地鐵軌道減振器的應用研究與質量檢測

周培偉

摘 要：地鐵是城市交通體系中重要的一環，其與其他城市交通相比，有著速度快、承載乘客多和穩定性強的特點，因而特別受歡迎。在我國技術和經濟實力迅速發展的同時，政府在這一方面投入的更多。這些不僅加速了城市化進程，而且使大眾的生活變得更加便捷。但是，由于地鐵路線的速度較快，使得交通噪音增加，乘客體驗感變差。在這種背景下，文章研究了軌道車輛的振動源，重點介紹了檢查噪聲和振動的方法，以及降噪技術的應用。

關鍵詞：地鐵軌道;減振器;城市化;質量檢測

中圖分類號：U260.331.5 文獻標識碼：A

隨著科學技術的進一步發展，地鐵發展迅速，通勤效率得到提高，成為人們出行的首要方式之一。由于其具有低能耗、環境友好和高技術水平的優點，地鐵交通成為各個國家所有交通領域的重點。地鐵運行過程中會產生振動，軌道交通會在振動過程中影響聽力，甚至巨大的振動也會對身體部位造成損傷。為了減少軌道交通中的振動和噪聲源，文章對軌道車輛的振動源進行了分析，以便研究振動衰減技術的應用，并最終確定軌道交通未來的發展方向。

1 地鐵軌道減振設計的原則

1.1 規范達標

在當前的城市軌道交通建設中，由于受到一些因素的影響，軌道交通的輪軌會在摩擦的過程中出現一定的振動以及噪聲。這樣不僅會對居住地居民的生活造成不利的影響，而且還會在一定程度上對城市交通的建設起到阻礙作用。對此，城市軌道交通在建設過程中，一定要遵守實際的減振設計原則，以降低這些情況的出現。

1.2 可行性

在施工期間，一定要保障整個減振設計工作具備可行性。這就需要對地鐵軌道結構的相關可靠性實施分析，并對早期的施工操作實施全面性的分析。最大限度地降低地鐵軌道維護的數量以及成本，使軌道交通建設部門能夠實現項目可行性與經濟性的統一。

1.3 具體問題具體分析

施工人員應用減振技術時，需要按照不同地區以及不同的減振標準進行設計，進而制定出具體減振方案。這樣，可以按照該地區的實際地形以及地面構造來完成減振設計方案的調整，并采取針對性的減振措施，以具體展開地鐵軌道減振工作。

2 分析軌道上車輛的振動源

想要有效減少鐵路交通的振動和噪聲，需要了解其振動和噪聲的來源。

2.1 車外振動源

這部分的大小和色調主要取決于交通運動、交通噪聲和空氣動力學，并最終取決于車輛的速度。車輛外部的噪音主要在低速區域，頻率在800～2500Hz之間，而空氣動力學產生的噪音首先可以在高速運動中找到。地鐵上的風是鐵路交通中最重要的噪聲源之一，主要產生噪聲，以及用于轉向車輛和冷卻系統的風扇。空氣動力學的風速又取決于起落架的速度，即打開時的曲線以60lgv的規律增加[1]。當車輛通過隧道時，由于空氣被迫進入隧道，因此在隧道中會產生壓力波。

2.2 車輛的振動和噪音

道路交通中的振動和噪聲不像在車外那樣容易識別，并且還會影響來自噪聲源的振動和噪聲。汽車中的噪聲，通常包括電氣設備產生的噪聲、外部噪聲以及空調產生的噪聲，由聲音和共鳴器的激勵源一起產生。外部噪聲主要包括車輪噪聲和空氣動力學的特性，脈沖還會在車外產生噪音。

2.3 振動噪聲分析

振動的測試評估是調節振動以減少噪聲的有效工具。在測量的幫助下，評估現有產品的體積和振動，并跟蹤發現以優化后續的噪聲和振動，采取措施。但是高速列車還需要考慮多普勒效應、火車的湍流運動和地面因素等。

3 減震技術發展方向

未來地鐵振動的減少，將主要采取主動和被動控制的形式。為了實現主動控制，一般使用動態減振控制，主要通過優化軌道的結構并提高軌道尺寸的計算精度來完成。通過控制振動源和噪聲源，以達到減少履帶噪聲的目的，可以優化車輪的結構。車輪在磨削鋼軌等時，彼此無縫連接，以減少來自源頭的鋼軌振動噪聲。被動控制降低噪聲，是未來道路交通發展的重要方向之一。被動控制主要通過引入振動屏障或消音器等方法，以吸收源或體積中的噪聲。通過控制火車的噪音波動來調節噪音，從而降低噪音。同樣，減少軌道振動可以在軌道上開挖減震溝，安裝減振槽及隔音屏障。這是軌道減振技術未來發展的主要方向 [2]。

4 地鐵減震技術

4.1 減振方式

振動通過固定振動傳播，因此，振動的遏制可以分為減震和隔振。在振動源上添加子系統，以控制特定頻率振動源的振動，稱為動態振動吸收。動態減振器可以吸收振動能量，動態減振器主要包括四種類型，非線性動態減振器、阻尼動態減振器、無阻尼動態減振器和由復合材料制成的動態減振器等。非線性動態減振器對振動的吸收效果通常要好于線性減振器，主要是因為其采用了具有非線性剛度的隔振和減振裝置，以及非線性阻尼設計來實現振動吸收[3]。

阻尼動態減振器不受頻段的影響，適用范圍比無阻尼動態減振器寬，這也是其被稱為寬帶減振器的原因。復合動力減振器是由幾組動態減振器合理組合而成。其具有吸振頻率帶寬的特性。通過適當分配各組的共振頻率和適當的設計參數，可以減少振動。隔振降噪是振動源與減振器主體之間的彈性連接，通過減弱固體聲音的傳遞來衰減振動能量的過程。通常，地鐵、高鐵和輕軌等采用的防振材料，主要是橡膠、軟木和毛氈，同時也使用液壓減震器和空氣彈簧。國內外大多數軌道交通（地鐵、火車、高鐵等）都使用金屬彈簧和橡膠作為彈性元件，而輕軌則使用空氣彈簧和金屬橡膠來達到減振的目的，減振效果非常好。

4.2 減振降噪的材料選擇

通常，軌道車輛中常用的吸聲材料是纖維多孔吸聲材料、共振吸聲材料和薄膜。纖維多孔吸聲材料具有大量的空腔且彼此連通，并且多孔深深地滲透到該材料中。薄膜也可以吸收一定程度的聲音。當發生共振時，薄板會振動很多聲音。通過使用共振吸聲材料，可以大大提高吸收范圍和吸聲能力，并且可以大大降低噪聲和振動。

4.3 減少振動和噪音的措施

4.3.1 車身側壁的減振降噪

首先，減振。鐵路車輛側壁的振動，主要是由薄金屬板激發而引起的振動現象，金屬板本身的阻尼非常低，所以聲輻射的效率很高。為了減少這種振動和噪聲，通常將具有高內阻的粘彈性材料噴涂到薄板上。當車身側壁上的金屬板振動時，一些能量被轉換成熱能，以在阻尼的影響下阻尼振動，從而減少振動和噪音。其次，降噪。為了減少主體側壁的噪聲，不僅必須考慮側壁的隔音和吸聲特性，而且還必須考慮門窗的密封性。為了減少這種噪聲，根據人體對輕型吸聲材料的定量要求，在中國軌道車輛的側壁上涂了阻尼膠，并在其中填充了海綿和泡沫，從而形成側壁的復合阻抗效應。另外，在選擇材料時，還應考慮材料的耐濕性、隔熱性和耐火性。

4.3.2 車輛下方設備的振動和降噪

通常，降低車輛下方設備噪音的主要措施是改善車身的結構。也可以在這些大型設備上使用新型的減震器，并使用隔音或吸音材料來屏蔽這些大型設備的聲音。車輛下方的振動和噪聲主要由輪軌、主電機、齒輪和轉向架上的動態噪聲和振動引起。首先，改善軌道平整度可以顯著降低滾動噪音。其次，在門檻和混凝土填充物之間的間隙添加彈性材料，也可以減少噪音和振動。軌道車輛行駛時，車輪高速旋轉，路面不平坦，輪軌中仍然存在某些會引起滾動噪音的缺陷。

4.3.3 轉向架的振動和降噪

為了確保車輛在轉彎時具有更大的穩定性，同時又要確保轉向架的可靠性和耐用性，必須盡可能降低轉向架的振動和噪聲。實際上，高速列車通常使用第一和第二系列彈簧懸架、液壓三向減震器和技術，來減少轉向架的振動和噪聲。同時，高速列車還使用軸向游隙較小的圓錐滾子軸承，以實現較小的橫向振動[4]。為了提高列車通過曲線的穩定性和舒適性，在轉向架上還安裝了非線性空氣彈簧，使列車行駛時空氣彈簧更軟、更靈活。另外，增加空氣彈簧左右安裝之間的距離，也可以有效提高火車的抗側傾能力。

5 減振器的質量檢測

如果抖動頻率較高，10Hz左右的，屬于轉向架蛇行失穩并且傳遞到車身。轉向架失穩危害較大，原因通常是車輪或鋼軌磨損過度。近些年，通過推廣60N新型鋼軌輪廓以及加強車組檢查，發生率已經降低。

如果抖動頻率較低，屬于車體蛇行，就是轉向架傳來的振動頻率與車體的某種自振頻率相同而引發共振。此現象對運行安全的影響很小，對舒適度的影響很大。原因通常是，車輪踏面錐度過低，導致蛇行頻率很低。解決方法是，調整轉向架參數，或者采用其他的車輪踏面輪廓。

6 結語

由于科學技術的進步，鐵路不僅改變了人們的生產生活方式，也改變了人們的出行方式。然而，由于軌道交通運行中存在高振動和噪聲，以及人們較高的交通需求，運輸行業需要就此進行大量的研究。就行業而言，有必要尋找和研究軌道中的噪聲和振動源，并改進用于優化車輛和轉向架內部和外部噪聲值的方法，以便為其提供足夠的經驗。

參考文獻

[1] 吳剛.地鐵列車振動和噪聲源分析及減振降噪措施[J].科技與創新，2014（05）：28-29.

[2] 楊弘.高速列車減振降噪技術研究[J].鐵道車輛，2006（02）：9-14，45.

[3] 湯晏寧.城市輕軌車輛車內噪聲分析及降噪研究[D].大連：大連交通大學，2005.

[4] 黃建濤，周耀，張曉峰，等.地鐵軌道減振器的應用效果[J].振動與沖擊，2003，22（2）：96.