淺談地鐵車輪降噪方案

【摘 要】 本文分析了軌道交通車輛產(chǎn)生噪聲的主要原因，重點闡述國內(nèi)地鐵車輛車輪降噪方案，并將各方案進行了技術(shù)對比，結(jié)合國內(nèi)既有線路車輪降噪方案信息，為后續(xù)建設(shè)線路提供選擇建議。

【關(guān)鍵詞】 地鐵 ?車輛 ?車輪 ?降噪

當(dāng)前，我國軌道交通的高速發(fā)展給廣大人民生活提供了諸多便捷條件，即促進了經(jīng)濟發(fā)展也取得了良好社會效益。但軌道交通也對環(huán)境起了某些負(fù)面效應(yīng)，其中噪聲和震動最為突出，而噪聲由不規(guī)則震動產(chǎn)生，其即影響列車沿線人民正常生活也降低乘客乘坐的舒適度。

1 軌道交通車輛噪聲概況

軌道交通包含城際間高速鐵路和市區(qū)內(nèi)城市軌道交通，后者以地鐵為主。軌道交通運行時產(chǎn)生噪聲的原因復(fù)雜多樣，但主要原因是以下幾個方面：（1）輪軌噪聲，包括滾動噪聲、沖擊噪聲、摩擦噪聲;（2）結(jié)構(gòu)噪聲，由于輪軌表面互相作用產(chǎn)生的震動，通過軌道和基礎(chǔ)傳遞，導(dǎo)致相應(yīng)結(jié)構(gòu)振動而輻射噪聲;（3）車輛動力設(shè)備噪聲，包括牽引電機、空調(diào)、受電弓等設(shè)備噪聲;（4）車輛運行時的空氣動力噪聲;（5）車輛運行速度因素。

其中，輪軌噪聲又是主要原因中的重要原因，運行時車內(nèi)噪聲有一半以上直接或間接來自輪軌噪聲。高鐵一般采用大曲線半徑和無縫鋼軌，又對車輪和鋼軌及時鏇修或打磨，故高鐵的輪軌噪聲主要表現(xiàn)為輪軌滾動噪聲。地鐵受市域空間限制，其曲線線路較多且部分曲線半徑較小，故其輪軌噪聲主要為輪軌滾動噪聲和曲線嘯叫噪聲[1]。因此，如何降低車輪噪聲成為國內(nèi)外地鐵降噪的主要研究方向。

2 地鐵車輪降噪方案

車輪降噪有多種方案，目前國內(nèi)采用降低車輪噪聲的方法主要有三種：

（1）采用整體低噪音地鐵車輪。整體低噪音地鐵車輪控制輪軌噪聲的機理是通過減少輪軌摩擦和提高車輪彈性來達到降噪的目的。從外表來看，整體低噪聲車輪與普通車輪無多大區(qū)別，輪轂、輻板與輪輞為一個整體，車輪上也沒有任何消聲裝置，但實質(zhì)上車輪已做了低噪聲處理，如：使踏面光潔、增加踏面彈性及對外形作聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計。2011年1月份，馬鋼公司成功開發(fā)了HZ840低噪音地鐵車輪，目前，馬鋼低噪音車輪已進入廣州、深圳、成都等近10條地鐵或輕軌線。

（2）采用阻尼片式車輪降噪阻尼器。阻尼片式車輪降噪阻尼器控制輪軌噪聲的機理是通過吸收車輪的振動來達到降噪的目的。它是基于一種寬頻帶的動力吸振技術(shù)：對于一個單自由度振動系統(tǒng)，當(dāng)外加一個質(zhì)量很小的單自由度吸振器后，如果吸振器的固有頻率設(shè)計成與原系統(tǒng)的固有頻率一樣，則當(dāng)原系統(tǒng)以固有頻率激振時，其振動將完全被吸振器吸收。當(dāng)吸振器中適當(dāng)增加阻尼后，吸振器的有效吸振頻帶變寬，同時吸振器的振動也會快速衰減掉。對于多自由度振動系統(tǒng)，則需外加多自由度吸振系統(tǒng)去吸收振動。基于上述原理，在測得車輪輻射的主要噪聲頻率后，再根據(jù)這些頻率設(shè)計吸振器的參數(shù)，使得吸振器的固有頻率與噪聲頻率一致，從而最大效率地吸收車輪的振動，降低輪軌噪聲。阻尼片式車輪降噪阻尼器于2003年首次在北京地鐵13號線上應(yīng)用，之后，在天津濱海線、武漢輕軌、天津地鐵1號線、北京5號線、北京地鐵4號線、北京10號線、廣州地鐵1號線、西安地鐵線等廣泛推廣使用。阻尼片式車輪降噪阻尼器應(yīng)用后分別在北京13號線和天津濱海線現(xiàn)場作了對比測試，效果很好。

（3）采用車輪降噪阻尼環(huán)。降噪阻尼環(huán)控制輪軌噪聲的機理是通過界面阻尼來達到降噪的目的。車輪降噪阻尼環(huán)具有特定的彈性和表面光潔度，安裝在開有半圓槽的車輪上，在車輪發(fā)生振動時，通過阻尼環(huán)與車輪輪輞之間摩擦產(chǎn)生界面阻尼耗能，能部分起到抑制車輪徑向和橫向模態(tài)振動的作用，減少車輪向外輻射噪聲，從而獲得良好的降噪效果。哈通達公司開發(fā)了車輪降噪阻尼環(huán)，該技術(shù)于2010年首次在南車株洲電力機車有限公司ZMB080型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架上應(yīng)用。

3 地鐵車輪降噪技術(shù)比較

（1）采用整體低噪音地鐵車輪時，無須對車輪進行加工，也無須附加阻尼片或阻尼環(huán)，為車輛制造提供了便利，同時提高了降噪措施的安全性、可靠性。但由于整體低噪音地鐵車輪剛剛投入使用，對其降噪效果、造價成本、養(yǎng)護維修成本以及耐用性尚須進一步考察。

（2）采用阻尼片式車輪降噪阻尼器降噪效果是好的、可靠的、成熟的，經(jīng)過近十年的應(yīng)用考驗，已經(jīng)得到用戶得認(rèn)可。但采用阻尼片式車輪降噪阻尼器缺點是車輪加工復(fù)雜，工藝性差，要開寬20mm的工藝槽，要鉆24個空，并要攻絲。運用中偶爾也會發(fā)生螺栓松弛、折斷等不安全現(xiàn)象。

（3）采用車輪阻尼環(huán)降噪，對于運行速度小于80km/h的地鐵車輛來說是可行的。從有關(guān)項目實驗結(jié)果來看，降噪效果較好。其優(yōu)點是車輪加工簡單，只須在輪輞處開一個（或二個）約14的半圓形孔，安上一個（或二個）阻尼環(huán)亦可。安裝阻尼環(huán)相對阻尼片式車輪降噪阻尼器具有方式簡單，安全性高，價格便宜，性價比較高，其安裝不受幅板形式的限制，也是國內(nèi)未來發(fā)展趨勢之一[2]。

（4）有關(guān)實驗表明，車輪阻尼環(huán)和阻尼片式車輪降噪阻尼器降噪效果相近，二者制造檢修也較方便，最終采用哪種方案需依據(jù)具體車輪技術(shù)參數(shù)而定。

4 結(jié)語

地鐵車輪降噪方案多種多樣，成熟技術(shù)和新技術(shù)都可作為新建地鐵考慮方案。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟角度考慮性價比最高的方案。而車輪降噪在設(shè)計上應(yīng)一方面從降低車輪振動來抑制車輪聲輻射水平考慮，另一方面從傳播途徑上衰減噪聲考慮。

參考文獻

[1]王諦，低噪聲車輪振動聲輻射特性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2014.

[2]劉暉霞，易興利，張斌.ZMB080型地鐵車輛轉(zhuǎn)向架車輪降噪研究[J].電力機車與城軌車輛，2010（4）.

作者簡介：包春光（1981—），男，碩士，工程師，國家注冊設(shè)備監(jiān)理師，項目經(jīng)理。主要從事地鐵車輛設(shè)計、咨詢。endprint