地鐵車輛車內(nèi)噪聲原因分析

白清盼 董道鋒 徐永乾

1.青島地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司 山東青島 266000

2.洛陽市軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司 河南洛陽 471000

1 地鐵車輛車內(nèi)噪聲概述

由于交通噪聲源與工業(yè)企業(yè)、建筑施工等噪聲源不同，軌道作為交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施，以其快捷靈活覆蓋面廣的特點(diǎn)成為區(qū)域內(nèi)或區(qū)域和區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)全方位聯(lián)系的紐帶，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。為了滿足居民出行和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，軌道的建設(shè)和交通流量的增加使得交通噪聲的影響不可避免。

2 影響因素

2.1 空調(diào)機(jī)組噪聲

空調(diào)裝置是安裝固定在車體上，所以空調(diào)工作時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲會(huì)通過車體傳遞到車廂內(nèi)部，從而產(chǎn)生噪聲。并且，由于車速的原因，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)口處于氣流不穩(wěn)定狀態(tài)，從而會(huì)產(chǎn)生空氣動(dòng)力性的振動(dòng)噪聲，這是會(huì)直接作用在車廂里，讓人感受到噪聲。

2.2 其他附件噪聲

不僅是空調(diào)機(jī)組噪聲，而且還有牽引電機(jī)等車輛附件產(chǎn)生的噪聲。牽引電機(jī)噪聲主要有以下幾類：空氣動(dòng)力噪聲；機(jī)械噪聲；電磁噪聲；電機(jī)冷卻風(fēng)扇噪聲；然而空氣壓縮機(jī)的噪聲主要是由于自身的振動(dòng)和氣流被間歇吸入和排出而造成的空氣動(dòng)力噪聲。

2.3 輪軌噪聲

除去以上的附件產(chǎn)生的噪聲以外，輪軌噪聲才是機(jī)車車內(nèi)噪聲的主要來源。輪軌噪聲主要是由于鋼輪鋼軌之間的直接摩擦產(chǎn)生的，特別是由于制造工藝的水平有限，鋼軌的不平順對(duì)車內(nèi)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(qū)城市地鐵噪聲控制所面臨的巨大難題。在車輛使用過后，由于摩擦不均，從而導(dǎo)致車輪非圓化日漸嚴(yán)重，這會(huì)使得車輛運(yùn)行過程中會(huì)加大車輪對(duì)軌道的沖擊，從而產(chǎn)生較大撞擊噪聲。

3 當(dāng)前采用措施

3.1 軌道線路措施

國內(nèi)外專家學(xué)者在控制或消除由于軌道線路引起的噪聲方面進(jìn)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(duì)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(dāng)前主要是通過對(duì)軌道接觸面進(jìn)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(qiáng)度會(huì)加速車輛輪對(duì)的磨耗速率。所以為了在提高接觸硬度的同時(shí)能夠降低車輪的磨耗速率，在軌道線路上或在車輛輪對(duì)上加裝噴涂摩擦調(diào)節(jié)劑的裝置。因?yàn)檫x擇適當(dāng)?shù)哪Σ琳{(diào)節(jié)劑可以將輪軌表面的摩擦系數(shù)降低至0.35左右，從而達(dá)到有效降低車輪和鋼軌的磨耗速率，減緩鋼軌波磨的發(fā)展。Wu等通過建立數(shù)值模型仿真方法，研究發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的Pinned-Pinned共振導(dǎo)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(tǒng)的Pinned-Pinned共振，從而就能夠抑制鋼軌波磨的發(fā)展[1]。

3.2 車輛措施

現(xiàn)在面對(duì)由于車輛輪對(duì)由于摩擦不均導(dǎo)致車輛產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，現(xiàn)在國內(nèi)外基本上都是采用的是對(duì)輪對(duì)進(jìn)行鏇修的方式來抑制車輛振動(dòng)，如圖1所示。但是經(jīng)過鏇修過后的輪對(duì)是否能夠承受過高的重量？輪對(duì)的表面硬度是會(huì)經(jīng)過鏇修后降低的。從而降低了車輛輪對(duì)的壽命。圖1輪對(duì)旋修圖

圖1 輪對(duì)旋修圖

4 增材再制造分析

面對(duì)當(dāng)前國內(nèi)在面對(duì)車輪非圓化非常主流的方法就是對(duì)車輪進(jìn)行鏇修。但在對(duì)車輪進(jìn)行鏇修以后，車輪表面的硬度是會(huì)降低的，會(huì)減少車輛的載重能力。但作為城市交通網(wǎng)絡(luò)中主要的運(yùn)輸方式，其最重要的就是運(yùn)輸能力。如果其運(yùn)輸能力遭到了削減，這就違背了設(shè)計(jì)的初衷。

4.1 焊接方式可行性分析

為了讓輪對(duì)恢復(fù)成原有的狀態(tài)，可以通過對(duì)輪對(duì)進(jìn)行焊接的方式進(jìn)行，通過焊機(jī)把焊接材料填補(bǔ)在輪對(duì)的圓周上，從而使其達(dá)到原有的狀態(tài)。雖然可以通過焊接的方式把輪對(duì)上因?yàn)殇撦嗕撥壞Σ炼a(chǎn)生的缺角、缺邊等填補(bǔ)上。但是由于摩擦是非常不均勻的，多邊形現(xiàn)象非常的嚴(yán)重。而僅僅是靠人工焊接，焊接的精度太差了，從而也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，而且還很有可能會(huì)使得輪對(duì)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(huì)灼傷原有的輪對(duì)表面，從而會(huì)讓輪對(duì)表面的接觸應(yīng)力下降。

4.2 3D打印技術(shù)方式可行性分析

近年來3D打印技術(shù)飛速發(fā)展，這是一項(xiàng)特有的增材成型技術(shù)。就是通過3D打印機(jī)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(jìn)行的。這是在很大程度上解決了在機(jī)械加工過程當(dāng)中的材料浪費(fèi)。通過專用的三維軟件把輪對(duì)的各項(xiàng)要求進(jìn)行約束，然后導(dǎo)入3D打印機(jī)，讓其對(duì)原有的輪對(duì)進(jìn)行修補(bǔ)打印，這樣的增材方式對(duì)原來輪對(duì)表面的損傷非常的小，而且打印精度非常的高，這個(gè)對(duì)于修補(bǔ)輪對(duì)的非圓化特征是有必要的。

5 結(jié)語

我們得出如下的結(jié)論：①地鐵車輛現(xiàn)在都面對(duì)著同一個(gè)問題，那就是車輛在運(yùn)行一段時(shí)間以后，車輛輪對(duì)都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的車輪非圓化特征。②通過3D打印技術(shù)來解決車輪的非圓化特征是可行的，也是很有必要去實(shí)施的。