現(xiàn)代有軌電車降速運(yùn)營(yíng)噪聲特性研究

房海元

（北京九州一軌隔振技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 概述

現(xiàn)代有軌電車是緩解城市交通壓力的重要方式之一，其以便捷、舒適、美觀、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)受到廣大群眾的青睞?，F(xiàn)代有軌電車的運(yùn)量大于普通公共交通工具，在城市軌道交通中填補(bǔ)了公共汽車與地鐵運(yùn)量間的空白。因現(xiàn)代有軌電車多數(shù)建設(shè)于城市間作為干線或支線，其車輛運(yùn)行時(shí)對(duì)附近居民區(qū)與公共建筑物的噪聲影響是一個(gè)不可回避的問題。

為融入城市景觀及節(jié)約用地，部分城市的現(xiàn)代有軌電車線路與公路并行建設(shè)。在部分路段，現(xiàn)代有軌電車線路出現(xiàn)極小半徑曲線。列車經(jīng)過小半徑曲線引發(fā)的噪聲，嚴(yán)重干擾車站候車乘客及周邊建筑。為減弱列車經(jīng)過時(shí)引發(fā)的噪聲污染，運(yùn)營(yíng)單位通常會(huì)降低列車通過此路段的車速。

本文通過對(duì)某現(xiàn)代有軌電車線路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，并獲得線路正常運(yùn)營(yíng)時(shí)與降速時(shí)的噪聲數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)處理分析及對(duì)比研究，探究了噪聲特性及列車運(yùn)營(yíng)降速的實(shí)際意義，為運(yùn)營(yíng)方解決噪聲問題提供了真實(shí)有效的參考依據(jù)。

2 測(cè)試內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分別選取半徑R=50m的曲線路段及直線路段，曲線路段為平交道口。為保證社會(huì)車輛平順通過，線路在設(shè)計(jì)與施工時(shí)，未對(duì)曲線段設(shè)置線路超高及軌底坡。測(cè)試線路采用5模塊編組100%低地板車輛，3個(gè)獨(dú)立輪轉(zhuǎn)向架。

小半徑曲線段測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，直線路段如圖2所示。Nn、Nw是位于軌道兩側(cè)7.5m的噪聲測(cè)點(diǎn)。曲線路段測(cè)點(diǎn)斷面距離候車站點(diǎn)約為60m，線路直曲點(diǎn)距離候車站點(diǎn)約為30m。

測(cè)試分別收集列車通過曲線與直線路段正常運(yùn)營(yíng)時(shí)速13km/h及降速運(yùn)營(yíng)8km/h的車外噪聲與車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)各15組，并計(jì)算15組數(shù)據(jù)等效連續(xù)A聲級(jí)（LAeq）的平均值[1]。車內(nèi)噪聲測(cè)試依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置；測(cè)試時(shí)，車內(nèi)影音多媒體關(guān)閉，空調(diào)制冷設(shè)備開啟。

圖1 曲線段測(cè)點(diǎn)布置

圖2 直線段測(cè)點(diǎn)布置

3 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)曲線段，車內(nèi)、外噪聲與直線段車內(nèi)外噪聲的數(shù)據(jù)分析，得到降速運(yùn)營(yíng)的噪聲特性及對(duì)比曲線與直線噪聲的頻段分布規(guī)律。

3.1 曲線路段

列車經(jīng)過曲線段曲線內(nèi)外兩側(cè)車外噪聲A聲級(jí)頻譜見圖3、圖4；車內(nèi)噪聲A聲級(jí)頻譜見圖5。

圖3 曲線內(nèi)側(cè)噪聲A聲級(jí)頻譜圖

圖4 曲線外側(cè)噪聲A聲級(jí)頻譜圖

圖5 曲線段車內(nèi)噪聲A聲級(jí)頻譜圖

從圖3、圖4可知，列車以時(shí)速8km/h與13km/h通過曲線時(shí)，各頻段內(nèi)噪聲基本吻合，在1000Hz與4000Hz處均存在峰峰值；在16～100Hz頻段內(nèi)，時(shí)速8km/h車外噪聲略大于時(shí)速13km/h；在200～1000Hz中頻、1000～5000Hz中高頻范圍內(nèi)，兩種速度下噪聲基本持平，但在4000Hz峰峰值處，時(shí)速13km/h車外噪聲遠(yuǎn)大于8km/h；5000Hz以上高頻段，時(shí)速13km/h時(shí)車外噪聲大于時(shí)速8km/h。

從圖5可知，列車以時(shí)速8km/h與13km/h通過曲線時(shí)，各頻段內(nèi)噪聲基本吻合，在1000Hz與4000Hz處均存在峰峰值；在16～630Hz以下低、中頻范圍內(nèi)，時(shí)速8km/h車內(nèi)噪聲大于13km/h；在630～16 000Hz頻率內(nèi)，時(shí)速13km/h車內(nèi)噪聲大于8km/h。

地鐵車輛噪聲源主要包括輪軌噪聲、空調(diào)設(shè)備噪聲、集電系統(tǒng)噪聲、牽引系統(tǒng)噪聲等[2]，輕軌與地鐵車輛噪聲分布類似。輕軌車輛空調(diào)噪聲顯著頻段較寬，分布在125～2000Hz內(nèi)，無明顯峰值[3]。

綜合可知，車內(nèi)噪聲主要由車體框架振動(dòng)引發(fā)的低頻噪聲與車外傳遞至車內(nèi)的輪軌中頻、高頻噪聲組成，車體車身對(duì)2000Hz以上的頻率噪聲有一定的隔離作用。列車經(jīng)過曲線段時(shí)，等效A聲級(jí)（LAeq）統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 曲線段LAeq總級(jí)值統(tǒng)計(jì)表

從表1可知，當(dāng)車速?gòu)?3km/h降至8km/h時(shí)，曲線內(nèi)側(cè)噪聲降低5.8dB（A），曲線外側(cè)噪聲降低5.1dB（A）；車內(nèi)噪聲降低2.0dB（A）。

3.2 直線路段

列車經(jīng)過直線段車外噪聲A聲級(jí)頻譜見圖6；車內(nèi)噪聲A聲級(jí)頻譜見圖7。

圖6 直線段車外噪聲A聲級(jí)頻譜圖

圖7 直線段車內(nèi)噪聲A聲級(jí)頻譜圖

從圖6、圖7可知，列車以時(shí)速8km/h與13km/h通過曲線時(shí)，各頻段內(nèi)噪聲基本吻合；在16～125Hz頻段內(nèi)，兩種速度下噪聲基本持平；125Hz以上頻率，時(shí)速13km/h車外（車內(nèi)）噪聲大于時(shí)速8km/h；列車車體框架引發(fā)的低頻噪聲主要集中于16～50Hz內(nèi)。

列車經(jīng)過直線段時(shí)，等效A聲級(jí)（LAeq）統(tǒng)計(jì)見表2。從表2可知，當(dāng)車速?gòu)?3km/h降至8km/h時(shí)，車外噪聲降低2.6dB（A）；車內(nèi)噪聲降低1.1dB（A）。

表2 直線段LAeq總級(jí)值統(tǒng)計(jì)表

3.3 小結(jié)

列車運(yùn)營(yíng)速度從13km/h降至8km/h時(shí)，曲線內(nèi)外側(cè)與直線段噪聲總級(jí)值統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 曲線與直線車外LAeq總級(jí)值統(tǒng)計(jì)表

從表3可知，列車運(yùn)營(yíng)降速在曲線段有一定降低噪聲的作用，在直線段不明顯。

當(dāng)列車運(yùn)營(yíng)速度從13km/h降至8km/h時(shí)，曲線段車外噪聲最大能降低5.8dB（A），車內(nèi)噪聲降低2.0dB（A）；車外降低噪聲主要集中于5000Hz以上高頻段，低頻16～100Hz內(nèi)反而有一定的放大現(xiàn)象。

曲線段車內(nèi)噪聲主要由車體框架振動(dòng)引發(fā)的低頻噪聲與車外傳遞至車內(nèi)的輪軌中頻、高頻噪聲組成，車體車身對(duì)2000Hz以上頻率噪聲有一定隔離作用。

當(dāng)列車運(yùn)營(yíng)速度從13km/h降至8km/h時(shí)，直線段噪聲在16～125Hz頻段內(nèi)，兩種速度下噪聲基本持平；車外噪聲降低2.6dB（A）；車內(nèi)噪聲降低1.1dB（A）。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，列車運(yùn)營(yíng)降速對(duì)直線段意義不大，以下結(jié)論僅針對(duì)小半徑曲線路段。

（1）結(jié)合測(cè)試數(shù)值初步分析，頻譜現(xiàn)1000Hz和4000Hz兩個(gè)峰值頻點(diǎn)的主要原因在于：當(dāng)車輛經(jīng)過小半徑曲線時(shí)，轉(zhuǎn)向架內(nèi)、外側(cè)車輪與鋼軌摩擦形式不一致；因該線路曲線段未設(shè)置軌道超高量，車輛經(jīng)過小半徑曲線時(shí)，內(nèi)側(cè)車輪與鋼軌頂部及踏面產(chǎn)生較強(qiáng)烈的蠕滑噪聲[4]；外側(cè)車輪主要為輪緣側(cè)面與鋼軌摩擦激發(fā)的輪軌嘯叫噪聲。蠕滑噪聲強(qiáng)度及峰值頻率均高于輪緣摩擦產(chǎn)生的嘯叫噪聲。

（2）列車降速運(yùn)營(yíng)，車外降低噪聲主要集中于5000Hz以上高頻段，低頻16～100Hz內(nèi)反而有一定的放大現(xiàn)象；降速對(duì)輪軌嘯叫噪聲無任何減弱效果，對(duì)輪軌蠕滑噪聲有一定減弱效果。

（3）列車降速運(yùn)營(yíng)，對(duì)630Hz以上頻段車內(nèi)噪聲有一定的減弱效果。

（4）列車降速運(yùn)營(yíng)，曲線段車外噪聲最大能降低5.8dB（A），車內(nèi)噪聲降低2.0dB（A）。

運(yùn)營(yíng)降速措施對(duì)小半徑曲線的降噪實(shí)際意義不大，并不能降低能量集中的中高頻噪聲；測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)論也符合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員對(duì)列車兩種速度通過曲線時(shí)噪聲無明顯差異的感受；運(yùn)營(yíng)降速措施不僅降低了線路與列車的使用效率也影響平交道口公路通行效率。

在國(guó)內(nèi)大中城市現(xiàn)代有軌電車大力發(fā)展的時(shí)期，前期應(yīng)對(duì)線路與軌道進(jìn)行充分設(shè)計(jì)，減少有軌電車行駛帶來的噪聲污染，對(duì)小半徑曲線路段采取必要的軌道降噪措施。