论文部分内容阅读
[摘 要]在铁道部提出中国铁路实行跨越式发展方针至今,在先后经过七次大提速背景下,列车的高速化不仅提高了铁路在全国运输行业中的竞争力,同时也取得了巨大的经济效益,但相应带来铁路噪声的增加,并随着我国高速铁路建设的加快,列车运行中的噪声问题愈发突显出来。铁路噪声已成为我国目前必须研究和解决的问题之一,本文对车辆噪声产生的机理进行了分析,提出了降低噪声的方法。
[关键词]高速铁路客车噪声研究
一、问题的提出
随着科学技术的进步和国民经济的快速发展,我国高速铁路的建设已成为新的经济增长点,例如:京―沪高速铁路、武―合高速铁路、武―广高速客运专线以及其他铁路干线提速等。这不仅提高了铁路在全国运输行业中的竞争力,同时也提高了运行输送效率,缩短了人们的出行时间,使两城市间当天实现往返成为现实,同时也使城市之间的经济、文化、贸易等交流更加频繁。但另一方面,铁路噪声问题愈发突现出来。噪声也是一种污染。噪声传递到铁路客车车厢内,会使乘客舒适度大为降低,特别是随着人们生活水平的提高,乘客出行已不仅仅关注于乘车是否拥挤,而是乘车是否舒适。同时噪声传递到铁路客车车外,会使铁路沿线两侧对噪声有限制要求的区域如,医院、学校、住宅区等深受其害。另外,为了提高运行速度、节约能源、防腐蚀和延长车辆使用寿命,高速铁路客车车体普遍采用轻量化材料制造,轻量化车体结构使噪声的预防更加困难。国外铁路发达国家为此投入了大量的人力、物力、财力进行研究并已取得了显著的成果,但我国目前对铁路噪声的研究还很少,其研究范围和深度与国外相比还有较大的差距。
二、噪声源分析
高速铁道车辆的噪声源主要有以下几种:
(一)轮轨噪声
轮轨噪声是高速铁道车辆噪声源中最具有代表性的噪声。不管是高速铁道车辆还是低速铁道车辆,都是防噪降噪对策中必须首先解决的问题。而高速铁道车辆随着速度的提高,问题则愈加严重。
1.轮轨噪声的产生主要是由于车轮与钢轨之间的振动引起,与车轮和钢轨的表面状态有直接关系。当车轮表面存在踏面擦伤、剥离及锥度不符合要求及钢轨表面出现粗糙波纹,凸凹不平等状态下车辆在钢轨上运行时轮轨噪声明显增强。其次,车辆运行中车轮通过钢轨接头处、道岔处等产生的冲击和车轮通过小半径曲线时轮轨间产生的摩擦都使轮轨噪声加大。但至今为止到底是车轮的表面状态还是钢轨的表面状态在噪声的发展中起主要作用,目前在国际上还有很多争论,但轮轨噪声是高速铁道车辆主要噪声源之一这一点已被达成共识。
2.轮轨噪声值还和运行线路条件有很大关系,当运行线路为铺有道渣的轨道时比宽枕轨道具有较好的减噪效果。
3.轮轨噪声向车内的传播主要是以空气声和固体声的形式。空气声的传播是从噪声源发出,以空气为媒介,从车辆车门、车窗等各缝隙处直接传入车内乘客耳朵的声音。其噪声值大小取决于车辆的密封程度。固体声分为一次固体声和二次固体声。由车轮和钢轨产生的振动经由转向架传到车体,最终由车体内壁的振动而产生噪声的为一次固体噪声。二次固体噪声是噪声源放射的声以声能的形式,引起车体地板或侧墙外板进而使车体内壁振动而激发的噪声。
(二)空气动力噪声
空气动力噪声源主要产生于车体结构本身。在车辆高速运行时,车头形状的不同、车体表面的凸凹不平如侧窗、百叶窗、侧门和车体连接部、受电弓的特殊结构等均产生空气动力噪声。
1.在车辆低速运行时,车头形状对噪声值的影响并不明显,但进入高速运行状态时,由于车头形状的特殊结构将引起车头周围的空气流紊乱而产生空气动力噪声。因此车头形状的流线型变化程度将决定空气动力噪声值的大小。
2.经过噪声测试证明,由于车体表面凸凹不平造成空气动力噪声的产生。因此,日本新干线高速客车的车窗和车门根据结构需要,从车体侧表面向里凹度最大可达60mm,从而来减小空气动力噪声。
3.由受电弓的特殊结构形成的非稳态涡流将随着车辆运行速度的提高而产生空气动力噪声。
总之,空气动力噪声是噪声分析中最复杂的一种噪声。
(三) 结构建筑物噪声
高速铁道一般运行线路较长,需要通过隧道、桥梁、车站及周围建筑物。由于轮轨表面之间相互作用产生的振动,将通过轨道、桥梁、地基等传递能量,最终导致以上部位的振动而辐射噪声。其中隧道噪声和桥梁噪声非常重要。
1.隧道噪声在高速运行时尤为明显,问题主要产生于隧道出口处。当车辆以高速冲入隧道入口时,在隧道内将形成压缩波。当车辆以高速冲向隧道出口时,压缩波将向外部放射而产生很大的噪声。隧道出口处附近如有住宅、学校及医院等需对噪声有限制要求的区域将深受其害。
2.桥梁噪声由于辐射作用,其影响和危害远远大于地面噪声,而桥梁的材质和结构不同其噪声值有很大的区别。经过试验证明,混凝土制桥梁比钢制桥梁所产生的噪声要小得多。此外,桥面是否采取了防噪措施如,是否安装了防振材料等对噪声值的大小产生很大影响。
(四) 集电噪声
集电噪声主要由受电弓滑动噪声、电弧噪声、牵引电机及电器设备噪声等组成。
1.受电弓滑动噪声是铁路客车在高速运行时,受电弓的滑板与接触导线之间滑动而产生的机械振动噪声,其噪声值与运行速度成正比,即运行速度越快噪声值越高。
2.电弧噪声是受电弓与接触导线之间产生的电火花声,由于线路、车辆结构等多方面的原因,在车辆运行时,易产生因受电弓脱线而形成的点火花声。
3.牵引电机和电器设备因工作状态而产生噪声,特别是列车在启动或负重爬坡时,电机和电器设备产生噪声更明显。
三、降低噪声对策研究
通过以上噪声源的分析得知:噪声源由以上传播途径进入车内,使乘客的乘车舒适度降低,为了降低车内噪声,必须从噪声源和传播途径两方面采取措施。
(一)噪声源的降低
要降低噪声源,必须分别降低轮轨噪声、空气动力噪声、结构建筑物噪声和集电噪声。
减少轮轨噪声,要从钢轨和车轮两方面着手。采用长钢轨、对钢轨进行打磨以期减少钢轨表面出现的粗糙波状和凹凸不平;提高车轮的踏面锥度和圆度是至关重要的。
在车辆设计时,车头形状要尽量流线型化并提高车体表面的平滑度,减少其表面的凹凸不平;在受电弓结构中安装受电弓罩等是减少空气动力噪声的重要手段。
结构建筑物噪声以隧道噪声和桥梁噪声为主。隧道噪声的危害主要在隧道出口处,因此在隧道出口处要安装噪声防护装置;在桥梁设计时,尽量采用混凝土制桥梁并在桥面上安装防振材料可以有效地减少结构建筑物噪声。
(二)减少噪声的传播途径
从车体轻量化的角度出发,大幅度改变车体结构和增加结构厚度的可能性不大,高速客车车体结构多以铝合金材料制造,主要部件采用大型、薄壁、中空的铝合金型材。目前减少噪声的传播途径是提高车体钢结构的声防振隔声性能。在铝合金型材中安装防振隔声材料可以有效降低噪,这一点在日本最新设计的新干线700系车辆中已经采用。
四、结论
1.铁道车辆的噪声源主要有轮轨噪声、空气动力噪声、结构建筑物噪声和集电噪声等四种。
2.为了降低高速铁道车辆噪声,必须从噪声源和传播途径这两方面采取措施。
[关键词]高速铁路客车噪声研究
一、问题的提出
随着科学技术的进步和国民经济的快速发展,我国高速铁路的建设已成为新的经济增长点,例如:京―沪高速铁路、武―合高速铁路、武―广高速客运专线以及其他铁路干线提速等。这不仅提高了铁路在全国运输行业中的竞争力,同时也提高了运行输送效率,缩短了人们的出行时间,使两城市间当天实现往返成为现实,同时也使城市之间的经济、文化、贸易等交流更加频繁。但另一方面,铁路噪声问题愈发突现出来。噪声也是一种污染。噪声传递到铁路客车车厢内,会使乘客舒适度大为降低,特别是随着人们生活水平的提高,乘客出行已不仅仅关注于乘车是否拥挤,而是乘车是否舒适。同时噪声传递到铁路客车车外,会使铁路沿线两侧对噪声有限制要求的区域如,医院、学校、住宅区等深受其害。另外,为了提高运行速度、节约能源、防腐蚀和延长车辆使用寿命,高速铁路客车车体普遍采用轻量化材料制造,轻量化车体结构使噪声的预防更加困难。国外铁路发达国家为此投入了大量的人力、物力、财力进行研究并已取得了显著的成果,但我国目前对铁路噪声的研究还很少,其研究范围和深度与国外相比还有较大的差距。
二、噪声源分析
高速铁道车辆的噪声源主要有以下几种:
(一)轮轨噪声
轮轨噪声是高速铁道车辆噪声源中最具有代表性的噪声。不管是高速铁道车辆还是低速铁道车辆,都是防噪降噪对策中必须首先解决的问题。而高速铁道车辆随着速度的提高,问题则愈加严重。
1.轮轨噪声的产生主要是由于车轮与钢轨之间的振动引起,与车轮和钢轨的表面状态有直接关系。当车轮表面存在踏面擦伤、剥离及锥度不符合要求及钢轨表面出现粗糙波纹,凸凹不平等状态下车辆在钢轨上运行时轮轨噪声明显增强。其次,车辆运行中车轮通过钢轨接头处、道岔处等产生的冲击和车轮通过小半径曲线时轮轨间产生的摩擦都使轮轨噪声加大。但至今为止到底是车轮的表面状态还是钢轨的表面状态在噪声的发展中起主要作用,目前在国际上还有很多争论,但轮轨噪声是高速铁道车辆主要噪声源之一这一点已被达成共识。
2.轮轨噪声值还和运行线路条件有很大关系,当运行线路为铺有道渣的轨道时比宽枕轨道具有较好的减噪效果。
3.轮轨噪声向车内的传播主要是以空气声和固体声的形式。空气声的传播是从噪声源发出,以空气为媒介,从车辆车门、车窗等各缝隙处直接传入车内乘客耳朵的声音。其噪声值大小取决于车辆的密封程度。固体声分为一次固体声和二次固体声。由车轮和钢轨产生的振动经由转向架传到车体,最终由车体内壁的振动而产生噪声的为一次固体噪声。二次固体噪声是噪声源放射的声以声能的形式,引起车体地板或侧墙外板进而使车体内壁振动而激发的噪声。
(二)空气动力噪声
空气动力噪声源主要产生于车体结构本身。在车辆高速运行时,车头形状的不同、车体表面的凸凹不平如侧窗、百叶窗、侧门和车体连接部、受电弓的特殊结构等均产生空气动力噪声。
1.在车辆低速运行时,车头形状对噪声值的影响并不明显,但进入高速运行状态时,由于车头形状的特殊结构将引起车头周围的空气流紊乱而产生空气动力噪声。因此车头形状的流线型变化程度将决定空气动力噪声值的大小。
2.经过噪声测试证明,由于车体表面凸凹不平造成空气动力噪声的产生。因此,日本新干线高速客车的车窗和车门根据结构需要,从车体侧表面向里凹度最大可达60mm,从而来减小空气动力噪声。
3.由受电弓的特殊结构形成的非稳态涡流将随着车辆运行速度的提高而产生空气动力噪声。
总之,空气动力噪声是噪声分析中最复杂的一种噪声。
(三) 结构建筑物噪声
高速铁道一般运行线路较长,需要通过隧道、桥梁、车站及周围建筑物。由于轮轨表面之间相互作用产生的振动,将通过轨道、桥梁、地基等传递能量,最终导致以上部位的振动而辐射噪声。其中隧道噪声和桥梁噪声非常重要。
1.隧道噪声在高速运行时尤为明显,问题主要产生于隧道出口处。当车辆以高速冲入隧道入口时,在隧道内将形成压缩波。当车辆以高速冲向隧道出口时,压缩波将向外部放射而产生很大的噪声。隧道出口处附近如有住宅、学校及医院等需对噪声有限制要求的区域将深受其害。
2.桥梁噪声由于辐射作用,其影响和危害远远大于地面噪声,而桥梁的材质和结构不同其噪声值有很大的区别。经过试验证明,混凝土制桥梁比钢制桥梁所产生的噪声要小得多。此外,桥面是否采取了防噪措施如,是否安装了防振材料等对噪声值的大小产生很大影响。
(四) 集电噪声
集电噪声主要由受电弓滑动噪声、电弧噪声、牵引电机及电器设备噪声等组成。
1.受电弓滑动噪声是铁路客车在高速运行时,受电弓的滑板与接触导线之间滑动而产生的机械振动噪声,其噪声值与运行速度成正比,即运行速度越快噪声值越高。
2.电弧噪声是受电弓与接触导线之间产生的电火花声,由于线路、车辆结构等多方面的原因,在车辆运行时,易产生因受电弓脱线而形成的点火花声。
3.牵引电机和电器设备因工作状态而产生噪声,特别是列车在启动或负重爬坡时,电机和电器设备产生噪声更明显。
三、降低噪声对策研究
通过以上噪声源的分析得知:噪声源由以上传播途径进入车内,使乘客的乘车舒适度降低,为了降低车内噪声,必须从噪声源和传播途径两方面采取措施。
(一)噪声源的降低
要降低噪声源,必须分别降低轮轨噪声、空气动力噪声、结构建筑物噪声和集电噪声。
减少轮轨噪声,要从钢轨和车轮两方面着手。采用长钢轨、对钢轨进行打磨以期减少钢轨表面出现的粗糙波状和凹凸不平;提高车轮的踏面锥度和圆度是至关重要的。
在车辆设计时,车头形状要尽量流线型化并提高车体表面的平滑度,减少其表面的凹凸不平;在受电弓结构中安装受电弓罩等是减少空气动力噪声的重要手段。
结构建筑物噪声以隧道噪声和桥梁噪声为主。隧道噪声的危害主要在隧道出口处,因此在隧道出口处要安装噪声防护装置;在桥梁设计时,尽量采用混凝土制桥梁并在桥面上安装防振材料可以有效地减少结构建筑物噪声。
(二)减少噪声的传播途径
从车体轻量化的角度出发,大幅度改变车体结构和增加结构厚度的可能性不大,高速客车车体结构多以铝合金材料制造,主要部件采用大型、薄壁、中空的铝合金型材。目前减少噪声的传播途径是提高车体钢结构的声防振隔声性能。在铝合金型材中安装防振隔声材料可以有效降低噪,这一点在日本最新设计的新干线700系车辆中已经采用。
四、结论
1.铁道车辆的噪声源主要有轮轨噪声、空气动力噪声、结构建筑物噪声和集电噪声等四种。
2.为了降低高速铁道车辆噪声,必须从噪声源和传播途径这两方面采取措施。