噪聲[4]，給編組站內(nèi)的工作人員和附近居民帶來(lái)極大的不適感，并危害人體健康[5]。

為有效控制該類(lèi)噪聲的影響，早在2006年，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院屠志平、高立中等人就開(kāi)始研制能滿(mǎn)足車(chē)輛減速器各項(xiàng)性能要求的防超速降噪聲的制動(dòng)梁[6]，該制動(dòng)梁由基梁和復(fù)合夾板組成，基梁由鋼板焊接而成，復(fù)合夾板由金屬基底加復(fù)合材料組成，通過(guò)螺栓與基梁聯(lián)接。復(fù)合夾板每塊長(zhǎng)為600mm，減速器每節(jié)安裝兩塊復(fù)合夾板，由于復(fù)合夾板重量較輕，約為8kg，復(fù)合夾板采用金屬基底和復(fù)合材料組合的方式，金屬基底起到保護(hù)復(fù)合材料的作用，復(fù)合材料采用增摩和穩(wěn)摩兩種復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)整兩種復(fù)合材料的數(shù)量配比，可以調(diào)節(jié)復(fù)合夾板和車(chē)輪之間的摩擦系數(shù)。制動(dòng)梁結(jié)構(gòu)與復(fù)合夾板如圖1、圖2所示，車(chē)輛減速器外觀(guān)如圖3所示。

圖1 低噪聲制動(dòng)梁結(jié)構(gòu)

圖2 復(fù)合夾板

圖3 車(chē)輛減速器外觀(guān)照片

據(jù)中國(guó)鐵道科學(xué)研究院介紹，新一代低噪聲減速器與普通減速器相比，具有通用性強(qiáng)、整體強(qiáng)度高、耐磨性好、可靠性與安全性好、方便更換和維修等特點(diǎn)。因此，本文以昆明東站自動(dòng)化駝峰現(xiàn)場(chǎng)為實(shí)測(cè)基礎(chǔ)，以降低貨運(yùn)列車(chē)在編組過(guò)程中的制動(dòng)噪聲對(duì)周?chē)巳旱挠绊憺槟繕?biāo)，開(kāi)展新型減速器與普通車(chē)輛減速器的對(duì)比研究。

2 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

昆明東站位于云南省昆明市官渡區(qū)，是貴昆、成昆、南昆三條干線(xiàn)的交匯點(diǎn)，為混合式三級(jí)六場(chǎng)區(qū)域性編組特等貨運(yùn)站，現(xiàn)有兩座自動(dòng)化駝峰進(jìn)行貨物列車(chē)解體作業(yè)，兩座自動(dòng)化駝峰分別為下行自動(dòng)化和上行自動(dòng)化駝峰，具體位置見(jiàn)圖4。

圖4 昆明東站衛(wèi)星圖

自動(dòng)化駝峰峰頂位置和地面之間的高度差約為3m，作業(yè)時(shí)先由機(jī)車(chē)將車(chē)列推向峰頂，當(dāng)最前面的車(chē)輛接近峰頂時(shí)，提開(kāi)車(chē)鉤，使分解車(chē)輛依靠初速度（25km/h左右）滑下，沿途經(jīng)過(guò)雷達(dá)測(cè)速帶和減速帶，減速帶通過(guò)減速器控制的方式使車(chē)輛下降到指定速度（5km/h左右），進(jìn)而溜放到編組場(chǎng)的預(yù)定線(xiàn)路上。溜放過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖5 駝峰車(chē)輛溜放示意

駝峰解體貨車(chē)在經(jīng)過(guò)減速器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的突發(fā)噪聲，并且具有隨機(jī)性。據(jù)調(diào)查，在臨近駝峰位置（如作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、空壓站、修配所、運(yùn)轉(zhuǎn)室等區(qū)域）受噪聲影響明顯，據(jù)鐵路工作人員反映噪聲嚴(yán)重干擾正常工作和夜間休息。為降低該突發(fā)噪聲，昆明東站將上行駝峰4根股道上的某一個(gè)車(chē)輛減速器更換為低噪聲車(chē)輛減速器。

3 測(cè)試方案

3.1 測(cè)試內(nèi)容

由于駝峰在溜車(chē)作業(yè)過(guò)程中的列車(chē)重量、編組、車(chē)速等條件各不相同，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)同一車(chē)輛在兩種不同減速器上以相同的速度經(jīng)過(guò)，因此無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單一變量對(duì)比，采用列車(chē)通過(guò)時(shí)段的等效聲級(jí)并不科學(xué)，故考慮以多趟列車(chē)在通過(guò)兩種減速器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲最大A聲級(jí)為評(píng)價(jià)量進(jìn)行對(duì)比。此外，本次測(cè)試還包含兩種減速器的噪聲頻譜。

3.2 測(cè)試點(diǎn)位

為進(jìn)行有效對(duì)比，本次的測(cè)試點(diǎn)位位于昆明東站上行駝峰距普通減速器垂直距離約10m處和距低噪聲減速器垂直距離約10m處，具體測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖6。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖

3.3 測(cè)試方法

1）測(cè)點(diǎn)位置：高于地面1.2m，距任一反射物不小于1m；2）測(cè)量時(shí)間：?jiǎn)瘟熊?chē)車(chē)頭進(jìn)入減速器時(shí)開(kāi)始，車(chē)尾通過(guò)減速器后截止；3）氣象條件：無(wú)雨雪、無(wú)雷電天氣，風(fēng)速5m/s以下時(shí)進(jìn)行；4）測(cè)試儀器：INV3062SC網(wǎng)絡(luò)式智能信號(hào)采集分析儀、ICP聲壓傳感器、AWA6221A聲校準(zhǔn)器等。

4 測(cè)試結(jié)果分析

4.1 時(shí)域特性

對(duì)兩種減速器在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲瞬時(shí)聲壓級(jí)進(jìn)行分析作圖，見(jiàn)圖7。

圖7 行車(chē)過(guò)程典型聲壓級(jí)時(shí)域波形圖

由圖7可知，兩種減速器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲瞬時(shí)聲壓級(jí)波形圖略有區(qū)別，普通減速器上噪聲突變更明顯，嘯叫噪聲歷時(shí)更長(zhǎng)，相比之下新型減速器更緩和，瞬時(shí)A聲級(jí)也更小。

4.2 頻譜特性

對(duì)兩種減速器在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲頻譜進(jìn)行分析作圖，見(jiàn)圖8。

圖8 減速器制動(dòng)過(guò)程噪聲1/3倍頻程譜圖

由圖8可知，兩種減速器產(chǎn)生的噪聲主要頻率都為3150Hz，噪聲在31.5～3150Hz范圍隨頻率增高A聲級(jí)一直增大，在3150Hz取得峰值后持續(xù)降低，但普通減速器在6300Hz左右略有反彈，而低噪聲減速器在制動(dòng)過(guò)程中的噪聲頻譜更加平滑且無(wú)反彈。普通減速器主要頻帶為2500～4000Hz，具有單頻噪聲的特性，嘯叫更嚴(yán)重，更容易引起人體不適，低噪聲減速器主要頻帶為1000～12 500Hz，具有寬頻噪聲的特性。將兩者進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 兩種類(lèi)型減速器噪聲頻譜特性對(duì)比圖

由圖9可知，低噪聲減速器噪聲總級(jí)值比普通減速器噪聲總級(jí)值更低，但在部分頻段低噪聲減速器產(chǎn)生的噪聲反而大于普通減速器，即低噪聲減速器并非全頻段降噪，在某些頻段甚至引起放大效應(yīng)。

4.3 最大A聲級(jí)

選取兩種減速器股道通過(guò)列車(chē)各6趟進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果見(jiàn)下表。

噪聲最大值監(jiān)測(cè)結(jié)果一覽表

由上表可知，低噪聲減速器與普通減速器分別制動(dòng)時(shí)，距聲源位置10m處的N1與N2測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果差值約10dB（A），說(shuō)明新型減速器與普通減速器相比確實(shí)有一定的降噪效果；且當(dāng)新型減速器制動(dòng)時(shí)，N1與N2測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果差值約30dB（A），當(dāng)普通減速器制動(dòng)時(shí)，N1與N2測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果差值約10dB（A），說(shuō)明新型減速器產(chǎn)生的噪聲相比普通減速器更容易在空氣中進(jìn)行衰減。

5 結(jié)論與建議

（1）由聲源參考點(diǎn)（距最近減速器距離約10m）測(cè)得的噪聲源強(qiáng)可知，低噪聲減速器產(chǎn)生的最大A聲級(jí)可達(dá)115dB（A），普通減速器產(chǎn)生的最大A聲級(jí)可達(dá)123dB（A），低噪聲減速器有明顯降低。

（2）列車(chē)通過(guò)兩種減速器的嘯叫噪聲均以高頻為主，主要頻率為3150Hz。但普通減速器的噪聲主要頻帶為2500～4000Hz，低噪聲減速器主要頻帶為1000～12 500Hz；且普通減速器的噪聲在6300Hz左右時(shí)有反彈，而低噪聲減速器噪聲頻譜變化平緩，并無(wú)反彈。

（3）低噪聲減速器產(chǎn)生的噪聲在部分頻段大于普通減速器，并非全頻段降噪。

（4）建議研究減速器上的制動(dòng)材料，采用耐磨耐高溫、同時(shí)具有阻尼效果的夾板，降低減速器與車(chē)輪間摩擦產(chǎn)生的高頻噪聲；同時(shí)研究吸、隔聲棚的建造，將減速器段以及減速器兩端各延伸一定距離罩在隔聲棚內(nèi)，吸聲材料以吸納高頻聲為主，在傳播過(guò)程中對(duì)噪聲進(jìn)行控制；并將作業(yè)影響區(qū)域改設(shè)隔聲門(mén)窗，以有效阻止聲音的傳遞。