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第30卷第2期 铁道机车车辆 V01.30No.2
2010年4月 RAII。WAYLOCOMOTIVECAR Apr. 2010
文章编号:1008--7842(2010)02--0022--04
基于柔刚体模型的高速车轮振动辐射噪声研究
陈士杰1,陆正刚2
(1 同济大学 汽车学院,上海201804;
2 同济大学 铁道与城市轨道交通研究院,上海201804)
摘要随着轨道车辆速度的不断提升,其运行噪声已成为城市噪声的主要来源之一,在传统的动力学模型基础
上,引入了柔性轮对模块,将车轮辐射噪声与模态结合起来,并对车轮结构进行优化设计,以期为低噪声车轮的研
究提供参考依据。
关键词 轮轨相互作用;车轮辐射噪声;柔性轮对;噪声预测;模态分析
中图分类号:U271.1+6文献标志码:A
随着轨道交通工具的迅速发展,轨道车辆运行噪声 外,轨枕、车体和道砟也产生噪声,但后者一般处于次要
已成为城市噪声的主要来源之一。国内外的各种研究 地位。噪声预测模型以轮轨表面不平顺作为激扰源,采
文献显示,当列车速度低于250km/h时,铁路噪声以轮 用“轮轨振动一轮轨声辐射一轮轨噪声”这一思路展开
轨噪声为主。目前,随着轨道车辆速度的不断提升,我 研究,其预测模型示意图如图1所示。轮轨在载荷作用
国铁路客车的运行速度在200km/h左右,货车速度大 下要发生弹性变形,因此轮轨之间形成了一个接触区,
约为120km/h,城市轨道交通列车的最高运行速度一 当轮轨表面粗糙度波长小于接触区尺寸时,轮轨接触
般为80km/h,因此,目前我国铁路及城市轨道交通的噪后,轮轨表面粗糙度对轮轨的激励作用不受影响,从而
声主要以轮轨噪声为主。在轮轨系统中,车轮振动辐射 形成接触滤波。
噪声又是最主要的噪声源之一,本文在传统噪声预测模
型的基础上,将柔性轮对模块引入动力学模型,并对车
轮结构进行优化设计,从而降低车轮振动辐射噪声。
1轮轨噪声产生机理
轮轨噪声是由于轨道结构钢轨表面的短波不平顺
激发轮轨振动并通过空气传播而产生的。轮轨表面的
mm。列
不平顺波长为2~6cm,不平顺幅值可达0.25
车在磨耗钢轨上运行时,会激发一种典型的颤噪声,其
频率与速度有关,即为轮轨噪声。
图l 轮轨噪声预测模型示意图
轮轨噪声包括钢轨与车轮之间受迫振动而产生的
滚动噪声,车轮经过钢轨接头处产生的撞击声以及车轮
由图1可知,钢轨及车轮的辐射噪声共同构成轮轨
过弯道时挤压外轨而产生的摩擦噪声。轮轨噪声的能 噪声的振动源。在研究轮轨相互作用力时,假定轮轨接
2 500
量主要集中在频率1000 Hz范围内,由于其分 触力与相对接触位移遵循赫兹公式。由于钢轨与地基
布范围广,对环境影响大,故已成为我国高速铁路噪声 固结紧密,其横向振动很小,故只考虑其竖向振动效应;
的主要来源。 车轮振动包括轴向和径向两个方向,对噪声均有较大影
2轮轨噪声预测模型 响,因此需综合考虑。
普遍认为轮轨噪声是由于轮轨接触表面的不平顺 由于对钢轨的振动辐射噪声国内外已有专家学者
产生的。当轮对在轨道上滚动时,这种不平顺导致轮轨 作了大量的研究,故此处主要对车轮振动辐射噪声进行
的相对运动以及轮轨本身的弹性振动,这种弹性振动向 分析。
空气中辐射就变成了噪声。除了轮轨这两个噪声源以 设单个车轮通过钢轨引起的振动传播到离钢轨距
陈士杰(1984一)男,上海人,硕士生(修回日期:2009—12—10)
万方数据
第2期
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