現(xiàn)代有軌電車(chē)的車(chē)外噪聲控制方法

陳士斌 吳健 徐金龍

摘 要：現(xiàn)代有軌電車(chē)作為一種熱門(mén)的出行方式受到越來(lái)越多的追捧，但其在城市中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲污染也成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。本文從實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)出發(fā)介紹了影響車(chē)外噪聲的主要因素并針對(duì)這些因素可以采取的措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明，這些經(jīng)驗(yàn)方法為有軌電車(chē)車(chē)外噪聲控制提供了方向和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有軌電車(chē)；車(chē)外噪聲；聲學(xué)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.002

1 車(chē)外噪聲的危害及影響

1.1 有軌電車(chē)的發(fā)展史

20世紀(jì)初，有軌電車(chē)作為一種新的交通方式在歐洲、美洲、大洋洲和亞洲的一些城市開(kāi)始出現(xiàn)并廣受歡迎，僅美國(guó)就有370余個(gè)城市建有有軌電車(chē)[1]。現(xiàn)代有軌電車(chē)因?yàn)樵诮ㄔO(shè)成本、建設(shè)周期、線路施工難度等方面具有優(yōu)勢(shì)，所以再次在城市軌道交通的規(guī)劃中受到追捧。

1.2 有軌電車(chē)運(yùn)行時(shí)對(duì)環(huán)境的影響

有軌電車(chē)在運(yùn)行線路的選擇上主要考慮客流因素，這樣的線路設(shè)計(jì)不可避免的要途徑商圈、醫(yī)院、學(xué)校、居民住宅區(qū)、政府辦公區(qū)等一個(gè)或多個(gè)對(duì)噪聲指標(biāo)敏感的地段，它們的開(kāi)通運(yùn)行加劇了這些區(qū)域的噪聲污染。

2 車(chē)外噪聲的產(chǎn)生及主要影響因素

影響車(chē)外噪聲的因素很多，主要是牽引系統(tǒng)噪聲和輪軌噪聲。牽引系統(tǒng)噪聲來(lái)自于牽引電機(jī)和齒輪箱運(yùn)行時(shí)的工作噪聲。輪軌噪聲來(lái)自于車(chē)輪和軌道接觸耦合后產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。牽引電機(jī)工作時(shí)的主要噪聲為通風(fēng)噪聲。齒輪箱的噪聲主要是沖擊噪聲和自鳴噪聲。沖擊噪聲來(lái)自于齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的輻射噪聲，自鳴噪聲是齒輪體的振動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)軸引起支座振動(dòng)，從而通過(guò)齒輪箱箱壁的振動(dòng)而輻射出來(lái)的噪聲。牽引系統(tǒng)和齒輪箱的噪聲控制主要由設(shè)備的供應(yīng)商完成，而輪軌噪聲的控制則由車(chē)輛制造廠商和軌道建設(shè)方配合完成。影響輪軌噪聲的主要因素有：車(chē)輛運(yùn)行速度、車(chē)輪及軌道的粗糙度、軌道的結(jié)構(gòu)形式、軌下墊片的剛度等。

2.1 車(chē)輛運(yùn)行速度

滾動(dòng)噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)通常與速度成正比，可表示為如下方程：

LP=LP0+Nlg（V/V0） （1）

公式1中，LP0是在參考速度V0下的聲壓級(jí)。速度的指數(shù)N由測(cè)試結(jié)果的線性回歸確定，典型值為30。這表示隨著車(chē)輛運(yùn)行速度的增加，車(chē)外噪聲也相應(yīng)增加[2]。

2.2 車(chē)輪及軌道的粗糙度

輪軌噪聲主要由輪軌表面的粗糙度激勵(lì)引起，車(chē)輪或鋼軌表面粗糙度激勵(lì)引起了車(chē)輪和鋼軌的垂向振動(dòng)，進(jìn)而輻射噪聲[3]。研究表明，車(chē)輪及軌道粗糙度容易引起車(chē)輪及軌道的振動(dòng)和相互作用，會(huì)激發(fā)車(chē)輪的徑向模態(tài)振動(dòng)和1節(jié)圓軸向模態(tài)與徑向模態(tài)的耦合振動(dòng)，這兩種振動(dòng)將導(dǎo)致車(chē)輪在踏面位置發(fā)生較大的變形。車(chē)輪及軌道的粗糙程度越惡劣，輪軌噪聲越大。

2.3 軌道的結(jié)構(gòu)形式

傳統(tǒng)的有砟軌道采用碎石道砟作為道床，以其鋪設(shè)方便、造價(jià)低、容易維修等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)作為世界各國(guó)普通鐵路軌道的主要結(jié)構(gòu)形式。但是輕軌車(chē)主要運(yùn)行在城市的道路上，與其它車(chē)輛共享路權(quán)，無(wú)法采用有砟軌道的形式。相對(duì)于有砟軌道良好的吸聲性能，無(wú)砟軌道更容易反射軌輪噪聲及牽引系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲，這將增加車(chē)外噪聲的控制難度。

2.4 軌下墊片的剛度

軌下墊片是軌道的重要組成部分，對(duì)輪軌噪聲有著重要的影響。軌下墊片由橡膠或者合成橡膠組成，置于軌底和軌枕之間。軌下墊片對(duì)于軌枕的保護(hù)，特別是對(duì)混凝土軌枕的保護(hù)尤為明顯，它的存在避免了混凝土軌枕在列車(chē)沖擊載荷作用下裂紋的產(chǎn)生。軌下墊片的剛度對(duì)于車(chē)輪及軌道的振動(dòng)也有著重要的影響，軌下墊片的剛度越大，對(duì)于車(chē)輛的輪軌噪聲控制越有利。

3 有軌電車(chē)車(chē)外噪聲的控制方法

3.1 牽引系統(tǒng)噪聲控制

牽引系統(tǒng)的噪聲控制始于概念設(shè)計(jì)，例如對(duì)擬使用的牽引電機(jī)進(jìn)行聲學(xué)仿真分析計(jì)算，確定最優(yōu)的風(fēng)扇、風(fēng)路、風(fēng)罩組合，提前預(yù)測(cè)產(chǎn)品的聲功率，減少設(shè)備生產(chǎn)后由于聲功率過(guò)大而引起的設(shè)計(jì)整改隱患；齒輪箱的噪聲強(qiáng)度與輪齒嚙合的動(dòng)態(tài)激勵(lì)力、輪齒、傳動(dòng)軸、軸承、箱體等的結(jié)構(gòu)形式及它們之間的傳遞特性有關(guān)，所以齒輪箱也需從概念設(shè)計(jì)階段便優(yōu)選高級(jí)別的齒輪制造精度和軸承精度，控制多級(jí)齒輪傳動(dòng)中各嚙合激勵(lì)的相位關(guān)系，合理設(shè)計(jì)箱體的結(jié)構(gòu)，使軸承支承座與箱體支點(diǎn)間的結(jié)構(gòu)連接具有足夠的剛度，以減少系統(tǒng)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲[4]。

3.2 輪軌關(guān)系中的噪聲控制

軌道結(jié)構(gòu)形式和軌下墊片剛度這些因素與線路周?chē)h(huán)境有關(guān)，在實(shí)際工程應(yīng)用中無(wú)法輕易變動(dòng)，所以只能從車(chē)輪和軌道粗糙度等方面降低車(chē)輛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲。例如根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建設(shè)方的軌道進(jìn)行粗糙度方面的驗(yàn)收，充分保證軌道粗糙度對(duì)車(chē)外噪聲的影響在合理的范圍內(nèi)；在車(chē)輛進(jìn)行噪聲測(cè)試之前先進(jìn)行1000km以上的試運(yùn)行，讓車(chē)輪和軌道的粗糙度保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

3.3 傳播途徑中的噪聲控制

不論是輪軌噪聲還是牽引系統(tǒng)的噪聲都是從車(chē)體轉(zhuǎn)向架區(qū)域向外界傳播，為了避免車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中向外傳播的噪聲過(guò)大，可以采用在有軌電車(chē)的裙板處增加吸聲材料并在裙板下方增加延長(zhǎng)橡膠的方式衰減噪聲在傳播途徑上的能量，從而減少車(chē)輛對(duì)于環(huán)境的噪聲污染。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代有軌電車(chē)作為一種熱門(mén)的出行方式受到了越來(lái)越多的追捧，但其在城市中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲污染也成為一個(gè)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。從項(xiàng)目開(kāi)始階段便著手控制影響車(chē)外噪聲的各個(gè)因素，向車(chē)輛制造方、軌道建設(shè)方、設(shè)備供應(yīng)商等單位指出他們?cè)诼晫W(xué)優(yōu)化方面的方向和工作內(nèi)容，嚴(yán)格控制影響車(chē)外噪聲的各個(gè)因素，使車(chē)外噪聲滿(mǎn)足相關(guān)法規(guī)和合同條款成為可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚復(fù)興.有軌電車(chē)的前生今世[J].同濟(jì)大學(xué)，軌道交通，2016（04）.

[2]（英）David Thompson，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所（譯）.鐵路噪聲與振動(dòng)：機(jī)理、模型和控制方法=RAILWAY NOISE AND VIBRATION_MECHANISMS，MODELLING NAD MEANS OF CONTROL_13590000 .科學(xué)出版社，2013（05）.

[3]王諦.低噪聲車(chē)輪振動(dòng)聲輻射特性研究[D].西南交通大學(xué)，2014（05）.

[4]凌晨.淺析齒輪傳動(dòng)噪音產(chǎn)生原因及降噪設(shè)計(jì)[J].河南油田齒輪有限公司，內(nèi)江科技，2014.