城市轨道车辆噪声的研究.doc

城市轨道车辆噪声的研究旃】帕莹第4蝴大连铁道学院Vj10No4I989三一RNALOFDLI!曼垦AY一些蟹一一,蚪城市轨道车辆噪声的研究苗彦英宋云波王东炬(车辆教研室)(机械工程研究所)(机制实睑室)摘薹本文在7000型有轨电乍噪声及振动测试基础卜,指出城市轨道车辆的嗵声=I三要是由轮轨冲击.摩擦和牵;J电机齿轮啮台引起的通过拿内外噪声特性分析研究提出降低城市轨道车辆的轮轨噪声,牵l传动噪声,提高车辆密封性是降低车辆噪声的主要途径关键词:有轨电车;噪声:噪声源;噪声控制/城市轨道车辆随着我国城市经济的发展及人口的增长,在大中城市采用轨道交通系统具有广泛的应用前景,但同时交通噪声也会日趋严重.由于城市机动车辆的猛增,我国大中城市的交通噪声一直处r较高水平上,很多城市在发展建设过程中对噪声也未采取有效的控制措施,致使人们深受j害.因此瘦通噪声作为一种公害,已引起人们广泛注意,噪声控制的迫切性和置要性也日益为人们所认识.引起城市轨道车辆的噪声源比较复杂,对其控制有较大难度(受到车辆结构,线路状态和运用条件的影响).目前,国内许多城市正筹建城市轻轨交通为了掌握轨道车辆噪声特性,给轻轨车辆设计和有轨电车改造提供依据,大连铁道学院与大连市公共电车公司对7000型有轨电车进行了噪声和振动测试,并利用快速富里哀变换程序,进行统计学分析处理,对噪声源,幅值特性及传递特性进行了研究.17000型有轨电车噪声源分析有轨电车和地铁车轻轨车有类似结构和特点,其噪声源由以下几部分组成:艳轨冲击.摩擦产生的噪声I牵引电机产生的噪声;齿轮传动装置产生的噪声;受电弓产生的噪声;空气压缩机等设备产生的噪声;制动产生的噪声;电气系统产生的噪声.此外,门窗及车内设备安装不牢也产生噪声名噪声源相互关联,并受其中最大声源的影响1.1轮轨噪声轮轨噪声可以区分为滚动噪声,冲击噪声和摩擦噪声三种形式.轮轨噪声主要是由于车辆通过轨道接头冲击产生的,其它如线路不平,扭曲,磨损及车轮踏面不平整,剥离等缺陷郡对轮轨噪声产生影响.图1为轮轨噪声频谱图,可见其频带较宽,具有随机性,其主要峰值在1000Hz之内,最高峰值在700-800Hz之间.当有轨电车通过小曲线半径时,由于车轮在钢轨上纵向和横向滑动而产生强烈噪声闺,为有轨电车通过25米曲线半径时噪声频谱图车辆通过曲线时由于摩擦而产生的尖叫声对车内产生较大影响.本文1989年10月20H收到?国亲自然科学基叠资助项日,一I7l轮轨噪颧谱c刳2通过25m曲线肿轮轨【直战段V-32kin,h)噪f领我国铁道车辆试验表明,80公里/时以时,速度每提高10公里,时声缴增加2分m缝钢轨比无缝钢轨噪声太35分贝j1I踏面磨耗变J-4;能保I【f=良好的轮轨接触状态,他轮轨噪声提高.据国外测试,磨耗后车轮比新轮噪声提高5分啦.轮轨噪声从声源分析,Ih钢轨戒线路产生的噪声占少数.由车轮振动产生噪声占多数I商当车轮产鞋共振时,噪声将夫幅度增加轮轨噪声作为车辆主声源,对车内产生较大影响,一要以空气声形式传人乍内;另外,艳轨川击经轮轴转向架传到车俸备部分,作为激振源产生体声传入乍内.1.2牵引电机噪声从有轨电车车内外噪声测试可知,在760800Hz问有一幅值较大分量,与牵引电机噪声频谱比较吻合.随牵引电机负载增大而迅速增大,如图3所示IjfJ3擎内噪声与牵引电机噪声频谱荆牵引电机噪声由空气动力噪声,机械噪声和电磁噪声组成.并取决于功率和转速,有明昆的规律性.其频率特性与电机极数.风扇叶片有直接关系.受条件限制,牵g电机噪声是在车间测得的(图4),牵;电机噪声较高1.3齿轮传动噪声7000型有轨电车采用直齿圆柱齿轮传动,小齿轮与牵引电机轴相连,大齿轮安裴桩轴运行过程中,由于轮齿交替啮台,啮各处既有滚动也有滑动此狂由与齿间产生冲山和摩擦脏齿轮_翱齿轮箱产生振动而发生噪声.齿轮噪声属机械噪声,受由轮参数.加T:精度运转状态等多种因素影响.在检修过程中曾发现个别齿折断现象,必然增加齿之间的冲击,当转速及功率增加喙声明荷I5为齿轮箱与电机噪声棚点的频谱图l鞠4皋电机外笔振动测点的张r=234kinb,1.4空压机噪声宵轨电擎装肯双缸空压机.其噪声属综台悱噪声.主要出进出气口辐射的空气动力噪声,机械噪声和电机噪声几部分坦成宅帆在:作中暇排气饯间歇开闭气体歇强人排出从而在管内形成脉动气流-是彤成进,C嫌声翱排气喋声进排气噪声取决I.1桃转艟i盼逑低.故其噪声呈低频特并其有陆1ijLrI*1-为空压机噪声频谱图,圈町见,噪声能畦比较集中,最大峰值在300Hz处.当转速72U转,舟时,噪声在83895dB(A)空压机由共作性质决定,并不连续工作,属间歇噪声一旦当其工作时,其噪声还是很高的27000型有轨电车室内外噪声分析5龃蛇箱与电机间噪声测点频谱嘲f=.3kin/h).I.一图6空压机噪声频谱车内和车外噪声测试结果如表1所l示.1篙嚣嘉:肭低频噪声因为黼筝j谴1车内外噪声随车辆运速度提高而增加,均以低频噪户为壬t,困刀l强莉芋变提高,轮轨冲击加大车辆振动增加,牵引电机转速增加-一ll00矗E车生外声试.0.,IjI,洲.4il捌l点乍外瑚!点!j451kmll76778775S1瓢67g6售I54l777S577K2796孽u4&1(,8027q5703Su82868m助2421808()jH2281K6632sjR84884886589869J85847g5585691b9J8R:25女86179j835818185】嘶此蛙鼓84fR=35米797703l388384)世纪撕向线829哥76v89l8284879I苣舯44905脞吐7779808】墅158184j868】进站制动减谴8869086JfUjJ】启曲加速8R7906905注率1篷噤芦45dBlA)l7不I白1转速车外噪声额谱瑚10卫.号300卅虮擎春宣鼍霹中虹蹦8司机室,客童两端中央噪声频谱剞fJ=30kin,h)2jt机室噪声低于客室噪声,而客室两端噪声又较客室中央噪声低,如图8客室噪声书婴通过并种途径传人车内,车辆中央密封性差,振动大故噪声也大3Ji辆通过曲线时.虽然运行速度较低,但噪声仍达84.5dB(A)(车辆中郎)和86dB(A)(车外)比较高.4)车外噪声明大干车内噪声,当车辆速度达40公里/时时,车外噪声达到916dB(A).5)上坡时车外噪声犬于F坡时车外噪声6)进站制动时噪声有较大提高以低频为主.为进一步掌握珊电车的噪声特性.对所测噪,_.振动数扣进行r统分析处,乜括功率谱,自相关.相关,桐P及传递园数分析功率谱是随机数据的重要特征,可确才数据的频率结构.是从频率角度描述随机信号统计特性的函数,以研究随机信号由邪些频率成分组成研究表明耳内噪声_:要是低频噪声.在l00Hz内和800Hz左右有较大峰值(圈9).前者为轮轨,中击起车辆系统的非线?14:振动产生的噪声.后者为牵引电机噪声引起的.车外噪声功率谱分析叮以得到同样结论.自相关函数从时闻域上描述随机信号的基本统计特性,表征随机过程朵?州刘j?II,i-4的相依从关系.有轨电车室内噪声的自相关分析击明,车内噪声含确周划性信.符台实际情况如牵引电机噪声和齿轮啮合噪声.图10为车辆在时速3公咀时室内噪声的白相关函数L九A厂,71f.n九一L,l,VUVUlVl_25n1煳9V=40km/h运行时车内的功率谱阿【刳10V-32km/h运行时车内白丰美函数为了确定车内噪声信号与噪声源的关系,确定噪声传递途径.可利用瓦相关函数检验随机信号的相关性.图l1和图12为车内噪声与牵引电机噪声.轮轨振动的互相关函数图与互丰H关函数最大值相对应的时间延迟为18.9ms和7.8ms.初步分析表明.前者为牵引电机噪声经空气传到车内的时问,后者为轮轨振动经转向架引起车体激振而产生固体声传播到车内的时间.在分析过程中以噪声源和振动测点作输入信号.以车内噪声为输出馅j作相一f:和传递函数分析,当相干系数大干0.85时,认为输入和输出是相干的,以研究噪声的传递特性.毫13和图14为车内噪声与轮轨,牵g电机噪声的相千和传递函数图.对应频率63Hz.800Hz,其相下函数均大干0.85,说明位于低频的两个峰值乃是轮轨噪声和牵0电机通过空计八车内的陶l5为车内噪声与地板振动点的相干及传递函数图,辐千函数大jO.85.说明室内在500Hz处有由地板产生的二次固体声.+lM.WI罨11I车内噪声与牵引电机噪声的互相关函数陶.l7jl,5I20o12车内噪,dr.轮轨撒动的互相毙函数J葺1?乍峰声,鸵*Fu传递岛I数3轻轨车辆噪声控制研究f车f】4乍I啦一一,.礼制1_盟传逊j数J越过对有轨电车噪声的测试分析,可知轨道车辆的车内外噪声都比较高.这必将对牟乘,司机乘务员及沿线居民产生极大影响因此,发展城?轨道交通的关健之?就是有敞地控制噤卢对I城市轨道交通系统,噪声控制应在线路和i辆两方面分别进行本文t要分析往轨道i辆f:采取的各种减噪措施.3.1减少和抑制声源噪声根据分析,城市轨道车辆的丰声源是轮轨噪声,牵引电机噪声和齿轮由合噪声.因此汗先要政薄转向架振动性能,降低簧下重量,以减少轮轨间作用力.并通过改变车轮结构来政变噪发肘特性.盘l震H弹性车轮,防膏车轮或嚣在车轮上涂石棉沥青浆等措施都收到较好效果,荚A,Jo1.tatitFlex掸性车轮,在公时以下时,车内噪声降低7dB(A),曲线径(约43米外噪f*降低25dB(j,见罔l6.次是在转向架设计中,用空气弹簧代替中央弹簧.v型橡胶弹簧代替轴箱弹簧J,L)L-绉触翻;仆发生栩对运动的部件均采用各种橡胶减振元件,可以减少轮轨振动,_通过转向f.t;,-flI1:f隔绝噪声,7I:1-低轮轨间的磨耗筹三是减少牵0I电机噪声前已分析,牵l电机噪声丰要是冷螂毹jl艇的讪/3一.轴承等l起的机械噪声,以及由磁通不均J而引起的磁极It【三机外壳搬r一的【越r所组成.因此,首先要找出起决定作用的要噪声.强有针对要声采取措施,电艇噪声彳会li)JI降蒴是碱尚轮幽台?*IIfj合齿轮山H和摩擦,激起齿轮振动衙产lI声附此.备辟减少姐撤的措她,j;犟低漪轮的振动和噪声从轮本身讲.可采取控制街轮掸傩刚度和控制I麓的办_j行星通过改进齿轮设汁参数.后者要是改进齿轮的制造精度研究表IlJ】_采圳斜街鞍齿可降低噪声3dB,而双曲线锥肖轮传曲,_J传动平稳噪卢更低比较起来自.尚轮传动,因力的传递不平稳,使振动嫌卢较大,采J=fj,件传动比直角成交义轴传动噪声小.此外,应蕊视齿轮衙体的设仆以控制其划仃频率,通过政变篇体结构,材料和隔绝固体声来控制.J辐射都降低尚轮l声】5噪声与地板振动点十lt段传递幽数I5秀妻钢制轮l1lJ)扣I连幢/k?h.I6车内噪声对j:城d轨道车辆,空压机噪声虽然是嗣戡噪声,但影响.此应选用低噪声宅压机.或委托生产单位进行降噪研究3.2在噪声传递过程隔绝噪声车内噪声主要来源有两个,一是车外噪声透过门宙,车辆围墙.以及各种孔洞,缝隙传八车内,称作空气声,二是轮轨冲击通过转向架馓振车体四壁,地板而产生的噪声.称作固体声.因此,在噪声传递过程采用隔振,隔声,消声,吸声等措施都可有效地降低车内噪声首先,在车体结构中加强隔声,是最简便的措施.不同暖声材料采用不同的包装组成问的车体结构,可以收到不同的隔声效果.车辆上:采用的聚氯基甲簟l艟泡沫塑料,玻扁丝棉,毛毡等都硅良好的吸声材料,不但能提高车体隔热性能,降低车体的传热系数,而日,麓降低车内噪声.减少空气声的另一途径是提高车辆的密封性能,减少门窗,通风器,检查孔等的孔涧和缝隙.对于轻轨车辆铰接部分要特别注意其密封性.其次是采用隔振措施.当噪声振动通过轮对,构架,车俸传人车内时,在钢性支承处应力I】入弹性村-而避免金属的戴接接触各种设备与车体连接部位也应加隔振橡胶垫.4城市轨道车辆的噪声标准城市轨道车辆的噪声与车辆,线路有着复杂的关系,国戥,在抑制噪rl吲1r大量作.H本东急车辆公司向巴伐洛出口的车辆,静上:时设备运转噪声为69dB,运用中客室噪声为72dB.比利时BN公司生产:的轻轨车,车速为41km/h时,车内噪芦为66dB,车外噪声为72dB;车速为4:60kin/h时.乍内外噪声分别为69dB和77dB法蹦的轻轨乍辆在车迎为4-Okra/h刚.1i外75米处噪声不超过75dB.孜斟尚缺乏城l订轨道车辆噪声标准,在制定噪声标准时.应结合轨道交通特点城环境要求和被国国情进行表2为机动车辆加速时的噪声标准和f:线车辆的部分噪J标准.呵供制定标准时参考.表2机动车辆加速时的噪声标准/dB(A参考文献lC格林,风LlJ障振动手册强度与环境编辑部.19822应怀樵波形和频谱分折与随机数据处理北京:中国铁道出J眨社,19853周竹君客车噪声铁道车辆,t980(67)4淼藤良夫铁道车两骚音(1)(2)(3).I988(6-10)NoiseAnalysisofUrbanRailcarsMiaoYanyingSongYunboWangDongjuAbstractBasedonthenoiseandvibrationtestofstreetcarstype7000inDalian,pointsoutthatthenoiseofurbanrailcarismainlycausedbyshockingandrubbingofwheelsonthetruckrunningofthetractivemot