地鐵車輛車內噪聲原因分析及解決措施

田云坤

摘要：地鐵車輛舒適性最直觀的感受就是車輛運行過程中產生的噪聲，造成噪聲的大部分原因在于地鐵線路以及車輛輪對的非圓化特征。針對車輪的非圓化，現在國內外大多數都是采用的車輪鏇修的方式。本文通過對這一現象的分析，提出一種采用對3D 打印技術車輪進行焊接填補的方法來化解當前車輪非圓化。

關鍵詞：噪聲;鏇修;焊接;3D打印

Abstract： The most intuitive feeling of metro vehicle comfort is the noise generated in the process of vehicle operation. Most of the noise is caused by the non-circular characteristics of metro lines and vehicle wheelsets. In view of the non-circular wheel， most of the wheel lathing is adopted at home and abroad. In this paper， through the analysis of this phenomenon， a method of welding and filling the wheel with 3D printing technology is proposed to solve the current wheel non-circular.

Key words： noise;repair;welding;3D printing

0? 引言

地鐵作為一種公共交通形式，近年來，在我國一二線城市發展迅速，逐漸成為各大城市公共交通的骨干。地鐵系統由于其快速便捷、準點率高、運量大、污染小等特點，在緩解中大型城市交通擁堵、拓展城市空間、降低城市環境污染和提高市民生活質量等過程中扮演了十分重要的角色[1-2]。作為直轄市的重慶也于2005年正式開通了重慶的第一天軌道線路，并于2011年正式開通第一條地鐵線路。隨之，運營里程在不斷的增加，目前為止重慶軌道線路運營里程達到了300多公里。隨著地鐵交通的快速發展，地鐵列車車內噪聲問題也逐漸凸顯，并受到了社會各界的廣泛關注[3-7]。車內噪聲對司機和乘客的影響較大。并且當長時間處于高分貝的車內噪聲狀態下會使人頭痛、頭暈、暴躁等情緒，甚至可能會對人的聽覺器官產生永久性的損傷[8-10]。所以研究車內噪聲對舒適性的影響是非常有必要的，這會加快我們對降噪采取有效的措施的研究以及使用[11]。

1? 影響因素

1.1 空調機組噪聲

空調裝置是安裝固定在車體上，如圖1所示，所以空調工作時所產生的振動噪聲會通過車體傳遞到車廂內部，從而產生噪聲[12]。并且，由于車速的原因，空調通風系統的回風口處于氣流不穩定狀態，從而會產生空氣動力性的振動噪聲，這是會直接作用在車廂里，讓人感受到噪聲[13-16]。

1.2 其他附件噪聲

不僅是空調機組噪聲，而且還有牽引電機等車輛附件產生的噪聲。牽引電機噪聲主要有以下幾類：空氣動力噪聲;機械噪聲;電磁噪聲;電機冷卻風扇噪聲;然而空氣壓縮機的噪聲主要是由于自身的振動和氣流被間歇吸入和排出而造成的空氣動力噪聲[17-19]。

1.3 輪軌噪聲

除去以上的附件產生的噪聲以外，輪軌噪聲才是機車車內噪聲的主要來源[20]。輪軌噪聲主要是由于鋼輪鋼軌之間的直接摩擦產生的，特別是由于制造工藝的水平有限，鋼軌的不平順對車內噪聲影響巨大，以及在車輛通過小半徑曲線段是，鋼軌與鋼輪之間的直接擠壓造成的噪聲更是山區城市地鐵噪聲控制所面臨的巨大難題[21-25]。在車輛使用過后，由于摩擦不均，從而導致車輪非圓化日漸嚴重，這會使得車輛運行過程中會加大車輪對軌道的沖擊，從而產生較大撞擊噪聲。

2? 當前采用措施

當前國內主要是在軌道線路和車輛兩個方面采取措施來降低車內噪聲[3]。

2.1 軌道線路措施

國內外專家學者在控制或消除由于軌道線路引起的噪聲方面進行了大量的研究，還提出了鋼軌打磨、鋼軌軌頭硬化、在鋼軌上加裝阻尼器等等措施。在對鋼軌的軌頭硬化方面，研究人員為了降低鋼軌的磨耗速率，當前主要是通過對軌道接觸面進行熱處理等工藝方法來提高鋼軌軌頭的接觸硬度。但僅僅提高軌面接觸強度會加速車輛輪對的磨耗速率。所以為了在提高接觸硬度的同時能夠降低車輪的磨耗速率，在軌道線路上或在車輛輪對上加裝噴涂摩擦調節劑的裝置。因為選擇適當的摩擦調節劑可以將輪軌表面的摩擦系數降低至0.35左右，從而達到有效降低車輪和鋼軌的磨耗速率，減緩鋼軌波磨的發展。Wu等通過建立數值模型仿真方法，研究發現鋼軌無論是短波磨損還是長波磨損都是由于車輛軌道系統的Pinned-Pinned共振導致的。并且通過在鋼軌上加裝阻尼器就可以有效的降低車輛軌道系統的Pinned-Pinned共振，從而就能夠抑制鋼軌波磨的發展。李偉等結合現場調查和理論分析則提出地鐵軌道鋼軌扣件參數對于鋼軌短波長波磨的產生和發展有著非常明顯的影響。

2.2 車輛措施

現在面對由于車輛輪對由于摩擦不均導致車輛產生的振動噪聲，現在國內外基本上都是采用的是對輪對進行鏇修的方式來抑制車輛振動，如圖2所示。但是經過鏇修過后的輪對是否能夠承受過高的重量？輪對的表面硬度是會經過鏇修后降低的。從而降低了車輛輪對的壽命。

3? 增材再制造分析

面對當前國內在面對車輪非圓化非常主流的方法就是對車輪進行鏇修。但在對車輪進行鏇修以后，車輪表面的硬度是會降低的，會減少車輛的載重能力。但作為城市交通網絡中主要的運輸方式，其最重要的就是運輸能力。如果其運輸能力遭到了削減，這就違背了設計的初衷。針對這一狀況，提出一種放棄修剪車輪，而是在車輪圓周上通過填補材料的方式使得輪對達到出廠標準，從而達到不以弱化其載重能力的情況下解決車輛輪對的非圓化特征，保證其設計原樣。

3.1 焊接方式可行性分析

為了讓輪對恢復成原有的狀態，可以通過對輪對進行焊接的方式進行，通過焊機把焊接材料填補在輪對的圓周上，從而使其達到原有的狀態。雖然可以通過焊接的方式把輪對上因為鋼輪鋼軌摩擦而產生的缺角、缺邊等填補上。但是由于摩擦是非常不均勻的，多邊形現象非常的嚴重。而僅僅是靠人工焊接，焊接的精度太差了，從而也達不到標準，而且還很有可能會使得輪對的非圓化特征更加的明顯。再加上，通過焊接的方式，這很有可能會灼傷原有的輪對表面，從而會讓輪對表面的接觸應力下降。所以綜合考慮下來，如果僅僅是依靠通過人工焊接的方式來化解輪對的非圓化特征是不能夠運用在實際工作中的。

3.2 3D打印技術方式可行性分析

近年來3D打印技術飛速發展，這是一項特有的增材成型技術。就是通過3D打印機把打印材料一層一層的疊加上去，而不是依靠原來的通過削減材料的方式進行的。這是在很大程度上解決了在機械加工過程當中的材料浪費。通過專用的三維軟件把輪對的各項要求進行約束，然后導入3D打印機，讓其對原有的輪對進行修補打印，這樣的增材方式對原來輪對表面的損傷非常的小，而且打印精度非常的高，這個對于修補輪對的非圓化特征是有必要的。

4? 結論

通過上面的分析，我們得出如下的結論：①地鐵車輛現在都面對著同一個問題，那就是車輛在運行一段時間以后，車輛輪對都會發生嚴重的車輪非圓化特征。②通過3D打印技術來解決車輪的非圓化特征是可行的，也是很有必要去實施的。

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