钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响分析

薛嘉鑫

天津津铁城市轨道交通工程有限公司 天津300000

摘要：在地铁车辆的运转过程中，会引起大量的噪声，其中最重要的两个方面就是车辆的车轮与轨道之间的摩擦所引起的噪声，以及车辆的内部部件在运转过程中所引起的噪声。只要其还在运转，控制风力和能源的零件就会发出噪音。基于此，本文就钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响进行了研究分析。

关键词：钢轨波磨；地铁车辆；振动噪声

引言：

地铁车辆所引起的噪音就是一个比较突出的问题，因此，对其研究就显得尤为重要。对于地铁车辆的噪音来说，主要是因为其轮子与轨道的摩擦，在这个过程中，会发生钢轨波磨轨道损伤，从而使车辆通过的地方受到更大的压力。

一、地铁车辆噪声源简述

铁车辆噪声源大致可划分为两类。

（一）车辆的车轮与轨道间产生的噪声

该类型的噪音，只要交通工具还在运转，噪音就会一直持续下去。而且，因为现在人们，大多数都会选择比较方便的交通工具，因此，一天当中，地铁车辆很少会停下来，这就造成了更多的噪声。

（二）车辆本身产生的噪声

比如，车辆在高速运行时，要克服气流的阻力而加速，在与气流的接触中就会出现噪音，而且随着车速的增大，噪音也随之增大。或者在地铁车辆使用能源的时候，为了将能源转换成车辆运行的动力，在此过程中，动力系统的运转也会引起噪音。

二、波磨产生的主要原因及影响要素

（一）产生原因

1.自激振动

因轨道及车辆结构的特殊性，轮轨系统会产生横向、垂直、扭转、弯曲等多种振动形式，在特定工况下，振动的自激与交叉激会导致轮轨系统产生周期性的自激振动，进而导致车辆的波浪磨耗[1]。

2.接触疲劳

在轮轨摩擦的作用下，轨道表面会产生非均匀的疲劳微裂缝，在轮轨多次接触中，逐步产生波磨。

（二）影响波磨的主要因素

1.钢轨的强度

引起波磨的一个原因是轨头表层的塑性流和表面疲劳，而这两个原因的外部表现就是钢轨的强度和硬度，而这两个外部表现则取决于钢轨的屈服强度，因此，在波谷处往往会有压宽、飞边等塑性形变现象。数据表明，平炉钢与碱式转炉钢相比，平炉钢中的钢轨具有良好的硫化物柔性，且不会导致其强度下降，但碱式转炉中的钢轨容易产生脆性非金属夹杂物，破坏了其连通性，导致其强度下降，因此，在平炉钢钢轨中很难产生钢轨波磨[2]。

2.轨道不平顺

轨道的不平顺包括了高低不平顺、水平不平顺和方向不平顺，还包括了钢轨焊接不良、轨面剥离擦伤和钢轨硬弯等脉冲不平顺。这种不平顺加剧了轨道车辆蛇行过程中对轨道的碰撞，提高了轨道非均匀磨耗积累与粘滑现象的概率，加剧了轨道摩擦。在这些因素中，由于脉冲不平顺而产生的粘滑动振动对波浪磨耗的产生和发展影响最大。

三、对钢轨波磨的分析

通常，钢轨波磨是由于车辆车轮与轮轨之间的摩擦而引起的，一旦发生，车内部的噪音就会增大，从而影响车的正常行驶。钢轨波磨产生后，若不及时加以修复，将会导致波磨产生较多较大的现象，从而影响到车辆的运行，加剧了车轮与轨道的磨损，降低了两者的使用寿命。波磨不仅给铁路车辆带来了严重的损害，而且还会给提高铁轨的维护成本。车辆的波磨越大，车内部的噪音就会更大，对车内部的乘员造成很大的影响。从安全性角度看，波磨使车辆在运行时伴有很大的危险，有可能造成车辆脱轨或车轴断裂等危险。在能耗上，波磨增大了车辆运行中的摩阻，使车辆需要更大的能耗，才能保证车速[3]。

四、对地铁车辆产生的振动噪声分析

当物体发生振动的时候，无论是固态的、液态的、气态的都会发出声音。在车辆运行中，由于轮轨之间的摩擦力，就会发生振动。而振动的出现也会造成噪音，因此，在车辆启动时，噪音很大，而且是不可避免的，但可以采取一定的方法来降低车轮与轨道的摩擦噪音。因此，为了降低车辆运行中的噪音，必须对轨道的波磨进行研究。在车辆行驶过程中，降低了车辆与轨道之间的相互摩擦力，从而降低了振动噪音。

五、防治波磨的措施

（一）采用高屈服强度的钢轨

高屈服强度的钢轨能够克服钢轨的塑性流和表面疲劳，抑制塑性流，能够有效地防止和延缓波磨的发生，根据实地测试结果，钢轨的抗波磨能力按照强弱顺序为：PD3轨、淬火轨、普碳轨。当前，许多地铁交通系统都使用了热处理的淬火钢轨，而对轨道进行热处理的方法以余热淬火为主，也就是将钢轨在轧制过程中产生的余热用于轨头区的强化，使其具有更高的硬度和强度[4]。

（二）运用曲线轮轨润滑技术

通过在曲线上设置轨道润滑系统，对轮轨进行润滑，在其表面生成一层润滑薄膜，并通过第三种介质对金属表面产生边界润滑，从而改变轮轨之间的摩擦系数和粘着系数，从而减少内轮与内轨之间的滑移以及外轨与外轮之间的纵向力，从而极大地降低轮对扭转的振幅。通常使用低剪切强度、高链间引力和高熔点的润滑剂，通过添加助剂，使助剂与钢水发生作用，从而降低钢水在钢水中的摩擦和波浪磨耗。

（三）打磨钢轨

大致可分为预防性、修理性两种。预防性抛光能够有效地解决接触疲劳微裂纹、钢轨表面剥离擦伤、焊缝鞍型磨耗等不平顺问题，定期的预防性抛光能够极大地降低波磨的产生和发展速度，通常将抛光量控制在0.2 mm的范围之内比较适宜；修理性打磨，主要用于波磨比较严重的地方，可以减缓波磨的发展，但要注意的是，打磨量一定要合理控制，若过量小，就无法达到预期的效果，量过多，就会大大缩短钢轨的使用寿命。与维修研磨相比，预防性研磨的次数更多，但所需的金属总量更小，不仅能延长轨道的使用时间，还能带来更大的经济效益。

（四）合理调整线路参数

当有一定的曲线半径时，通过适当地减小曲线外轨的超高，可以有效地抑制轮对的粘滑振动；增加轨道底坡度能改善车轮与轨道间的接触状况，可以降低轨道的磨耗；适当拓宽轨距，亦能降低轨道的磨耗。为了有效地抑制轮轨波磨的产生，需要在不改变整个轨道结构的情况下，保证轮轨间的粘附状况能够得到很好地维持；通过提高轨道的弹性，可以降低轮轨的粘附概率；通过提高轨道的垂向支承阻尼，可以延缓波磨的发展速度。

六、结束语

综上所述，钢轨波磨会对车辆的振动和噪音有很大的影响。然而，当车辆轮轨发生较大的摩擦时，将导致铁轨波动，从而对车辆运行造成影响，导致车辆运行噪音增大。波磨还严重影响着钢轨的使用寿命，随着钢轨的长期运行，波磨会逐渐增大，从而导致钢轨运行噪音增大，因此，应对其进行分析，从而改善钢轨波磨带来影响。

参考文献：

[1]王蕊.城市轨道交通钢轨波磨诱发的轮轨噪声特性研究[J].城市轨道交通研究,2022,25(10):24-29.

[2]张帆,王志强,王金朝,徐宁.钢轨波磨对地铁轨道振动特性影响研究[J].噪声与振动控制,2022,42(03):182-186.

[3]张英杰,杨新文,汤兆年.地铁车内噪声与钢轨短波波磨关系研究[J].铁道车辆,2022,60(03):71-76.

[4]陈迅,张月军.钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响[J].铁道车辆,2017,55(11):5-9+50.