軌道包覆材料的降噪性能研究

柳桂華 李 彬 龔 偉 劉 祥 葉 茂

1.廣州有軌電車有限責任公司

2.廣州大學-淡江大學工程結構災害與控制聯(lián)合研究中心

軌道包覆材料的降噪性能研究

柳桂華1李 彬1龔 偉1劉 祥2葉 茂2

1.廣州有軌電車有限責任公司

2.廣州大學-淡江大學工程結構災害與控制聯(lián)合研究中心

為探討雙塊式、套靴式、嵌條式軌腰包覆材料的降噪性能，以及有軌電車誘發(fā)環(huán)境噪聲的傳播和衰減特性，在距軌道中心線3.5m、7.5m、25m處布置測點，對有軌電車運行產(chǎn)生的環(huán)境噪聲進行現(xiàn)測試，獲取噪聲連續(xù)等效A計權聲壓級，結果表明:在距離軌道中心線3.5m處，雙塊式、套靴式、嵌條式包覆材料對于降低環(huán)境噪聲均有效果，嵌條式包覆材料最好，雙塊式包覆材料次之，套靴式降噪效果一般。距離軌道中心線越遠，由于環(huán)境因素的增加，三種包覆材料的降噪效果不明顯。

有軌電車；噪聲實測結果分析；鋼軌彈性體材料；連續(xù)等效A計權聲壓級分析

1 引言

作為一種新型的綠色環(huán)保軌道交通載具，近年來現(xiàn)代有軌電車在我國得到了迅速的發(fā)展，為緩解目前城市交通堵塞和環(huán)境惡化等問題發(fā)揮了重要作用，但列車運行時引起的振動和噪聲問題也給城鎮(zhèn)居民的生活帶來了困擾，引發(fā)了許多問題。如何解決列車運行引發(fā)的噪聲問題，國內外許多學者在這一領域做了很多研究也取得了卓著的成果。有軌電車嵌入式軌道作為一種新型軌道，很好地適應了人們對于環(huán)保、綠化、低噪聲的需求，因而得到廣泛地應用，國內外學者對其結構特性，穩(wěn)定性等已經(jīng)做了許多研究[1-5]，但是對于嵌入式軌道的軌腰彈性包覆材料的降噪效果研究卻很缺乏，特別是現(xiàn)場實測。因此展開對軌道包覆材料的實際降噪效果研究顯得很有必要，為今后有軌電車的建設發(fā)展提供合理科學的建議。

為此，本文分別對雙塊式（工況一）、套靴式（工況2）、嵌條式（工況3）軌腰包覆材料，以及無覆土無包覆材料（工況4）這四種工況進行了現(xiàn)場測試，如圖1所示。通過對測試獲得的噪聲數(shù)據(jù)進行連續(xù)等效A計權聲壓級分析來評價雙塊式、套靴式、嵌條式軌腰包覆材料的現(xiàn)場降噪效果。

圖1 現(xiàn)場測試圖

2 現(xiàn)場測試概況

本次測試的地點位于廣州市海珠區(qū)有軌電車線路琶洲大橋南站和琶洲塔站之間，周圍是居民區(qū)，夜間測試，測試過程中無雨雪、雷電天氣，且風速5m/s以下，列車分別以時速30km/h（正常運營狀態(tài)），40 km/h，50 km/h，60 km/h運行。為保證數(shù)據(jù)有效性和可靠性，取20次測試記錄結果進行分析。

現(xiàn)場測試采用丹麥B&K 3560D噪聲與振動信號采集分析系統(tǒng)，軌道線路噪聲的測試，按照《GB-T 5111-1995鐵路機車車輛輻射噪聲測量》；《GB12525-90鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》規(guī)定進行。本文線路噪聲測試主要評價不同包覆材料的降噪效果，同時了解其空間分布規(guī)律。上述兩種規(guī)范對測點位置并未作出明確規(guī)定，綜合考慮，按歐洲標準BSENISO 3095-2006布置3個測點：傳聲器架于萬用支架上，置于機車車輛兩側距通過軌道中心線的垂面3m，7.5m，25m，距軌面高度1.5m處，如圖2所示。

圖2 線路噪聲測試

3 測試數(shù)據(jù)的結果分析

噪聲信號的測試數(shù)據(jù)分析主要是不同軌道包覆材料下的測試噪聲數(shù)據(jù)等效連續(xù)聲壓級分析。典型噪聲聲壓時程曲線，如圖3所示。

圖3 聲壓時程曲線

（時速30 km/h嵌條式包覆材料有覆土距軌道3.5m處）

由圖3可以看出在噪聲聲壓信號由近及遠保持一致的衰減趨勢，在遠端（25m處）無波峰波谷，呈現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，基本與背景噪聲聲壓無異。

A計權聲壓級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感覺，對于一個連續(xù)的穩(wěn)定噪聲，它是一種較好的評價方法[6]。但是對于起伏的或不連續(xù)的噪聲，則很難確定A聲級的大小，為此提出了用噪聲能量平均的方法來評價噪聲對人的影響，也即時間平均聲級或等效連續(xù)聲級，用Leq表示，這里仍用A計權，故亦稱等效連續(xù)A聲壓級LAeq。每個測點連續(xù)采集20次，取算數(shù)平均值，結果如表1所示。

表1 連續(xù)等效A聲壓級 單位：dB(A)

3.1 速度因素對線路噪音的影響

表1表明：隨著速度的增加，線路噪音產(chǎn)生的聲壓級也會明顯的增加，總體來說，線路噪音聲壓級并不是隨著速度的增加而線性的增加，隨著速度越來越高，增加幅度有收窄的趨勢。

3.2 距離因素對線路噪音的影響

表1表明：隨著距線路中線的距離增加，線路噪音產(chǎn)生的聲壓級也會明顯的降低，在同一速度的情況下，7.5m處相比3.5m處，聲壓級減少6.12-7.95dB，25m處相比7.5米處5.71-6.26dB。

3.3 不同工況因素對線路噪音的影響

不同工況因素對線路噪音的影響如圖4所示，表明：在3.5m處，雙塊式包覆材料，套靴式包覆材料，嵌條式包覆材料均有降噪效果，隨著速度增加至40～50km/h時，材料的降噪效果變得明顯，但當列車速度達到60km/h時，不同材料的降噪效果并無太大區(qū)別，因為隨著速度的增加，列車運行時產(chǎn)生的噪聲除了輪軌噪聲外，牽引電機噪聲和輔助設備噪聲的因素也不可忽視[7]；隨著距離的增加，由于環(huán)境因素的影響愈多，三種包覆材料降噪效果不明顯，又考慮到該次測試是在夜間進行，環(huán)境因素較少故背景噪聲值偏低，所以可得出結論，四種工況下，在距軌道中心線25m處的噪聲值與背景噪聲基本無異?？傮w上來說，基于測試結果，嵌條式包覆材料降噪最好，雙塊式包覆材料次之，套靴式降噪效果一般。

4 結束語

(1)雙塊式、套靴式和嵌條式三種包覆材料對降低有軌電車運行產(chǎn)生的噪聲輻射均有貢獻，但是減噪性能并不明顯，總體來說，在電車正常運營時，嵌條式降噪效果最佳，雙塊式次之，套靴式最差。

(2)隨著速度的增加，四種工況下的線路噪音聲壓級明顯的增加，但并非線性遞增，隨著速度越來越高，增加幅度有收窄的趨勢；

(3)隨著距離軌道中心越遠，線路噪聲聲級明顯降低，呈一致的衰減趨勢[8][9]。

圖4 工況對聲壓級變化的影響

[1]李洪強,吳小萍.城市軌道交通噪聲及其控制研究[J].噪聲與振動控制,2007,27(5)：78～82.

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[3]劉婷林.基于彈性顆粒體材料的埋入式軌道結構減振降噪性能研究[D].西南交通大學,2015.

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[5]C.J.C.Jones,etal.Bogie shrouds and low track side barriers for the control of railway vehicle rolling noise[J].Journal of Sound and Vibration,1993(1),427～431.

[6]張登攀,高志強.噪聲1/3倍頻程計權聲級算法[J].河南理工大學學報(自然科學版),2013(6):709～712.

[7]江小州,焦洪林,楊剛,羅炯,趙悅,溫澤峰.嵌入式軌道結構的聲振特性參數(shù)優(yōu)化研究[J].噪聲與振動控制,2015(3):10～18.

[8]何遠鵬,焦洪林,趙悅等.嵌入式軌道彈性材料特性對鋼軌振動聲輻射的影響[J].噪聲與振動控制噪聲與振動控制，2015,35(3)：51～55.

[9]徐連萍,邵俊捷.現(xiàn)代有軌電車噪聲機理及減振降噪技術[J].城市軌道交通研究,2017(2):101～104.