內燃機車噪聲測試與分析

郝英楠

（錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧 錦州121000）

0 引言

隨著我國列車速度的不斷提高，內燃機車功率不斷增大，內燃機車的噪聲也隨之增高，部分內燃機車出現了噪聲值超標的情況.內燃機車噪聲問題主要包括內燃機車聲輻射造成的外界噪聲問題以及司機室的噪聲問題.改善內燃機車周邊聲環境，保證司機室舒適性以及司乘人員的身體健康已成為必須解決的主要問題之一.因此，了解內燃機車的噪聲特性，對內燃機車的減振降噪設計，改善司乘人員的駕駛環境有重要的指導性意義［1～3］.

Ahmadian等［4］對北美重載機車司機室振動進行了測試，分析了司機室的振動特性.通過測試司機室采用不同彈性隔振器 （包括橡膠隔振器、金屬彈簧以及空氣彈簧）的隔振性能后，提出可分離式“柔性懸掛司機室”模型.Johanning等［5］則對內燃機車整體的振動和柴油機的工效進行了研究.國內學者對內燃機車噪聲問題的研究起步較晚，其中，曾斌［6］通過測試DF4型內燃機車的振動情況，分析DF4的振動頻譜，總結出了機車產生振動的原因，并且根據振動頻譜提出了降低該型號機車振動的措施.李春勝等［7］對機車的幾種隔振方案進行了對比，計算了司機室振動頻率響應函數，分析司機室彈性安裝結構的隔振效果.

本文針對內燃機車噪聲污染這一問題，利用噪聲與振動分析系統對內燃機車輻射噪聲和司機室內部主要噪聲源部位進行噪聲與振動測試，運用Artemis分析軟件進行分析，對內燃機車減振降噪研究有重要意義.

1 內燃機車噪聲測試

1.1 測試設備

采用噪聲與振動測試分析系統進行測試，該系統由SQLab II 60通道數據采集記錄器及前端、HMS III雙耳信號采集器、HPS IV數字式人工頭錄音／回放系統、聲學和振動傳感器以及Artemis分析軟件等組成.

1.2 測試工況

對某內燃機車的噪聲測試分為內燃機車外場聲壓測試和內燃機車司機室聲壓測試兩個部分.其中，外場聲壓測試是基于澳大利亞AS 2377－2002標準［8］和實際需要進行設計，而內燃機車司機室聲壓的測試依據GBT 3450－2006《鐵道機車和動車組司機室噪聲限值及測量方法》［9］和實際需要進行，測試的工況均為內燃機車定置空載和定置加載時，分別將柴油機檔位置于0、4和8檔.

1.3 測試點分布

根據標準，內燃機車聲壓測試點分別如圖1和圖2所示.其中，外場聲壓測試點距離地面的高度為1.2m，距離機車的距離為15m.

2 噪聲測試結果

2.1 外場測試結果

圖3給出了測點在外場測試中各工況的聲壓級，可以看出，當工況由空載變為加載時E、F、G、H和I點的聲壓級有不同程度的增大，其中G點的聲壓級變化最為顯著.根據內燃機車的結構，上述各測點均距冷卻室較近，當工況從空載變為加載時，冷卻室中的冷卻系統開始工作，使上述測試點聲壓級升高.當工況由空載8檔變為加載0檔時，由于柴油機轉速大幅度下降，其產生的噪聲也大幅降低，故受柴油機影響較大的B、C、J、K和L點的聲壓級有不同程度的減小.其中，D、E、I和J四點的聲壓級在12個測試點中相對較大.

圖4～圖7（見 88頁）分別給出了外場測試中D、E、I和J四點各工況下的聲壓級與頻率的關系.可以看出，同一檔位由空載變為加載時，每一個測試點的聲壓級在大于1000Hz的中高頻均有不同幅度的升高，這也證明了冷卻系統的運行與否會影響測點的聲壓級，且其對外輻射噪聲以中高頻噪聲為主.各測點在空載和加載的0檔、4檔以及空載8檔時，200～400Hz的聲壓級區別不大，由于機車輻射噪聲的低頻部分主要由機械振動引起，表明隨著柴油機檔位的升高，機車的結構振動沒有發生明顯變化；空載8檔時，測點聲壓級在160Hz處出現了較明顯的峰值，說明機車在160Hz時產生了結構性共振.當頻率大于500Hz時，隨著柴油機檔位的升高，各測試點的聲壓級有明顯區分，故機車檔位升高主要導致了高頻輻射噪聲增大.加載8檔時，冷卻室中懸掛的3個冷卻風扇開啟，各測點的聲壓級在各頻率階段均有較大幅度升高，表明冷卻風扇的聲輻射對機車周邊聲環境影響較大.另外，機車對稱測點聲壓級的差異主要是由于測試期間機車位置發生了變化.

2.2 司機室測試結果

圖8給出了各檔位司機室聲壓級與頻率的關系.可以看出：各個工況下司機室中央1.2m處在125Hz，400Hz以及3 150Hz處均有較為明顯的峰值；在4檔和8檔時，1 000Hz處也存在較為明顯的峰值.司機室內聲壓級出現峰值的原因一般為司機室結構共振或外界聲輻射.

2.2.1 司機室振動對司機室噪聲的影響

圖9～圖14（見 89頁）分別給出了各工況下司機室地板振動頻譜圖.可以看出，所有檔位在400 Hz時均有較為明顯的振動峰值，且同檔位時空載比加載時振動劇烈，這與司機室內聲壓級的規律基本一致，證明司機室結構振動對司機室地板中央在400Hz處出現峰值有一定貢獻.在4檔和8檔時，司機室的縱向振動在1 000Hz處有明顯的峰值，雖然在1 000Hz處空載8檔的縱向振動比加載8檔時弱，但空載8檔在1 000Hz處存在較強的橫向振動，這與司機室內空載8檔的聲壓級略高于加載8檔相符.在1 000Hz處，空載4檔的振動強度與加載8檔相近，高于加載4檔的振動強度，這與司機室內聲壓級的分布規律一致.在3 150Hz處，隨著檔位的升高，司機室的垂向、縱向和橫向振動增強，符合司機室聲壓級在3 150Hz處存在較為明顯的峰值的規律.

2.2.2 司機室外部噪聲對司機室的影響

圖15～圖16（見 90頁）給出了空載和加載8檔時人工頭、柴油機以及司機室地板中央1.2m處的FFT頻譜圖.可以看出，由于司機室在400Hz以及1 000Hz處產生結構共振，因此在這兩個頻率處的峰值相對柴油機處的峰值較為突出.司機室內聲壓級的走勢與柴油機處聲壓級的走勢在5 000 Hz之前趨于一致，司機室內聲壓級峰值與柴油機處的峰值一一對應，說明外界噪聲源對司機室的影響較為明顯.

3 結論

本文通過分析內燃機車噪聲的測試結果，發現外場測試的12個測試點中D、E、I和J四個點受噪聲源影響明顯，聲壓級較大；機車工況的改變主要影響外場各測試點400Hz后的中高頻噪聲；冷卻風扇的開啟會增大外場各個測試點的聲壓級；外界噪聲源影響司機室整個頻段的噪聲，振動使個別頻率處的聲壓級有較大的升高.