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高速 列车 自动门 减振降噪 技术

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4170高速列车自动门——减振降噪技术,高速,列车,自动门,减振降噪,技术

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南 京 工 程 学 院毕业设计任务书车辆工程 系 机械设计制造及其自动化(汽车技术)专业设 计 题 目高速列车自动门减振降噪技术的思考学 生 姓 名黄 华班 级汽车072起 止 日 期2011.2.212011.6.10(1周16周)设 计 地 点汽车实验室指 导 教 师张雨/王玉国教研室主任邹政耀发任务书日期 2011年2月21日1.毕业设计(论文)的原始数据：国外的高速列车运营时速通常为250330 km/h，2008年京津铁路运营时速达到350 km/h，2010年12月我国京沪高铁先导段CRH380A动车组最高时速已达到486.1 km/h，2011年，铁道部将在京沪高铁试验段上进行500 km/h试验。目前，中国投入运营的高速铁路已达6920公里，在建高速铁路1万多公里，运营里程居世界首位，全国铁路每天开行高速列车1000列左右。中国的高速铁路将占领世界高铁技术的制高点，引领世界未来铁路发展趋势，正如德国世界报消息称，中国已成为高科技火车生产商，正在快速占领世界铁路市场。高速列车是尖端技术的高度集成，涉及动车组总成、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器等九大核心技术以及车门、车窗、空调等十项关键技术。车外门是乘员等进出的通道，要求车外门在车辆行驶时，不得因振动、会车、碰撞等事故而自动打开，不得在发生事故后因扭曲变形而打不开，不得发生过量的门扇变形，不得因车体变形振动形成密封面闪缝而造成车厢内噪声增大。因此车外门是非常重要的安全件和舒适件。提高列车速度等级需要在机械、材料、控制、空气动力学等方面开展系统研究，以解决车外门系统的刚度、强度、动力学特性、隔声、隔热、密封、控制等技术难题，其中外门减振降噪设计是关键。目前时速330 km/h350 km/h的车外门系统核心技术掌握在国外供应商手中，且现有的车外门系统在武广、郑西高速铁路运行时也存在共振、密封不严、隔声降噪效果不佳的情形，影响了列车运行的安全性和舒适性，同时目前国内外尚无适合时速380 km/h及以上的高速列车车外门相关技术。2.毕业设计(论文)的内容和要求(包括技术要求、图表要求以及工作要求等)：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：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；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；高速列车自动门外形凸起在高速时引发风噪的能力。因此，高速列车自动门减振降噪技术需要引起特别关注，需要综合性地在设计、试验、结构、材料、形状、装配、安装、使用等方面开展研究。本课题为此开展信息收集、分析、融合、提炼工作。3.毕业设计(论文)应完成的技术文件：撰写毕业论文“高速列车自动门减振降噪技术的思考”，总量3.5万字(康尼学生要求3.0万字)。4.主要参考文献：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.雷晓燕,圣小珍. 铁路交通噪声与振动M. 北京:科学出版社,2004.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.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.张雨,王玉国,辛江慧,蒋平. 考虑瞬态压力波效应的高速列车车门模态试验分析J. 噪声与振动控制,2010,31(3).有关康尼机电股份有限公司高速列车自动门的电子资料文档一批.5.毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：起止日期工作内容备注第一周布置毕业设计(论文)任务；了解毕业设计(论文)内容。第二周查阅文献资料。第三周撰写文献翻译。第四周撰写文献综述。第五周提交开题报告，举行开题报告会(每人15 min报告)。开题阶段结束第六周在列车噪声源及其速度分布领域收集资料，重点在门扇充填材料、因车外门刚度而致的变形、车外门密封装置、车外门与车体表面的平顺性四个方面。第七周撰写毕业论文相关章节。第八周在高速列车外门减振降噪设计领域收集资料，重点在开发新型复合阻声材料、改善车外门刚度、研究新型密封装置三个方面。第九周继续在高速列车外门减振降噪设计领域收集资料，重点在优化车外门结构形式、优化制造装配工艺、建立外车门振动噪声特性的检测手段三个方面。第十周撰写毕业论文相关章节。第十一周在电动式振动/冲击试验台上对车外门-框架系统按照IEC 61373标准激振，检测车外门-框架系统的振动形态，在时域和频域分析车外门-框架系统的振动特征。在南京康尼机电股份有限公司第十二周撰写毕业论文相关章节。第十三周归纳高速列车外门减振降噪设计需要解决的关键技术。第十四周撰写毕业论文相关章节。设计阶段结束第十五周整合、整理、打印毕业论文。第十六周准备答辩、举行答辩。答辩阶段结束教研室审查意见：同 意。 室主任 2011年1月19日系部审查意见：同 意。 教学主任 2011年1月20日注：本选题受南京康尼机电股份有限公司产学研项目“门系统振动和冲击试验及检测子系统”，项目编号K09-01-01资助。3南 京 工 程 学 院毕业设计（论文）选题、审题表教研室汽车/轨道车辆指导教师张雨/王玉国职称教授/讲师申报课题名称高速列车自动门减振降噪技术的思考课题性质文献型综述课题来源B企、事业单位委托课题课题简介据德国世界报消息称中国正在成为铁路超级大国，中国的高速铁路里程正在迅速延伸，计划到2015年将达到1万公里通车里程，需要配属大量车辆，推动了高速列车车辆装备产业快速发展。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：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；高速列车门系统结构稳定性阻隔列车运行噪声(轮轨噪声和车体风噪)的效能；高速列车自动门外形凸起在高速时引发风噪的能力。因此，高速列车自动门减振降噪技术需要引起特别关注，需要综合性地在设计、试验、结构、材料、形状、装配、安装、使用等方面开展研究。本课题为此开展信息收集、分析、融合、提炼工作。所需经费上机时数课题要求（包括所具备的条件） 掌握高速列车自动门的结构原理。 很强的文献收集能力。 很强的文献综合分析、信息融合能力。课题工作量要求撰写毕业论文“高速列车自动门减振降噪技术的思考”，总量3.5万字(康尼学生要求3.0万字)。教研室审定意见同意。室主任签字：系领导小组审定意见同意。系主任签字：说明：1、该表为毕业设计（论文）课题申报时专用，由选题教师填写,经教研室讨论、室主任签字，报系领导小组审定，系主任签字后生效。 2、上机时数可填：xx时数/人或者该课题所需总时数。 3、 选题结束后，该表要求统一存放在系办公室备查。 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设计(论文)任务；了解毕业设计(论文)内容。第二周查阅文献资料。第三周撰写文献翻译。第四周撰写文献综述。第五周提交开题报告，举行开题报告会(每人15 min报告)。第六周在列车噪声源及其速度分布领域收集资料，重点在门扇充填材料、因车外门刚度而致的变形、车外门密封装置、车外门与车体表面的平顺性四个方面。第七周撰写毕业论文相关章节。第八周在高速列车外门减振降噪设计领域收集资料，重点在开发新型复合阻声材料、改善车外门刚度、研究新型密封装置三个方面。第九周继续在高速列车外门减振降噪设计领域收集资料，重点在优化车外门结构形式、优化制造装配工艺、建立外车门振动噪声特性的检测手段三个方面。第十周撰写毕业论文相关章节。第十一周在电动式振动/冲击试验台上对车外门-框架系统按照IEC 61373标准激振，检测车外门-框架系统的振动形态，在时域和频域分析车外门-框架系统的振动特征。第十二周撰写毕业论文相关章节。第十三周归纳高速列车外门减振降噪设计需要解决的关键技术。第十四周撰写毕业论文相关章节。第十五周整合、整理、打印毕业论文。第十六周准备答辩、举行答辩。特色与创新本论文特色： 通过复合材料、门的密封件和密封方式、门的刚度、气动噪声等方面进行综合考虑，来优化高速列车门振动、噪声，初步得到列车外门减振降噪的关键方案。本论文创新：基于高速列车自动门的振动试验，以塞拉门的模态分析技术为突破口，改善结构，合理设计，提高列车外门的密封性，使车门满足降噪和密封的要求。指导教师意见同意指导教师签名：2011年 3月23日教研室意见同意主任签名： 2011年 3月 23日系部意见同意 教学主任签名： 2011年 3月 23日南京工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）材料清单专业： 机械设计制造及其自动化(汽车技术） 学生： 黄 华 学号： 215070212 题目： 高速列车自动门减振降噪技术的思考 序号本科毕业设计（论文）材料清单内容份数备注1毕业设计(论文)选题、审题表1份2毕业设计(论文)任务书 1份3毕业设计（论文）开题报告1份4毕业设计说明书（论文）1份5电气原理图或软件硬件清单共 份 份 份 份 份 份6毕业设计指导教师审阅表1份7毕业设计评阅教师审阅表1份8毕业设计（论文）答辩及综合成绩评定表1份9毕业设计（论文）电子光盘1片填表人（签名）： 指导教师（签名）：南京工程学院车辆工程系 本科毕业设计（论文）题 目： 高速列车自动门减振降噪技术 的研究 专 业：机械设计制造及其自动化（汽车技术）班 级： 汽车072 学 号： 215070212学生姓名： 黄 华 指导老师： 张 雨 教 授 王玉国 讲 师 起止日期： 2011.2.212011.6.10 设计地点： 汽车实验室 南京工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）第五章 结 论5.1 工作总结随着高速列车车速不断提高，高速列车自动门的振动噪声问题日益突出，影响列车的乘坐舒适性和安全性。为此，本文全面思考了高速列车自动门减振降噪技术所涉及的各个方面。所做的主要工作如下：(1)了解高速列车自动门的结构，对高速列车自动门的结构有感性认识。(2)对振动理论进行总结，掌握机械振动的一般规律。(3)学习噪声的基本控制方法，为高速列车自动门降噪提供分析角度。(4)简介产品健壮工程，为高速列车自动门减振降噪提供了技术路线。(5)从高速列车自动门的充填材料、密封装置、与车体表面的平顺性及结构方面，分析了复合材料阻振机理，提出了密封装置的改进方法，考虑了空气阻力和车门刚度对高速列车自动门减振降噪的影响。(6)提炼相关标准形成了高速列车自动门振动冲击试验、模态试验和隔声性能试验的主要内容，为制定高速列车自动门振动冲击、模态、隔声性能等试验的大纲提供了指导。(7)归纳高速列车自动门制造管理方法，为生产高速列车自动门提供指导。5.2 研究结论研究结论如下：(1)复合材料具有良好的隔声隔振性能，且具有各种优良的力学性能，可用作高速列车自动门的充填材料。其中玻璃纤维复合材料因其隔声隔振效果突出以及原料来源广泛，应该加以重视。(2)优化高速列车自动门与车体表面的平顺性，可以减少列车高速行驶时的气动噪声，从而降低车内噪声。(3)高速列车自动门采用双唇条密封方式进行密封，其密封性能较好，有必要对其密封机理进行深入的研究。 (4)增加高速列车自动门的刚度，可以提高高速列车自动门的固有频率。可以通过建立高速列车自动门骨架模型，进行高速列车自动门刚度的研究。(5)采用产品健壮工程的技术路线，指导高速列车自动门的设计与制造，提高高速列车自动门的可靠性。(6)提炼相关标准形成了高速列车自动门振动冲击试验、模态试验和隔声性能试验的主要内容。(7)通过加强高速列车自动门制造过程中的管理，可以避免产品内在可靠性（产品设计完成后具有的可靠性）退化，提高产品的一致性、可靠性。56南京工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）致 谢本论文的主要工作是在张雨教授和王玉国讲师的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和论文的全部工作中无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。在多年的学习生活中，还得到了许多学院领导、系领导和老师的热情关心和帮助。在日常学习和生活中，钱鹏飞、王豪超等都给予了我很大帮助。我也要感谢我的父母和亲人，他们在我的学业中给了我莫大的鼓励、关爱和支持。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！衷心地感谢在百忙之中评阅我的论文和参加答辩的各位老师！ 黄华2010年6月 于南京57南京工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）参 考 文 献1 周涛.高速列车对建筑结构的振动影响D.长沙:中南大学,2009.2 包学海.高速客车车体和构架结构振动研究D.成都:西南交通大学,2009.3 刘国伟.270 km/h高速机车自密封门的开发研究J.铁道机车车辆:2003,23(4):18-20.4 史翔,杨清林.高速列车塞拉门瞬态动力学分析J.南京工程学院学报(自然科学版);2006, 4(2):34-37.5 易良榘.简易振动诊断现场实用技术M.北京:机械工业出版社,2003.9-10.6 杨弘.25T型客车减振降噪的研究D大连:大连交通大学,2008.12.7 杨弘.高速列车减振降噪技术研究J.铁道车辆,2006,44(2):9-14.8 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,2006.9 毛东兴,洪宗辉.环境噪声控制工程M.北京:高等教育出版社,2010.1.10 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, 2004:508-511.11 张瑞亭,赵云生.高速列车的减振降噪技术J.国外铁道车辆,42(2):10-16.12 刘新东,刘伟.复合材料力学基础M.西安:西安工业大学出版社,2010.8.13 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):27-30.14 田红旗,梁习锋,许平.列车空气动力性能研究及外形、结构设计方法J.中国铁道科学23(5):138-141.15 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):1-5.16 乌春霞.汽车车门刚度的仿真分析与试验研究D.吉林大学,2007.17 TB/T 3058-2002,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, 2002.12.18 GB/T 8485-2008,建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法S.上海:中国建筑科学研究院,2008.7.58南京工程学院车辆工程系本科毕业设计（论文）附录A：英文资料A Study on Predicting Shinkansen Noise Levels Using the Sound Intensity MethodTadashi OKADAThe purpose of this paper is to demonstrate a new method developed to predict track wayside noise levels resulting from the passage of high-speed trains. The method calculates noise levels based on data acquired by the sound intensity method developed by the Central Japan Railway Company. This measurement method allows one to identify each sound source and its characteristics as well as identify how much each source contributes to the overall resulting noise level. Structure borne noise and multiple reflected noise between train car bodies and noise barriers are also studied. As a result of this study, a prediction method was created which can calculate and predict noise levels resulting from such various factors as structure, train type, train speed and noise barrier. Noise levels predicted during this study agreed well with those actually measured under various conditions, thus indicating the prediction method model resulting from the study is a useful tool to verify noise levels occurring at receiver positions. Furthermore, it can also verify in advance how much effect noise barriers or train source noise level reduction devices would have on noise reduction.Key Words: Acoustic, Measurement, Noise, Railway, Prediction Method, Shinkansen, Sound Intensity Level.A.1 IntroductionThe Central Japan Railway Company, CJRC here-after, is making an effort to improve the track wayside environment such as noise levels related to train operations, by modifying train aerodynamics and installing noise barriers along track routes. In relation to this, CJRC has been studying methods to identify and position sound sources resulting due to trains traveling at high speeds. The sound intensity method, which creates contour maps of train-generated noise, is one of achievements of our study. This paper introduces a model for calculating a train wayside noise profile for passing high-speed trains by using sound intensity level data measured by the method developed during the study.A.2 Sound Intensity Method Fig.1 Noise level of sound meterFig.2 Noise level of linear microphone alley systemIn order to clarify the characteristics of sound sources of trains traveling at high speeds, it is necessary to first identify the position which sound sources emanate from. A sound level meter was used to measure noise levels during train passage. Figure 1 shows an A-weighted sound pressure level obtained from sound level meter readings .In this case, it is difficult to identify any specific sound source because the time constant involved is too slow, so the unit-pattern comes to a single peak. We next employed a system of linear alley positioned microphones to identify sound sources resulting from high-speed train passage. This system is designed to obtain sound coming vertically to microphones in the alley. As shown in Fig. 2, this system allows one to identify sound sources resulting from the passage of trains several hundreds of meters in length. It also allowed us to identify sound sources at the train head and tail, pantographs, and coupling areas. How-ever, this method is not able to distinguish sound sources in vertical direction, which means that it can not separate sound sources for bogie parts from that of coupling areas. The alley microphone system can distinguish noise sources occurring for more than a 5-meter passage due to its directional ability, but this is not enough to determine how much noise the source actually generates.CJRC next developed the sound intensity measurement system shown in Fig. 3 (a). Six sound intensity microphones, positioned vertically at intervals of 1.2 meters from rail level, were set 1 meter from the train body passage area1. This system measured the intensity level of sounds generated by a high-speed train passage at 10 msec intervals using a real time analyzer. Contour maps were then drawn based on the acquired data. Figure 3 (b) shows a contour map for a series 700 Shinkansen train operating at a speed of 270 km/h. The dark colored map areas are noise sources. As can be seen, it identifies sound source positions, not only horizontal to travel direction but also vertically, so the sound source level generated by a passing train can be precisely pinpointed. A.3 Prediction Method for Train Wayside NoiseBased on the obtained sound position and sound intensity level data, we developed a new prediction method to calculate noise levels occurring at wayside areas during high-speed train passage 1. Our goal was to create a method that can be used to predict and verify wayside noise occurrence and also to determine what noise reduction measures, such as noise barriers and low noise trains are effective. To achieve this goal, our method is designed to calculate noise levels resulting from the various conditions shown in Table 1. In our study, we acknowledged that the calculated level did not agree well with the level measured in the wayside area adjacent to the track. We assumed that the difference was caused by structure borne noise and multiple reflected noise between train car bodies and the noise barrier. Considering this, we conducted an additional study to incorporate the effects of such noise factors into the method. A.3.1 Train passage sound source modelFrom the contour map resulting from the sound intensity level data, we decided on using the following four sound sources as the main high-speed train noise factors during calculation. As shown in Fig. 4, these are the (a) bogie part, (b) pantographs and their covers, (c) car coupling areas, and (d) head and tail sections. We assumed a horizontal directivity of for bogie part sound source (a), other three types of noise sources are non-directional.In the prediction model, the sound power level of each sound source is determined from Eq. (1), as shown below. We investigated the relationship between the intensity of sound generated by each sound source and the train speed, when traveling at 200km/h to 300km/h, and determined values for “m” as shown in Table 2. (1): Sound power level of noise source: Passing speed when the SIL is measured: Distance between microphone and noise source: Maximum level of SIL for individual source: Traveling speed for the prediction: Power-law for traveling speedA.3.2 Sound source model for structure borne noiseNoises generated by structures must be considered when calculating noise levels in areas close to elevated structures. In consideration of this, we propose the following for the prediction model (2) based on some of the field measurements taken.Assume multiple point sound sources lay on the under surface just below the track on which the train passes by at adjacent bogies intervals as shown in Fig. 5.The value of each point sound source, LWP, is determined as 85.5 dB at a speed of 265 km/hAssume that the point sound source has a directivity of cos2, where is an angle whose direction is in the vertical to the under surface of the elevated structure.Consider image sources corresponding to ground reflected sound.Sound power for each point sound source is proportional to passing speed V to the power of 2.A.3.3 Sound propagation calculationThe model calculates train wayside noise level during Shinkansen train passages using the equation previously mentioned and also considers sound propagation by following procedure.(1) The noise level from each sound source is calculated at 10 msec intervals, and considering attenuation damping and noise reduction due to noise barriers.(2) Adjust time delay caused during sound propagation and consider time weighing, calculate the noise level of each sound source at the receiver position correspondent to the passing high-speed train.(3) Sum up the noise level of each sound source and calculate total sum noise level for the passing high-speed train.Maekawas chart shown in Fig. 6 is used to calculate the