浅析低噪音内燃机车设计运用

王语博

（中国北车集团北京二七轨道装备有限公司，北京 100072）

1 内燃机车车体的组成以及噪音的来源

内燃机噪声是动力设备噪声的主要来源，随着内燃机车的快速发展，其振动噪声问题日益突出。因此，降低内燃机车的噪音成为当前内燃机车设计的重点。

内燃机车的车体主要由车架，侧壁，顶盖，内部隔墙和司机室等几个部分组成。内燃机作为一种有轨牵引动力，在做功或行走的时候发出柴油机的轰鸣声，从而产生噪音。根据内燃机各个组成部分的作用，噪音来源主要有：动力装置噪音源、动力传递机构噪音源、辅助装置噪音源、机车车体噪音源和机车运行噪音。其噪声来源主要由于内燃机个运动部件在工作过程中受到气体的压力和运动惯性力的周期性变化所引起的振动及相互冲击产生的，其主要组成部分是曲柄连杆机构等运动几件撞击缸套等发出的声音。

2 国内外内燃机车噪音控制技术发展概况

2.1 国内内燃机车噪音控制技术发展状况

80年代末90年代初，我国铁路交通运输尚处于比较落后的局面，为改变这种状况，我国特从英国引进三辆稍微先进一点的内燃机车。至此，我国内燃机车才开始发展，我国第一代投入商业运行的蓝箭一号就是在借鉴国外机车制造原理的基础上开始研制的，在此过程中演职人员也考虑到了客车车内的降噪问题，并设计了一些列的降低噪音的措施，例如，为减小空气动力性噪音，设计人员特地在车体下不安装了封闭模板，机车整体采用流线型，从而减小了机车运行中的空气阻力。

但是，目前我国在机车车辆设计中对于噪声振动环境影响的问题却并没有进行充分的考虑。国产试验列车的实验数据结果表明，国产高速列车的振动声水平与其他技术先进国家相比仍有很大的差距。因此，我国高速铁路在设计时应该综合考虑各方面的二因素，将振动噪声控制系统作为一个出发点来考虑。

2.2 国外内燃机车噪声控制技术发展状况

目前最新的N700系高速列车为降低噪音特采取了以下几个措施：

（1）机车前端采取流线型的设计，从而减小机车车和空气之间的摩擦噪声；（2）全列车采用半有源控振装置，从而减小机车在运行过程中由于震动而产生的噪音；（3）机车内采用主动倾摆装置，从而减小由于列车在弯道处的离心力而产生的噪音；（4）机车转向架上安装半主动悬挂装置，这样一来机车转弯时就不会因为物体之间的互撞击而产生噪音；（5）车辆间通过台采用弹性遮板封闭，弹性的遮板对于机车突然停下或者减速比较大的情况是非常有用的，如此既减小了由于碰撞而产生的摩擦，噪音也减小了；（6）车体量轻化及低重心化，车体量轻就可以减小车轮与车轨之间的摩擦，低重心就可以使机车更加平稳的行驶于轨道上。

3 低噪音内燃机车的设计

3.1 车体设计采用铝合金减振型材

运行中内燃机车由于电动机、车轮等产生的振动，以及车体表面产生的空气动力噪音等，构成车体型材的外侧面板由于承受车外产生的噪音而振动，这些振动通过车体材料传递到机车内侧的面板，最终辐射到车内。为了降低噪音，满足高速化、节能减排的需要，内燃机设计时可以通过使用隔音性能良好、减振性能优异的铝合金型材和材料使车体薄壁化，从而实现车辆的轻量化，提高运行速度。由于车辆重量减轻之后，其结构容易受到振动影像，从而使隔音效果降低，导致空气动力噪音增大，从而使得车厢中的噪音增大。因此，还要在铝合金型材的面板或加强筋上加减振树脂，从而起到对铝合金型材的减振功能。试验表明，车体设计采用铝合金减振型材的内燃机车在隧道内运行时，噪音值能减少6dB左右。

3.2 车轮设计消声器

内燃机车在高速运行时，车轮在轨道上高速滚动，由于轨道的缺陷和内燃机轮轨的表面粗糙程度，从而产生滚动噪音。同时，当内燃机车行驶在小半径曲线时，由于车轮支撑点产生横向滑动，导致车轮的辐板、轮辋产生弯曲振动，从而产生分贝较高的噪音。

如果能再设计级车市在机车的车轮的辐板或轮辋上装设一种具有减振阻尼性能的消声器，也称为谐振消声器，从而达到降低车轮辐射噪音的效果。目前，这种谐振消声器在内燃机车上已经取得了良好的降噪消声效果。谐振消声器又可分为盘式消声器和环形叠板式消声器两种。

3.3 车辆间连接设计采用橡胶元件

通过在车轮的辐板和轮辋之间设计橡胶元件，从而使二者相互隔离，通过橡胶元件使辐板和轮辋之间的动能转变为热量，从而起到降低噪音的效果。根据结构形式的不同，橡胶弹性元件又可分为剪切、压缩和压剪等形式，其中压缩性弹性车轮的降噪效果最好。根据实验研究，采用不用形式的橡胶弹性车轮，相对于全钢的整体车轮，可以降低10～20dB的噪音。

3.4 机车内部设备的配置

对于内燃机车而言，动力设备的水冷系统、燃料系统、空气系统、轮滑系统、制动阀和控制器等辅助设备在运行时都会产生不同的噪音，其中空气压缩机、冷却风扇、空调机组排废口是辅助设备中主要得噪音来源。对于空气压缩机而言，可以通过安装隔音罩，降低噪音。冷却风扇设计时要选择噪声低的设备，对于空调机组排废口，采用加装能够消除中低频噪声的消声器，从而使气流噪声降低20～30dB。

3.5 车身表面设计平滑

机车噪音不仅源于机车内部的机械噪音，机车外表与空气摩擦所产生的噪音也是机车噪音的很大一部分。通过将机车表面设计的平滑化，可以减小机车与空气间的摩擦，从而达到降低噪音的目的。目前，机车的设计一般采用流线型的机身设计，这一点充分说明了，机车表面平滑化对于低噪音内燃机车设计的重要性。

结语

铁路交通的发展具有显著的社会效益和经济效益，但是铁路交通系统中出现的噪音和振动等问题，影响着乘务人员和乘客的工作、休息，同时噪音和振动还会缩短设备的使用寿命，因此设计低噪音内燃机车就刻不容缓。本文结合内燃机车产生噪音的原因以及国外内燃机车降低噪音的方法，对低噪音内燃机车的设计提出几点建议，希望在未来由于内燃机车而产生的噪音问题可以得到有效的改善。

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