浅析高速轨道交通减振降噪的实施和应用

    1 高速轨道交通振动和噪声的产生来源

    经国内外研究,高速轨道交通振动产生来源为:机车车辆动力系统的振动,通过车轮与轨道结构之间的动态相互作用,引起了轨道结构的振动;通过地基的作用这些振动又传给周围的建筑物。而车轮与钢轨长期的相互作用会产生一定的磨耗,使轮子产生失圆或扁疤的现象,这样钢轨便会产生波浪形磨耗,状态不良的轮轨相互作用促使振动加剧。

    而噪声的来源主要分为:其一,车辆非动力噪声,主要是指制动系统在实施制动时闸瓦与制动盘之间摩擦振动,激发了制动闸瓦片、闸瓦托架以及制动盘,产生自激振动,从而形成噪声。此外,也有车辆的辅助系统(空调装置、空压机等)所辐射的噪声。其二,轮轨噪声,这是由钢轨与车轮的相互作用而形成的声响。这种相互作用会造成车轮和轨道的振动而向外辐射声波。其三,高架轨道噪声,当列车在高架铁路上行驶时,轮轨之间的相互作用所产生的振动通过轨道传递给支承结构,支承结构将噪声向周边地区进行传播,这比列车行驶于一般的路堤带坡度道床时所产生的噪声要高20dB(A)。其四,地下铁道的地面承载噪声,这是公众向交通部门抱怨最多的一个对象。它由地下铁道轮轨间相互作用而产生的振动被传递给隧道结构,接着又传向周围的土壤。振动通过土壤再传播给邻近的建筑物,从而引起地下及墙壁的振动和噪声向四周建筑内房间中的窗户发出“喀喀”声响。其五,牵引动力系统噪声,它包括牵引电机和冷却风扇、齿轮箱及空气压缩机的噪声,它是高速轨道交通最主要的噪声。牵引系统的噪声,尤其是电机冷却风扇的噪声,随着列车行驶速度的提高而不断增长,其程度一般要大于轮轨噪声。

    2 高速轨道交通减振降噪的实施方法

    2 . 1 车辆的减振降噪方法

    (1)采用弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术,通常可减振降噪2dB～10dB(Ａ)。(2)通过改变车轮结构来改变噪声的发射性能,可降低轮轨噪声。如德国把制动盘放在轮心上以此来减少噪声,大约可降低5dB(Ａ)。(3)在车辆动力驱动系统中使用直线电机技术,可省去齿轮箱等一系列传动机构,可降低大约10dB(Ａ)噪声。(4)采用转子动力学技术设计机车车辆动力系统的转动部件,让系统的工作频段远离共振区及不稳定区,尽量避免电磁耦合激发振动和噪声。(5)采用径向转向架能避免车轮在钢轨上的蠕动,使车辆顺利地通过曲线,减少轮轨磨耗,噪声比一般车辆降低近20dB(A)。

    2 . 2 轨道结构的减振降噪措施

    (1)采用防振型钢轨,在钢轨轨腰两侧粘贴防振吸音材料(如橡胶、树脂等),可有效地减少噪声。(2)采用焊接长钢轨,可减少列车通过钢轨接头所产生的振动噪声。(3)采用浮置板式轨道结构。用扣件把钢轨固定在钢筋混凝土浮置板上,浮置板置于橡胶支座上,浮置板两侧用弹性材料固定,形成一种质量-弹簧系统,减振降噪效果非常不错。(4)采用钢轨打磨技术,以控制轨道的不平顺度,保证轮轨接触面的良好状态。实践表明,使用钢轨打磨后,振动频率为8Ｈz～100Ｈz,振动噪声可下降4dB～8dB(Ａ)。