铁路轮轨噪声降噪.doc

铁路轮/轨噪声探讨

铁路噪声是铁路运行环境中一个长期存在的问题。随着高速铁路的发展以及城市现代化建设的推进。将有更多的铁路线路通过城郊及人口密集区域。这些都使噪声问题显的愈来愈突出和重要。目前世界许多国家都在研究铁路噪声的防治。我国铁路有关部门也做了大量的工作,并取得了一定成效。

本文拟就降低铁路轮/轨噪声的有关问题进行探讨。

从物理机制分析,声波是由物体震动而产生的一种机械波。这一震动的物体称为声源。那么铁噪声的声源是什么?这是一个比较复杂的问题,因为铁路运行系统是一个综合系统。它涉及车轮,轮/轨路基等多个部分。列车运行时这些部分都要发生震动产生噪声。但目前比较公认的研究成果表明,当列车运行速度小于25Okm/h时,铁路噪声是以轮/轨间的相互作用为主要声源。当运行速度超过25Okm/h时,铁路噪声主要来源于空气动力以及电气系统的辐射。因为目前我国的铁路营运运行速度都在250km/h以下。所以轮/轨间的相互作用噪声是目前我国铁路运行噪声的主要声源。另外,当列车运行通过桥梁、隧道和立体交叉高架桥时,引起各基础建筑物的构件震动也要辐射出噪声。

1.噪声的分类及其产生

我们通常所昕到的铁路轮/轨噪声,主要是轮/轨撞击声、滚动轰鸣声和啸叫声三种声音。J从轮/轨祸合动力学分析,这些噪声的激扰源大致可以分为脉冲型、谐波型和动力型。它们有时以单一形式为主,有时则是几种形式的叠加。

(l)脉冲型激扰噪声

这种噪声主要是由钢轨的不连续所引起。当钢轨表面充满锈蚀,存在小坑或者伤痕以及低接头、错牙接头,车轮踏面出现扁疤时,一旦车轮通过这些部位,由于车轮瞬时转动中心的突然改变而产生跳动,致使车轮对轨道产生一个垂直的冲击速度,而当车轮离开这些部位时,这一冲击速度即可立即消失。从而导致轮/轨间产生受迫振动,辐射出宽频带的噪声,就是我们经常听到的轮/轨冲撞声。实验室测试显示这种噪声要比一个经过处理的平滑轮/轨系统离出4-lOdBA。

(2)谐振型激扰噪声

在轮/轨系统中,不但钢轨的表面粗糙,而且很多情况下轮/轨的几何状态是并不平顺的。比如,车轮表面的不圆顺或者车轮存在静偏心矩。还有普遍存在于各国铁路上的钢轨波浪形磨损,在钢轨顶面出现起伏不平的具有一定规律性的波浪形,有时还有三角坑等等。这些都将使轮/轨系统产生周期性激扰而辐射出噪声一滚动轰鸣声。通过在成都一绵阳区间试验表明这种噪声要比一个平滑轮/轨系统的噪声高出10-2OdBA。

(3)动力型激扰噪声

当轨道下面的地基出现缺陷时(比如,空吊板,扣件松动,道床暗坑等等),将引起钢轨沿纵向的弹性发生不均匀现象,此时每当列车通过这些部位,会出现与正常区段轨道不同的钢轨变形。在车轮的作用下,轮/轨系统将加剧振动而辐射出噪声。这种噪声的频率通常是在中低频范围。

除了上面讨论的几种激扰噪声外,列车运行环境中还有一类比较重要的噪音一啸叫噪声。这种噪声的频率是在2000~500OHz范围内,因为人耳最大敏感的区域是3000~400OHz.所以它对环境的危害较大。涉及这个噪声的因素较多也较复杂。对于一个轮/轨系统,它的材料及特性都会是一个很好的高频噪声辐射源。实验显示,在铁路运行系统中,有40%的车辆至少有一个轮轴要产生尖叫声。当列车制动时由于车轮出现粘着作用和滑行,也要产生尖叫声。上面讨论的几种激扰源都或多或少含有尖叫声成分.但尖叫声最为强烈的还是列车在小半径曲线运行时出现。此时,车轮受钢轨的制约在钢轨顶面产生横向滑动,结果使轮/轨间出现粘着和滑行,并且一旦一个滑行过程完成之后,由于蠕滑力的存在,下一个滑行过程马上开始。因此这种快速振荡的轮/轨之间接触力激发了轮/轨系统的振动。从而产生强烈的窄带高频噪声。

2、波纹形磨损的讨论

以上简单论述了轮/轨系统的几种噪声辐射。通过对噪声的声压级分解解析,将不难发现谐振激扰噪声是轮/轨噪声的主要影响声源。而在谐振激扰噪声中起主要作用的则是波形损耗。

尽管直到目前,有关钢轨波浪形磨损的起因还没有形成普遍一致的看法。但共同点是这种磨损将造成轮/轨系统的振动而产生谐振噪声辐射。

波形磨损通常分为波纹形和波浪形两种,波纹形是钢轨顶面的磨损波长在30~6om,它主要出现在高速行程地段。而波浪形是指波长在60~300Om范围内的磨损,它主要发生在低速重载线路地段。我国铁路上的波形磨损以波浪形具多。比如,在沪杭线路15OK段,宝成线风州段,石太线阳泉段,都发现过波长几百IIH11的波形磨损。一般说来,在平原铁路直线地段以及在山区长大坡道的小半径曲线上,波形磨损发生率较高。因而振动较大,噪声也较大。

对于象钢轨顶面有类似划痕这样波长极短的波纹形磨损时,车轮经过这些部位所产生的冲击同车轮扁疤完全相似,它产生的噪声是轮/轨撞击声,而不是谐振滚动轰鸣声。

按照轮/轨祸合动力学分析,脉冲激扰型轮/轨冲