浅谈地铁车轮降噪方案

【摘 要】 本文分析了轨道交通车辆产生噪声的主要原因，重点阐述国内地铁车辆车轮降噪方案，并将各方案进行了技术对比，结合国内既有线路车轮降噪方案信息，为后续建设线路提供选择建议。

【关键词】 地铁  车辆  车轮  降噪

当前，我国轨道交通的高速发展给广大人民生活提供了诸多便捷条件，即促进了经济发展也取得了良好社会效益。但轨道交通也对环境起了某些负面效应，其中噪声和震动最为突出，而噪声由不规则震动产生，其即影响列车沿线人民正常生活也降低乘客乘坐的舒适度。

1 轨道交通车辆噪声概况

轨道交通包含城际间高速铁路和市区内城市轨道交通，后者以地铁为主。轨道交通运行时产生噪声的原因复杂多样，但主要原因是以下几个方面：（1）轮轨噪声，包括滚动噪声、冲击噪声、摩擦噪声;（2）结构噪声，由于轮轨表面互相作用产生的震动，通过轨道和基础传递，导致相应结构振动而辐射噪声;（3）车辆动力设备噪声，包括牵引电机、空调、受电弓等设备噪声;（4）车辆运行时的空气动力噪声;（5）车辆运行速度因素。

其中，轮轨噪声又是主要原因中的重要原因，运行时车内噪声有一半以上直接或间接来自轮轨噪声。高铁一般采用大曲线半径和无缝钢轨，又对车轮和钢轨及时镟修或打磨，故高铁的轮轨噪声主要表现为轮轨滚动噪声。地铁受市域空间限制，其曲线线路较多且部分曲线半径较小，故其轮轨噪声主要为轮轨滚动噪声和曲线啸叫噪声[1]。因此，如何降低车轮噪声成为国内外地铁降噪的主要研究方向。

2 地铁车轮降噪方案

车轮降噪有多种方案，目前国内采用降低车轮噪声的方法主要有三种：

（1）采用整体低噪音地铁车轮。整体低噪音地铁车轮控制轮轨噪声的机理是通过减少轮轨摩擦和提高车轮弹性来达到降噪的目的。从外表来看，整体低噪声车轮与普通车轮无多大区别，轮毂、辐板与轮辋为一个整体，车轮上也没有任何消声装置，但实质上车轮已做了低噪声处理，如：使踏面光洁、增加踏面弹性及对外形作声学优化设计。2011年1月份，马钢公司成功开发了HZ840低噪音地铁车轮，目前，马钢低噪音车轮已进入广州、深圳、成都等近10条地铁或轻轨线。

（2）采用阻尼片式车轮降噪阻尼器。阻尼片式车轮降噪阻尼器控制轮轨噪声的机理是通过吸收车轮的振动来达到降噪的目的。它是基于一种宽频带的动力吸振技术：对于一个单自由度振动系统，当外加一个质量很小的单自由度吸振器后，如果吸振器的固有频率设计成与原系统的固有频率一样，则当原系统以固有频率激振时，其振动将完全被吸振器吸收。当吸振器中适当增加阻尼后，吸振器的有效吸振频带变宽，同时吸振器的振动也会快速衰减掉。对于多自由度振动系统，则需外加多自由度吸振系统去吸收振动。基于上述原理，在测得车轮辐射的主要噪声频率后，再根据这些频率设计吸振器的参数，使得吸振器的固有频率与噪声频率一致，从而最大效率地吸收车轮的振动，降低轮轨噪声。阻尼片式车轮降噪阻尼器于2003年首次在北京地铁13号线上应用，之后，在天津滨海线、武汉轻轨、天津地铁1号线、北京5号线、北京地铁4号线、北京10号线、广州地铁1号线、西安地铁线等广泛推广使用。阻尼片式车轮降噪阻尼器应用后分别在北京13号线和天津滨海线现场作了对比测试，效果很好。

（3）采用车轮降噪阻尼环。降噪阻尼环控制轮轨噪声的机理是通过界面阻尼来达到降噪的目的。车轮降噪阻尼环具有特定的弹性和表面光洁度，安装在开有半圆槽的车轮上，在车轮发生振动时，通过阻尼环与车轮轮辋之间摩擦产生界面阻尼耗能，能部分起到抑制车轮径向和横向模态振动的作用，减少车轮向外辐射噪声，从而获得良好的降噪效果。哈通达公司开发了车轮降噪阻尼环，该技术于2010年首次在南车株洲电力机车有限公司ZMB080型地铁车辆转向架上应用。

3 地铁车轮降噪技术比较

（1）采用整体低噪音地铁车轮时，无须对车轮进行加工，也无须附加阻尼片或阻尼环，为车辆制造提供了便利，同时提高了降噪措施的安全性、可靠性。但由于整体低噪音地铁车轮刚刚投入使用，对其降噪效果、造价成本、养护维修成本以及耐用性尚须进一步考察。

（2）采用阻尼片式车轮降噪阻尼器降噪效果是好的、可靠的、成熟的，经过近十年的应用考验，已经得到用户得认可。但采用阻尼片式车轮降噪阻尼器缺点是车轮加工复杂，工艺性差，要开宽20mm的工艺槽，要钻24个空，并要攻丝。运用中偶尔也会发生螺栓松弛、折断等不安全现象。

（3）采用车轮阻尼环降噪，对于运行速度小于80km/h的地铁车辆来说是可行的。从有关项目实验结果来看，降噪效果较好。其优点是车轮加工简单，只须在轮辋处开一个（或二个）约14的半圆形孔，安上一个（或二个）阻尼环亦可。安装阻尼环相对阻尼片式车轮降噪阻尼器具有方式简单，安全性高，价格便宜，性价比较高，其安装不受幅板形式的限制，也是国内未来发展趋势之一[2]。

（4）有关实验表明，车轮阻尼环和阻尼片式车轮降噪阻尼器降噪效果相近，二者制造检修也较方便，最终采用哪种方案需依据具体车轮技术参数而定。

4 结语

地铁车轮降噪方案多种多样，成熟技术和新技术都可作为新建地铁考虑方案。应从技术和经济角度考虑性价比最高的方案。而车轮降噪在设计上应一方面从降低车轮振动来抑制车轮声辐射水平考虑，另一方面从传播途径上衰减噪声考虑。

参考文献

[1]王谛，低噪声车轮振动声辐射特性研究[D].成都：西南交通大学，2014.

[2]刘晖霞，易兴利，张斌.ZMB080型地铁车辆转向架车轮降噪研究[J].电力机车与城轨车辆，2010（4）.

作者简介：包春光（1981—），男，硕士，工程师，国家注册设备监理师，项目经理。主要从事地铁车辆设计、咨询。endprint