地铁声学处理前后

地铁车辆噪声分析与控制

摘要：地铁、轻轨等轨道交通是许多大城市的重要交通工具，但是，它们在运行时产生的噪声会影响着人们的心理、生理健康和正常生活，因此，对它们产生噪声的控制和消除也是进行研究是非常有意义的，本文通过地铁、轻轨等车内噪声进行分析，并提出控制和消除噪声的一些方法，为乘客提供一个舒适的环境.

关键字： 地铁车辆   控制 声源噪声

1.引言

地铁、轻轨等轨道交通方式是世界上许多城市的重要交通方式，具有方便、快捷、准时、载客量大、能耗低、污染轻、占地少和安全性好等诸多技术经济优势，是解决大城市交通问题的首要选择，我国北京、上海、广州、南京等大中城市都已建或在建地铁或轻轨，发展地铁、轻轨等轨道交通已成为我国城市交通的发展方向。

随着人们生活水平的不断提高，环保意识日益加强，对列车的运行环境及乘坐舒适性提出了更高的要求。由于过量的噪声将严重影响乘客和轨道沿线人们的心理、生理和正常生活，因此，地铁的噪声特性成了衡量地铁质量的一个重要指标。在列车设计中，车内声学舒适性是必须要考核的要素 。因此，研究地铁的车内噪声成因并提出可行的降噪方法就显得非常重要。

2. 地铁车内噪声的成因分析

2.1 噪声源分析

地铁车辆噪声根据其发生源的不同，可以分为轮轨噪声、空调机组噪声、牵引电机噪声、空气动力噪声和电弧噪声等。

轮轨噪声是轮轨系统相互激励的一种响应，包括轮轨滚动噪声、轮轨冲击噪声和尖啸噪声。轨道不平顺使轮轨振动产生滚动噪声，主要由导致垂向相对振动的轮轨表面粗糙度引起。

空调机组噪声主要是由于机组设备运转产生振动以及通风系统中回风口处由于气流的不稳定而产生的空气动力性噪声。

牵引电机噪声主要是由空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声以及电机冷却风扇的空气动力噪声组成其中牵引风机风扇运转引起的空气动力噪声最为严重。当牵引风机由30 Hz变为60 Hz运行时，其所产生的噪声明显增大。

空气压缩机噪声主要是由自身的振动和气流被间歇吸入和排出所形成的空气动力噪声组成；

此外，由于车体及外部结构与高速空气气流间的相互作用所产生的空气动力噪声，以及由受电弓和接触线相对滑动产生的滑动噪声、受电弓离线产生的电弧噪声、受电弓本身引起的气动噪声等，均对车内噪声有影响。

2.2 地铁车内噪声传播途径方式

车内噪声主要由空气声、固体声和混响声3部分组成。车辆上几乎所有的噪声源都对车内辐射噪声，加上车体自身产生的噪声及车体对外部噪声的放大作用，使得车内噪声控制成为一项相当复杂的工作。

噪声传人车内的途径大致可分为空气传播和固体传播。空气传播声是指车外噪声通过车体各部分的缝隙传入车内的噪声。固体传播声可分为一次固体声和二次固体声。一次固体声是指钢轨和车轮间的振动通过弹簧系统传给转向架和车体，使地板等振动产生的噪声。二次固体声是指声源辐射的声能激振车体外壳，使车内地板、下墙板、车窗等产生振动，并向车内辐射的噪声，即车外噪声通过车体结构传播的透射噪声。地铁列车大量采用固定式车窗和密封性能好的车门，空气传播声较小。滚动噪声以及车外噪声的二次固体声占车内噪声的大部分。

3．2 地铁车内噪声的控制策略

合理利用隔振、减振、隔声和吸声的综合效果，使乘客耳旁的噪声降低到允许的标准值以下是一个系统工程，贯穿地铁车辆设计、生产过程的始终。地铁噪声控制的顺序是：减振一隔振～ 隔声一吸声。一般采取的降噪措施包括以下几方面。

3.2.1改进噪声声源

（1）采用性能优良的转向架。通过适当的车轮轮廓外形加工，优化列车通过曲线的性能和平稳性；优化一系、二系悬挂，最大程度地减少客室振动；电机、联轴器的总重和齿轮装置约一半重量为弹簧悬挂；车轮上安装阻尼器，以消除车辆在通过曲线时的轮轨噪声，车辆在直线上运行时，轮轨之间产生的低频噪声也能有所消除；优化齿轮齿形等。

（2）采用线性电机牵引，这样可省却一些传动机构，从而减小噪声的产生。

（3）通风机组的降噪。将机组安装在减振座上，在风道的外表面涂3 mm的石棉沥青浆，并在风道的外侧面石棉沥青层外面粘6 mm厚度的超细玻璃棉吸音材料，从而减小空调系统的气体噪声。

（4）空气压缩机的降噪。在空气压缩机的外面安装隔音罩可降低噪声；对于空调系统的回风口等特殊位置，采用能消除中低频噪声的消声器。

（5）选择钢轨材料降噪。在曲线区段的钢轨采用特制的具有摩擦剩磁效应和滑动性的低合金钢，可降低车辆通过曲线时的噪声，增大轨道于车轮运行方向的临界倾斜角，使得转向架过曲线时不产生噪声的最小曲线半径减小。

3.2.2 减轻车体机械振动

（1）避免车体机械共振

共振不同的车体结构，其共振频率有很大差异，车体设计时应正确选取，以避免转向架、牵引电机、空调机组的共振频率或激振频率与车体各板件的共振频率相一致，同时应将车顶、侧墙、底架的共振频率错开。为达到此目的，应采用模态分析法确定牵引电机、空调机组等部件的最佳安装位置和支撑刚度，使整车各部件的固有频率实现最佳匹配。车体结构强度设计时，应使其一阶弯曲自振频率远离转向架的谐振频率。

（2）克服直齿轮传动缺陷

如前所述，直齿传动轮齿沿齿宽嵌入和脱离，载荷突然加上和卸下，易产生振动、冲击。而斜圆柱齿轮传动时，l对轮齿齿廓沿斜线接触，齿廓接触线是渐增或渐减的，直至全接触或全脱离，提高了传动的平稳性，避免了振动、冲击和噪声。现在国内一些机车已广泛采用斜齿轮变速箱，基本消除了振动和噪声。

（3）减小动不平衡引起的振动冲击

消除柴油机一发电机组回转部件的动不平衡，对柴油机曲轴、主发电机电枢动平衡严格控制，改柴油机、主发电机单件动平衡试验为组装后整体试验。提高主发电机弹性联轴器、硅油减振器和弹性减振器的检修质量，严格控制其工艺要求，应避免使之失去调节作用。加强万向轴、启动发电机、励磁机动平衡试验及轴身径向跳动量的控制。

（4）加强变速箱各配件质量控制

对齿轮质量严格控制，存在疲劳点蚀、胶合痕迹、塑性变形、严重偏磨等,缺陷的应避免使用。对齿形发生变化的一定要测量其基节长度，避免较大基节误差的齿轮装车使用。变速箱组装时，对齿轮啮合状态应认真检查，消除各轴轴线偏差引起的啮合不良现象。

3.2.3控制传播途径

(1)车辆运行噪声的主要声源是车轮和钢轨的振动。为了隔断车轮的高频振动通过车轴、轴箱、弹簧、构架、摇枕等部件向上传递到车体各部，应在轴箱与弹簧之间设置防振橡胶垫，同时中央弹簧选用对高频振动隔离性能较好的空气弹簧，使一次固体噪声大大减小。

(2)为防止向车内透过二次固体噪声，应在牵引电机、齿轮箱、空调机组等振动、噪声源附近的车体上加隔声材料，增加这部分车体结构的隔声性能。

(3)为防止车外噪声通过空气向车内传递，需安装具有气密结构的双层中空玻璃侧窗；车门系统使用蜂窝结构、双玻璃窗及在门板四周使用隔声密封材料，加强门口钢结构的刚度，以防门口变形，使车门在关闭状态下具有良好的噪声衰减性。同时，采取密封措施，减小车内壁板的孔隙数和尺寸，阻断固体传声和削弱气体传声。

(4)车体采用浮筑结构。内装地板采用蜂窝隔声地板，内装地板与钢结构地板之间加隔声隔热材料和空气层。在转向架和空气压缩机组区域的地板处，在原隔声隔热材的基础上加隔声毡，进行特别的隔声处理。侧板、顶板与车体的连接部分采用双层橡胶隔振垫与钢板复合。隔振垫的作用，一方面可以降低车体振动向侧板、顶板传递的效率；另一方面由于橡胶和钢板的声阻抗相差较大，可减小传人侧板、顶板的噪声能量。侧板与地板及地板与车体之间同样也采用橡胶隔振垫连接，以降低固体声的传播。

(5)车体采用声响衰减率大的双层表皮结构，车体钢结构所有部分的内表面涂装减振和隔声材料。根据相关计算，在典型噪声源处涂覆厚3 mm 的普通阻尼浆，整车噪声可以降低约2 dB(A)。也可采取在车顶和侧墙的二层表皮间的桁架内部填充减振树脂发泡材、对车体地板加装减振材料或在地板上部安装隔声钢板等措施。

(6)在通风、空调系统内部装隔声材，对空调风道进行降噪处理；优化设计回风口，满足回风速和气流组织的要求，避免噪声的产生。

(7)在车内顶板、地板和侧墙板处敷设吸声性能好的多孔吸声材料，以降低车内混响声。

4 结束语

地铁噪声分析控制是一门复杂的技术，它与轮轨摩转向架设计、车体气密性、减振结构、隔声、吸声、材料的选择、设备的安装等息息相关。只有综合考虑各方面因素，将声学设计融入地铁设计过程的始终，把噪声控制技术融入车辆的轻量化、气密性、各种材料及结构的优化设计之中，才能有效控制地铁车内噪声，为乘客提供一个良好舒适的乘车环境。

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