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鐵路輪軌噪聲原理及其控制措施和技術

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高速鐵路噪聲是由列車在行車的過程中,軌道結構和列車各個部分的振動經由大氣和大地的傳播而產生的。軌道的振動與噪聲不僅影響人們的正常工作與休息,降低工作人員的勞動效率,而且還會損害人們的身心健康。因些,設法降低高速軌道振動與噪聲能級,良好完善地與自然和生活環境相協調,便成為鐵路能否持續發展的關鍵和生命所在,萬萬不可忽視。
目前,我國鐵路時速小于300km/h時列車的主要噪聲源是輪軌噪聲,在車輪與鋼軌系統中,車輪像一個鈴,車輪振動輻射的噪聲是主要的噪聲源。因此降低列車運行噪聲的根本措施是減小車輪的振動及噪聲輻射,設計和研制低噪聲車輪。
國內主要軌道交通國家對輪軌噪聲進行有效控制所采用的方法可以總結為4種,概括起來就是:增加阻尼裝置、車輪形狀優化、采用彈性車輪降低車輪噪聲輻射效率等。其中,增加阻尼裝置,其實就是利用各種新式裝置來對車輪進行阻尼設置,用以控制車輪的徑向振動,該技術已經在交通發達國家如德國得到了廣泛應用。對車輪的形狀進行優化,主要是考慮到車輪的橫截面形狀對噪聲輻射的重要影響,考慮通過對車輪的合理優化,在對其他方面不產生影響的情況下,使得噪聲的影響最小。采用彈性車輪,就是在車輪的輪轂和輪輻之間設置一層橡膠材料的隔離層,通過該橡膠隔離層,可以講輪轂和輪輻的振動有效隔離,從而為整個車輪提供阻尼。降低車輪的噪聲輻射效率,其原理主要是利用輪輻的外罩之間的聲學斷路來減少輻射效率。
從鐵路軌道的結構構成方面入手,對輪軌噪聲進行控制,可以有如下的幾個主要措施,即:采用無縫化的鋼軌;對鋼軌進行重型化;采用防振減噪型鋼軌;廣泛使用鋼軌減震器等。其中,采用無縫化的鋼軌,就是采用跨區間的無縫化線路,將標準軌道焊接成長鋼軌,減少鋼軌的街頭數量,有效減少脈沖的激擾源數量,從而大幅減少街頭沖擊引起的振動和噪聲;對鋼軌進行重型化,主要是考慮到重型鋼軌受到的沖擊振動較小,這樣就可以有效降低軌道結構的振動和噪聲;采用防振減噪型鋼軌,就是利用帶有彈性墊層與阻尼材料的防振減噪鋼軌,來增加鋼軌的阻尼系數,可以達到有效防振減噪的目的;使用鋼軌減震器,是所有防振減噪措施中最成功的一種技術,該技術是利用橡膠把多個鋼板條粘接在固定鋼軌上,并對其進行合理調整,這種減震器非常適合用于柔軟的鋼軌墊板,主要是由于柔軟鋼軌墊板能夠將軌道長度方向的振動傳播減到最小。
從車輛方面來對輪軌噪聲進行控制,主要有如下幾種措施,即:采用合理的車輪形狀;采用彈性車輪;采用吸振車輪和采用徑向轉向架。其中,采用合理的車輪形狀,主要是根據德國的一個科研機構對車輪形狀所進行的一項研究結果,該研究結果表明,車輪腹板的形式、車輪滾動的圓直徑、腹板與輪輞及輪轂之間的過渡部分的曲率以及腹板的厚度都對車輪噪聲產生重要影響。所以,根據該結果,德國鐵輪部門設計出了改進型的車輪,雖然該車輪跟標準車輪的差別并不大,但是能夠顯著降低噪聲的級別,該方式所能得到的降噪效果跟采用彈性車輪的效果相當,可以認為是一種切實可行,行之有效的降低車輪噪聲的措施;采用彈性車輪,是指在車輪箍和輪轂之間加裝彈性材料,使得車輪具有阻尼和徑向的柔順性;吸振車輪,主要是利用吸振材料將輪軌之間的振動能力部分吸收,從而達到減震的目的,但是該項技術還不成熟,沒有在實際中投入使用;采用徑向轉向架,就是利用徑向轉下架來使得轉向架的前后兩軸在橫向上可以自由活動,這樣,車輛就可以順利地通過曲線,減少輪軌磨耗和消除常規轉向架通過曲線時的尖叫噪聲。
從前面的對輪軌噪聲的產生機理、研究現狀、控制技術等方面可以看出,對鐵輪的輪軌噪聲進行有效控制,是一個非常復雜的綜合性問題,需要從機車車輛、機電系統、軌道、結構物、地基、建筑物以及傳播媒介等各個方面進行考慮,所能夠采用的控制措施包括從噪聲產生到傳播途徑,針對不同環節的產生原因來采取相應的綜合控制措施。才能有效地控制噪聲的產生,為旅客和周邊居民營造良好的環境。所以,本文在對輪軌噪聲的產生原因和控制措施進行深入淺出地介紹的基礎上,針對該噪聲的控制問題,認為應該采用多種舉措并行、從不同渠道對噪聲進行最大化的限制,只有這樣,才能達到對其進行有效控制的目的;概括起來,具體實現措施應該是:首先針對車輪結構和輪上減振措施進行研究,其次就是在機車上廣泛采用各種高性能彈性和阻尼材料,再次就是應該對專門的防振減噪型鋼軌進行深入研究和實驗,以期該技術能夠早日應用于實際中。
參考文獻
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