城轨车辆振动噪声舒适度研究

刘佳玲 张兴旺

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：随着国内外城市轨道交通车辆的快速发展，城市轨道车辆内部设计需求不断优化，安全、环保、节能、舒适等要求也日趋重要。其中噪声是衡量城轨产品的一个重要指标，因为过量的噪声会对乘客和沿线居民产生严重的心理、生理以及正常生活。因此，在列车设计之初必须考虑舒适性问题，振动噪声的研究显得尤为重要。

本文主要以B型地铁为例，对其振动噪声进行检测，通过其检测结果，分析引起振动噪声的原因，并对车辆设计作出改进建议，用于指导后续生产。

1. 噪声总体要求

一般噪声值的测量在自由声场环境中进行，车外噪声在开阔地面除道床的枕木、道渣及相邻地面以外，没有其它任何反射表面时测量噪声等级；车内噪声的测量在车辆组装完成，车辆为空载状态下进行。测量时应使所有辅助设备和空调机组处于全功率工作状态。

1. 车内噪声水平

1. 静止条件下辅助设备的噪音

列车处于静止状态和自由声场内，所有辅助设备正常运行时，客室内部沿车辆中心线、距离地板面1.5米高处至少测量3个点，测得的噪声水平不得超过：69dB（A）。在空调回风口下方测得的噪声水平不得超过：72dB（A）。

2. 列车在地面线路道渣轨道上运行时的噪声

列车以正常方式加速、惰行或制动时，客室内部沿车辆中心线、距离地板面1.5米高处至少测量3个点，测得的噪声水平不超过74dB(A)，在贯通道附近和空调回风口下方，距离任意墙面不少于0.3米处，测得的噪声水平不超过75dB(A)。司机室内噪声不大于77dB(A)。

列车以不超过80km/h的任意恒定速度（通常列车以60km/h±5%的恒定速度）运行时，车内中心距地板面高1.5m处测得的噪声水平不超过73dB(A)，司机室内测得的噪声不大于74dB(A)。恒速运行时间为60秒。

2. 车外噪声水平

1. 静止条件下辅助设备的噪音

空载列车在静止状态和自由声场内，所有辅助设备同时运行时，沿水平方向距离走行轨线路中心线7.5m处，在列车任意一侧、列车长度范围内的任意点测得的噪音不超过72dB(A)。测试在ISO3095规定的自由区域条件下，列车在露天地面区段进行。

2. 列车在地面线路道渣轨道上运行时的噪声

列车以正常方式加速、惰行或减速运行时，沿水平方向距离线路中心线7.5米处测量，车辆发出的噪声不超过80dB(A)。车外噪声的测试应根据ISO3095进行。

列车以不超过80km/h（通常列车以60km/h±5%的恒定速度）运行时，沿水平方向距离线路中心线7.5米处测量，车辆发出的噪声不超过80dB(A)。

3. 隧道内运行

列车在隧道线路上运行时，噪声值满足GB14892标准的规定。列车以不超过80km/h的任意恒定速度（通常列车以60km/h±5%的恒定速度）运行时，车内中心距地板面高1.2m处测得的噪声水平不超过83dB(A)，司机室内测得的噪声不超过80dB(A)。

2. 噪声控制目标

1. 关键设备噪声控制目标

空调系统噪声限值：依据标准TB/T1804《铁道客车空调机组》的规定，在名义工况下，距空调机组中心线1.5m处，空调机组整机噪声声压级小于70dB(A)；另外，空调风道要做采取的吸声隔声处理措施。

牵引电机噪声限值：电机在额定转速下，距离牵引电机1m处，声压级小于94dB(A)。

牵引逆变器噪声限值：根据IEC61287关于噪声等级的规定，自然冷却型，要求逆变器的噪声等级控制在等级B，在距牵引逆变器1m处，声压级小于65dB(A)。

齿轮箱噪声限值：在额定转速下，距离齿轮箱1m处，声压级小于87dB(A)。

牵引辅助系统主要设备噪声限值：依据IEC61287-1《铁路应用-机车车辆用电力变流器-第1部分：特性和试验方法》关于噪声等级测试的规定，距设备1米处，噪声值小于72 dB(A)；距离设备1m处，制动电阻噪声小于75 dB(A)。

空压机噪声限值：依据测试标准ISO 3744《声学-利用声压确定噪声源声功率级-用反射平面上方在本质上是自由场的工程方法》，在额定工况下，距空压机组1m处噪声声压级不大于76dB(A)。

开关门的噪音限值：在距门1米，离地板面高1.6米处噪声声压级不大于68dB（A）。

2. 车体隔声性能

对于车门、风挡、车窗等部位的隔声量应当有明确的最低隔声量要求，以减少外部噪声向车内的传递。各个隔声量在设计的时候应当遵循“等隔声量设计”的原则。

地板组合隔声性能：（1）地板内部填充吸声材料，并保证吸音材料安装紧密，转向架区域地板喷涂阻尼浆，组合计权隔声量不小于42dB；地板需进行隔声处理。（2）车内地板隔声量不小于30dB。

车顶组合隔声性能：车顶铺设吸音材料，并保证吸音材料安装紧密，重点区域喷涂阻尼浆，车顶组合计权隔声量不小于40dB。受电弓区域需做密封处理。

车门隔声性能：车门隔声量不小于32dB。

侧墙隔声性能：侧墙内侧填充吸音材料，并保证吸音材料安装紧密，侧墙组合计权隔声量不低于40dB；内饰板隔声量不低于28dB。

车窗玻璃隔声性能：车窗隔声量不小于32dB。

前挡风玻璃隔声性能：隔声量不低于35dB。

贯通道隔声性能：贯通道隔声量不小于35dB。

3. 车体密封性

对车门、车窗、贯通道等区域，可以采用橡胶条密封等措施，增加车门闭合时的密封性能；对于过线孔等开口区域，在设计的过程中应当注意其密封效果，在必须要保留的开口区域，应尽可能的采用孔洞的形式而不是缝隙的方式，同时，在许可的情况下，尽可能的采用格栅结构。

3. 噪声解决方案

噪声的传播控制方法，主要包括吸声、隔声以及消声。它通过吸音降噪的材料及其特殊的结构设计使车体外部的噪声入射到车辆表面时主要被转化成以下部分：

1. 被反射；

2. 在经过车体时被转化成其它形式的能量或波形而被吸收。例如：其中一部分转换为结构辐射噪声或其它形式的波形，另一部分被贴车体上的高阻尼材料转化成热能而被损耗了；

3. 最后剩一部分透过车体进入车辆内部。

1. 车体

在铝合金车体中，表面喷涂阻尼涂料作为隔声材料，对铝合金车体进行自由阻尼处理或约束阻尼处理，提高车体结构阻尼、抑制共振，最终达到减振降噪的目的。

自由阻尼是将一层一定厚度的粘弹阻尼材料粘贴于基体表面上，当基板产生弯曲振动时，阻尼层随基层一起振动，在阻尼层内部产生拉、压变形而耗能。根据自由阻尼的耗能机理，当阻尼材料内部产生交变应力时，阻尼材料将有序的机械能转化为无序的热能，从而起到耗能的作用。

2. 地板

内装地板采用铝蜂窝结构，而铝蜂窝地板内部结构的选取，也将影响其隔声降噪效果。其中蜂窝芯的选择对隔声量起到关键的影响。各项研究表明，铝板芯板材料厚度对隔声量无影响，增加蜂窝芯边长可以提高低频的隔声量，蜂窝芯的高度对于铝蜂窝地板的隔声量有较大的影响。综上所述，选择边长较大的蜂窝芯，对提高室内低频噪声有很好的效果。

3. 车门

由于车门的特殊性，需要不断启闭，所以它的隔声性能不同于一般的匀质材料。它不仅取决于门扇的隔声性能，而且受车框与门扇之间缝隙的影响，所以应选择密封性能好，耐老化的密封条对门缝进行密封处理，从而提高车门的隔声性能。

4. 玻璃窗

提高窗户的隔声量主要是提高窗扇玻璃的隔声量和对窗缝的密封处理。为提高玻璃隔声性能，采用夹层玻璃或双层复合玻璃的方法。夹层玻璃也称为夹胶玻璃，它是以透明薄胶片将两片或三片玻璃粘合在一起。考虑窗户缝隙的密封处理和玻璃的安装方式，车辆选择安全夹层钢化玻璃，以到良好的隔声效果。双层复合玻璃是将两片玻璃叠合在一起充当厚玻璃使用，此时，隔声性能要比同厚度的单层玻璃大。

5. 车内其他系统

空调系统在调节客室内温度、给乘客创造舒适的环境的同时，气体的流动也产生了噪声。空调系统采用下面两种方法进行降噪：第一，在风道的内部贴吸音材料；第二，在空调机组的出风口处增加消音装置。

贯通道采用双层棚布及在贯通道和车钩支承面之间增加耐磨材料，能有效的起到隔音降噪的作用。

在车体与内装的连接骨架上，如车内顶板骨架、侧墙骨架及端墙骨架，使用尼龙或橡胶减振垫，进行隔振处理，在内装电气柜端墙板内部粘贴吸音材防止车内电气柜噪声的传播。

在座椅背面贴附消音板，增强座椅等内饰物的吸声效果，降低车辆内部总噪声级。

4. 结束语

隔声降噪作为衡量城轨车辆舒适度的一个重要指标，是一项长期而艰巨的任务。随着新材料及新工艺的应用，隔音降噪将被逐渐优化，乘客也将会有一个全新而舒适的乘车体验。

参考文献：

1．谢素明，张磊，付亚兰，等．铁路客车室内噪声预测与控制技术研究[J]．计算力学学报，2009，26

2．杨弘．高速列车减振降噪技术研究[J]．铁道车辆，2006，44