CRH2型動車組噪聲控制及改進(jìn)建議

王麗紅，高 偉

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，1.講師；2.工程師，河南 鄭州 450052）

CRH2型動車組是南車四方聯(lián)合日本川崎重工生產(chǎn)，通過引進(jìn)技術(shù)并逐步國產(chǎn)化的時速200 km的高速車款之一，它是“六次大提速”以來動車中的主力車型。其運(yùn)營范圍最為廣泛，最高運(yùn)營速度為250 km/h（具備提速到300 km/h的條件，6M2T編組）。根據(jù)我國實(shí)車測試及國外高速鐵路的經(jīng)驗(yàn)，列車在80 km/h以上運(yùn)行時，速度每增加10 km/h，噪聲就會增加0.5～1 dB（A，下同）。以德國ICE為例，速度為200 km/h時，噪聲值約為80 dB，而速度為300 km/h時，噪聲值將上升到93 dB，即噪聲強(qiáng)度隨著速度的提高而大幅度上升。為此，結(jié)合CRH2型動車組在現(xiàn)有車體結(jié)構(gòu)上做了大量改進(jìn)的情況，在分析CRH2型動車組主要噪聲來源的基礎(chǔ)上，探討噪聲控制方法及改進(jìn)建議。

1 主要噪聲源分析

國外測試資料表明，動車組由于具有高速、電氣化等特點(diǎn)，其噪聲源為輪軌噪聲、空氣動力學(xué)噪聲、集電系統(tǒng)噪聲和建筑物激勵噪聲等。

1.1 輪軌噪聲 輪軌噪聲是動車組的主要噪聲源。該噪聲包括車輪通過與鋼軌軌縫、道岔等粗糙的接觸表面相互作用產(chǎn)生的振動聲，擦傷后的車輪在鋼軌上滾動時產(chǎn)生的沖擊聲，通過曲線時輪對擠壓外軌及內(nèi)側(cè)車輪滑行時產(chǎn)生的摩擦聲等。

1.1.1 影響因素 輪軌噪聲的影響因素主要有車輛自身原因以及軌道原因。車輛自身原因包括車輪表面存在踏面擦傷、剝離、錐度不符合要求以及車輪的蛇形運(yùn)動等。軌道原因包括軌縫處的輪軌沖擊，軌道的垂向變形、局部不平順以及隨機(jī)不平順等。

1.1.2 傳播途徑 輪軌噪聲向車內(nèi)的傳播主要是以空氣聲和固體聲的形式，如圖1所示。

圖1 輪軌噪聲的傳播途徑

空氣聲的傳播是將噪聲源發(fā)出的聲音，以空氣為媒介，從車輛的車門、車窗等各縫隙處直接傳入車內(nèi)乘客耳朵。其噪聲值大小取決于車輛的密封程度。固體聲分為一次固體聲和二次固體聲。由車輪和鋼軌產(chǎn)生的振動經(jīng)由轉(zhuǎn)向架傳到車體，最終由車體內(nèi)壁的振動而產(chǎn)生的噪聲為一次固體噪聲。二次固體噪聲是噪聲源的輻射聲以聲能的形式傳播，引起車體地板或側(cè)墻外板振動，進(jìn)而使車體內(nèi)壁振動而激發(fā)的噪聲。

1.2 空氣動力學(xué)噪聲 空氣動力噪聲主要產(chǎn)生于車體結(jié)構(gòu)本身。在車輛高速運(yùn)行時，車頭形狀的不同、車體表面的凹凸不平（側(cè)窗、百葉窗、側(cè)門、車體連接部）等均會產(chǎn)生空氣動力噪聲。

由于車頭附近有很多集中的表面狀態(tài)變化，另外沿表面的氣流大，在列車高速運(yùn)行時，會在該處形成劇烈的空氣湍流，從而產(chǎn)生明顯的氣動噪聲。

1.3 集電系統(tǒng)噪聲 集電系統(tǒng)噪聲主要包括受電弓系統(tǒng)氣動噪聲、受電弓滑動噪聲和電弧噪聲等。受電弓裝置產(chǎn)生的氣動噪聲是由構(gòu)成受電弓的各種桿件引起的非穩(wěn)態(tài)氣流，進(jìn)而形成周期性的渦旋脫落產(chǎn)生的。在列車高速運(yùn)行時，氣動噪聲特別明顯。受電弓的滑動噪聲是列車在高速運(yùn)行時，受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間滑動而產(chǎn)生的機(jī)械振動噪聲。該噪聲值與運(yùn)行速度成正比，即運(yùn)行速度越快噪聲值越高。電弧噪聲是受電弓與接觸導(dǎo)線之間產(chǎn)生的電火花聲。由于線路、車輛結(jié)構(gòu)等多方面的原因，在車輛運(yùn)行時，易產(chǎn)生因受電弓脫線而形成電火花聲。

1.4 建筑物激勵噪聲 這是一種二次噪聲。主要是軌道周圍的建筑物反射輪軌噪聲等產(chǎn)生的輻射振動以及高速鐵路中軌道橋梁的振動噪聲。試驗(yàn)證明，列車在經(jīng)過隧道和橋梁時，激勵噪聲尤為明顯。

1.4.1 隧道激勵噪聲 在列車經(jīng)過隧道時，車內(nèi)噪聲會提高8～10 dB。這是由于輪軌噪聲受到隧道壁的阻擋，經(jīng)過多次反射，從車窗、車門、車頂、車底架等車體隔聲薄弱環(huán)節(jié)傳進(jìn)車內(nèi)。如圖2所示。

圖2 列車經(jīng)過隧道時的噪聲傳播途徑

1.4.2 橋梁激勵噪聲 列車經(jīng)過橋梁時的噪聲，可以理解為構(gòu)造物噪聲，是尺寸較大的水平板的彎曲振動產(chǎn)生的。構(gòu)造物噪聲的傳播方向，是隨著頻率的增高，由水平方向朝鉛垂方向變化的。試驗(yàn)證明，列車經(jīng)過橋梁時，噪聲值比在平道同一運(yùn)行速度下提高5～8 dB。另外橋梁的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)對噪聲值也有很大影響，混凝土制橋梁比鋼制橋梁所產(chǎn)生的噪聲要小得多。

2 噪聲控制與改進(jìn)建議

2.1 輪軌噪聲

2.1.1 噪聲控制 從輪軌噪聲的影響因素考慮，由于目前CRH2型動車主要在既有線上運(yùn)行，所以噪聲控制主要體現(xiàn)在車輛自身的改進(jìn)上。主要措施：

1）CRH2型動車組采用大型中空寬幅鋁合金擠壓型材來制造車體，顯著降低車體重量，減小對軌道的壓力，從而減少了車輪和軌道的磨耗及摩擦聲。

2）CRH2型動車組的電機(jī)全部懸掛于構(gòu)架橫梁上成為簧上質(zhì)量，并采用小輪徑（直徑860 mm）的車輪、空心車軸（內(nèi)孔直徑為60 mm）以減少簧下質(zhì)量，簧下質(zhì)量小，輪軌間的沖擊聲就小。

從輪軌噪聲的傳播途徑考慮，為了降低由其引起的車內(nèi)噪聲而采取的措施：

1）CRH2型動車組的車體采用中空型材（雙殼）密封型結(jié)構(gòu)，隔音效果好。列車每節(jié)車廂的車底板和車體內(nèi)加裝了隔音減震墊，車廂連接處采用了全密封的雙層內(nèi)外風(fēng)擋，使車內(nèi)噪聲得到最大程度的衰減。

2）CRH2型動車組使用電動門。當(dāng)列車運(yùn)行時速達(dá)到30 km以上時，車門壓緊裝置起作用，車門和車體密封，以保證車內(nèi)氣密性。

3）車窗是車體隔聲的薄弱環(huán)節(jié)。CRH2型動車組的車窗使用鋼化玻璃等材料，設(shè)置成多層固定車窗。鋼化玻璃厚度約有3 cm，是一般車窗玻璃的2倍多。

2.1.2 改進(jìn)建議 國外資料表明，輪軌噪聲仍然是高速鐵路的主要噪聲源。由于目前CRH2型動車主要在既有線上運(yùn)行，建議優(yōu)化踏面材質(zhì)和車輪幅板形狀，從源頭減少輪軌噪聲。同時盡量采用吸聲性能好的內(nèi)裝材料，不斷優(yōu)化車體型材斷面，提高車體剛度，達(dá)到隔聲效果。在車窗外層玻璃表面涂透明隔音材料，可大大減少外部噪聲透過車體的聲能。

2.2 空氣動力學(xué)噪聲

2.2.1 噪聲控制 為了減小車頭的空氣動力學(xué)噪聲，CRH2型動車組位于列車兩端的車頭均呈流線型，前面略尖，形似子彈頭，同時整列車的車體全部為密封型結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)使處于鐵道兩側(cè)的聲屏障能夠有效發(fā)揮作用，大部分氣流沖擊噪聲可被消除。為了減小車身表面的空氣動力學(xué)噪聲，CRH2的外形設(shè)計(jì)遵循車體斷面積增加曲線理論，車身采用圓滑鼓形斷面設(shè)計(jì)，使司機(jī)室向前突出。

2.2.2 改進(jìn)建議 建議盡量減少窗玻璃、門玻璃與車體的高度差，提高平順度，同時盡量使門窗與車身之間光滑過渡，避免凹陷或外突而形成表面階差。

由于轉(zhuǎn)向架部位是一個很大的豁口，運(yùn)行時產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流分離引起渦流，車體兩側(cè)流向底部的氣流也受到嚴(yán)重的干擾。因此，建議加寬轉(zhuǎn)向架裙板，在車輛轉(zhuǎn)向架尤其是車頭轉(zhuǎn)向架處設(shè)置覆蓋整流罩。另外可以在車間部位增加裙板和橡膠囊外風(fēng)擋，減少此處的氣流分離、旋渦等。

2.3 集電系統(tǒng)噪聲

2.3.1 噪聲控制 受電弓是車體外露部件之一，加上受電弓的上部構(gòu)件比較復(fù)雜，集電系統(tǒng)噪聲控制不容忽視。CRH2型動車使用高速受電弓，并在弓旁加裝了擋板，同時優(yōu)化了導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)，使受電弓的導(dǎo)流罩加長、加寬、平滑化。

2.3.2 改進(jìn)建議 盡量減少突出在車頂外面的電絕緣子，如果實(shí)在必要，可以考慮采用流線型外形，并輔助裝有側(cè)板的絕緣子罩；盡量減少中間鉸，可以考慮采用單臂受電弓。

研制新的滑板材料，以減少受電弓摩擦噪聲。優(yōu)化受電弓結(jié)構(gòu)，減少離線率，進(jìn)而減少離線火花噪聲。對于電弧噪聲也可以借鑒日本新干線高速列車的經(jīng)驗(yàn)，在受電弓與接觸導(dǎo)線接觸部分采用柔性結(jié)構(gòu)，從而減少電弧噪聲。

2.4 建筑物激勵噪聲

2.4.1 噪聲控制 目前CRH2型動車采用整體密封型結(jié)構(gòu)、自動的壓力保護(hù)裝置，很大程度上減少了噪聲向車內(nèi)傳播，也避免了動車組進(jìn)入隧道時產(chǎn)生的空氣壓力波動影響旅客的乘坐舒適度。

2.4.2 改進(jìn)建議 建議在轉(zhuǎn)向架部位尤其是頭車的轉(zhuǎn)向架部位采用隔聲較佳的地板結(jié)構(gòu)，同時注意車內(nèi)各種孔和縫的密封，比如下水管道要水封等。

對橋梁的激勵噪聲，建議從線路和結(jié)構(gòu)兩方面入手。橋上線路要平順，采用長鋼軌有砟道床，在鋼軌和軌枕下增加彈性防振墊和軌道減振器扣件。另一方面，橋梁要有較高的強(qiáng)度和較大的抗撓曲剛度，一般不采用柔性結(jié)構(gòu)，梁部選用混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土等材料，在鋼梁上也可以涂一些阻尼材料。

3 結(jié)束語

由于CRH2型動車組采用了氣密性車體結(jié)構(gòu)，并從上述4個噪聲源的控制方面采取一系列的隔音降噪措施，因此有效地降低了車內(nèi)噪聲。試驗(yàn)證明，在車速最高時，車內(nèi)噪聲也不會高于60 dB。如采納上述建議，降噪效果可能會更好。但是噪聲控制與改進(jìn)畢竟是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的任務(wù)，它受各種因素的影響，并且伴隨著列車速度的逐步提高，這一問題將日益突出。而增加新的降噪措施必須十分謹(jǐn)慎，需要在理論研究和現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上反復(fù)嘗試，綜合比選確定。