動(dòng)車組風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比及安裝方式研究

（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司工程部，山東 青島 266111）

摘 要：主要介紹并比較了歐洲和國(guó)內(nèi)軌道車輛用風(fēng)笛相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求、檢測(cè)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等方面的差異，結(jié)合在國(guó)內(nèi)動(dòng)車組上的實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)動(dòng)車組風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)的制訂、動(dòng)車組風(fēng)笛的布置設(shè)計(jì)及安裝方式進(jìn)行了研究分析，并給出了指導(dǎo)性應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn);對(duì)比;安裝

0 引言

近幾年國(guó)內(nèi)的鐵路建設(shè)高速發(fā)展，中國(guó)鐵路在經(jīng)歷六次大提速后正式走向高鐵時(shí)代，原有的使用機(jī)車牽引的鐵路客車被越來越多的動(dòng)車組所取代。與機(jī)車相比，動(dòng)車組采用了流線形車頭，安裝于列車前端的風(fēng)笛由傳統(tǒng)的外露于車頂?shù)陌惭b方式變化為內(nèi)嵌式安裝方式，以減少運(yùn)行阻力和氣動(dòng)噪音，同時(shí)其前面的風(fēng)笛格柵與周邊的前照燈及噴漆裝飾圖案相匹配結(jié)合，可獲得協(xié)調(diào)的外觀美工設(shè)計(jì)。但是，風(fēng)笛布置位置的改變不但導(dǎo)致其聲壓級(jí)無法滿足某些現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、增加了司機(jī)室內(nèi)的噪聲，而且其周圍安裝方式的改變導(dǎo)致其在某些環(huán)境條件下產(chǎn)生了消聲現(xiàn)象（風(fēng)笛無法正常鳴響工作）。為此，我們對(duì)國(guó)內(nèi)外的風(fēng)笛相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加以分析比較，并根據(jù)在國(guó)內(nèi)動(dòng)車組上的實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)動(dòng)車組風(fēng)笛的布置設(shè)計(jì)及安裝方式進(jìn)行了研究分析，為今后國(guó)內(nèi)動(dòng)車組風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)的制定提出了一些參考意見和指導(dǎo)性應(yīng)用建議。

1 軌道車輛風(fēng)笛的作用及使用要求

風(fēng)笛是安裝于軌道車輛前端，利用壓縮空氣產(chǎn)生鳴響、用于機(jī)車和動(dòng)車聯(lián)絡(luò)和報(bào)警的裝置，一般由兩個(gè)或多個(gè)喇叭組成。

風(fēng)笛用來產(chǎn)生聽覺信號(hào)，由駕駛軌道車輛的司機(jī)控制，不同的聽覺信號(hào)通過風(fēng)笛鳴示長(zhǎng)短音的組合來表達(dá)。長(zhǎng)聲為三秒，短聲為一秒，音響間隔為一秒。重復(fù)鳴示時(shí)，須間隔五秒以上。

根據(jù)風(fēng)笛的鳴示方式和使用要求，動(dòng)車組司機(jī)室內(nèi)風(fēng)笛的鳴響操控按鈕/開關(guān)則可定義為采用同時(shí)激活產(chǎn)生混合音而無須分高低音單獨(dú)控制。

2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)比較

2.1 TB/T3051.2-2009標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 工作頻率

風(fēng)笛的發(fā)聲頻率可以由多個(gè)頻率組成，但應(yīng)保持諧和。頻率組合可采用以下方式：

（1）由2種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率可分為：

---370Hz+15Hz和660Hz+15Hz;

---311Hz+15Hz和470Hz+15Hz。

（2）由3種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率可分為：

---311Hz+15Hz、370Hz+15Hz和470Hz+15Hz;

---311Hz+15Hz、370Hz+15Hz和494Hz+15Hz。

2.1.2 聲壓級(jí)

風(fēng)笛應(yīng)具有2檔聲級(jí)性能。能在測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生不低于107dBA和94dBA～98dBA的聲音。

測(cè)點(diǎn)之間的聲級(jí)允差為+4dBA。

2.1.3 工作風(fēng)壓

風(fēng)笛的額定工作壓力為0.4Mpa～1.0Mpa，風(fēng)笛應(yīng)在額定風(fēng)壓降低10%和升高15%的條件下可靠工作。風(fēng)笛的起始工作風(fēng)壓不應(yīng)高于0.2Mpa。

2.1.4 測(cè)量條件

測(cè)量時(shí)應(yīng)將風(fēng)笛置于安裝使用位置的相同高度，測(cè)點(diǎn)位置如圖 1所示。

測(cè)量應(yīng)在開闊的場(chǎng)地進(jìn)行，本底噪聲應(yīng)比被測(cè)風(fēng)笛聲級(jí)至少低10dBA。在聲源或測(cè)點(diǎn)位置30m范圍內(nèi)，不應(yīng)有發(fā)射聲音的物體存在或其他障礙物。

測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇無雨、無雪的天氣，環(huán)境溫度10℃～30℃，相對(duì)濕度不大于95%，最大風(fēng)速小于3m/s。

風(fēng)笛應(yīng)備有壓力為750kpa ～900kpa的壓縮空氣裝置，可以連續(xù)供氣。

2.1.5 測(cè)點(diǎn)位置

將風(fēng)笛置于離地面4.7m處，聲級(jí)計(jì)的傳聲器應(yīng)置于離地面1.2m處，與風(fēng)笛正前方水平中心線夾角為0°、左和右45°的延長(zhǎng)線、距風(fēng)笛30m處的三個(gè)位置上進(jìn)行測(cè)量。

2.2 UIC-644標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 工作頻率

風(fēng)笛由高頻和低頻兩種喇叭組成。高頻喇叭的工作頻率為660 "+15c/s，低頻喇叭的工作頻率為370+15c/s。

2.2.2 聲壓級(jí)

風(fēng)笛應(yīng)能產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)。能在測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生120dBA～125dBA的聲音。

當(dāng)工作風(fēng)壓在5～9巴之間波動(dòng)時(shí)，聲壓級(jí)的變化不得超過8dBA。

2.2.3 工作風(fēng)壓

車輛提供的風(fēng)壓范圍可為5～10巴。

2.2.4 測(cè)量條件

測(cè)量時(shí)的風(fēng)速應(yīng)小于3m/s。

測(cè)量時(shí)壓縮空氣應(yīng)設(shè)置為7巴，參考環(huán)境溫度為20°C。

2.2.5 測(cè)點(diǎn)位置

測(cè)點(diǎn)位于風(fēng)笛中心線上，前方5m處，高度與風(fēng)笛安裝高度一致。

2.3 TSI標(biāo)準(zhǔn)

2.3.1 工作頻率

風(fēng)笛應(yīng)能產(chǎn)生兩種不同的音調(diào)。頻率組合可采用以下方式：

（1）由2種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率分為370Hz+20Hz和311Hz+20Hz。

（2）由2種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率分為622Hz+30Hz和370Hz+20Hz。

（3）由2種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率分為470Hz+25Hz和370Hz+20Hz。

（4）由3種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其工作頻率分為622Hz+30Hz、470Hz+215Hz和370Hz+20Hz。

2.3.2 聲壓級(jí)

當(dāng)車輛提供的工作風(fēng)壓達(dá)到5巴時(shí)，風(fēng)笛能在測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生不低于115dBA的聲音;當(dāng)車輛提供的工作風(fēng)壓達(dá)到9巴時(shí)，風(fēng)笛能在測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生不高于123dBA的聲音。

2.3.3 工作風(fēng)壓

車輛提供的風(fēng)壓范圍可為5～9巴。

2.3.4 測(cè)量條件

測(cè)量時(shí)，車輛應(yīng)置于空曠區(qū)域內(nèi)，測(cè)點(diǎn)及風(fēng)笛周圍半徑為6.5米范圍內(nèi)無障礙物。

測(cè)量時(shí)，壓縮空氣應(yīng)設(shè)置為5巴～9巴。

2.3.5 測(cè)點(diǎn)位置

測(cè)點(diǎn)位于車輛車頭前方5米處，位于其前方軌道線路中心線上，距離軌面高度與風(fēng)笛高度相同，如圖 2所示。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

TB/T3051.2、UIC644和TSI標(biāo)準(zhǔn)中分別規(guī)定了風(fēng)笛的適用范圍、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等，但在具體數(shù)據(jù)參數(shù)定義上則并不相同，從而對(duì)動(dòng)車組用風(fēng)笛設(shè)計(jì)選型和型式試驗(yàn)程序的制定產(chǎn)生了一定影響。

2.4.1 風(fēng)笛工作頻率

TB/T3051.2標(biāo)準(zhǔn)給出了4種頻率組合。對(duì)于由三種喇叭（頻率）組成的機(jī)車風(fēng)笛，其中一種的工作頻率為470Hz或494Hz，這對(duì)聲壓級(jí)和聲調(diào)不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，建議取消其中一種。

TSI也給出了4種頻率組合，但UIC644僅給出了1種頻率組合。

2.4.2 風(fēng)笛安裝位置

TB/T3051.2測(cè)量條件中規(guī)定風(fēng)笛應(yīng)置于安裝使用位置的相同高度，而測(cè)點(diǎn)位置中卻將風(fēng)笛置于離地面4.7m處，這與機(jī)車風(fēng)笛安裝于車頂相吻合;但動(dòng)車組為了獲得更好的流線形車頭，一般采用內(nèi)嵌式安裝方式將風(fēng)笛固定在車頭前端、前擋風(fēng)玻璃下方前部區(qū)域，同時(shí)在其前面配以風(fēng)笛格柵。

2.4.3 測(cè)點(diǎn)布置位置

TB/T3051.2標(biāo)準(zhǔn)要求聲級(jí)計(jì)需要分別在與風(fēng)笛正前方水平中心線夾角為0°、左和右45°的延長(zhǎng)線、距風(fēng)笛30m處的三個(gè)位置上進(jìn)行測(cè)量，但調(diào)查性試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表明這種取值方式對(duì)于居中布置的（機(jī)車）風(fēng)笛相對(duì)比較準(zhǔn)確，而對(duì)于左右分開布置的（動(dòng)車組）風(fēng)笛則會(huì)在45°的延長(zhǎng)線上產(chǎn)生一定的測(cè)量偏差。

UIC644標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了聲級(jí)計(jì)位于前方5m處，但沒有明確其是在風(fēng)笛前方還是車輛前方，試驗(yàn)表明這對(duì)最終聲壓級(jí)測(cè)量值將產(chǎn)生約5dBA的影響。

2.4.4 聲壓級(jí)

通過進(jìn)行動(dòng)車組車輛級(jí)風(fēng)笛聲壓級(jí)對(duì)比試驗(yàn)，獲得的結(jié)果顯示僅TSI標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)風(fēng)笛的相關(guān)規(guī)定比較適用于新一代動(dòng)車組，而TB/T3051.2和UIC644都很難滿足，主要原因是動(dòng)車組所增加的風(fēng)笛格柵和風(fēng)笛安裝位置與標(biāo)準(zhǔn)差異所導(dǎo)致。

3 動(dòng)車組風(fēng)笛的安裝方式

通過動(dòng)車組車輛級(jí)風(fēng)笛聲壓級(jí)測(cè)試對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了動(dòng)車組風(fēng)笛安裝方式的不同所容易導(dǎo)致產(chǎn)生的問題，并獲得了針對(duì)每一問題的解決方法。

3.1 聲壓級(jí)的測(cè)量值難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（1）產(chǎn)生原因：主要原因是標(biāo)準(zhǔn)定義與動(dòng)車組實(shí)際應(yīng)用方面的差異所導(dǎo)致，特別是在風(fēng)笛安裝高度、測(cè)點(diǎn)位置和聲壓級(jí)測(cè)量數(shù)值等方面。

（2）解決方法：選用編寫更加合理并適用于動(dòng)車組的TSI標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 風(fēng)笛在鳴響時(shí)出現(xiàn)消音現(xiàn)象。

（1）產(chǎn)生原因：為了讓風(fēng)笛所發(fā)出的聲音更有規(guī)律地導(dǎo)向測(cè)點(diǎn)位置，一般會(huì)在風(fēng)笛前方增加聲音導(dǎo)向筒，但由于形狀、頻率以及風(fēng)笛與導(dǎo)聲筒的相對(duì)安裝位置關(guān)系，往往會(huì)導(dǎo)致風(fēng)笛在鳴響時(shí)出現(xiàn)消音現(xiàn)象。

（2）解決方法：導(dǎo)生筒不要設(shè)計(jì)成風(fēng)笛結(jié)構(gòu)的延續(xù)，其外形及開口要盡量得大，風(fēng)笛要盡量遠(yuǎn)離導(dǎo)聲筒開口

3.3 司機(jī)室內(nèi)部噪音值超標(biāo)。

（1）產(chǎn)生原因：風(fēng)笛遠(yuǎn)離導(dǎo)聲筒、風(fēng)笛安裝位置靠近司機(jī)室內(nèi)部、司機(jī)室內(nèi)外隔音板效果不理想都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致司機(jī)室內(nèi)噪音超標(biāo)。

（2）解決方法：風(fēng)笛在不產(chǎn)生消音情況的前提下，其安裝位置應(yīng)盡量靠近導(dǎo)聲筒;同時(shí)，風(fēng)笛的安裝位置應(yīng)盡量靠前、遠(yuǎn)離司機(jī)室內(nèi)部;合理設(shè)計(jì)介于司機(jī)室內(nèi)部和外部之間的隔音板結(jié)構(gòu)，選取合理的隔音材料。

風(fēng)笛消音問題是以上問題中最不容易分析和解決的，需要進(jìn)行大量的實(shí)物實(shí)車模擬試驗(yàn)來排除可能導(dǎo)致消音的因素，其中導(dǎo)聲筒的形狀和風(fēng)笛與其之間的安裝距離是解決問題的關(guān)鍵所在。

4 結(jié)束語

TSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)笛的工作頻率及組合、工作風(fēng)壓、聲壓級(jí)、測(cè)量條件、測(cè)量方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等，各項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)定義比較合理，較之TB/T3051.2和UIC644標(biāo)準(zhǔn)則更加適用于國(guó)內(nèi)動(dòng)車組風(fēng)笛的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。通過動(dòng)車組車輛級(jí)風(fēng)笛聲壓級(jí)測(cè)試對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了動(dòng)車組風(fēng)笛安裝方式的不同所容易導(dǎo)致產(chǎn)生的問題，獲得并給出了了針對(duì)此類問題的解決方法。通過比較歐洲和國(guó)內(nèi)軌道車輛用風(fēng)笛相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求、檢測(cè)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等方面的差異，結(jié)合在國(guó)內(nèi)動(dòng)車組上的實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析研究了動(dòng)車組風(fēng)笛的布置設(shè)計(jì)及安裝方式，對(duì)今后國(guó)內(nèi)動(dòng)車組風(fēng)笛標(biāo)準(zhǔn)的制訂和應(yīng)用給出了指導(dǎo)性建議。

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作者簡(jiǎn)介：魏永軍，男，本科，軌道車輛設(shè)計(jì)工程師。