淺析低噪音內(nèi)燃機車設(shè)計運用

王語博

（中國北車集團(tuán)北京二七軌道裝備有限公司，北京 100072）

1 內(nèi)燃機車車體的組成以及噪音的來源

內(nèi)燃機噪聲是動力設(shè)備噪聲的主要來源，隨著內(nèi)燃機車的快速發(fā)展，其振動噪聲問題日益突出。因此，降低內(nèi)燃機車的噪音成為當(dāng)前內(nèi)燃機車設(shè)計的重點。

內(nèi)燃機車的車體主要由車架，側(cè)壁，頂蓋，內(nèi)部隔墻和司機室等幾個部分組成。內(nèi)燃機作為一種有軌牽引動力，在做功或行走的時候發(fā)出柴油機的轟鳴聲，從而產(chǎn)生噪音。根據(jù)內(nèi)燃機各個組成部分的作用，噪音來源主要有：動力裝置噪音源、動力傳遞機構(gòu)噪音源、輔助裝置噪音源、機車車體噪音源和機車運行噪音。其噪聲來源主要由于內(nèi)燃機個運動部件在工作過程中受到氣體的壓力和運動慣性力的周期性變化所引起的振動及相互沖擊產(chǎn)生的，其主要組成部分是曲柄連桿機構(gòu)等運動幾件撞擊缸套等發(fā)出的聲音。

2 國內(nèi)外內(nèi)燃機車噪音控制技術(shù)發(fā)展概況

2.1 國內(nèi)內(nèi)燃機車噪音控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

80年代末90年代初，我國鐵路交通運輸尚處于比較落后的局面，為改變這種狀況，我國特從英國引進(jìn)三輛稍微先進(jìn)一點的內(nèi)燃機車。至此，我國內(nèi)燃機車才開始發(fā)展，我國第一代投入商業(yè)運行的藍(lán)箭一號就是在借鑒國外機車制造原理的基礎(chǔ)上開始研制的，在此過程中演職人員也考慮到了客車車內(nèi)的降噪問題，并設(shè)計了一些列的降低噪音的措施，例如，為減小空氣動力性噪音，設(shè)計人員特地在車體下不安裝了封閉模板，機車整體采用流線型，從而減小了機車運行中的空氣阻力。

但是，目前我國在機車車輛設(shè)計中對于噪聲振動環(huán)境影響的問題卻并沒有進(jìn)行充分的考慮。國產(chǎn)試驗列車的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明，國產(chǎn)高速列車的振動聲水平與其他技術(shù)先進(jìn)國家相比仍有很大的差距。因此，我國高速鐵路在設(shè)計時應(yīng)該綜合考慮各方面的二因素，將振動噪聲控制系統(tǒng)作為一個出發(fā)點來考慮。

2.2 國外內(nèi)燃機車噪聲控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前最新的N700系高速列車為降低噪音特采取了以下幾個措施：

（1）機車前端采取流線型的設(shè)計，從而減小機車車和空氣之間的摩擦噪聲；（2）全列車采用半有源控振裝置，從而減小機車在運行過程中由于震動而產(chǎn)生的噪音；（3）機車內(nèi)采用主動傾擺裝置，從而減小由于列車在彎道處的離心力而產(chǎn)生的噪音；（4）機車轉(zhuǎn)向架上安裝半主動懸掛裝置，這樣一來機車轉(zhuǎn)彎時就不會因為物體之間的互撞擊而產(chǎn)生噪音；（5）車輛間通過臺采用彈性遮板封閉，彈性的遮板對于機車突然停下或者減速比較大的情況是非常有用的，如此既減小了由于碰撞而產(chǎn)生的摩擦，噪音也減小了；（6）車體量輕化及低重心化，車體量輕就可以減小車輪與車軌之間的摩擦，低重心就可以使機車更加平穩(wěn)的行駛于軌道上。

3 低噪音內(nèi)燃機車的設(shè)計

3.1 車體設(shè)計采用鋁合金減振型材

運行中內(nèi)燃機車由于電動機、車輪等產(chǎn)生的振動，以及車體表面產(chǎn)生的空氣動力噪音等，構(gòu)成車體型材的外側(cè)面板由于承受車外產(chǎn)生的噪音而振動，這些振動通過車體材料傳遞到機車內(nèi)側(cè)的面板，最終輻射到車內(nèi)。為了降低噪音，滿足高速化、節(jié)能減排的需要，內(nèi)燃機設(shè)計時可以通過使用隔音性能良好、減振性能優(yōu)異的鋁合金型材和材料使車體薄壁化，從而實現(xiàn)車輛的輕量化，提高運行速度。由于車輛重量減輕之后，其結(jié)構(gòu)容易受到振動影像，從而使隔音效果降低，導(dǎo)致空氣動力噪音增大，從而使得車廂中的噪音增大。因此，還要在鋁合金型材的面板或加強筋上加減振樹脂，從而起到對鋁合金型材的減振功能。試驗表明，車體設(shè)計采用鋁合金減振型材的內(nèi)燃機車在隧道內(nèi)運行時，噪音值能減少6dB左右。

3.2 車輪設(shè)計消聲器

內(nèi)燃機車在高速運行時，車輪在軌道上高速滾動，由于軌道的缺陷和內(nèi)燃機輪軌的表面粗糙程度，從而產(chǎn)生滾動噪音。同時，當(dāng)內(nèi)燃機車行駛在小半徑曲線時，由于車輪支撐點產(chǎn)生橫向滑動，導(dǎo)致車輪的輻板、輪輞產(chǎn)生彎曲振動，從而產(chǎn)生分貝較高的噪音。

如果能再設(shè)計級車市在機車的車輪的輻板或輪輞上裝設(shè)一種具有減振阻尼性能的消聲器，也稱為諧振消聲器，從而達(dá)到降低車輪輻射噪音的效果。目前，這種諧振消聲器在內(nèi)燃機車上已經(jīng)取得了良好的降噪消聲效果。諧振消聲器又可分為盤式消聲器和環(huán)形疊板式消聲器兩種。

3.3 車輛間連接設(shè)計采用橡膠元件

通過在車輪的輻板和輪輞之間設(shè)計橡膠元件，從而使二者相互隔離，通過橡膠元件使輻板和輪輞之間的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，從而起到降低噪音的效果。根?jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，橡膠彈性元件又可分為剪切、壓縮和壓剪等形式，其中壓縮性彈性車輪的降噪效果最好。根據(jù)實驗研究，采用不用形式的橡膠彈性車輪，相對于全鋼的整體車輪，可以降低10～20dB的噪音。

3.4 機車內(nèi)部設(shè)備的配置

對于內(nèi)燃機車而言，動力設(shè)備的水冷系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、輪滑系統(tǒng)、制動閥和控制器等輔助設(shè)備在運行時都會產(chǎn)生不同的噪音，其中空氣壓縮機、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)機組排廢口是輔助設(shè)備中主要得噪音來源。對于空氣壓縮機而言，可以通過安裝隔音罩，降低噪音。冷卻風(fēng)扇設(shè)計時要選擇噪聲低的設(shè)備，對于空調(diào)機組排廢口，采用加裝能夠消除中低頻噪聲的消聲器，從而使氣流噪聲降低20～30dB。

3.5 車身表面設(shè)計平滑

機車噪音不僅源于機車內(nèi)部的機械噪音，機車外表與空氣摩擦所產(chǎn)生的噪音也是機車噪音的很大一部分。通過將機車表面設(shè)計的平滑化，可以減小機車與空氣間的摩擦，從而達(dá)到降低噪音的目的。目前，機車的設(shè)計一般采用流線型的機身設(shè)計，這一點充分說明了，機車表面平滑化對于低噪音內(nèi)燃機車設(shè)計的重要性。

結(jié)語

鐵路交通的發(fā)展具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，但是鐵路交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的噪音和振動等問題，影響著乘務(wù)人員和乘客的工作、休息，同時噪音和振動還會縮短設(shè)備的使用壽命，因此設(shè)計低噪音內(nèi)燃機車就刻不容緩。本文結(jié)合內(nèi)燃機車產(chǎn)生噪音的原因以及國外內(nèi)燃機車降低噪音的方法，對低噪音內(nèi)燃機車的設(shè)計提出幾點建議，希望在未來由于內(nèi)燃機車而產(chǎn)生的噪音問題可以得到有效的改善。

[1]李德軍.淺談鐵路噪聲污染的治理[J].云南環(huán)境科學(xué)，1998.

[2]肖峰.低噪聲車輪結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用綜述[J].鐵道車輛，2000.

[3]熊谷，則道（日）.車輛高速化研究策略[J].國外鐵道車輛，1999.