毕业设计（论文）-高速列车自动门——减振降噪技术.doc

南京工程学院 车辆工程系 本科毕业设计（论文）开题报告题 目：高速列车自动门减震降噪技术的思考专 业： 机械设计及其自动化（汽车技术） 班 级： 汽车072 学 号：215070212学生姓名： 黄 华 指导教师： 张 雨 教 授 王玉国 讲 师 2011年3月说 明1根据南京工程学院毕业设计(论文)工作管理规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。2开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。5开题报告检查原则上在第24周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名黄 华学 号215070212专 业机械设计及其自动化（汽车技术）指导教师张 雨王玉国职 称教 授讲 师所在院系车辆工程课题来源企、事业单位委托课题课题性质工程技术研究课题名称高速列车自动门减震降噪技术的思考毕业设计的内容和意 义毕业设计的具体内容：安全性和环境友好性是轨道车辆具有生命力的根本所在。自动门属于高速列车重大装备，对列车安全性和环境友好性起着至关重要的作用，是保障车体内环境友好性的关键设备和屏障，由此派生了车门的减振降噪问题，2010年国家“863”计划专门为此设置了重大专项。高速列车自动门的减振降噪问题包含三个方面，即：1.高速列车门系统自身NVH特性及其对高速铁路(车内车外)振动源和噪声源的贡献份额；2.高速列车门系统结构稳定性和填料阻隔列车运行噪声(轮轨噪声和车体风噪)的效能；3.高速列车自动门外形凸起在高速时引发风噪的能力。通过开展信息收集、分析、融合、提炼工作，最后总结出可行性的技术方案。本课题研究的意义：振动和噪声污染同空气污染、水污染一样，被公认为当今世界三大公害之一，环境中的振动和噪声会影响人们的生活和工作质量及健康状况。列车运行时产生的振动和噪声严重影响了沿线居民及车内旅客的生活、工作和休息，也影响了客车的舒适度。良好的客车设计和制造，应考虑客车的声环境。振动是源，噪声是果。轨道车辆的振动和噪声问题必须综合治理。发达国家从二十世纪四、五十年代起就开始从事机车车辆研制高潮，并为高速列车的设计提供了大量的理论依据；到了八、九十年代，各国随着高速铁路的发展，开始进行一系列噪声声源及噪声传播途经的深入研究，特别是空气动力性噪声的研究通过对车辆结构及零部件的反复设计、试验，将噪声控制技术融入车辆的轻量化，气密性，各种材料及结构的优化设计之中，从而通过控制铁路噪声，来创造一个良好的车内外为环境。我国近十几年来，也在该领域进行了一些研究，不过还有相当多的不足。1. 背景随着列车速度的提高近年来制造的铁道车辆有向轻量化发展的趋势。但是速度的提高及车体的轻量化往往造成车体刚度不足和隔声性能差降低车辆振动性能增大车内噪声使乘坐舒适度下降。因此降低车内噪声、提高乘坐舒适度成为车辆设计者重点要解决的难题。研究表明通过使用新结构、新材料、新工艺可降低客车内部噪声和振动并减少车内异常响声提高乘坐舒适性1,2。客车的声学设计的顺序一般是:减振-隔振-隔声-吸声3。2. 声学原理简介2.1. 声音的性质和基本物理量2.1.1. 声音、声源和声波声音：声音是能对我们的耳朵和大脑产生影响的一种气压变化。声音形成应有两个条件：一是振动声源；二是人耳有无感觉。声源：声源通常是指受到外力的作用而产生振动的物体。文献综述声波：从物理学的观点来讲，声音是一种机械波，是机械振动在弹性媒质（包括固体、液体和气体）中的传播，所以也称声波。2.1.2. 声音的速度在20的干燥空气下测量的话，声波从它的声源出发，以 344 m/s 的速度向外传播。声波的传播速度主要与媒质温度有关，且与其成正比。声音的速度对于声源如何振动是独立的，没有什么关系，也就是说声源的振动频率不影响声音的速度。声音的速度也不受因气候变化而产生的大气的变化的影响。但是，声音的传播速度却受到它所借助的传播介质的性质的影响，表1给出了一些声音在不同的介质中传播时传播速度值4。因为材料的密度和弹性的原因，声音在液体和固体中传播得更快。表1 声音在不同介质中的传播速度介质典型速度 m/s介质典型速度 m/s空气（0）331玻璃5000空气（20）344铁5000空气（25）1498花岗岩6000水33002.1.3. 共振每一种物体都有一种叫做固有频率的特征频率，当它受到扰动的时候，它会发生在这个频率上的振动。当任何外界的振动频率和物体的固有频率正好相同的时候，这个物体就会发生共振。共振的效果是这个物体在这个频率上产生文献综述尤其大的机械振动。2.2. 声响评价指标声音的强度或者说是响亮程度取决于他的能量内含，而这种能量将影响到他所产生的压强变化。声波的振幅，也就是说每一个空气分子偏移平衡点的最大位移量，随着声音强度的增大而增大，声音的频率或者说是音调是保持不变的5。2.2.1. 声功率声源辐射波时将对外做功，声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦(w)或微瓦(uw)。声功率声源的一个基本的物理量。声功率声源的一个基本的物理量6。2.2.2. 声压声波在传播过程中，媒质中各处存在着稀疏和稠密的交替变化，因而各处的压强也相应地产生变化，声压是生场内某点空气绝对压力与平衡状态压力之差，用表示。声压的大小可用以度量声音的强弱。声压越大，则声响；声压越小，则声音听起来弱。2.2.3. 声强声波的大小或强弱也可用声强来表示。声强的定义为单位时间内通过垂直于传播方向上的单位面积内的平均声能量。声强用符号 I 表示，单位为声强具有方向性，是一个矢量。如果声音的强度要由声强来衡量的话，可以转换得到声强级。2.3. 声音的传播规律2.3.1. 声音在空气中的传播声音的类型主要包括：空气传播的声音和撞击声。2.3.2. 声波遇到障碍物时的传播声音的传播类似于机械波，当在传播的途中遇到障碍物时会反射、透射、绕射3。(1) 反射与吸收声波在传播中遇到尺寸比其波长大得多的界面将遵循波的反射定律：反射线与入射线在同一平面内；反射角等于入射角。大多数情况下，界面总会吸收一部分声能。我们将凡是没有被反射回来的声能看作是被吸收的声能，它与入射声能的比值称吸声系数(与入射角有关) 。(2) 透射与隔声隔声量是到对于某一围护结构声波入射后其隔声性能的优劣被定义为声音传过围护结构前后的声压级之差。文献综述(3) 绕射声波的传播过程中遇到障碍物或孔洞时，其波阵面会发生畸变，这种现象称为绕射。当声波的频率较低，即波长较长时，比障碍物的尺寸大得多，这种声波将绕过障碍物，并在障碍物的后面继续传播。如果障碍物是小孔，尽管孔径很小，但声波仍然可以通过小孔向前传播。当声波的频率较高时，即波长较短，比障碍物的尺寸小的多，这时绕射现象不明显，在障碍物后面声波难以达到的地方形成了“声区”。如果是小孔，在孔的外侧同样会形成声影区。3. 振动简介3.1. 振动按产生的原因分类振动是物体运动的一种形式，它是指物体经过平衡位置而往复变化的过程，机械振动是物体（或其一部分）沿直线或曲线并经过平衡其位置所作的往复运动。1) 自由振动：给系统一定的能量后，系统所产生的振动。若系统无阻尼，则系统维持等幅振动；若系统有阻尼，则系统为衰减振动。2) 受迫振动：原件或系统的振动是由周期变化的外力作用所引起的，如不平衡、不对中所引起的振动。3) 自激振动：在没有外力作用下，只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起的振动，如油膜振荡、喘振等。3.2. 振动按频率分类机械振动频率是振动检测中一个十分重要的概念，在振动检测中常要分析频率与振动幅关系，要分析不同频段振动的特点。因此了解振动频段的划分与振动诊断的关系很有实用意义。按着振动频率的高低，通常把振动分为三种类型7：机械振动低频振动： f1000H z3.3. 关于振动和噪声3.3.1. 车内噪音的发生机理振动和噪声是需要统一研究的。机械振动对车体的破坏一般是低频段（050Hz），越是结构整体的振动破坏性越大，影响车辆的振动平稳性和舒适性文献综述空缝传透振动源声源壁板振动车体室内混合室内噪声空气声固体声以及疲劳寿命。而噪声源于结构的振动，由于结构的振动引起空气的振动，以波动的形式在空气中传播，成为噪声。其形成机理如图1所示8。图1 客车内部噪音发生的机理4复合材料4.1. 复合材料简介复合材料是两种或两种以上不同性能的材料组成的多相材料，其组分材料虽然彼此作为一个整体，但是在交界面处可以将它们物理地区分出来。概括地说，复合材料是由两个或者两个以上独立的物理相组成的固体材料。通常称复合材料中的连续相为“基体材料”，称不连续相为“增强材料”。复合材料按增强材料的几何特征可分为纤维复合材料、粒子复合材料、薄片复合材料。按基体材料可分为塑料基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等。4.1.1. 复合材料是一种结构以层合结构为例，习惯上称图2中的单层为单层板，将整个结构称为层合板9。可以看出，层合板是复合材料构件的基本单元，单层板又是这个基本单元的一层，是层合结构的基本单元。4.1.2. 具有可设计性图2 层合板结构复合材料是由两种或两种以上不同强度和模量的材料组成的，而且多数又是每一铺层方向可随意设计的层合结构材料。所以可以改变组分材料的种类、含量，以及铺层的方向和顺序，使之在一定范围内满足设计要求，从而给设计人员提供了一种在一定范围内可随意改变性能的材料，以达到结构设计和材料设计高度统一的优化设计10。4.2. 层合板、夹芯板介绍层合板是最简单的层状复合材料，它是由不同方向配置的单向板迭合构成文献综述的。层合板中各单向板的顺序由下向上编号，层合板的标记用由下向上依次写出的各单向板相对于参考坐标轴的夹角表示。按照各单向板相对于中面的排列位置，层合板可有如下几种形式。4.2.1. 对称层合板中面两侧的各单向板材料相同、铺层角相等的层合板称为对称层合板。只有相互垂直的两种铺层方向的对称板称为正交层合板;只有两种铺层方向，且铺层方向的夹角不为90的对称层合板称为斜交层合板。对称层合板示意图如图3。(a) 对称层合板(b) 正交对称层合板(c) 斜交对称层合板图3 对称层合板示意图4.2.2. 非对称层合板非对称层合板的材料主方向不是关于中面对称的。4.2.3. 夹芯层合板夹芯层合板以层合板为面板，中间夹有低密度芯子的夹芯结构。在所用材料质量相等时，这种结构可以大幅度地提高层合板结构的抗弯性能，并增加层合板的受压稳定性。夹芯板的面板主要承受弯曲引起的正应力，要用高强度、高模量材料制造，芯材主要用于保持上下面板间的距离和承受剪切应力，为保证面板在稳定状态下工作，芯材也需要有一定的刚度和强度，尤其是要有较高的抗剪性能。胶接层将芯材和面板连接在一起，主要用于承受剪应力。图4 塞拉门结构文献综述5. 高速列车门结构塞拉门的机械部分基本上分为门板、驱动装置、锁闭装置、控制开关和紧急开关等。图4显示了塞拉门的主要结构及部件。驱动装置安装在车体上部，与车门相连接，由气缸、携门架、支承导轨、导轨及门连接件等组成。气缸驱动承载驱动机构完成门的往复运动11。下部导轨槽安装在门板下部，与可回转的导轮配合，起连接导向作用。由于塞拉门产品质量要求高、设计参数众多且难于凭借经验选取，因此优化设计在塞拉门制造中具有重要的作用。在塞拉门的优化设计过程中，一般铝蜂窝层的厚度和锁点的位置是调整的主要对象12，因此为了需要降低问题难度，可以将它们作为优化设计的重点对象。参考文献：1 孙加平. 车辆内部的噪声控制J. 铁道车辆, 2003,41(2):22-25.2 Tadashi OKADA.A Study on Predicting Shinkansen Noise Levels Using the Sound Intensity Method C/ JSME International Journal, Aichi, Japan, General Technology Division, Technology Research and Development Department, Central Japan Railway Company, 2004:508-511.3 杨弘. 高速列车减振降噪技术研究J. 铁道车辆,2006,44(2):9-14.4 杨弘.25T型客车减振降噪的研究D大连：大连交通大学,2008.12.5 王孚懋，任勇生，韩宝坤. 机械振动与噪声分析基础M. 北京：国防工业出版社，2006.6 沈志云. 高速列车的动态环境及其技术的根本特点J. 铁道学报,2006,28(4):1-5.7 中华人民共和国铁道部. 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3058. 铁路应用机车车辆设备冲击和振动实验S. 北京: 中国铁道出版社, 2002:1-12.8 张曙光. 350kmh-1高速列车噪声机理、声源识别及控制J. 中国铁道科学,2009,30(1):86-90.9 王聪昌.高速列车塞拉门的结构分析及优化设计D. 合肥：合肥工业大学, 2003.10 乌春霞. 汽车车门刚度的仿真分析与试验研究D. 吉林大学,2007.11 陈超. 城市轨道车辆自动塞拉门系统研究D. 南京理工大学,2003.12 王姣,陶桂东,秦文照. 客车塞拉门、车窗技术水平分析J. 铁道车辆,45(1):27-30.研究内容安全性和环境友好性是轨道车辆具有生命力的根本所在。自动门属于高速列车重大装备，对列车安全性和环境友好性起着至关重要的作用，是保障车体内环境友好性的关键设备和屏障，由此派生了车门的减振降噪问题，2010年国家“863”计划专门为此设置了重大专项。高速列车自动门的减振降噪问题包含三个方面，即：1.高速列车门系统自身NVH特性及其对高速铁路(车内车外)振动源和噪声源的贡献份额；2.高速列车门系统结构稳定性和填料阻隔列车运行噪声(轮轨噪声和车体风噪)的效能；3.高速列车自动门外形凸起在高速时引发风噪的能力。开展信息收集、分析、融合、提炼工作，最后总结出可行性的技术方案。1. 从声学角度出发，以试验研究和减振降噪基本理论为基础，论述轨道列车门声学优化设计的技术。2. 从复合材料的方面，对复合材料填料的降噪机理进行研究，选择降噪性能更好的车门填料。来减小车内噪音、增加车门隔振性能。3. 从车门的密封件和密封方式方面，比较双唇胶条密封和充气密封及压紧密封，比较出其密封性能的优劣。4. 从车门的刚度方面，避免因门扇刚度不够而导致的门扇边角处变形量变大、车门下沉，从而导致漏声。5. 根据气动噪声理论，车外门系统与车体表面的平顺性差异而导致的气动噪声增大，优化车门外形。设计说明书大纲：第一章 绪论第二章 机械振动基础第三章 升学原理与噪声理论基础第四章 高速列车自动门的减振降噪措施的研究第五章 结论研究计划起止日期工作内容第一周布置毕业