地鐵用內(nèi)燃調(diào)車機車噪聲測試與分析

馬 帥， 李連凱， 隆孝軍

(中車資陽機車有限公司 研發(fā)部， 四川資陽 641300)

隨著城市軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，用于救援、維護及調(diào)車作業(yè)的內(nèi)燃機車已經(jīng)成為軌道交通行業(yè)中不可或缺的移動裝備。司機室作為司乘人員主要工作場所，其工作環(huán)境的好壞將直接影響司乘人員的身心健康和工作效率，同時，司機室噪聲也已成為內(nèi)燃機車性能評定的重要指標之一。因此，了解內(nèi)燃機車噪聲特性，對內(nèi)燃機車降噪設(shè)計，提高司機室的舒適度有著重要的指導意義[1-5]。

1 噪聲測試

1.1 測試設(shè)備

噪聲測試采用傳聲器陣同步測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由計算機、丹麥BBM多通道數(shù)據(jù)采集分析儀、B&K公司4189型傳聲器、杭州愛華儀器公司AWA6221B型校準器、聲學支架等組成。

1.2 測點布置

測試對象為地鐵用內(nèi)燃調(diào)車機車(以下簡稱機車)，測試標準參照GB/T 3450-2006《鐵道機車和動車組司機室噪聲限值及測量方法》。測試機車上部分為4個室，由左至右依次為Ⅰ端司機室、輔助室、動力室、Ⅱ端司機室，各室共計設(shè)置16個測試點，其中兩端司機室測試點距司機室地板高度為1.5 m，其余測試點距走廊地板高度為0.5 m，具體位置如圖1所示。

1.3 測試步驟

試驗地點選擇空曠的場地，場地周圍相對安靜，避免環(huán)境噪聲對試驗的影響。試驗開始前需對每個傳聲器進行校準，將采樣率設(shè)置為32 768 Hz。試驗過程中，機車處于定置狀態(tài)，柴油機分別運轉(zhuǎn)為750 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min 、1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min共計6個工況，每個工況測試時間為90 s。

1-Ⅰ端司機室主司機座椅左側(cè);2-Ⅰ端司機室中部;3-Ⅱ端司機室座椅中部;4-Ⅱ端司機室后墻左門;5-Ⅱ端司機室后墻中部;6-Ⅱ端司機室后墻右門;7-空壓機左側(cè);8-小柴油機發(fā)電機組右側(cè);9-小柴油機發(fā)電機組左側(cè);10-冷卻裝置右側(cè);11-冷卻裝置左側(cè);12-柴油機右側(cè);13-柴油機左側(cè);14-輔助發(fā)電機左側(cè);15-動力室左側(cè)入口門;16-動力室右側(cè)入口門。圖1 測試點分布示意圖

2 測試結(jié)果及分析

2.1 不同工況下各測試點噪聲聲壓級對比

機車定置狀態(tài)下，柴油機不同轉(zhuǎn)速下各測試點噪聲的A計權(quán)聲壓級如表1所示。

根據(jù)表1中各測試點聲壓級測試結(jié)果可知，各測試點聲壓級隨柴油機轉(zhuǎn)速的增加而升高，且在柴油機轉(zhuǎn)速為2 100 r/min時各測試點聲壓級達到最大，其中越靠近柴油機的測試點聲壓級越大，測試點12、13聲壓級最高達113.6 dB(A)。同時，動力室內(nèi)測試點12、13、14、15、16在同一工況下的聲壓級非常接近，這是由于聲波在密閉的室內(nèi)經(jīng)多次反射疊加形成了混響場造成的，這對噪聲源的判定造成一定的影響，但可知噪聲源與柴油機運行轉(zhuǎn)速具有相關(guān)性。

2.2 不同工況下機車聲壓級等高云圖對比

根據(jù)傳聲器陣采集到的機車內(nèi)部聲壓信號，繪制各個工況下機車等頻帶聲壓級的等高云圖，如圖2所示。

表1 不同工況下各測試點噪聲聲壓級 dB(A)

圖2 不同工況下機車聲壓級等高云圖

圖中黑線方框為機車位置，藍色點為測點位置。

從聲壓級等高云圖可知，各工況下噪聲的發(fā)散與傳播趨勢基本一致，且以動力室為中心，主要沿機車左右兩側(cè)橫向傳播。說明機車運用過程中，動力室是噪聲產(chǎn)生的源頭位置，并具有沿動力室兩側(cè)壁瓦楞百葉窗垂直方向向外傳播的趨勢。

2.3 兩端司機室噪聲對比

不同工況下Ⅰ端和Ⅱ端司機室聲壓級對比如圖3所示，Ⅰ端司機室在各種工況下，測試點1、2聲壓級均低于78 dB(A)的國家標準限值[6]，而Ⅱ端司機室在柴油機轉(zhuǎn)速為1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min時，測試點3、4、5、6聲壓級均超78 dB(A)的限值。同時，Ⅰ端司機室各工況下聲壓級均低于Ⅱ端司機室，噪聲值相差約10 dB(A)左右。這是由于機車受內(nèi)部設(shè)備配置和外部限界尺寸的限制，機車總體設(shè)備布置無法實現(xiàn)對稱布置，使得距離動力室較近的Ⅱ端司機室噪聲比Ⅰ端司機室高。

2.4 Ⅱ端司機室噪聲頻譜對比

對機車不同工況下Ⅱ端司機室內(nèi)測試點4、5、6做1/3倍頻程的頻譜分析如圖4所示。從頻譜圖可知，不同工況下測試點的噪聲頻譜曲線趨勢基本一致，具有較好的相關(guān)性，說明3個測試點主要噪聲源相同。

從頻譜圖來看，頻譜基本上由3段組成：低頻段200 Hz以下，中頻段300～1 000 Hz，高頻段以2 000 Hz為中心，其中峰值出現(xiàn)在500～700 Hz附近，且測試點4的頻譜一般比測試點5、6稍大，表明動力室的噪聲源離測試點4較近。同時，Ⅱ端司機室的3個測試點在50～100 Hz頻段存在較大峰值，并隨轉(zhuǎn)速變化，說明隨著柴油機轉(zhuǎn)速的提高，噪聲源對Ⅱ端司機室的影響愈加劇烈，且噪聲源與柴油機轉(zhuǎn)速有強相關(guān)性。

圖3 不同工況下Ⅰ端司機室和Ⅱ端司機室噪聲對比

圖4 不同工況下測試點噪聲頻譜圖

2.5 噪聲源分析

由于動力室主要設(shè)備為柴油機、變速箱和與變速箱相連的啟動電機，為確定影響Ⅱ端司機室的主要噪聲源，分別測試動力室內(nèi)柴油機與變速箱連接和斷開兩種狀態(tài)下，Ⅱ端司機室各測試點不同狀態(tài)下噪聲的1/3倍頻程頻譜對比。以測試點4為例，不同狀態(tài)下噪聲頻譜對比如圖5所示。

柴油機與變速箱斷開前后，對測試點4譜值影響較大，波動為4 dB(A)左右，但對譜結(jié)構(gòu)影響不大，說明司機室噪聲的下降，僅是由于動力室總體噪聲降低所導致。當柴油機斷開與變速箱連接后，從譜結(jié)構(gòu)可知，聲壓級下降的頻段為200 Hz以下的低頻段，說明柴油機-變速箱連接存在的振動耦合效應(yīng)，所產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲對Ⅱ端司機室內(nèi)部總體噪聲有貢獻。柴油機與變速箱斷開后，測試點4的聲壓級最高為87.6 dB(A)，仍高于標準要求的78 dB(A)，且測試點4的噪聲值隨柴油機轉(zhuǎn)速的增加而增加，說明柴油機的工作噪聲是影響Ⅱ端司機室的主要噪聲源，且噪聲值高達110 dB(A)以上，頻率在300～1 000 Hz的中頻段。

圖5 不同工況下測試點4噪聲頻譜圖

3 機車內(nèi)部噪聲的改進措施

(1)對動力室的改造：動力室間壁、側(cè)墻、頂棚、地板等位置噴涂6～8 mm阻尼漿，并在間壁、側(cè)墻、頂棚附著厚度為50 mm的吸聲隔熱復合塊，最后用厚度為1 mm的多孔板進行封裝，阻止動力室噪聲的對外傳播。

(2)對變速箱的改造：加強變速箱安裝座下梁的剛度，同時合理選配彈性聯(lián)軸節(jié)，降低低頻結(jié)構(gòu)噪聲對司機室的影響。

(3)對司機室的改造：調(diào)整司機室內(nèi)部阻尼漿和吸聲材料厚度，并對進入司機室的管路、線纜等空洞和縫隙進行封堵，對司機室門窗的加強密封，控制噪聲通過司機室的縫隙傳入車內(nèi)。

(4)增加隔聲間壁的改造：動力室與司機室之間增加50 mm結(jié)構(gòu)墻，采用2 mm鋼板中間填充吸聲材料，并于與司機室后墻間隔100 mm，減少動力室噪聲對司機室的影響。

4 結(jié)束語

通過對地鐵用內(nèi)燃調(diào)車機車室內(nèi)噪聲的測試和分析，可以得出如下結(jié)論：

(1)柴油機的工作噪聲是造成Ⅱ端司機室超標的主要噪聲源，同時柴油機-變速箱系統(tǒng)所產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲對司機室總體噪聲也有貢獻。

(2)司機室噪聲峰值主要分布在200 Hz以下的低頻段，300～1 000 Hz的中頻段以及以2 000 Hz為中心的高頻段，在500～700 Hz處出現(xiàn)峰值。

(3)Ⅰ端司機室較Ⅱ端司機室距離動力室更遠，且Ⅱ端司機室緊鄰動力室，使得Ⅱ端司機室比Ⅰ端司機室各工況下噪聲值高10 dB(A)左右，以后設(shè)計中應(yīng)合理設(shè)置機車總體布局，控制噪聲源對司機室的影響。