转向架减振降噪措施论文
高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计
第40卷第4期2020年8月振动㊁测试与诊断J o u r n a l o fV i b r a t i o n,M e a s u r e m e n t&D i a g n o s i sV o l.40N o.4A u g.2020D O I:10.16450/j.c n k i.i s s n.1004-6801.2020.04.018高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计*高阳1,2,谢素明1,李朝威1,滕万秀2,张捷3(1.大连交通大学机械工程学院大连,116028)(2.中车长春轨道客车股份有限公司长春,130062)(3.西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都,610031)摘要高速列车的转向架区域上方为车内噪声最显著位置,采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据 声源-路径-响应 的车内噪声机理,研究了转向架区域上方的车内声振特性㊁转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声预测㊂研究发现,转向架区域上方车内噪声在500~800H z频率区段存在显著峰值㊂其中,500H z以上主要来自于空气传声路径,200H z以下主要来自于结构传声路径㊂车内噪声与地板的隔声量呈负相关,与地板的振动加速度级呈正相关㊂随着地板的隔声量不断增大或者加速度级不断降低,其对车内噪声的影响呈逐渐变小的趋势㊂该研究成果可为高速列车车内噪声控制提供参考和依据㊂关键词高速列车;转向架;车内噪声;结构优化;隔声;振动中图分类号 U270.1+6引言高速列车的车内噪声影响司乘人员的乘车舒适性,是制约高速铁路绿色环保㊁可持续发展的关键科学问题[1-2]㊂大量研究结果表明[3-5],转向架区域㊁受电弓区域㊁车间连接区域以及车头区域等是对应车内噪声最显著的位置㊂掌握上述区域的声振特性,从声源或传递路径的角度进行控制研究,对于降低高速列车的车内噪声具有重要意义㊂S o e t a等[4]通过测试不同的列车类型,研究了轮轨摩擦㊁电机和齿轮箱对车辆噪声特性的影响㊂结果表明,高速列车的车内噪声在250H z以下的频率成分更为明显,具有显著的中低频特性㊂张捷等[6]研究了高速列车客室端部的噪声分布特性,并计算车内声学模态,发现车内客室端部异常噪声分布的激励源来自于列车250k m/h运行时的过枕垮频率,形成原因是车内声学模态与结构模态的耦合共振㊂郭建强等[7]分析了高速列车受电弓区域的噪声和振动特性,设计了一种锥形椭圆结构减振座,研究了减振支座的降噪效果㊂王金田等[8]针对高速列车车间连接处的车内噪声问题,测试并识别了该区域的主要噪声源㊂研究结果表明,高速列车的风挡结构不仅存在隔声不足的问题,还存在较显著的结构振动声辐射㊂可见,针对高速列车不同位置的车内噪声研究已有很多,为车内减振降噪技术提供了科学依据㊂但对于高速列车车内噪声最关键的位置 转向架区域上方仍缺乏系统的研究,包括转向架区域上方的车内声振特性㊁转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声的预测分析等㊂笔者采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据 声源-路径-响应 的车内噪声机理,针对高速列车转向架区域车内噪声控制及结构优化设计开展研究㊂1转向架区域车内声振特性分析1.1振动噪声试验及测点布置高速列车转向架区域车内振动噪声试验在国内某高架线路上开展㊂列车为8节编组,测试车厢为一节中间车,图1为转向架区域车内振动噪声测点布置图㊂在车内客室端部距离内地板表面垂直1.2m高处布置一个麦克风,在麦克风下方的内地板表面布置一个垂向加速度计;在转向架区域中心位置布置一个麦克风,在转向架的轴箱㊁构架㊁车体外地板分别布置一个垂向加速度计㊂当高速列车以300k m/h匀速运行时开始采集*中国铁路总公司科技研究开发计划资助项目(2015J009-B)收稿日期:2019-05-08;修回日期:2019-07-12图1 转向架区域车内振动噪声测点布置F i g .1 T h em e a s u r e m e n t po i n t s o f s o u n d a n d v i b r a t i o n i n b o gi e a r e a 数据,采集时长约为30s㊂其中,噪声的采样频率为32768H z ,加速度的采样频率为8192H z ㊂1.2 车内声振特性图2为转向架区域上方车内声振特性频谱㊂可见,车内噪声在500~800H z 频率区段存在显著峰值,典型的峰值频率为549,577,606和637H z ,频率间隔约为29H z㊂这和车轮非圆化的阶次激励频率相关,分别对应于车轮19~22阶多边形[9-10]㊂因此,转向架区域上方车内噪声和轮轨系统的振动噪声关系密切㊂进一步,车内地板振动的频谱分布规律和客室前噪声基本一致,特别是局部峰值(包括577和637H z),说明结构振动传递对于车内噪声有重要贡献,同时也具有频率上的差异㊂图2 车内声振特性频谱F i g .2 T h e s pe c t r u mof i n t e r i o r n o i s e a n dv i b r a t i o n 1.3 转向架区域声振特性图3为转向架区域声振特性频谱㊂可见,在0~1000H z范围内,转向架区域噪声水平整体上随着频率的提高而提高㊂特别的,在500~800H z 频率区段存在约29H z 的频率间隔,峰值频率包括577,606和637H z 等;轴箱㊁构架及车体外地板的振动加速度逐级衰减㊂在0~1000H z 范围内,从轴箱传递到构架,加速度平均衰减了约1.1m /s2;从构架传递到车体外地板,加速度平均衰减了约0.1m /s 2㊂轴箱㊁构架及车体外地板的振动加速度均在549,577,606和637H z 存在峰值,与车内振动噪声峰值存在对应关系㊂图3 转向架区域声振特性频谱F i g .3 T h e s p e c t r u mo f n o i s e a n dv i b r a t i o n i nb o gi e a r e a 转向架区域振动噪声传递到车内主要有空气传声路径和结构传声路径㊂其中:空气传声路径是指转向架区域噪声通过车体隔声传递至车内;结构传声路径是指转向架区域振动通过结构振动传递至车内㊂为了进一步研究转向架区域到车内的振动噪声传递特性,分别将转向架区域噪声和车内噪声㊁转向架区域外地板振动和车内地板振动的频谱进行对比分析㊂1.4 振动噪声传递特性图4为噪声传递特性频谱㊂可以看出,在0~1000H z范围内,转向架区域噪声水平整体上随着频率的提高而提高,但客室前的噪声水平则基本不随频率变化㊂这是因为地板以及其他车体结构的隔声量基本是随着频率的提高而增加(质量定律),这使中高频噪声相对于低频噪声不容易传入车内㊂总体上,车内噪声为中低频显著,但在500H z 以上的频率峰值和转向架区域噪声吻合度更高,特别是车轮非圆化激励频率㊂图5为振动传递特性频谱㊂可以看出,在0~1000H z范围内,车内地板振动加速度峰值和车体外地板振动加速度峰值呈较强对应关系,特别是在257振 动㊁测 试 与 诊 断第40卷图4 噪声传递特性频谱F i g .4 T h e s pe c t r u mof n o i s e t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s 400H z 以上的频率㊂总体上,在300H z 以上频率,车体外地板传递到车内地板的振动均有较好的衰减,但在300H z 以下,特别是在200H z 以下,车体外地板的振动基本直接传递到了车内地板㊂因此,低频结构传声作用明显㊂图5 振动传递特性频谱F i g .5 T h e s pe c t r u mof v i b r a t i o n t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s 通过转向架区域车内声振特性分析发现,车内噪声较为突出的频段是500~800H z ,对上述频段内的峰值频率进行控制能够有效降低车内噪声㊂2 转向架区域地板结构优化设计控制高速列车转向架区域上方的车内噪声,一方面要考虑控制该区域的噪声源,另一方面则要控制噪声的传递路径㊂根据前文分析可知,车内噪声的主要激励来自于转向架区域的噪声和振动,但不同频率噪声的传递路径是不一样的㊂只有针对性进行优化设计才能取得预期的效果㊂由于高速列车的噪声源控制措施相对于传递路径较难实施,因此下面将主要从空气传声路径(地板的隔声设计)和结构传声路径(地板的隔振设计)来研究转向架区域地板的结构优化㊂2.1 地板的隔声设计高速列车地板复合结构由车外一侧至车内一侧,一般由铝型材㊁弹性支撑㊁木骨㊁隔振垫㊁吸声材料㊁隔声材料和内地板等组成,如图6所示㊂图6 地板复合结构组成F i g .6 C o m po s i t i o no f t h e f l o o r 地板的隔声设计除了对铝型材进行结构优化设计外,更多是研究隔声材料㊁吸声材料的优选和安装㊂针对4种隔声设计方案进行试验对比研究,分别为:方案1在内地板下方铺设厚度为0.8mm 隔声材料;方案2在内地板下方铺设厚度为5mm 隔声材料;方案3在方案2的基础上增加一层厚度为0.8m m 隔声材料;方案4将方案2更换为面密度更高(由6k g /m 2变为10k g /m 2)的5m m 隔声材料㊂在声学实验室中根据标准[11],采用双混响室法测试不同地板方案的隔声量㊂对于不同地板方案的隔声量评价,除了使用计权隔声量之外,定义试件单位质量下的隔声效率为R e =R wm(1)其中:R w 为试件的计权隔声量;m 为试件单位面积的质量㊂图7为地板4种隔声设计方案的结果㊂可见,方案1~4随着隔声材料厚度(质量)的增加,地板的计权隔声量逐渐提高,特别是方案4,相对于方案1~3,计权隔声量提高明显,这与方案4的隔声材料质量显著增加有关㊂虽然方案1~4的计权隔声量逐渐提高,但隔声效率却逐渐降低㊂这说明质量提高后,试件的隔声性能并未得到除了质量因素以外的有效改善,地板的隔声设计还需要从新结构㊁新材料上寻求突破㊂2.2 地板的隔振设计地板的隔振设计主要考虑外地板(铝型材)和内357 第4期高 阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计图7地板4种隔声设计方案F i g.7 S o u n d i n s u l a t i o nd e s i g no f t h e f l o o r地板(层合板)之间的连接,即木骨和减振垫㊂针对减振垫的不同高度㊁弹性模量及阻尼系数,基于地板结构的有限元与统计能量混合计算模型,计算减振垫参数变化对地板振动声辐射的影响㊂图8为地板振动声辐射预测模型[12]㊂地板结构在车体横向方向上按实际长度进行离散,采用简支约束模拟其与侧墙之间的连接;在纵向方向上拉伸3m,采用自由边界考虑长度方向上的延伸㊂在地板结构的下方即铝型材面向车外的一侧,随机布置10个激励力作为系统的振动输入㊂激励力的谱形式为上限截止频率1k H z的白噪声㊂图8地板振动声辐射预测模型F i g.8 V i b r a t i o n i s o l a t i o nd e s i g no f t h e f l o o r图9为减振垫的不同高度㊁弹性模量及阻尼系数对地板振动声辐射的影响㊂名义变化量x1~x5对应的高度依次为8,9,10,11和12m m,对应的弹性模量依次为9.9,8.25,6.6,4.95和3.3M P a,对应的阻尼系数依次为基准阻尼系数的50%,75%,100%,125%和150%㊂基准的高度和弹性模量分别为12m m和3.3M P a㊂图10为减振垫的阻尼系数㊂由图9可见,随着减振垫高度的增加㊁弹性模量的降低以及阻尼系数的增加,地板的辐射声功率呈降低趋势㊂因此,在综合考虑车辆整体性能以及材料可选性的基础上,可适当提高减振垫的高度㊁降低其弹性模量以及提高其阻尼系数㊂图9地板振动声辐射影响F i g.9 S o u n d r a d i a t i o no f t h e f l o o r图10阻尼系数F i g.10 D a m p i n g l o s s f a c t o r3转向架区域车内噪声预测分析3.1车内噪声建模及验证基于统计能量分析方法[13],在声学仿真软件V A O n e中建立高速列车转向架区域车内噪声仿真模型,根据车体复杂结构耦合系统的自然几何边界㊁材料介质特性等子系统划分原则和方法[14],对转向架区域车体结构进行子系统划分,如图11所示㊂图12为高速列车车内噪声预测模型使用的振图11转向架区域上方车内噪声仿真模型F i g.11 P r e d i c t i o n m o d e l o f t h e i n t e r i o rn o i s e a b o v eb o-g i e a r e a457振动㊁测试与诊断第40卷图12 振动噪声激励输入F i g .12 S o u r c e i n pu t s o f s o u n da n dv i b r a t i o n 动噪声激励输入,包括线路测试得到的声源激励(转向架区域噪声和车身表面噪声等)以及振动激励(地板振动㊁侧墙振动和顶板振动等),加速度级的参考值为1m /s2㊂上述激励均使用多组测试结果的平均值㊂其中,空气声源使用散射声场(d i f f u s e a c o u s t i c f i e l d ,简称D A F )加载于车体外声腔子系统上,结构振动使用约束加载于车体结构子系统上㊂考虑车体关键部位的隔声特性,包括地板㊁侧墙㊁顶板㊁车门和车窗等,对转向架区域上方的车内噪声进行预测㊂图13为前转向架区域上方(客室前)和后转向架区域上方(客室后)车内噪声试验结果和预测结果的频谱㊂图13 车内噪声试验结果和预测结果频谱F i g .13 S p e c t r u mo f t h em e a s u r e m e n t a n d p r e d i c t i o n r e -s u l t s o f i n t e r i o r n o i s e由图13可见,客室前和客室后的车内噪声预测和试验结果在频谱分布上以负偏差为主,特别是客室后㊂这可能是因为客室后还存在受电弓振动噪声激励,虽然模型中也考虑了此激励的作用,但是当声源变多之后,其耦合作用越发复杂,计算结果出现的误差也就越明显㊂总体上,客室前的车内噪声预测结果和试验结果在频率分布上的平均差值为0.7d B (A ),客室后的车内噪声预测结果和试验结果在频率分布上的平均差值为-2.6d B (A )㊂在总声压级方面,客室前的车内噪声预测结果和试验结果相差0.1d B (A ),客室后的车内噪声预测结果和试验结果相差-2.1d B (A )㊂无论是频谱还是总值,预测结果和试验结果的差值均小于3d B (A )㊂可见,仿真模型是可靠的,具有较好的仿真精度㊂针对高速列车转向架区域到车内的噪声传递路径,基于车内噪声预测模型,从地板的隔声参数和隔振参数两方面研究其对车内噪声的影响㊂3.2 地板的隔声参数影响将转向架区域地板的隔声量进行全频段上限平移ʃ5d B ㊁步长1d B 的灵敏度分析㊂图14为地板隔声量变化对车内噪声的影响㊂可见,随着地板隔声量的提高,车内噪声逐渐降低,两者呈负相关㊂当地板隔声量降低5d B 时,客室前和客室后噪声分别提高1.9d B (A )和1.5d B (A )㊂当地板隔声量提高5d B 时,客室前和客室后噪声分别降低0.9d B (A )和0.7d B (A )㊂随着地板的隔声量不断增大,其对于车内噪声的影响逐渐变小,这主要是受到了地板初始隔声量的影响㊂当地板初始隔声量越高,继续提高其隔声水平对车内噪声的控制效果就越小,此时应该关注声源或振动路径的控制,以期提高车内减振降噪效率㊂图14 地板隔声量变化对车内噪声的影响F i g .14 T h e i n f l u e n c e o f t h e c h a n g eo f f l o o r s o u n d i n s u -l a t i o no n t h e i n t e r i o r n o i s e式(2)~(3)分别为客室前和客室后噪声随地板隔声量变化的拟合曲线y1=0.0205x 2-0.2764x +69.5(2)y2=0.0173x 2-0.2127x +72.3(3)557 第4期高 阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计其中:y 1和y 2分别为客室前和客室后的噪声;x 为地板隔声量的变化量㊂可以看出,客室前噪声对于地板隔声量的变化率略高于客室后,但总体上两者差异很小㊂这主要是由于客室前和客室后均位于转向架上方,客室后更靠近车厢端部,以及车间连接处的传声路径影响㊂3.3 地板的隔振参数影响将转向架区域地板的振动加速度级进行全频段上限平移ʃ5d B ㊁步长1d B 的灵敏度分析㊂图15为地板振动加速度级变化对车内噪声的影响规律㊂可见,随着地板振动的提高,车内噪声逐渐提高,两者呈正相关㊂当地板振动降低5d B 时,客室前和客室后噪声分别降低0.5d B (A )和0.3d B (A )㊂当地板振动提高5d B 时,客室前和客室后噪声分别提高1.2d B (A )和0.7d B (A )㊂类似的,随着地板的加速度级不断降低,其对于车内噪声的影响逐渐变小,且地板的振动相对于地板的隔声,对于车内噪声的影响略低㊂因此,在结合地板的隔声和振动优化设计时,有必要优先考虑隔声设计㊂图15 地板振动加速度级变化对车内噪声的影响F i g .15 T h e i n f l u e n c e o f t h e c h a n ge of f l o o r v i b r a t i o no n t h e i n t e r i o r n o i s e式(4)~(5)分别为客室前和客室后噪声随地板振动加速度级变化的拟合曲线y1=0.0159x 2+0.1691x +69.5(4)y2=0.0083x 2+0.0973x +72.3(5)其中:y 1和y 2分别为客室前和客室后的噪声;x 为地板振动加速度级的变化量㊂与地板的隔声参数影响类似,客室前噪声对于地板振动加速度级的变化率略高于客室后,总体上两者依旧差异很小㊂4 结 论1)转向架区域上方车内噪声在500~800H z频率区段存在显著峰值㊂其中:500H z 以上的频率峰值主要来自于空气传声路径;200H z 以下的频率峰值主要来自于结构传声路径;而在200~500H z频率区段,两种路径共同作用,较难区分㊂2)增加隔声材料的质量可以提高地板的隔声量,但是其隔声效率却有所降低㊂因此,对于地板的隔声设计还需要从新结构㊁新材料上寻求突破㊂3)随着地板中间减振垫高度的增加㊁弹性模量的降低以及阻尼系数的增加,地板的辐射声功率呈降低趋势㊂4)地板的隔声量与车内噪声呈负相关㊂随着地板的隔声量不断增大,其对于车内噪声的影响逐渐变小,主要是受到了地板初始隔声量的影响㊂5)地板的振动加速度级与车内噪声呈正相关㊂随着地板的加速度级不断降低,其对于车内噪声的影响逐渐变小㊂6)对于不同的车辆系统,其结构对于声源和路径特性有很大的影响,所得规律不尽相同,但本研究方法和结果可作为一般性参考㊂参 考 文 献[1] 杨国伟,魏宇杰,赵桂林,等.高速列车的关键力学问题[J ].力学进展,2015,45:201507.Y A N G G u o w e i ,W E IY u j i e ,Z HA O G u i l i n ,e t a l .R e -s e a r c h p r o g r e s so nt h e m e c h a n i c so fh i g hs pe e dr a i l s [J ].A d v a n c e s i n M e c h a n i c s ,2015,45:201507.(i nC h i n e s e)[2] J I N XS .K e yp r o b l e m s f a c e d i nh i g h -s p e e d t r a i no p e r -a t i o n [J ].J o u r n a lo fZ h e j i a n g U n i v e r s i t y -S c i e n c e A (A p p l i e d P h y s i c s &E n g i n e e r i n g ),2014,15(12):936-945.[3] HA R D Y A EJ .R a i l w a yp a s s e n ge r sa n dn o i s e [J ].P r o c e e d i n g s of t h e I n s t i t u t i o no fM e c h a n i c a lE ng i n e e r s P a r tF :J o u r n a l o fR a i l a n dR a p i dT r a n s i t ,1999,213(3):173-180.[4] S O E T A Y ,S H I MO K U R AR.S u r v e y of i n t e r i o r n o i s e c h a r a c t e r i s t i c s i nv a r i o u s t y p e so f t r a i n s [J ].A p p l i e d A c o u s t i c s ,2013,74(10):1160-1166.[5] Z HA N GJ ,X I A O XB ,S H E N G XZ ,e t a l .C h a r a c -t e r i s t i c s o f i n t e r i o rn o i s eo f aC h i n e s eh i g h -s p e e dt r a i n 657振 动㊁测 试 与 诊 断第40卷u n d e r a v a r i e t y o f c o n d i t i o n s[J].J o u r n a l o fZ h e j i a n gU n i v e r s i t y-S c i e n c eA,2017,18(8):617-630. [6]张捷,肖新标,韩健,等.高速列车车内客室端部噪声分布特性与声学模态分析[J].机械工程学报, 2014,50(12):97-103.Z HA N GJ i e,X I A O X i n b i a o,HA NJ i a n,e t a l.C h a r-a c t e r i s t i c s o f n o i s e d i s t r ib u t i o n a t t h e e n d s o f t h ec o a c ha n da c o u s t i c m o d a la n a l y s i so fh i g h-s p e e dt r a i n[J].J o u r n a l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2014,50(12):97-103.(i nC h i n e s e)[7]郭建强,葛剑敏,张华丽.高速列车受电弓区车内噪声研究与控制[J].振动㊁测试与诊断,2017,37(4): 662-666.G U OJ i a n q i a n g,G EJ i a n m i n,Z HA N G H u a l i.I n t e r n a ln o i s e r e s e a r c h a n d c o n t r o lm e a s u r e s o f p a n t o g r a p h a r e a o f h i g h-s p e e d t r a i n s[J].J o u r n a l o fV i b r a t i o n,M e a s-u r e m e n t&D i a g n o s i s,2017,37(4):662-666.(i nC h i n e s e)[8]王金田,孙强,郭伟强,等.高速列车车间连接处车内噪声特性研究[J].噪声与振动控制,2014,34(6): 97-101.WA N GJ i n t i a n,S U N Q i a n g,G U O W e i q i a n g,e ta l.S t u d y o n i n t e r i o rn o i s ec h a r a c t e r i s t i c so f t h e g a n g w a 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b o r a t o r ym e a s u r e m e n t s o f a i r b o r n e s o u n d i n s u l a t i o no fb u i l d i n ge l e m e n t s[S].[S.l.]:I n t e r n a t i o n a lO r g a n i z a t i o nf o rS t a n d a r d i z a t i o n,S w i t z e r l a n d,1995.[12]张捷.高速列车车内低噪声设计方法及试验研究[D].成都:西南交通大学,2018.[13]L Y O NR H,D E J O N GRG.T h e o r y a n d a p p l i c a t i o n o fs t a t i s t i c a l e n e r g y a n a l y s i s[M].L o n d o n:B u t t e r w o r t h-H e i n e m a n n,1995:109-253.[14]Z HA N GJ,X I A O XB,S H E N GXZ,e t a l.S E Aa n dc o n t r i b u t i o na n a l y s i s f o r i n t e r i o rn o i s eo f ah i g hs p e e dt r a i n[J].A p p l i e dA c o u s t i c s,2016,112:158-170.第一作者简介:高阳,男,1980年3月生,博士生㊁高级工程师㊂主要研究方向为铁路噪声与振动控制㊂曾发表‘高速列车头型近场与远场噪声预测“(‘同济大学学报(自然科学版)“2018年第47卷第1期)等论文㊂E-m a i l:c k_g y@126.c o m通信作者简介:张捷,男,1987年2月生,博士㊁助理研究员㊂主要研究方向为铁路噪声与振动控制㊂E-m a i l:z h.r e c e i v e@g m a i l.c o m757第4期高阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计628J o u r n a l o fV i b r a t i o n,M e a s u r e m e n t&D i a g n o s i s V o l.40 20d B,w h i c hd i r e c t l y l e a d s t o t h e s i g n i f i c a n t d i s p e r s i o no f t h em e a s u r e dv i b r a t i o n s o u r c e i n t e n s i t y s a m p l e st h r o u g h o u t t h e d a y.K e y w o r d s m e t r o;i n-s i t u t e s t;e n v i r o n m e n t a l v i b r a t i o n;v i b r a t i o n s o u r c e;d i s p e r s i o n c h a r a c t e r i s t i c S t e e l S t r a n d sT e n s i o n I d e n t i f i c a t i o nU s i n g M u l t i-s c a l eE n e r g yE n t r o p y o fU l t r a s o n i cG u i d e d W a v e sC H E N X i n1,2,3,Z HUJ i n g s o n g1,Q I A NJ i4,Y EZ h o n g t a o2,3(1.S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g,T i a n j i nU n i v e r s i t y T i a n j i n,300072,C h i n a)(2.C h i n aR a i l w a y B r i d g eS c i e n c eR e s e a r c h I n s t i t u t eL t d.W u h a n,430034,C h i n a)(3.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fB r i d g eS t r u c t u r eH e a l t ha n dS a f e t y W u h a n,430034,C h i n a)(4.S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g,C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y C h o n g q i n g,400074,C h i n a)A b s t r a c t I no r d e r t o e f f e c t i v e l y e v a l u a t e t h e l o s s o f p r e-s t r e s s i n t h e i n-s e r v i c e s t e e l s t r a n d,a g u i d e dw a v e n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g m e t h o d f o r i d e n t i f y i n g t h e t e n s i l e f o r c eo f t h es t e e l s t r a n d i s p r o p o s e d.N u m e r i c a l s i m u l a t i o n s a n d e x p e r i m e n t s o f u l t r a s o n i c g u i d e dw a v e(U GW)p r o p a g a t i o n a r e c a r r i e d o u t o n s t e e l s t r a n d s w i t hd i f f e r e n t t e n s i o n s.T h em u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p y o fU GW s i s u s e d a s t h e f e a t u r e v e c t o r t o c o n s t r u c t t e n s i o n i d e n t i f i c a t i o n i n d e x,a n d t h e i n f l u e n c e o f p r o p a g a t i o nd i s t a n c e a n da c q u i s i t i o nm e t h o d i s a n a l y z e d. T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p y o f g u i d e dw a v e sd i f f e r s s i g n i f i c a n t l y u n d e rd i f f e r e n t t e n s i l e f o r c e s.A no b v i o u s l i n e a r r e l a t i o n s h i p w h i c h i s l e s s a f f e c t e db yp r o p a g a t i o nd i s t a n c e a n d a c q u i s i t i o n m e t h o db e t w e e n t h e i d e n t i f i c a t i o n i n d e xa n dt e n s i o nc a nb e f o u n d.C o m p a r e dw i t ht h e f i n i t ee l e m e n t r e-s u l t s,t h em e a s u r e d p r o p a g a t i o nd i s t a n c e o f t h e i d e n t i f i c a t i o n i n d e x i n c r e a s e db y957.69%,a n d t h e s e n s i-t i v i t y c o e f f i c i e n t i n c r e a s e db y20.3%.T h es e n s i t i v i t y o f i d e n t i f i c a t i o ni n d e x g r o w sw i t ht h e i n c r e a s eo f p r o p a g a t i o nd i s t a n c e,b u t t h e g r o w t h r a t e i s o p p o s i t e.T h e a c q u i s i t i o nm e t h o d o f c e n t e rw i r e e x c i t a t i o n a n d c e n t e rw i r e r e c e i v i n g i sm o r e s e n s i t i v e t o t h e c h a n g e o f t e n s i o n.K e y w o r d s s t e e l s t r a n d;u l t r a s o n i c g u i d e dw a v e;t e n s i o n i d e n t i f i c a t i o n;m u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p yI n t e r i o rN o i s eC o n t r o l a n dS t r u c t u r a lO p t i m u m D e s i g nO v e r t h eB o g i eA r e a o fH i g h-S p e e dT r a i nG A OY a n g1,2,X I ES u m i n g1,L IC h a o w e i1,T E N G W a n x i u2,Z HA N GJ i e3(1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,D a l i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y D a l i a n,116028,C h i n a)(2.C R R CC h a n g c h u nR a i l w a y V e h i c l e sC o.,L t d. C h a n g c h u n,130062,C h i n a)(3.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fT r a c t i o nP o w e r,S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y C h e n g d u,610031,C h i n a)A b s t r a c t T h et o p o f t h eb o g i ea r e ao fh i g h-s p e e dt r a i n s i st h e m o s td o m i n a n t p o s i t i o no f t h e i n t e r i o r n o i s e.U s i n g a c o m b i n a t i o no f e x p e r i m e n t a l a n a l y s i s a n ds i m u l a t i o n p r e d i c t i o n,t h e i n t e r i o rn o i s em e c h a-n i s ma b o v e t h eb o g i e a r e a i s s t u d i e db a s e do n t h e n o i s em e c h a n i s mo f t h e s o u r c e-p a t h-r e s p o n s e i n t e r i o r. T h e v i b r a t i o na n d s o u n d c h a r a c t e r i s t i c s,s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o no f t h e f l o o r a n d p r e d i c t i o no f t h en o i s e i n t h eb o g i e a r e a a r e i n v e s t i g a t e d.T h e c o n c l u s i o n s a r e a s f o l l o w s:t h e r e a r e s i g n i f i c a n t p e a k so f t h e i n t e r i o r n o i s e i n t h e f r e q u e n c y r a n g e o f500~800H z a b o v e t h eb o g i e a r e a.A m o n g t h e m,t h e s o u n d t r a n s m i s s i o np a t ha b o v e 500H zm a i n l y co m e s f r o mt h e a i r t r a n s m i s s i o n p a t h ,a n d t h e s o u n d t r a n s m i s s i o n p a t hb e l o w 200H zm a i n l y c o m e s f r o mt h e s t r u c t u r e .T h e n o i s e i n t h e c a r i s n e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e s o u n d i n s u -l a t i o no f t h e f l o o r ,a n d p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n l e v e l o f t h e f l o o r .W i t h t h e i n -c r e a s e o f t h e s o u n d i n s u l a t i o n o r t h e d e c r e a s e o f t h e v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n l e v e l ,t h e i r i m pa c t o n t h e i n t e r i o r n o i s e i s g r a d u a l l y d e c r e a s i n g .T h e s o u n d i n s u l a t i o nd e s i g n o f t h e f l o o r n e e d s t ob e f u r t h e r s t u d i e d f r o mt h e n e ws t r uc t u r e a n dn e w m a t e r i a l s .T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v ide r ef e r e n c e a n db a s i s f o r n o i s e c o n t r o l i n h igh -s p e e d t r ai n s .K e y w o r d s h i g h -s p e e d t r a i n ;b o g i e ;i n t e r i o r n o i s e ;s t r u c t u r a l o p t i m u m ;s o u n d i n s u l a t i o n ;v i b r a t i o n R e a l T i m eE s t i m a t i o no fV e h i c l e Q u a l i t y a n dR o a dS l o peB a s e do n A d a pt i v eE x t e n d e dK a l m a nF i l t e r R E NZ h i y i n g 1, S H E NL i a n g l i a n g 1, HU A N G W e i 2, L I UX i n g x i n g1(1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n ,F u z h o uU n i v e r s i t yF u z h o u ,350116,C h i n a )(2.F u j i a nS p e c i a l E q u i p m e n t I n s pe c t i o n I n s t i t u t e F u z h o u ,350008,C h i n a )A b s t r a c t A i m i n g a t t h e p r o b l e mt h a t t h e s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s of t h e e x t e r n a l n o i s e i n t h e a c t u a l d r i v -i n gp r o c e s s o f t h e v e h i c l e c a n n o t b ek n o w n ,b a s e do n t h e l o n g i t u d i n a l d yn a m i c sm o d e l o f t h e v e h i c l e ,t h e a d a p t i v e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (A E K F )v e h i c l e q u a l i t y a n d r o a d g r a d i e n t e s t i m a t e a l g o r i t h mi s p r o p o s e d .T a k i n g t h e d y n a m i c e s t i m a t i o n o f t h em a s s a n d s l o p e o f t h e v e h i c l e s y s t e ma s t h e r e s e a r c h o b j e c t ,t h e r o t a -t i o nm a s s c o n v e r s i o nc o e f f i c i e n t i s i n t r o d u c e d ,t h es t a t es p a c e m o d e l o f t h ev e h i c l e l o n g i t u d i n a l d y n a m i c s y s t e mi s e s t a b l i s h e d ,a n d t h e g e a rm a t c h i n g a t d i f f e r e n t t i m e s a n d t h eh a n d l i n g o f s p e c i a l d r i v i n g c o n d i -t i o n s a r e c o n s i d e r e d .T h e s y s t e ms t a t e e q u a t i o n i sd i s c r e t i z e d t oo b t a i n t h e s y s t e ms t a t e e q u a t i o na n d t h e s y s t e m m e a s u r e m e n t e q u a t i o n .T h e n ,t h e n o i s e s t a t i s t i c a l e s t i m a t o rw i t h f o r g e t t i n g f a c t o r i s i n t r o d u c e d o n t h eb a s i s o f t h e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (E K F ).T h e o n -l i n e e s t i m a t i o n a n d c o r r e c t i o no f n o i s e s t a t i s t i c s a r e p e r f o r m e db a s e do n t h e r e a l -t i m e u p d a t i n g o f t h e s t a t e e q u a t i o n a n d t h em e a s u r e m e n t e q u a t i o nb y a d a p t i v e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r ,s o a s t o s o l v e t h e p r o b l e mo f t i m e -v a r y i n g n o i s eo f t h e s y s t e m.T h e c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f t h ee s t i m a t e da n d m e a s u r e dr e s u l t so f t h i sa l g o r i t h m a n dt h eE K Fa l g o r i t h m s h o w s t h a t t h e p r o p o s e d a l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l y f i l t e r a n de s t i m a t e t h ev e h i c l em a s s a n d g r a d i e n t s i g n a l s i nt h ev e h i c l e l o n g i t u d i n a l d y n a m i c sm o d e l ,a n d g r a d u a l l y c o n v e r g e a n d a p p r o a c h t h em e a s u r e dv a l u e i n a s h o r t t i m e ,s o t h a t i t c a nb e r e a s o n a b l y a n d e f f e c t i v e l y d e t e c t t h e s t a t u s i n f o r m a t i o no f t h e v e h i c l e d u r i n g d r i v i n g.K e y w o r d s l o n g i t u d i n a l d y n a m i c sm o d e l ;a d a p t i v ee x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (A E K F );v e h i c l e q u a l i t y ;r o a d g r a d i e n t ;f o r g e t t i n g fa c t o r A p p l i c a t i o no f I n t e g r a l S q u e e z eF i l m D a m pe r i nG e a r b o x L UK a i h u a , H EL i d o n g , Y A N W e i , D I N GJ i c h a o , MAL i a n g ,C H E NZ h a o (B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o fH e a l t h M o n i t o r i n g a n dS e l f -R e c o v e r y f o rH i g h -E n d M e c h a n i c a l E q u i p m e n t ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o fC h e m i c a lT e c h n o l o g y B e i j i n g,100029,C h i n a )A b s t r a c t T h e d y n a m i c e x c i t a t i o no f t h e g e a r s y s t e mi s t r a n s m i t t e d t o t h e b o x p r i m a r i l y t h r o u g h t h e b e a r -728N o .4A b s t r a c t s o fV o l .40N o .4i nE n g l i s h。
高速列车转向架模态特性与噪声控制
高速列车转向架模态特性与噪声控制高速列车作为现代交通体系中的重要组成部分，其运行速度与乘坐舒适度是衡量其性能优劣的关键指标。
而转向架作为列车的关键部件，不仅承载着车体重量，还直接影响列车的运行稳定性、安全性及噪声控制。
转向架的模态特性与噪声控制是确保列车高效、安静运行的核心技术问题，本文将从六个方面对此进行深入探讨。
一、转向架模态特性的基本概念与重要性转向架的模态特性主要指其在不同频率激励下产生的振动模式及其固有频率。
这些特性直接关系到列车行驶过程中的动态响应，包括稳定性、平顺性和噪声水平。
通过精确计算和优化转向架的模态特性，可以有效避免共振现象，提升车辆的运行安全性和乘客的乘坐体验。
例如，一系悬挂系统的横向刚度设计需合理，以保证在高速过弯时车辆的稳定性和舒适性，同时避免产生刺耳的啸叫噪声。
二、转向架结构设计与模态优化转向架构型的优化设计是控制模态特性的首要环节。
通过有限元分析(FEA)等现代设计工具，工程师可以模拟不同设计方案下的转向架振动特性，选取最优结构布局。
设计中需考虑的因素包括轮对定位装置的弹性特性、轴箱悬挂系统的参数选择、构架的强度与刚度平衡等，确保转向架在各种工况下的动态性能满足要求。
此外，轻量化材料的应用，如铝合金或复合材料，可有效调整结构质量分布，进一步优化模态特性。
三、减振降噪技术的应用为了降低高速列车运行时的噪声，转向架设计中广泛采用了多种减振降噪技术。
其中包括橡胶元件、流体阻尼器、液压减震器等被动减振措施，以及磁流变液、电控液压等主动控制技术。
这些技术通过吸收或转化振动能量，减少传递到车体和轨道上的振动，从而降低噪声。
例如，二系悬挂系统中采用的高性能空气弹簧与阻尼器组合，能在保证舒适性的同时，有效隔离高频振动噪声。
四、噪声源识别与控制策略噪声源识别是噪声控制的基础，高速列车转向架的主要噪声源包括轮轨噪声、齿轮箱噪声、电机噪声等。
针对这些噪声源，采取相应的控制策略至关重要。
ZMB080型地铁车辆转向架车轮降噪研究_刘晖霞
目前国内主要采用在车轮上加装阻尼片 / 器或阻尼 环的降噪方式，其降噪效果明显，价格适中，制造检修也
从图 3 可以看出：将阻尼器安装在车轮上，车轮边缘 设有一个宽 20 mm 的工艺槽，安装阻尼器的螺栓孔距边 缘只有 1 mm 左右，这种安装方式是不安全的，同时对车 轮工艺槽也有影响。如果将阻尼器的安装半径再扩大，其 边缘将超过车轮使用的安全限制线 （最大磨耗直径线）， 影响车轮的磨耗限制。另外，该方式是用多个螺栓将阻尼 器安装到车轮上，螺栓的这种连接形式以及轮辋上的较 多开孔相对降低了车轮强度及行车安全性。
ZMB080 设计速度为 80 km/h，运行时车内噪声有一 半以上直接或间接来自轮轨运动。减少噪声源是降低车 内噪声水平最经济的方法，但难度大。本文根据 ZMB080 型地铁车辆转向架车轮的特点，通过试验研究试图找出 好的方法来控制轮轨噪声，以提高车辆舒适度。
1 车轮降噪概述
在轮轨噪声中，车轮和轨道碰撞产生的噪声是地铁 车辆噪声的主要来源。根据噪声产生的方式，人们相应地 采取了多种减振降噪措施，其中开发和研制低噪声车轮 是比较普遍的一种[1]。目前，通过降低车轮本身的噪声而 采取的降噪措施有以下几种： 1.1 弹性车轮[2]
电力机车司机室减振降噪设计
电力机车司机室减振降噪设计摘要：为了提高安全驾驶和司机和乘客的舒适,额外的声学处理,如密封、吸声、隔音和阻尼处理,进行了许多地区的机车的身体结构,特别是在出租车,提高出租车的运营环境。
有些处理添加到车身或驾驶室结构护墙板上，有些附加到内饰上，有些直接与护墙板或内饰结合在一起。
虽然在噪声控制的设计中采取了许多减振降噪的措施，但在实际应用中，由于结构设计、制造工艺等原因，机车司机室的噪声仍然没有得到有效的控制。
关键词：电力机车；司机室；双层结构；减振；降噪；分析和研究了影响驾驶室振动和噪声的各种因素。
主要对双层隔声结构设计、密封结构设计计算、吸声材料及结构、减振设计进行分析，为驾驶室结构的减振降噪设计提供理论依据和设计建议。
一、司机室隔振与减振设计1.隔振技术。
隔振是控制固体声的一个重要方法，其基本原理是通过隔振结构将振源与基础隔开，或将与其他物体的近刚性连接改成弹性连接，以防止或减弱振动能量的传播，从而达到降低噪声的目的。
表征隔振效果的物理量很多，而常用的是传递率T。
传递率是通过隔振元件传递过去的力与总干扰力之比。
司机室座椅一般是外购件，其振动问题没有受到重视。
对司机室座椅的振动研究，目前还没有详细的报道。
司机室减振降噪的目的主要是为了提高司乘人员的舒适性，座椅的形态、位置及隔振情况，在机车振动研究过程中也将是一个重要的方面。
2.阻尼减振技术。
司机室蒙皮为金属薄板，当受到激振后，能辐射出强烈的结构噪声。
控制这种结构噪声，司机室设计中常用的方法是尽量减少噪声辐射面，同时在金属结构上喷涂阻尼涂料，抑制结构振动减小噪声，即阻尼减振。
主要是利用材料内损耗原理，当涂上阻尼材料的金属板面做弯曲振动时，阻尼层也随之振动，材料内部分子相互挤压、相互摩擦、相对位移和错位，使振动能量转化为热能而耗散掉。
一般阻尼结构可分为自由阻尼层结构和约束阻尼层结构。
约束阻尼结构是将黏弹性阻尼材料直接粘贴或涂在需要减振降噪的本体金属和一层刚性较大的约束层（如金属板、玻璃钢等）之间。
地铁车辆转向架车轮降噪方式分析研究
地铁车辆转向架车轮降噪方式分析研究首先，车轮材质和制造工艺对车轮噪音有着直接的影响。
轮胎是车轮
噪音的主要源头，传递到车体和地面后才会产生噪音。
选择低噪音材质和
采用先进制造工艺可以降低车轮本身的噪音产生。
例如，采用低噪音橡胶
材料、非金属轮毂等；在制造过程中采用精细铸造、精密加工等工艺手段。
其次，减少车轮与轨道的摩擦和振动是降低车轮噪音的重要措施。
在
车轮与轨道接触处加装橡胶衬垫、薄膜等缓冲材料，可以有效减少直接接
触带来的噪音传导。
此外，该处也可以设置减震装置，通过减少摩擦和振
动来降低噪音。
再次，通过合理设计车轮结构和轮轴降低噪音产生。
通过车轮外形和
内部结构的优化设计，可以减少空气和噪音的交互作用，从而降低噪音产生。
例如，在轮辋的内部设置防噪音屏障，可以有效隔离噪音的传播。
此外，轨道的维护和保养也是降低车轮噪音的重要环节。
及时清洁轨道、消除异物，避免轨道表面的不规则和损伤，可以减少车轮与轨道之间
的摩擦和振动，从而降低噪音产生。
最后，车辆的操作和维护也对车轮噪音有影响。
合理的驾驶操作可以
减少车轮与轨道的摩擦和振动，从而降低噪音产生。
定期对车辆进行检修
和维护，保持车辆系统的正常运行，可以减少噪音的产生和传播。
总之，地铁车辆转向架车轮降噪的方式可以从车轮材质和制造工艺、
减少摩擦和振动、合理设计车轮结构和轮轴、轨道维护和保养以及车辆操
作和维护等多个方面入手。
通过综合运用各种降噪技术和措施，可以有效
降低车轮噪音，提升地铁运营质量和乘客满意度。
轨道交通减振降噪技术的应用与发展研究
轨道交通减振降噪技术的应用与发展研究作者：赵天来源：《中国科技纵横》2020年第01期摘要：轨道交通具有载客量大、行车速度高、可靠性高等特性而备受大众青睐。
随着我国科技和经济实力的不断增强，政府对轨道交通建设愈加重视，并投入了大量人力、物力、财力，不仅促进了城市化进程加快，并且便捷了大众出行方式。
然而由于轨道交通车速较快，因此轨道交通运行过程中会伴随着较大的噪声，很容易让乘客感觉到不安和疲倦。
基于此背景，本文深入分析了轨道交通车辆的振动和噪声源，接着分析了噪声和振动的测试方法，及降噪技术的应用，最后对减震降噪技术进行了展望，以期为轨道交通减振减噪提供一定的经验指导。
关键词：轨道交通;减振降噪;应用;展望中图分类号：U270.16 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0047-020 引言随着科学技术的不断发展，我国轨道交通越来越成熟和完善，大大提高了人们的出行效率，成为了人们出行的首要选择之一。
轨道交通因其运载量大、能耗低、绿色环保及科技含量高等特性成为了各个国家交通运输领域的重点关注对象。
在我国的北京、上海、广州、深圳、成都、南京、武汉等大中型城市都大规模地建设了地铁和高铁等类型的轨道交通设施。
但是，由于人们的环保意识不断增强及对出行舒适度要求越来越高，轨道交通在运行过程中产生的振动噪声会影响人们的听力及心情，甚至巨大的振动会诱发人体器官的共振，从而导致疾病的发生，对人体造成损坏，这极大影响着人们的出行质量和用户体验。
如果不能有效地减振减噪，势必会制约轨道交通的发展。
为了有效降低轨道交通的振动和噪声问题，本文分析了轨道车辆的振动源和噪声源，然后在此基础上探讨了减振降噪技术的应用，最后提出了未来轨道交通的发展方向。
1 轨道交通车辆的振动与噪声源分析要有效地降低轨道交通振动和噪声问题，必须先认识其振动和噪声的来源，及每个噪声源对总噪声的贡献值。
1.1 车外振动源和噪声源这部分噪声主要由轮轨噪声、牵引噪声及空气动力学噪声等组成且噪声的大小由车辆行驶速度决定。
动车组车下转向架区域降噪分析
试验研究铁道车辆第57卷第5期2019年5月文章编号！002-7602(2019)05-0012-02曹佳林，刘海军(中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，山东青岛266111)摘要：对高速动车组车下转向架区域嗓声进行了分析研究，提出了一种多接口隔声降嗓次地板结构，并通过试验验证了此种结构的可行性。
关键词：高速动车组；隔声降嗓#欠地板中图分类号：U270.1+6 文献标志码：B高速动车组车下转向架区域的振动噪声是车内噪 声的 源，而车体地板隔声性能的优劣直接影响车下噪声向车内的传播，且随着 的提高，噪声水¥进一步 。
为此，本文提出了一种 隔声降噪次地板结构，可对声波的传递产生一定的阻碍，从而 达到降噪的目的。
1高速动车组车下隔声降噪分析按照区域划分，高速动车组车下分为中央部和端部2个区域，既有动车组 车下中央部3号梁至23号梁之间的区域加装吸声材，通过有 声来实现降噪'的噪声 源于转向 ，由于转向系错综复杂，以往车型采取的最常用的减振降噪措 地板下表面涂抹一层厚3#5m m的阻尼浆，因阻尼浆的厚法控制均匀，不仅影响美观，而且隔声减振 有限。
2次地板方案的提出高速动车组车下转向架区域以枕梁为分界，划分 为枕外和枕内 ，该 空间狭小，关系复杂。
中国标准动车组的地板断面厚度比CRH380A统型动车 组降低了 20 mm，这种 一方面大幅度降低了断面的隔声效果（图1%另一方面 制减振降噪方案的实。
鉴于对动车组车下转向架区域的隔声降噪分析，需 计一种新结构以阻碍车下噪声向车内的传播，从而提 坐舒适度。
由此，本文提 一种次地板方案，次地板采用厚1m m的不锈钢板，安装在枕梁内 外各1 870 m m范围内，距离地板下表面15 mm。
次 地板和车体地板之间填充厚1-m m的吸声材，在车体 地板下表面焊接宽25 m m的角铝，通过拉铆钉的方式收稿日期&018-04-13作者简介：曹佳林（1987-%男，工程师。
地铁车辆转向架车轮降噪方式分析研究
地铁车辆转向架车轮降噪方式分析研究随着城市化的不断加速，地铁的运营已经成为了现代城市中必不可少的一部分。
地铁车辆是地铁系统的核心设备，对整个地铁运营的安全性、舒适性乃至经济效率都有至关重要的影响。
其中，地铁车辆转向架车轮的噪音问题一直是地铁运营中不可忽视的问题。
本文旨在分析研究地铁车辆转向架车轮降噪的方式，提出合理的解决方案，为改善地铁车辆运营效率和居民生活环境做出贡献。
I. 地铁车辆转向架车轮噪声的成因1. 车轮与轨道接触面不平整地铁车辆行驶时，车轮会与轨道接触面摩擦产生噪声。
如果轨道表面不平整，将会增加车轮与轨道接触面积，噪音也会相应增加。
2. 车轮与轨道之间的距离不当地铁车辆行驶过程中，车轮与轨道之间的间隙大小非常重要。
如果间隙过大，将会导致车轮在行驶过程中跳动增加噪音；如果间隙过小，则会增加接触面积，也会增加噪音。
3. 使用不合适的材料地铁车轮的材料会直接影响噪音的大小。
如果使用的材料不合适，摩擦力会增加，噪音也会相应增大。
II. 地铁车辆转向架车轮降噪的方法1. 加强轨道维护为了减少车轮与轨道接触面不平整的情况，轨道维护变得十分必要。
定期查看和修缮处于磨损或者受损的轨道，可以在一定程度上降低车轮与轨道接触面的不平整，从而减少车轮产生的噪音。
2. 采用噪声减振器在车轮与轨道之间加装噪声减振器可以有效地减少车轮产生的噪音。
噪声减振器的原理是利用弹性材料吸收部分噪声，从而减少车内噪音。
3. 更换车轮材料车轮的材料对车辆噪音的大小产生了直接影响。
采用更加耐磨且摩擦系数小的材料来替换车轮材料，可以减少车辆在行驶过程中产生的噪音。
4. 调整车轮间距适当调整车轮与轨道之间的间隙大小，在不牺牲行驶安全性的前提下，可以减少车轮的跳动和增加车轮与轨道接触面积的情况，从而降低噪音。
5. 引入声障为了进一步降低地铁车辆产生的噪音，可以在地铁站附近设置一定的声障，来阻隔车辆产生的噪音，从而减少对周边环境的影响。
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转向架减振降噪措施论文(1)
摘要香港西部铁路采用了浮置板轨道结构、索尼威尔低振动轨道结构等新型轨道结构，为了达到减振降噪的目的，在高架桥上还采取了多种措施来降低振动和噪声的传递。
关键词香港西部铁路，无碴轨道结构，浮置板，弹性支承块，振动，噪声
1．概述
九龙铁路公司1998年10月动工修建的香港西部铁路（简称西铁）是一个服务新界西北部的大运量城市客运轨道系统，它是香港特别行政区成立以后的第一个跨世纪工程，连接新界西北部与九龙市区，目前已经基本建成，将于2003年秋季实现开通运营。
西铁第一期工程包括9个车站，南起九龙南昌，途经美孚、荃湾西、锦上路、元朗、朗屏、天水围、兆康，终点为屯门站。
西铁为双线线路，全长30.5km，其中高架线路13.4km，地下线路14.7km，地面线路2.4km，线路走向如图1所示。
西铁兴建了一个占地32.5hm2的车场和一个总部大楼。
西铁设计单方向每小时发送33列列车，每列车编组为9节，最终单方向客运总量每年达到9千万人次。
西铁列车设计最高时速为130km/h，旅行速度为60km/h，从屯门站乘车到南昌站仅仅需要30min。
为了满足城市客运安全、环境保护和少养护维修的要求，香港西铁采用了浮置板轨道结构和索尼威尔低振动轨道结构等新型轨道结构，同时，在高架桥上也采取了多种措施来降低振动和噪声的传递。
2．西铁无碴轨道结构
2．1 浮置板轨道结构（FST）
香港西铁使用了3种类型的轨道结构：浮置板轨道结构（FST），使用在所有的高架和有特殊要求的隧道内，共达到34km；弹性支承块轨道结构，使用在隧道内，共27km；有碴轨道结构，使用在一般地面线路地段，包括车场。
西铁线路采用的浮置板轨道结构包括预制混凝土板和现浇混凝土板两种，根据浮置板轨道结构具体用途的不同，其尺寸形式多达38种。
其中高架桥直线段使用的浮置板轨道结构是最典型的型式，如图2所示，其标准规格尺寸为1170mm×2635mm×390mm，板的重量为2.9t。
由图2可知，作为浮置板的限位装置和脱轨复位的平台，轨道结构两侧浇注了400mm宽的混凝土挡墙，挡墙高度与钢轨面高度持平，挡墙内侧距离同侧钢轨作用边700mm，挡墙内部钢筋在浇注桥面时预留，预留长度为710mm，考虑挡墙温度变化而产生伸缩，挡墙分段浇注。
每块浮置板底部设置4块直径255mm、厚75mm的圆形竖向弹性橡胶支座，竖向橡胶支座的刚度为5～5.5kN/mm。
为了保证竖向橡胶支座不产生横向和纵向移动，浮置板底面在每股钢轨的正下方位置预留有4个直径255mm、深15mm的凹槽，竖向橡胶支座正好嵌在凹槽内。
每块浮置板左右两侧各设置1块长215mm、宽205mm、厚75mm的侧向弹性橡胶支座，侧向橡胶支座的刚度为2.9～3.2kN/mm。
侧向橡胶支座安装在一个铁垫板上，铁垫板用螺栓固定在浮置板的侧面。
每块浮置板的前后两端各设置1块长300mm、宽150mm、厚75mm的方形纵向弹性橡胶支座，纵向橡胶支座的刚度为1.8～2kN/mm。
为了保证纵向橡胶支座不产生横向和竖向移动，浮置板的端部预留有一个12mm深的凹槽，两块板之间留有大约50mm 的间隙，纵向橡胶支座正好嵌在两块板端部的凹槽内。
由于西铁对环境的要求很高，在浮置板上安装了弹性科隆蛋扣件，扣件竖向静刚度为12～15kN/mm，横向静刚度为7.5～10kN/mm，在0～600Hz范围内，刚
度动静比最大值为1.4。
对于曲线段浮置板轨道结构，线路外侧必须设置超高，通过增大外侧板的厚度达到此目的，同时线路外侧混凝土挡墙也必须加高，为了简化浇注桥面时预埋钢筋的长度，所有的预埋钢筋布置高度都为710mm，在抬高的矮墙部位，再布置矩形的环筋来加高。
曲线地段内侧挡墙与内股钢轨面持平，外侧挡墙高度由两股钢轨顶面的延伸线来确定。
对于车站附近线路，由于列车进出站时起动和制动产生附加力，为了防止轨道结构在附加纵向力作用下产生爬行，因此，西铁浮置板轨道结构系统在站台及两侧150m范围内设置了特别的纵向约束装置，纵向约束装置最大设置间隔为50m。
安装纵向约束装置的浮置板两侧各安装了一个钢支座，该位置两侧挡墙断开，预留一个空档，钢支座伸进挡墙预留空档处，为了保证挡墙的连续性，钢支座与挡墙之间安装橡胶支座。
安装纵向约束装置的浮置板端部各设置2块纵向橡胶支座，两侧相临的浮置板左右两侧各设置2块侧向橡胶支座。
2．2 索尼威尔低振动轨道结构（LVT）
香港西铁在隧道及相应站线使用了索尼威尔低振动轨道结构（LVT，即弹性支承块轨道结构），共计27km，其标准规格断面如图5所示。
弹性支承块轨道是将包有橡胶靴套的支承块嵌固在混凝土道床中的轨道结构。
西铁根据弹性支承块轨道结构具体用途的不同，分别采用了6种规格的支承块及橡胶靴套。
支承块在工厂预制，橡胶靴套也在工厂用专门机械装在支承块上，橡胶靴套提供了轨道的纵、横向弹性变形，使轨道结构在承载、动力传递和振动能量吸收诸方面更接近坚实基础上的碎石道床轨道，这样便使得这种轨道结构的振动和噪声减少到较低程度。
西铁弹性支承块式轨道结构的垂向弹性由轨下和块下双层弹性橡胶垫板提供，最大程度上模拟了弹性点支承传统碎石道床的结构和受荷响应，并使轨道纵向弹性点支承刚度趋于一致。
因此，该结构具有较好的减振、降噪、减磨等优越性能，通过双层弹性垫板刚度的合理选择，可使轨道的组合刚度接近有碴轨道的刚度。
该轨道结构同样设置脱轨复位的平台，直线段平台高度与钢轨面高度持平，平台内侧距离同侧钢轨作用边700mm。
3．西铁高架线路减振降噪措施
香港噪音条例（Hong Kong Noise Ordinance）是世界最严格的噪音条例之一，它规定在列车发车间隔为3分钟的条件下，距离西铁轨道线路中心线25m的位置，等效声级Leq30不能超过55dB(Ａ)，换算到单列车通过时的瞬时值不能超过64dB(Ａ)。
为了满足以上要求，KCRC 组织包括环境工程师、结构工程师、轨道工程师和声学家在内的研究小组，联合设计出香港西铁高架线路采用的减振降噪措施，如图6所示。
具体措施如下：列车安装吸音内衬和防声裙；高架桥两侧安装声屏障；采用减振降噪最有效的轨道结构——浮置板轨道；采用高弹性的减振扣件——科隆蛋扣件；轨道旁边建造挡墙成为第一道隔声墙；人行道及下侧吸音装置成为第二道隔声墙。
由于采用了以上多种措施，使西铁成为世界最安静的轨道交通线路之一。
通过现场测试得知，当单列车通过时，噪音瞬时值为61dB(Ａ)，小于香港噪音条例对西铁的规定值。
4．启示
近年来，香港人对生活环境的质量要求越来越高，香港西铁的建设符合了这一潮流。
西铁在设计和施工时采用了一系列世界最先进的技术，减少噪音、振动对人们生活的影响，如采用浮置板轨道、索尼威尔低振动轨道等新型减振降噪型轨道结构，列车车身包括车轮部分都
安装隔音裙板等，达到了安全、环保和少维修的要求，体现了城市轨道交通发展的方向。
西铁不仅在防止噪音、振动方面体现了环保的要求，还处处避免对自然环境产生破坏。
特别是西铁还将建造一个占地12hm2的湿地，供稀有鸟类、青蛙及其他生物栖息。
由于西铁项目合同金额巨大、技术复杂、施工难度大，所以为了降低成本，减低或化解施工中的风险，香港西铁项目的投标模式采用多家公司组成联合体参加资格预审和投标的方式，这种方式解决了香港西铁项目仅靠某一家承包商的经验或资质是不可能达到规范和业主要求这一矛盾。
因此，以联合体的模式参与项目的资审和投标成为西铁项目投标的一大特点，该特点也为以后内地同类型的工程项目建设提供了参考。
目前，我国许多城市在兴建城市轨道交通，或规划修建城市轨道交通，轨道交通在我国已进入一个快速发展阶段，如何解决轨道交通运营带来的噪声和振动等负面影响，已迫在眉睫。
香港西铁的建设在环保方面采取的措施变得非常宝贵，值得内地轨道交通部门借鉴。
参考文献
1、贺廿生．从香港西部铁路看城市轨道的发展．铁道建筑，2000（2）
2、John.Carlisle．West Rail Permanent Way Floating Slab Track System．Rail Solutions Asia exhibition/conference，2003
3、Ian M ThomsWest Rail Update and Review of Related Maintenance．Environmental and Systems Integration Aspects．Rail Solutions Asia exhibition/conference，2003。