重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛噪聲分析與改型探討

張波 王爭(zhēng)

摘? 要：重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中存在車(chē)輛運(yùn)行噪聲過(guò)大的問(wèn)題，對(duì)乘客的乘坐舒適度造成了一定的影響，文章通過(guò)對(duì)重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的噪聲進(jìn)行分析，針對(duì)重慶地區(qū)的軌道線路條件，提出了在車(chē)輛選型時(shí)對(duì)車(chē)輛噪聲進(jìn)行控制的建議。

關(guān)鍵詞：噪聲;噪聲控制;車(chē)輛噪聲

中圖分類(lèi)號(hào)：U270.16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0051-03

Abstract： There is a problem of excessive noise in the operation of Chongqing Metro Line 1， which has a certain impact on the comfort of riders. this paper analyzes the noise in the operation of Chongqing Metro Line 1 vehicles. In view of the track line conditions in Chongqing， this paper puts forward some suggestions for controlling the vehicle noise in the vehicle selection.

Keywords： noise; noise control; vehicle noise

引言

重慶地鐵1號(hào)線是重慶城市軌道交通系統(tǒng)的第一條地鐵線路，于2011年7月28日正式開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)，是重慶軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中東、西向交通大動(dòng)脈。貫穿了市中心主要的交通干道和商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)， 客流量最大， 且多為地下線。同2005年開(kāi)通的重慶2號(hào)線采用了跨座式單軌車(chē)輛相比，重慶1號(hào)線采用了鋼輪鋼軌制式的不銹鋼B型地鐵車(chē)輛。在幾年的運(yùn)行過(guò)程中，重慶地鐵一號(hào)線最為人詬病的問(wèn)題就是車(chē)輛運(yùn)行噪聲過(guò)大。

噪聲作為一種主要的環(huán)境污染，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的身心健康及生存環(huán)境。噪聲使人煩惱、精神不能集中，長(zhǎng)期會(huì)引起失眠、耳鳴、疲勞無(wú)力、記憶力衰退等問(wèn)題。持續(xù)不斷的高強(qiáng)度噪聲甚至?xí)斐陕?tīng)力受損，引起心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等方面的疾病。城市軌道車(chē)輛噪聲作為交通噪聲的主要組成部分。過(guò)大的車(chē)輛內(nèi)部噪聲嚴(yán)重影響乘客的舒適度，極易使乘客感到身體疲勞和心情煩躁，造成生理和心理上的傷害。對(duì)于長(zhǎng)期工作在軌道車(chē)輛上的列車(chē)駕駛員來(lái)說(shuō)，車(chē)輛內(nèi)部噪聲會(huì)使他們產(chǎn)生不同程度的耳膜脹痛、輕度頭暈以及頭痛等，使他們反應(yīng)遲鈍，工作效率降低，嚴(yán)重影響車(chē)輛的行駛安全。通過(guò)對(duì)重慶地鐵一號(hào)線車(chē)輛噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，探討減低車(chē)輛噪聲的車(chē)輛改型方案對(duì)后續(xù)軌道交通線的車(chē)輛選型具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 車(chē)輛噪聲分析

1.1 噪聲檢測(cè)結(jié)果

車(chē)輛噪聲分為靜態(tài)噪聲和動(dòng)態(tài)噪聲，按照《城市軌道交通列車(chē)噪聲限值和測(cè)量方法》（GB 14892-2006）、《鐵道車(chē)輛內(nèi)部噪音的測(cè)量》（ISO3381-2005）的軌道于2011年對(duì)重慶地鐵一號(hào)線某列車(chē)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噪聲檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：

1.2 噪聲檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，在靜態(tài)條件下，車(chē)輛的噪聲是滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的。根據(jù)表2車(chē)輛動(dòng)態(tài)噪聲檢測(cè)結(jié)果可以看出：

（1）車(chē)輛運(yùn)行速度在50km/h、60km/h時(shí)，在各區(qū)間司機(jī)室內(nèi)噪聲均低于80分貝，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)運(yùn)行速度提高到70km/h時(shí)，個(gè)別區(qū)間司機(jī)室噪聲超過(guò)了80分貝，當(dāng)運(yùn)行速度提高到80km/h時(shí)，大部分區(qū)間司機(jī)室噪聲超過(guò)了80分貝，不滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）車(chē)輛運(yùn)行速度在50km/h時(shí)，大部分區(qū)間客室內(nèi)噪聲均低于83分貝，當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行速度在60km/h、70km/h、80km/h時(shí)，大部分區(qū)段的車(chē)輛運(yùn)行噪聲均高于83分貝，不滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行鵝嶺至大坪、大坪至石油路區(qū)段在各種運(yùn)行速度下車(chē)輛客室內(nèi)噪聲均低于或等于83dB，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求;當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行在兩路口至鵝嶺、石油路至歇臺(tái)子區(qū)段車(chē)輛客室內(nèi)噪聲較高，最高噪音達(dá)94dB。

（4）車(chē)輛客室內(nèi)噪聲與車(chē)輛運(yùn)行速度成正比，運(yùn)行速度越高噪聲越大。

1.3 噪聲原因分析

深圳地鐵3號(hào)線采用了和重慶地鐵1號(hào)線結(jié)構(gòu)類(lèi)似的B 型不銹鋼地鐵車(chē)，最高運(yùn)行速度為100km/h，深圳三號(hào)線地鐵車(chē)輛的動(dòng)態(tài)噪聲測(cè)試結(jié)果卻是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的。

根據(jù)規(guī)定，對(duì)噪聲的測(cè)試要求在地面線路上進(jìn)行，選定區(qū)間的測(cè)試條件應(yīng)該滿(mǎn)足區(qū)間曲線半徑大于1000m，坡道小于6‰，深圳地鐵3號(hào)線車(chē)輛的噪聲測(cè)試是滿(mǎn)足條件的，而重慶地鐵1號(hào)線并沒(méi)有符合測(cè)試的條件（曲線半徑應(yīng)大于1500m，坡道應(yīng)小于3‰）。因此，車(chē)輛本身并不是造成重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛運(yùn)行噪聲過(guò)大的原因，主要原因在于重慶地鐵1號(hào)線的線路條件。地鐵車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲的主要來(lái)源于輪軌噪聲、車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)噪聲。其中，輪軌噪聲是軌道車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲的主要噪聲源，有一半以上直接或間接地來(lái)自輪軌運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的噪聲。輪軌噪聲包括車(chē)輪經(jīng)過(guò)不平坦的鋼軌接頭時(shí)的滾動(dòng)噪聲、車(chē)輪通過(guò)鋼軌表面存在局部不連續(xù)表面（如鋼軌接頭、扁疤、轍叉等）產(chǎn)生的沖擊噪聲以及車(chē)輪通過(guò)小半徑曲線線路上及進(jìn)入道岔時(shí)產(chǎn)生的尖嘯噪聲。其中，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)滾動(dòng)噪聲始終存在。

2 車(chē)輛改型建議

重慶地鐵車(chē)輛的噪聲源主要來(lái)自于輪軌噪聲，而由于重慶地區(qū)本身地勢(shì)條件的限制，在后續(xù)線路建設(shè)上也不太可能為了降低輪軌噪聲而不計(jì)成本的建成較為平直的軌道線路。因此，控制噪音必須從車(chē)輛本身著手。噪聲的控制方法包括主動(dòng)控制和被動(dòng)控制，地鐵車(chē)輛的噪聲控制通常采用被動(dòng)控制的方法，針對(duì)重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛存在的問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)公司和車(chē)輛生產(chǎn)廠通過(guò)增加吸聲材料等方式對(duì)車(chē)輛進(jìn)行了改進(jìn)，取得了一定的效果。但是要想從根本上降低車(chē)輛運(yùn)行噪聲，需要在車(chē)輛選型的時(shí)候就考慮到對(duì)噪聲的隔離以及減少噪聲的產(chǎn)生。

2.1 改用鋁合金車(chē)體

目前地鐵車(chē)輛的車(chē)體通常采用鋁合金和不銹鋼兩種車(chē)體材料，在對(duì)兩種材料的選用上，主要是是從車(chē)身強(qiáng)度、輕量化、耐腐蝕性和壽命周期成本幾個(gè)方面考慮。綜合比較來(lái)說(shuō)，兩種材料各有優(yōu)勢(shì)，目前重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛采用的是不銹鋼車(chē)體。新型不銹鋼車(chē)體采用超低碳（C<0.03%）的SUS301L車(chē)輛專(zhuān)用經(jīng)濟(jì)不銹鋼，通過(guò)壓延率的不同分成LT、D L T、ST、MT、HT 5個(gè)強(qiáng)度級(jí)。SUS301L的改性壓延狀態(tài)機(jī)械性能代號(hào)HT的屈服點(diǎn)在961N/mm2以上，拉伸強(qiáng)度在1275N/mm2以上（超過(guò)耐候鋼一倍以上）。為了在保證整車(chē)強(qiáng)度和剛度的前提下，實(shí)現(xiàn)輕量化，不銹鋼車(chē)體的梁柱板厚僅為0.8～3mm，車(chē)體外板厚0.4～1.2mm，采用板梁組合整體承載全焊結(jié)構(gòu)，因此不銹鋼車(chē)體隔聲效果一般。

鋁合金車(chē)體抗拉強(qiáng)度比不銹鋼低，強(qiáng)度為274～352N/mm2，剛度也低于不銹鋼，其彈性模量為0.71×10sN/mm2，是不銹鋼（2.06×10N/mm2）的1/3。因此，為保證鋁合金地鐵車(chē)輛有足夠的承載強(qiáng)度和剛度，車(chē)體必須采用大型中空型材及其組合件。為了提高鋁合金車(chē)體斷面系數(shù)，增大抗彎剛度，防止板材產(chǎn)生失穩(wěn)，必須加大板厚，一般取鋼板的1.4倍，最小2mm，最大壁厚達(dá)到6.5mm。由于鋁合金車(chē)體材料更厚，結(jié)構(gòu)上采用中空型材，因此其隔聲效果顯著優(yōu)于不銹鋼車(chē)體。

2.2 改用塞拉門(mén)

地鐵車(chē)輛的車(chē)門(mén)的密封效果對(duì)于整車(chē)的隔聲效果具有一定影響。目前地鐵車(chē)輛通常采用塞拉門(mén)和內(nèi)藏門(mén)兩種車(chē)門(mén)，重慶地鐵1號(hào)線目前采用了內(nèi)藏門(mén)。內(nèi)藏門(mén)的結(jié)構(gòu)決定車(chē)門(mén)與車(chē)體之間必須保證一定的間隙，因此，內(nèi)藏門(mén)的密封性差。車(chē)輛外部產(chǎn)生的噪音很容易通過(guò)車(chē)門(mén)傳入車(chē)內(nèi)。而塞拉門(mén)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)門(mén)扇周邊密封膠條與車(chē)體門(mén)框平面的緊密貼合，確保門(mén)具有良好的密封性能，從而實(shí)現(xiàn)良好的隔音效果。

2.3 改用直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架

目前的重慶地鐵1號(hào)線車(chē)輛轉(zhuǎn)向架上采用的是旋轉(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)本身會(huì)產(chǎn)生一定噪聲，隨著車(chē)輛速度的提高，牽引電機(jī)也處于高速的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，其噪聲增加也會(huì)比較明顯。

直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架的原理是固定在轉(zhuǎn)向架的定子（一次線圈）通過(guò)交流電流，產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)，通過(guò)相互作用，使固定在道床上的展開(kāi)轉(zhuǎn)子（二次線圈、通常稱(chēng)為感應(yīng)板）產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)磁力（吸引、排斥），實(shí)現(xiàn)軌道車(chē)輛的運(yùn)行和制動(dòng)。直線電機(jī)牽引屬于典型的非粘著驅(qū)動(dòng)，不受輪軌之間粘著限制，具有良好的爬坡能力，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)坡度一般不超過(guò)30‰～40‰，而直線電機(jī)爬坡可達(dá)60‰～80‰，且不易受雨雪天氣的影響。對(duì)于噪聲的控制方面，由于不再使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，減少了噪聲源。此外，直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架可以采用自導(dǎo)或迫導(dǎo)型徑向轉(zhuǎn)向架，使得車(chē)輛在通過(guò)小曲線半徑時(shí)，車(chē)輛輪緣與軌道之間的擠壓、摩擦明顯減少，顯著減少車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的噪聲。

2.4 其他改進(jìn)措施

車(chē)外的噪聲主要通過(guò)地板和側(cè)墻傳到車(chē)內(nèi)，因此可以通過(guò)改進(jìn)車(chē)內(nèi)地板下部的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其吸聲降噪能力，特別是在車(chē)內(nèi)轉(zhuǎn)向架區(qū)域的鋁蜂窩地板及波紋地板之間再增加吸聲材料。此外還可以適當(dāng)加厚側(cè)墻窗區(qū)、端墻、車(chē)頂玻璃絲棉的厚度，進(jìn)而加強(qiáng)其吸聲能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前在對(duì)地鐵車(chē)輛選型的時(shí)候通常會(huì)考慮成本和技術(shù)因素，較少考慮車(chē)輛的噪聲因素。重慶由于地理環(huán)境原因，其線路多為小曲線半徑，造成車(chē)輛在高速運(yùn)行時(shí)輪軌噪聲過(guò)大，對(duì)于乘客的舒適性和駕駛員的工作狀態(tài)都產(chǎn)生了不良的影響，因而在車(chē)輛選型時(shí)，選用鋁合金車(chē)體、直線電機(jī)轉(zhuǎn)向架、塞拉門(mén)等，兼顧噪聲控制要求。

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