軌道包覆材料的降噪性能研究

柳桂華 李 彬 龔 偉 劉 祥 葉 茂

1.廣州有軌電車有限責任公司

2.廣州大學-淡江大學工程結構災害與控制聯合研究中心

軌道包覆材料的降噪性能研究

柳桂華1李 彬1龔 偉1劉 祥2葉 茂2

1.廣州有軌電車有限責任公司

2.廣州大學-淡江大學工程結構災害與控制聯合研究中心

為探討雙塊式、套靴式、嵌條式軌腰包覆材料的降噪性能，以及有軌電車誘發環境噪聲的傳播和衰減特性，在距軌道中心線3.5m、7.5m、25m處布置測點，對有軌電車運行產生的環境噪聲進行現測試，獲取噪聲連續等效A計權聲壓級，結果表明:在距離軌道中心線3.5m處，雙塊式、套靴式、嵌條式包覆材料對于降低環境噪聲均有效果，嵌條式包覆材料最好，雙塊式包覆材料次之，套靴式降噪效果一般。距離軌道中心線越遠，由于環境因素的增加，三種包覆材料的降噪效果不明顯。

有軌電車；噪聲實測結果分析；鋼軌彈性體材料；連續等效A計權聲壓級分析

1 引言

作為一種新型的綠色環保軌道交通載具，近年來現代有軌電車在我國得到了迅速的發展，為緩解目前城市交通堵塞和環境惡化等問題發揮了重要作用，但列車運行時引起的振動和噪聲問題也給城鎮居民的生活帶來了困擾，引發了許多問題。如何解決列車運行引發的噪聲問題，國內外許多學者在這一領域做了很多研究也取得了卓著的成果。有軌電車嵌入式軌道作為一種新型軌道，很好地適應了人們對于環保、綠化、低噪聲的需求，因而得到廣泛地應用，國內外學者對其結構特性，穩定性等已經做了許多研究[1-5]，但是對于嵌入式軌道的軌腰彈性包覆材料的降噪效果研究卻很缺乏，特別是現場實測。因此展開對軌道包覆材料的實際降噪效果研究顯得很有必要，為今后有軌電車的建設發展提供合理科學的建議。

為此，本文分別對雙塊式（工況一）、套靴式（工況2）、嵌條式（工況3）軌腰包覆材料，以及無覆土無包覆材料（工況4）這四種工況進行了現場測試，如圖1所示。通過對測試獲得的噪聲數據進行連續等效A計權聲壓級分析來評價雙塊式、套靴式、嵌條式軌腰包覆材料的現場降噪效果。

圖1 現場測試圖

2 現場測試概況

本次測試的地點位于廣州市海珠區有軌電車線路琶洲大橋南站和琶洲塔站之間，周圍是居民區，夜間測試，測試過程中無雨雪、雷電天氣，且風速5m/s以下，列車分別以時速30km/h（正常運營狀態），40 km/h，50 km/h，60 km/h運行。為保證數據有效性和可靠性，取20次測試記錄結果進行分析。

現場測試采用丹麥B&K 3560D噪聲與振動信號采集分析系統，軌道線路噪聲的測試，按照《GB-T 5111-1995鐵路機車車輛輻射噪聲測量》；《GB12525-90鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》規定進行。本文線路噪聲測試主要評價不同包覆材料的降噪效果，同時了解其空間分布規律。上述兩種規范對測點位置并未作出明確規定，綜合考慮，按歐洲標準BSENISO 3095-2006布置3個測點：傳聲器架于萬用支架上，置于機車車輛兩側距通過軌道中心線的垂面3m，7.5m，25m，距軌面高度1.5m處，如圖2所示。

圖2 線路噪聲測試

3 測試數據的結果分析

噪聲信號的測試數據分析主要是不同軌道包覆材料下的測試噪聲數據等效連續聲壓級分析。典型噪聲聲壓時程曲線，如圖3所示。

圖3 聲壓時程曲線

（時速30 km/h嵌條式包覆材料有覆土距軌道3.5m處）

由圖3可以看出在噪聲聲壓信號由近及遠保持一致的衰減趨勢，在遠端（25m處）無波峰波谷，呈現平穩狀態，基本與背景噪聲聲壓無異。

A計權聲壓級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感覺，對于一個連續的穩定噪聲，它是一種較好的評價方法[6]。但是對于起伏的或不連續的噪聲，則很難確定A聲級的大小，為此提出了用噪聲能量平均的方法來評價噪聲對人的影響，也即時間平均聲級或等效連續聲級，用Leq表示，這里仍用A計權，故亦稱等效連續A聲壓級LAeq。每個測點連續采集20次，取算數平均值，結果如表1所示。

表1 連續等效A聲壓級 單位：dB(A)

3.1 速度因素對線路噪音的影響

表1表明：隨著速度的增加，線路噪音產生的聲壓級也會明顯的增加，總體來說，線路噪音聲壓級并不是隨著速度的增加而線性的增加，隨著速度越來越高，增加幅度有收窄的趨勢。

3.2 距離因素對線路噪音的影響

表1表明：隨著距線路中線的距離增加，線路噪音產生的聲壓級也會明顯的降低，在同一速度的情況下，7.5m處相比3.5m處，聲壓級減少6.12-7.95dB，25m處相比7.5米處5.71-6.26dB。

3.3 不同工況因素對線路噪音的影響

不同工況因素對線路噪音的影響如圖4所示，表明：在3.5m處，雙塊式包覆材料，套靴式包覆材料，嵌條式包覆材料均有降噪效果，隨著速度增加至40～50km/h時，材料的降噪效果變得明顯，但當列車速度達到60km/h時，不同材料的降噪效果并無太大區別，因為隨著速度的增加，列車運行時產生的噪聲除了輪軌噪聲外，牽引電機噪聲和輔助設備噪聲的因素也不可忽視[7]；隨著距離的增加，由于環境因素的影響愈多，三種包覆材料降噪效果不明顯，又考慮到該次測試是在夜間進行，環境因素較少故背景噪聲值偏低，所以可得出結論，四種工況下，在距軌道中心線25m處的噪聲值與背景噪聲基本無異。總體上來說，基于測試結果，嵌條式包覆材料降噪最好，雙塊式包覆材料次之，套靴式降噪效果一般。

4 結束語

(1)雙塊式、套靴式和嵌條式三種包覆材料對降低有軌電車運行產生的噪聲輻射均有貢獻，但是減噪性能并不明顯，總體來說，在電車正常運營時，嵌條式降噪效果最佳，雙塊式次之，套靴式最差。

(2)隨著速度的增加，四種工況下的線路噪音聲壓級明顯的增加，但并非線性遞增，隨著速度越來越高，增加幅度有收窄的趨勢；

(3)隨著距離軌道中心越遠，線路噪聲聲級明顯降低，呈一致的衰減趨勢[8][9]。

圖4 工況對聲壓級變化的影響

[1]李洪強,吳小萍.城市軌道交通噪聲及其控制研究[J].噪聲與振動控制,2007,27(5)：78～82.

[2]趙悅.輪軌系統振動、聲輻射預測及控制研究[D].成都:西南交通大學,2013.

[3]劉婷林.基于彈性顆粒體材料的埋入式軌道結構減振降噪性能研究[D].西南交通大學,2015.

[4]Thompson D J.Railway noise and vibration:mechanisms,Modeling and Means of Control[M].Nederland:Elsevier,2009.97～257.

[5]C.J.C.Jones,etal.Bogie shrouds and low track side barriers for the control of railway vehicle rolling noise[J].Journal of Sound and Vibration,1993(1),427～431.

[6]張登攀,高志強.噪聲1/3倍頻程計權聲級算法[J].河南理工大學學報(自然科學版),2013(6):709～712.

[7]江小州,焦洪林,楊剛,羅炯,趙悅,溫澤峰.嵌入式軌道結構的聲振特性參數優化研究[J].噪聲與振動控制,2015(3):10～18.

[8]何遠鵬,焦洪林,趙悅等.嵌入式軌道彈性材料特性對鋼軌振動聲輻射的影響[J].噪聲與振動控制噪聲與振動控制，2015,35(3)：51～55.

[9]徐連萍,邵俊捷.現代有軌電車噪聲機理及減振降噪技術[J].城市軌道交通研究,2017(2):101～104.