城市轨道交通减振降噪技术综述

城市轨道交通减振降噪技术综述

（株洲时代新材料科技股份有限公司）

摘要：简要分析了城市轨道交通车辆运行时产生振动及噪声的原因，介绍了振动及噪声的主要控制技术，并结合工程运用实际情况，从车辆悬挂、钢轨形式。轨道结构、高架桥等方面的减振降噪措施给予了说明．

城市轨道交通车辆运行时产生的振动及噪声对周围环境产生不利的影响，’ｆ：扰了沿线居民的工作和生活，在”’定程度卜制约了轨道交通的发展。

１振动源和噪声源分析

１。１振动源及其影响因素

线路不平顺是导致车辆运行时产生振动的主要激扰源，激扰源经车轮传递到上部转向架及车体；而车辆各部件之问由于相对运动又会导致自身的振动，经过车轮的传递反作用于钢轨，车辆与轨道之问形成相互耦合相互激励的振动。如果这类振动不加以控制，车辆动态运行性能会明显下降，转向架及悬挂部件运行可靠性大幅下降，行车安全性降低；钢轨由于受到车轮动态冲击载荷而不能保证正常的连接，严重时导致车辆脱轨。

车轮偏心程度、运行速度、悬挂部件之间的匹配、轮轨接触几何关系、线路各方向的不平顺度、钢轨接头、曲线半径、轨道支承、轨道结构、道床及隧道结构、高架桥梁跨度、刚度、挠度等，都会影响车辆及轨道的振动。１．’２噪声源及其影响因素

噪声源主要有轮轨噪声和车辆

噪声。车辆行驶在轨道．Ｉ＝时，激发

结构振动而产生“二次噪声”，即

结构噪声。轮轨噪声是主要的噪声

源，包括轮轨滚动噪声、摩擦噪声

（啸叫卢）和撞击噪声等。

①滚动噪声：轮轨滚动噪声是

由于轨道结构钢轨表面的短波不平

顺激发轮轨振动通过空气传播而产

生的噪声，见图ｌ。它是城市轨道交

通的主要噪声源。

图１轮轨表面不平顺激发轮轨噪声

②摩擦噪声（啸叫声）：摩擦噪

声（啸叫声）是车轮在小半径曲线

线路上行进时发出的一种高音调噪

声，主要是由于轮缘接触钢轨摩擦

而产生的。

③掩击噪声：撞击噪声是由车

轮冲击钢轨而产生的。

影响轮轨噪声的因素主要有：

列车的速度，列车、钢轨和车轮类

型以及它们的状况，轨道曲线半

径、转向架轴距、钢轨的轨隙、不

平坦的钢轨接头和车轮踏面局部磨

损，以及存制动时闸瓦抱死车轮所

造成踏面局部磨损。

车辆噪声来源主要包括气动噪

声、动力与辅助设备噪声等宅气传

播噪声、以及轮轨、转向架振动和

动力装置与辅助设备振动引起的结

构辐射噪声。

地面轨道和高架轨道对于沿线

环境的ｆ：扰以噪声为主，而地下轨道

所产生的振动是影响地面建筑的主

要环境问题。轮轨之间的相互作用引

起的振动响应沿轨道结构通过岩层

和士壤层向邻近的建筑物传播，其产

生的声学效果是引起低频轰响声。

２振动噪声控制主要技术

振动噪声控制分为主动控制和

被动控制。主动控制是指通过优化

结构、提高结构精度，减小干扰，

通过控制振动源和噪声源以达到降

低振动噪声的目的。从设计上优化

彩

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万方数据

车轮结构，或采用弹性车轮、采用

低噪声无缝钢轨、定期打磨钢轨等

技术方法，可从源头上控制振动噪

声。振动源和噪声源主动控制是

减振降噪最有效的方法，但对于城

市轨道交通来说，通常是难以实施

的。这一方面是由于它涉及车辆制

造厂、城市轨道交通运营公司、政

府管理部门等；另一方面除了城市

轨道交通现有制造技术水平的限制

以外，还有许多比振动及噪声的控

制更重要的工作需考虑，如提速、

安全、运输和增加经济效益等。

因此，被动控制是工程应用中通

常采用的技术。被动控制是指采用

振动、噪声隔离或吸收技术，切断

振动波和噪声波，通过控制振动

噪声的传播以达到降低振动噪声的

目的。被动控制技术方法参见表ｌ。

振动隔离基本原理是在结构构件之间或建筑物与基础之间设置

减隔振装置，通过减隔振装置的耗

能特性，减小或隔离振动能量向周

围环境的传递，以减小振动对周围

环境的影响。振动吸收的基本原理

是，利用阻尼材料在随基体振动产生

拉压变形耗散和转化能量的特性，

提高薄板结构的阻尼，抑制共振，

改善结构的抗振降噪性能。隔声是

指用隔声材料或结构来隔绝噪声在

空气中传播，从而获得较安静的环出

境。吸声是指通过吸声材料的粘滞

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性和内摩擦作用以及热传导效应，将

声能转化为热能，从而降低噪声。

表１减振降噪基本技术方法

适性，衰减车体振动和结构辐射噪

声；在车体和地板上安装阻尼制振

材料和隔音材料，增加车体阻尼，

抑制车体振动，隔离轮轨噪声传入

车厢内；在进排气口设置消音器，

控制空调系统产生的噪声。

３．２钢轨减振降噪措施

采用吸振型钢轨。吸振犁钢轨

是在钢轨轨腰两侧粘贴（或包覆）带

有减振吸音材料（如橡胶、树脂等）

的吸振器以增加钢轨阻尼，降低轮

轨共振频率附近的钢轨振动，提高

钢轨对振动的衰减率，加快振动波

在钢轨中传播的衰减，降低钢轨振

动的平均能量水平，减少钢轨的振

动噪声辐射，达到减振降噪目的。

吸振瑷钢轨结构示意图见图２。钢轨

吸振器既可以用于新线路的建造，

也可以用于既有线路的改造。它可

以安装于已有钢轨上，无须对钢轨

已有结构进行改动，施工方便，安全

３振动噪声控制措施

３．１车辆振动噪声控制措施

车辆振动噪声控制措施有：在

转向架上安装减／隔振件，衰减轮轨

作用力，降低车体的振动和结构辐射

噪声；采用空气弹簧提高车辆的舒图２吸振型钢轨结构示意图可靠，能有效地减少钢轨噪声。３．３轨道结构减振降噪措施

３．３．１隔离板式轨道结构

隔离板式轨道结构采用特殊形状的天然橡胶板或发泡垫板作为隔离层。隔离板式轨道结构示意图见图３。实际应用中可根据轨道和车辆设计条件调整轨道系统模量，达到优异的减震效果，使用时不会引起结构振动和噪声。隔离板式轨道具有减震效果好、可靠性好、寿命长、维护费用低等特点，且可避免浮置板由于大板本身的悬空结构产生结构振动和噪声。该结构固有频率低、减震范围广，并且在共振区域放大效果非常低。目前，这种轨道结构在欧洲城市轨道交通，甚至是高规格的高速铁路，已得到非常广泛的应用。

３．３．２轨道减振器结构

为了减少车辆通过道岔时轮轨

之间的动作用力，降低车轮

和道岔的磨耗，减少轨道和

车轮的维护成本，城轨线路

上一般采用减振器。其安装

及断面如图４所示。轨道减

振器扣件的垂直刚度较低，

而且保证了钢轨的横向稳定

性。上海、新加坡、德国科万方数据