高速綜合檢測列車降噪措施研究與效果分析

張麗榮，張志軍，王東川

(1.中國北車集團(tuán) 唐山軌道客車有限責(zé)任公司，河北 唐山 063035;2.漢高股份有限公司，上海 201203)

0 引言

隨著高速鐵路的發(fā)展，噪聲污染問題更加突出.各國在修建高速鐵路時，對噪聲問題都相當(dāng)重視，采取各種綜合減振降噪措施，以滿足政府部門制定的噪聲法規(guī)和環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn).

本項目依托國家“863”課題研究，是在CRH3動車組技術(shù)平臺基礎(chǔ)上研制的高速綜合檢測列車.該車采用8輛編組6動2拖配置，最高試驗速度400 km/h以上.該車的開發(fā)為高鐵提供了專業(yè)化的實時等速檢測裝備，也為高速列車技術(shù)平臺的不斷完善提供技術(shù)儲備.由于高速綜合檢測列車特殊的動力設(shè)備布置，為其噪音控制技術(shù)帶來新的問題和挑戰(zhàn).

1 降噪措施研究

高速綜合檢測列車存在多種類型的噪聲源，可以籠統(tǒng)的劃分為車體外部噪聲及車體內(nèi)部噪聲［1］.車體外部噪聲主要表現(xiàn)為輪軌噪聲，如車輪與鋼軌粗糙面互相作用后產(chǎn)生的輪軌振動噪聲;集電系統(tǒng)噪聲，如受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線滑動而引發(fā)的機(jī)械滑動聲;空氣噪聲，如高速鐵路行駛的動車組車體表面引起的渦流噪聲;其他機(jī)械噪聲，如轉(zhuǎn)向架等動力傳動機(jī)構(gòu)噪聲.車體內(nèi)部噪聲主要表現(xiàn)為車內(nèi)動力包噪聲、空調(diào)噪聲、制動控制單元及充電機(jī)單元噪聲、檢測機(jī)柜噪聲等.針對不同類型的噪聲源，分別采用不同的降噪措施，以期達(dá)到最好的降噪效果［2］.

1.1 車體外部噪聲的控制措施

車體外部噪聲的主要控制措施為對車體鋁型材的阻尼降噪.列車在高速運行時，轉(zhuǎn)向架及受電弓等區(qū)域存在非常強(qiáng)的振動源，容易引發(fā)車體的輻射噪聲，需要對響應(yīng)部位進(jìn)行阻尼降噪處理［3］，如地板鋁型材全部噴涂4mm阻尼漿，受電弓區(qū)域鋁型材噴涂4mm阻尼漿等，如下圖1所示.

圖1 車體阻尼降噪?yún)^(qū)域示意圖

1.2 車體內(nèi)部噪聲的控制措施

1.2.1 設(shè)備艙的隔音吸音處理

由于采用8輛編組6動2拖配置，部分輔助動力設(shè)備需移到車上設(shè)備艙內(nèi)安裝，增加了單輔變流器設(shè)備單元車.單輔變流器設(shè)備聲壓級大于117 dB，為防止其噪聲源影響車內(nèi)其它部位噪聲，必須對設(shè)備艙進(jìn)行隔音吸音處理，如圖2所示.設(shè)備車過道側(cè)墻雙層鋁蜂窩板之間布置Henkel組合吸音墻模塊，墻內(nèi)壁(設(shè)備艙側(cè))貼裝耐高溫防火吸音泡沫板;地板及外側(cè)墻局部采用Henkel隔音墻設(shè)計;設(shè)備車頂部貼裝Henkel耐高溫防火吸音泡沫板［4］.

圖2 設(shè)備艙隔音吸音處理圖

1.2.2 空調(diào)通風(fēng)的阻尼隔音處理

空調(diào)機(jī)組在工作過程中，由于氣流的作用會產(chǎn)生管路噪聲，通過在管路表面包裹阻尼隔音材料，可以有效降低管路的振動輻射噪聲，同時增加管路的隔音性能.包裹效果如下圖3所示，金屬管路外表面采用Henkel約束阻尼隔音材料Terotrain D203纏繞處理，提高隔音性能.

圖3 管路隔音處理

1.2.3 制動控制單元、UPS單元、充電機(jī)單元吸音處理

制動、UPS及充電機(jī)單元是車內(nèi)重要的噪聲源，如下圖4所示，在設(shè)備隔間四周都采用Henkel 20mm厚的Terotrain A1000系列高阻尼吸音泡沫材料包裹處理，提高隔間的吸音性能.該材料是一種基于PU的具有特殊泡孔結(jié)構(gòu)的泡沫吸音材料.該材料最大特點是低頻吸音性能優(yōu)良.

圖4 設(shè)備隔間吸音處理

1.2.4 檢測機(jī)柜阻尼減振處理

機(jī)柜散熱風(fēng)扇會在工作狀態(tài)產(chǎn)生氣動噪聲，同時機(jī)柜內(nèi)設(shè)備在開機(jī)時也會產(chǎn)生低頻振動噪聲.需要在機(jī)柜面板粘貼Henkel Terotrain D203約束阻尼減振貼片，提高機(jī)柜阻尼減振效果，如圖5所示.Terotrain D203是一款基于橡膠基的帶約束層阻尼貼片，具有高阻尼減振特性.

圖5 機(jī)柜阻尼處理及仿真分析結(jié)果

2 效果分析

動力設(shè)備車內(nèi)由于安裝了3個單輔變流器動力設(shè)備，噪聲源相比其他車廂較大，針對該設(shè)備車的聲學(xué)性能特點，設(shè)備間隔墻的隔聲措施及效果是最為關(guān)鍵的.通過在結(jié)構(gòu)上采取密封、阻尼、隔音、吸音的措施，降噪效果十分明顯.

2.1 動力設(shè)備車非運行狀態(tài)設(shè)備艙點聲源測試結(jié)果

點聲源布置于設(shè)備艙內(nèi)部，如圖6source點所示，用于模擬輔助動力設(shè)備發(fā)出的噪聲.測量點位于過道及設(shè)備間兩側(cè)，如圖6黑點所示，測量點聲源發(fā)出的噪聲，考察設(shè)備艙隔墻的隔聲效果［6］.

圖6 點聲源及測試位置

圖7所示是噪聲源及過道的整體聲壓值測試結(jié)果對比圖，從過道的隔聲效果分析，設(shè)備艙總體平均隔聲量達(dá)到45 dB，達(dá)到預(yù)計目標(biāo)值，隔墻聲學(xué)處理在中高頻段有較高的隔聲性能.

圖7 點聲源狀態(tài)測試結(jié)果

2.2 動力設(shè)備車運行狀態(tài)車內(nèi)噪聲測試結(jié)果

由于輔助動力設(shè)備為主要的噪聲源，故安排測量點位于過道及設(shè)備兩側(cè)，如圖8大圓點所示.測試試驗包括車輛靜止和線路運行兩種狀態(tài)［7］.

圖8 測量位置

車輛靜止?fàn)顟B(tài)的測試結(jié)果如圖9所示，整車聲壓值最大只有63 dB，由于上部測量點靠近空調(diào)通風(fēng)口，聲壓值水平比下部略大1.5 dB.從測試結(jié)果看，靜止?fàn)顟B(tài)整車降噪措施效果良好.

圖9 靜止?fàn)顟B(tài)測試結(jié)果

車輛運行狀態(tài)的測試結(jié)果如圖10所示，整車聲壓值最大只有67 dB.測試頻譜圖顯示，中低頻結(jié)構(gòu)及輪軌噪聲明顯，空氣噪聲也有顯現(xiàn).由于空調(diào)通風(fēng)口噪聲不再是主要的噪聲源，上下部聲壓值相差很小.從測試結(jié)果看，車輛運行狀態(tài)整車降噪措施效果良好，達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo).

圖10 運行狀態(tài)的測試結(jié)果

3 結(jié)論

從高速綜合檢測動列車在靜止?fàn)顟B(tài)和運行狀態(tài)下的測試結(jié)果分析，針對車內(nèi)采取的降噪措施，達(dá)到了預(yù)期的隔音降噪效果，整車聲壓值水平控制在68 dB以內(nèi).

此次高速綜合檢測列車隔音降噪措施及效果分析，沒有對各個措施的貢獻(xiàn)量進(jìn)行詳細(xì)研究，只是對各種可能的噪聲源，進(jìn)行合理的聲學(xué)處理，達(dá)到控制整車聲壓值的目標(biāo).今后需要將各種措施細(xì)化，計算其在各種工況下的貢獻(xiàn)量，優(yōu)化現(xiàn)有方案，進(jìn)一步對噪聲理論與實際相結(jié)合進(jìn)行拓展性研究［10］.

［1］王光蘆.降低高速鐵路噪聲措施的探討［J］.鐵道機(jī)車車輛，1999(3):41-43.

［2］高軍.高速鐵路的噪聲控制方法研究［J］.鐵道運輸與經(jīng)濟(jì)，2006，28(7):82-84.

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［4］DENIS BLANCHET，ANDREW CUNNINGHAM.Building 3D SEA Models from Templates 2 New Developments［J］.SAE paper，2003(1):1541.

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［10］KITAGAWA T，NAGAKURA K.Aerodynamic noise generated by Shinkansen cars［J］.Journal of Sound and Vibration，2000，231(3):913-924.