CRH2型動車組噪聲控制及改進建議

王麗紅，高 偉

（鄭州鐵路職業技術學院，1.講師；2.工程師，河南 鄭州 450052）

CRH2型動車組是南車四方聯合日本川崎重工生產，通過引進技術并逐步國產化的時速200 km的高速車款之一，它是“六次大提速”以來動車中的主力車型。其運營范圍最為廣泛，最高運營速度為250 km/h（具備提速到300 km/h的條件，6M2T編組）。根據我國實車測試及國外高速鐵路的經驗，列車在80 km/h以上運行時，速度每增加10 km/h，噪聲就會增加0.5～1 dB（A，下同）。以德國ICE為例，速度為200 km/h時，噪聲值約為80 dB，而速度為300 km/h時，噪聲值將上升到93 dB，即噪聲強度隨著速度的提高而大幅度上升。為此，結合CRH2型動車組在現有車體結構上做了大量改進的情況，在分析CRH2型動車組主要噪聲來源的基礎上，探討噪聲控制方法及改進建議。

1 主要噪聲源分析

國外測試資料表明，動車組由于具有高速、電氣化等特點，其噪聲源為輪軌噪聲、空氣動力學噪聲、集電系統噪聲和建筑物激勵噪聲等。

1.1 輪軌噪聲 輪軌噪聲是動車組的主要噪聲源。該噪聲包括車輪通過與鋼軌軌縫、道岔等粗糙的接觸表面相互作用產生的振動聲，擦傷后的車輪在鋼軌上滾動時產生的沖擊聲，通過曲線時輪對擠壓外軌及內側車輪滑行時產生的摩擦聲等。

1.1.1 影響因素 輪軌噪聲的影響因素主要有車輛自身原因以及軌道原因。車輛自身原因包括車輪表面存在踏面擦傷、剝離、錐度不符合要求以及車輪的蛇形運動等。軌道原因包括軌縫處的輪軌沖擊，軌道的垂向變形、局部不平順以及隨機不平順等。

1.1.2 傳播途徑 輪軌噪聲向車內的傳播主要是以空氣聲和固體聲的形式，如圖1所示。

圖1 輪軌噪聲的傳播途徑

空氣聲的傳播是將噪聲源發出的聲音，以空氣為媒介，從車輛的車門、車窗等各縫隙處直接傳入車內乘客耳朵。其噪聲值大小取決于車輛的密封程度。固體聲分為一次固體聲和二次固體聲。由車輪和鋼軌產生的振動經由轉向架傳到車體，最終由車體內壁的振動而產生的噪聲為一次固體噪聲。二次固體噪聲是噪聲源的輻射聲以聲能的形式傳播，引起車體地板或側墻外板振動，進而使車體內壁振動而激發的噪聲。

1.2 空氣動力學噪聲 空氣動力噪聲主要產生于車體結構本身。在車輛高速運行時，車頭形狀的不同、車體表面的凹凸不平（側窗、百葉窗、側門、車體連接部）等均會產生空氣動力噪聲。

由于車頭附近有很多集中的表面狀態變化，另外沿表面的氣流大，在列車高速運行時，會在該處形成劇烈的空氣湍流，從而產生明顯的氣動噪聲。

1.3 集電系統噪聲 集電系統噪聲主要包括受電弓系統氣動噪聲、受電弓滑動噪聲和電弧噪聲等。受電弓裝置產生的氣動噪聲是由構成受電弓的各種桿件引起的非穩態氣流，進而形成周期性的渦旋脫落產生的。在列車高速運行時，氣動噪聲特別明顯。受電弓的滑動噪聲是列車在高速運行時，受電弓的滑板與接觸導線之間滑動而產生的機械振動噪聲。該噪聲值與運行速度成正比，即運行速度越快噪聲值越高。電弧噪聲是受電弓與接觸導線之間產生的電火花聲。由于線路、車輛結構等多方面的原因，在車輛運行時，易產生因受電弓脫線而形成電火花聲。

1.4 建筑物激勵噪聲 這是一種二次噪聲。主要是軌道周圍的建筑物反射輪軌噪聲等產生的輻射振動以及高速鐵路中軌道橋梁的振動噪聲。試驗證明，列車在經過隧道和橋梁時，激勵噪聲尤為明顯。

1.4.1 隧道激勵噪聲 在列車經過隧道時，車內噪聲會提高8～10 dB。這是由于輪軌噪聲受到隧道壁的阻擋，經過多次反射，從車窗、車門、車頂、車底架等車體隔聲薄弱環節傳進車內。如圖2所示。

圖2 列車經過隧道時的噪聲傳播途徑

1.4.2 橋梁激勵噪聲 列車經過橋梁時的噪聲，可以理解為構造物噪聲，是尺寸較大的水平板的彎曲振動產生的。構造物噪聲的傳播方向，是隨著頻率的增高，由水平方向朝鉛垂方向變化的。試驗證明，列車經過橋梁時，噪聲值比在平道同一運行速度下提高5～8 dB。另外橋梁的材質和結構對噪聲值也有很大影響，混凝土制橋梁比鋼制橋梁所產生的噪聲要小得多。

2 噪聲控制與改進建議

2.1 輪軌噪聲

2.1.1 噪聲控制 從輪軌噪聲的影響因素考慮，由于目前CRH2型動車主要在既有線上運行，所以噪聲控制主要體現在車輛自身的改進上。主要措施：

1）CRH2型動車組采用大型中空寬幅鋁合金擠壓型材來制造車體，顯著降低車體重量，減小對軌道的壓力，從而減少了車輪和軌道的磨耗及摩擦聲。

2）CRH2型動車組的電機全部懸掛于構架橫梁上成為簧上質量，并采用小輪徑（直徑860 mm）的車輪、空心車軸（內孔直徑為60 mm）以減少簧下質量，簧下質量小，輪軌間的沖擊聲就小。

從輪軌噪聲的傳播途徑考慮，為了降低由其引起的車內噪聲而采取的措施：

1）CRH2型動車組的車體采用中空型材（雙殼）密封型結構，隔音效果好。列車每節車廂的車底板和車體內加裝了隔音減震墊，車廂連接處采用了全密封的雙層內外風擋，使車內噪聲得到最大程度的衰減。

2）CRH2型動車組使用電動門。當列車運行時速達到30 km以上時，車門壓緊裝置起作用，車門和車體密封，以保證車內氣密性。

3）車窗是車體隔聲的薄弱環節。CRH2型動車組的車窗使用鋼化玻璃等材料，設置成多層固定車窗。鋼化玻璃厚度約有3 cm，是一般車窗玻璃的2倍多。

2.1.2 改進建議 國外資料表明，輪軌噪聲仍然是高速鐵路的主要噪聲源。由于目前CRH2型動車主要在既有線上運行，建議優化踏面材質和車輪幅板形狀，從源頭減少輪軌噪聲。同時盡量采用吸聲性能好的內裝材料，不斷優化車體型材斷面，提高車體剛度，達到隔聲效果。在車窗外層玻璃表面涂透明隔音材料，可大大減少外部噪聲透過車體的聲能。

2.2 空氣動力學噪聲

2.2.1 噪聲控制 為了減小車頭的空氣動力學噪聲，CRH2型動車組位于列車兩端的車頭均呈流線型，前面略尖，形似子彈頭，同時整列車的車體全部為密封型結構。這種設計使處于鐵道兩側的聲屏障能夠有效發揮作用，大部分氣流沖擊噪聲可被消除。為了減小車身表面的空氣動力學噪聲，CRH2的外形設計遵循車體斷面積增加曲線理論，車身采用圓滑鼓形斷面設計，使司機室向前突出。

2.2.2 改進建議 建議盡量減少窗玻璃、門玻璃與車體的高度差，提高平順度，同時盡量使門窗與車身之間光滑過渡，避免凹陷或外突而形成表面階差。

由于轉向架部位是一個很大的豁口，運行時產生嚴重的氣流分離引起渦流，車體兩側流向底部的氣流也受到嚴重的干擾。因此，建議加寬轉向架裙板，在車輛轉向架尤其是車頭轉向架處設置覆蓋整流罩。另外可以在車間部位增加裙板和橡膠囊外風擋，減少此處的氣流分離、旋渦等。

2.3 集電系統噪聲

2.3.1 噪聲控制 受電弓是車體外露部件之一，加上受電弓的上部構件比較復雜，集電系統噪聲控制不容忽視。CRH2型動車使用高速受電弓，并在弓旁加裝了擋板，同時優化了導流罩結構，使受電弓的導流罩加長、加寬、平滑化。

2.3.2 改進建議 盡量減少突出在車頂外面的電絕緣子，如果實在必要，可以考慮采用流線型外形，并輔助裝有側板的絕緣子罩；盡量減少中間鉸，可以考慮采用單臂受電弓。

研制新的滑板材料，以減少受電弓摩擦噪聲。優化受電弓結構，減少離線率，進而減少離線火花噪聲。對于電弧噪聲也可以借鑒日本新干線高速列車的經驗，在受電弓與接觸導線接觸部分采用柔性結構，從而減少電弧噪聲。

2.4 建筑物激勵噪聲

2.4.1 噪聲控制 目前CRH2型動車采用整體密封型結構、自動的壓力保護裝置，很大程度上減少了噪聲向車內傳播，也避免了動車組進入隧道時產生的空氣壓力波動影響旅客的乘坐舒適度。

2.4.2 改進建議 建議在轉向架部位尤其是頭車的轉向架部位采用隔聲較佳的地板結構，同時注意車內各種孔和縫的密封，比如下水管道要水封等。

對橋梁的激勵噪聲，建議從線路和結構兩方面入手。橋上線路要平順，采用長鋼軌有砟道床，在鋼軌和軌枕下增加彈性防振墊和軌道減振器扣件。另一方面，橋梁要有較高的強度和較大的抗撓曲剛度，一般不采用柔性結構，梁部選用混凝土或預應力混凝土等材料，在鋼梁上也可以涂一些阻尼材料。

3 結束語

由于CRH2型動車組采用了氣密性車體結構，并從上述4個噪聲源的控制方面采取一系列的隔音降噪措施，因此有效地降低了車內噪聲。試驗證明，在車速最高時，車內噪聲也不會高于60 dB。如采納上述建議，降噪效果可能會更好。但是噪聲控制與改進畢竟是一項艱巨復雜的任務，它受各種因素的影響，并且伴隨著列車速度的逐步提高，這一問題將日益突出。而增加新的降噪措施必須十分謹慎，需要在理論研究和現場試驗的基礎上反復嘗試，綜合比選確定。