高速动车车内噪声的控制改进方案.docx

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高速动车车内噪声的控制改进方案

摘要

通过对高速动车组司机室及观光区噪声特性及分布情况进行测量及分析，结合声强的矢量特性来识别车内噪声的主要分布区域；根据这几个区域的噪声频谱分布特点，采用增加隔声垫的措施，降低车内噪声。

关键词：

高速动车组 车内噪声 

高速动车车内噪声的控制改进方案

第1章绪论

随着时间的推进，我国的铁路也在不断进步，发展-十分迅速。

伴随着铁路运营速度逐渐提高的态势，铁路也不断提高对振动噪声的要求。

现在我国的高铁对于噪声污染的设计还处于噪声值控制阶段。

在目前我国现有的高速列车运行速度下车内噪声指标基本符合设计要求，但要是设计更快速的列车，使列车的运行速度提高，那车内噪声必然会超出设计要求。

高速列车在很多国家他们所有的工作作为重要的乘客，如日本，德国，法国等中国的高速铁路取得的成就举世瞩目，已成为当代中国的“四大发明”的一个。

预计2020年，我国的高速铁路网将会扩展至2.89万公里。

噪声污染对于人们的身体会造成很大的危害，引发多种疾病，所以控制降低噪声的危害是必要的。

噪音污染还对机器有着极大的危害，缩短机器寿命破坏机器零件等。

噪音控制也已经在许多国家有了法律的明文规定。

所以改变列车噪声污染是必然的，下面是我从车轮轮轨噪声，司机室异常，受电工区三个地方改变列车噪声的设计。

1.1车内噪声的定义

我们以GB/T3449-- -2011铁道车辆内部噪声级和频谱的测量标准来写设计,本标.准适用于常规的噪声测试，定期监测的实验中，类型的测试，测试结果可以用于表征这些车辆的内部噪声，关于具体路段不同车辆之间的内部噪声的比较。

而运行中的轨道维护车不包括在内。

JJSE4021:

2008 车辆内部噪声测量修改采用了IS03381 :

 2005标准的主要内容并结合了日本现有的噪声测量工业标准。

ICE的使命宣言规定，当列车以250KM/h的速度行驶，在一-流的车厢最大噪声不应超过65分贝（A），第二类车不得超过68分贝（A）。

在欧洲和日本，这是评估高速列车的舒适性的要求。

1.2车内噪声的特征

在列车结构上存在的滤波效应，以低频为主是车内噪音特性，随着车辆的不断改进，车辆速度的逐渐提高，车内噪声的频率范围也有了显著变化。

现在采用的封闭式列车和以前采用的开放式车辆相比中高频的噪声有了明显的减少，但是在200Hz以下的低频段中效果改善很小。

在以低频为主的车辆中虽然对人们的交谈的影响很小，但很容易使人变得很疲劳。

所以改善铁路车内噪音环境势在必行。

第2章噪声产生的原因及危害

轨道列车噪声主要来源于车辆的车载系统，受电工区，空气动力和轮轨作用等地方。

而噪声的污染已经成为环境污染的一大危害，也是对人体危害最大的其中之一，最直接的危害是人体耳朵的受损。

其次也会对我们身体的其他部位造成伤害。

2.1车内产生噪声的原因

我在实习期间发现了三处使车内产生噪声的地方，分别是司机室，受电弓区和车轮轮轨，这些地方的有着严重的噪声污染，我来分析一下噪声因何产生和它有那些方面的危害。

2.1.1车轮轮轨噪声

在铁路列车设计中，当车速处于250km/h以下时，车轮轮轨的噪声相比其他噪声来说极大，在我国，铁路车辆的速度普遍处于每小时二百五十千米，所以我们对于设计治理车轮轮轨噪声意义变得很重要。

轮轨噪声源主要包括由轮轨滚动，引起轮轨冲击和尖叫声噪声的噪声。

滚动噪声指的是噪声时未在连续焊接线性轨道辊刮伤的轮子。

由于车轮与轨道之间的碰撞，振动的轰鸣声由凸块或滚动时的槽引起的。

在轮轨滚动噪声，轮轨噪声产生的原因就是来源于轮轨表面相对来说不够平滑而导致轮轨发生振动。

轮轨的冲击声是由多种原因造成的，包括由于车轮的踏面擦伤，然后表面不光滑而与轮轨发生相对摩擦所发出的声音。

所以可以得出，轮轨噪声当中包含着轮轨的冲击声。

轮轨尖啸声是一种强噪声，由纯音和多音调组成的，它铁路车辆通过小半径曲线与它的音调有关系，多为对尖啸噪声的测试而设计比较少见。

尖啸声的出现因为车辆通过曲线，受转向架约束的车轮不能正切于钢轨运转，产生轮轨接触表面的黏着和空转引起的车轮共振。

轮轨尖啸声是--种强噪声，由纯音和多音调组成的，它铁路车辆通过小半径曲线与它的音调有关系，多为对尖啸噪声的测试而设计比较少见。

尖啸声的出现因为车辆通过曲线，受转向架约束的车轮不能正切于钢轨运转，产生轮轨接触表面的黏着和空转引起的车轮共振。

在我国近几年来，轮轨噪声的设计也有了一些进展，翟婉明在他出版的《车辆-轨道耦合动力学》中充分的论述和完善轮轨的噪声设计，他和同伴更是建立了整车的轮轨模型来进行设计。

刘林芽和雷晓燕发表的文章中测了京九线轮轨噪声，比较发现有较大差异，雷晓燕后来又导出高速铁路牵引噪声，轮轨噪声，其后，徐志胜在他的博士设计里，建立了预测同时对滚动噪声和冲击噪声设计的模型。

虽然我国在对于轮轨噪声的设计有成就也有不足，比如缺少大量的试验数据还有轮轨横向作用的加剧，轨道不平顺谱的测试工作不足等。

在车轮轮轨噪声的控制上我国还需再接再厉，在降低成本的情况下做出更好的方案来。

这也是我们这个领域级设计的重点。

2.1.2司机室异常噪声

我在实习期间，对高速列车里司机室进行有关于噪声和振动的测试，仔细寻找发现司机室里的噪声产生的原因，针对司机室的噪声情况发现并提出问题，与其他人的测验数据对比分析，来进行对高速列车司机室里噪声过大而产生问题的设计。

在《铁道车辆》发表的线路实测时，检测到车内的振动以及它所发出的噪声水平，然后我们分析了它的频谱特性，最后对比车轮镟修前后的司机室里噪声与振动.的水平进行了分析。

并设计如何控制对司机室噪声。

司机室噪声过大主要在于在588Hz时，存在着显著的频率峰值，主要传递路径之一为结构传声。

在车轮镟修后，车辆的噪声大致处于70~73dB （A） 之间，这样一来就满足了司机室噪声不能超过78dB （A）的相关规定。

司机室的噪声传递路径由地板，侧墙和车顶的玻璃由振动加速度传递，通过测试得出它们在588HZ附近拥有显著的局部峰值，结构振动产生的噪声是司机室噪声的主要原因之一。

司机室噪声直接影响着人们的身体健康，也极大降低了乘坐高速列车的舒适度，噪声源于结构因振动所引发出空气的振动，噪声源会对人们产生辐射，车辆噪声主要来源于车体的振动和空气与车体间摩擦冲击所引起的声音，其中车体振动对车辆的危害较大，司机室噪声主要集中于中低频率，司机室处于变截面区域，刚度和隔声量都低于其他地方，所以司机室噪声过大。

车外噪声进入司机室内因为司机室玻璃对噪声具有较强的反射作用，所以进入司机室的噪声会产生混响现象成为污染。

在司机室中，空调辐射的噪声也不能小视，它在两千到三千赫兹频率范围内很稳定，在始终保持频率噪声不变。

司机室噪声对人的影响很大，对语言信息的交流有干扰作用，对各种信息的交流有很大的影响，是行车中安全不可轻视的一大敌手。

2.1.3受电弓区噪声

受电弓上的噪音作为铁路车辆的主要噪音之一，有非常大的危害，在超过三百五十千米每小时的高速列车_上它的噪声更是超过了轮轨所造成的声音，成为了高速列车上最大的噪声源。

对列车上的机器使用寿命和客车内部乘客乘坐客车的舒适度都有很大的影响。

舒适度重要标准的衡量中，振动和噪音这两种指标不可或缺。

现在对于高速列车的设计与调整中，噪音也是其中重要的一环，在和其他国家的对比中，我们的铁路发展不能落后与人，所以设计和减小客车受电弓区的噪音变得十分重要和迫切了。

日本在受电弓的弓体结构简化，流线型包覆，导流罩，弓头气流控制这几个方面设计气动噪声控制里有些领先，在近期的资料中，日本又降低了弓头的气动噪声，对它进行了进一步的优化。

在国内，我国设计者也在受电弓导流罩气动噪声的设计上也做了一些优化，这些设计主要从受电弓本身出发，对受电弓进行气动优化设计，对车外的辐射噪声特性进行了重点的关注。

国内对高速列车在行驶中所做的线路运行实验里，测试分析并评价了受电弓区的车体振动和噪声传递规律，结果试验的控制效果很不理想。

在试验中，由于车体设计结构好，性能优良，噪声传到车内会快速削弱，并且得出1KHZ以下频段非受电弓区车内噪声明显要低于受电弓区附近的车内噪声。

所以根据实验，我们可以得出受电弓区的重要性，我们一定要继续加强研究。

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2.2车内噪声的危害

车内噪声是现阶段我们主要攻略的目标之一，下面是我收集的车轮轮轨噪声，司机室异常噪声，受电弓区噪声的危害和强度。

2.2.1车轮轮轨噪声的危害

列车车轮轮轨噪声是列车上噪声源之一-，它主要由钢轨和车轮踏面的凹凸不平使轮轨振动产生的，车轮轮轨发出的噪声对列车和乘客来说会造成很大的危害，当车轮轮轨噪声达到一定值时，会缓慢的危害人呢门的身体，甚至会引发多种疾病,当有乘客身体不好时，列车轮轨噪声便是诱导乘客身体里疾病的诱因，乘务员司机和其他工作人员经常在列车上和噪音接触，对身体负担很大，经常待在噪音场所，会使人烦躁，精力不集中，做事情也会错误百出，在噪音环境中休息和睡眠，更会给噪音污染以可乘之机，经常在噪音大的地方，对心理人是一种极大的损伤，噪声对人的危害是潜移默化的，需要重点注意。

列车轮轨噪声过大也会对机器本身的寿命有着严重的威胁，噪声过大会侵蚀机器零件，降低机器使用期，对列车来说危害更大，列车轮轨在工作中对踏面磨损造成的伤害很大，相对的噪声也会很大，噪声又会对车轮踏面造成更大的伤害，机器本身对于噪声污染并没有什么防护，长期在噪声中的机器，结构会扭曲，需要人定期检查，而噪声如果在机器工作时突然加大，超过机器能承受的噪声值时，机器会损坏发生故障，当车轮轮轨工作时，噪声过大可能会导致零件损坏，工作设备疲劳，列车紧急刹车，会给人们工作和生活造成巨大损失。

2.2.2司机室内异常噪声的危害

司机室在列车上是最重要的地方之一，列车如何控制全靠它来进行，而在司机室中，噪声的危害同样存在，车辆运行时，列车的高速运动会造成明显气流，产生明显的气动噪声，而在车头内的司机室里感觉更为明显，车辆上所有的噪声都会对车内造成辐射，司机室处于变截面的区域，在高速运行的时候气动速度高，容易引发振动造成噪声，另而国内外针对车内振动和车轮非圆化问题开展了大量的设计,西留健司等对日本211系电动车组制动时的噪声进行了设计，分析它产生噪声的原因，并进行相应的措施降低噪声。

在图书馆资料中看到PoissonF等利用统计能量分析方法对TGV车进行了噪声传递路径分析，将空气声和结构声分开，得到了主要声源和板件结构的声贡献量，并对地板的计算结果与实验结果进行了对比分析，对之前的司机室与观光区进行了再次测量，结合声音强度的矢量特性来进行查找车内噪声的分布区域,然后再针对性的对分布区域制定措施;对高速列车乘客室内轮轨激励噪声的贡献度分析，针对噪声最大位置，给出了降噪措施;通过基于两种不同内装结构高速车厢的对比试验，得出了车内发生不正常振动和噪声的相关特性。

为了减小车辆振动而产生的噪声，我们可以从车轮的粗糙度出发，通过理论和实验进行结合的方法。

我通过对比查找的资料对来源于司机室的噪声与振动进行了相关的分析，我们提出噪声过大几个可能，①可能是和振动水平有关;②可能是和噪声它的传递路径有关系;③与声音来源的特性有关系。

2.2.3受电弓区噪声的危害

在所学的知识中空气动力学噪声并不全部是在车体表面受电弓测得的噪声，噪声还包括了普通噪声传声器测得车体下部的轮轨的噪声，以及设备在工作时发出的噪声，而这些噪声当中最主要的来源是气动噪声。

车内顶板处噪声为82. 7dB（A）左右。

车外噪声当中，低频占绝大部分，而高只占了极少部分。

车顶板处接近受电弓，而且车顶下正是行李架的安放处，来旅客众多，因此噪声较大。

导致了低频噪声占比过大。

我们把出于车体外表面的噪声值和车内顶板处的噪声值相对比，发现了噪外表面时与进入内部后噪声的高频部分衰减比较厉害这也证明了气动噪声的减况与车体结构的好坏有关。

列车在350km\h的速度运行下，受电弓产生的噪声对外界影响很大，此时I声最大能够达到98. 7dB， 并且距离受电弓中心处仅为3米，距离受电弓25米的点处噪声最高也达到83.4dB。

距离受电弓中心线越远，噪声越小的结论。

与此也可以发现，一些噪声实际上是来自于受电弓部位，它会在261-322HZ的范围p生峰值。

而噪声源也是来源于受电弓。

分析可知，受电弓在工作时，它的滑板位置会产生很大的工作噪声，因此我们要对此进行降噪，首先就是对滑板位置进行降噪;所以我们需要进行相应的验研究来设计如何解决此问题。

而受电弓作为高速客车中噪声主要来源。

目前有呗广泛研究，所以需要我们继续努力研究。

第3章针对车内噪声的解决方案

3.1车轮轮轨噪声修复

3.1.1降低钢轨噪声

在《噪声与振动控制》一书中明确说明增加钢轨阻尼被证实是降低轨道噪声的一种极佳解决方案，在之前的资料中提到开发并验证了几种钢轨阻尼器或吸声器。

因为初始条件的差异，无法直接比较其效率，但其有效性会随着主动质量的增加而提高。

静音轨道项目中的阻尼器（第5.2节），主动质量为17. 5kg/ m,而这种阻尼器则是对之前的设计改良，并且使用效果符合预期。

使用这种阻尼器的好处就是它可以应用于软质铁轨上，使得噪声不会提高。

而通过对其内部构造的分析与测试，发现了与之前的变体相比，现在的单位长度质量都是相接近的，但是现在的宽度更宽。

尽管刚性轨垫可有效降低轨道噪声，并已用于TSI实验基地，但因为其他原因，所以普遍用于现代轨道尚不切实际。

在查找到的静音轨道项目研究中.我们发现降低钢轨声辐通过使用比较小的轨道断面是行得通的。

而因为这种轨道对轨面的宽度与常规轮轨不一样，所以需要一种新的紧固系统。

3.1.2车轮噪声的降低

在《车辆运用与管理》中客车运用与维修章里提到车轮镟修前列车每小时三百千米高速运行时，司机室噪声都在80dB （A）以上，而在中间的位置的噪声最大，已经有88. 5dB （A）。

当司机室作为车尾运行的时候，相比于作为车头运行时提高了2~3dB （A），而中间的噪声值更是达到了91. 2dB （A），在相关规定中,司机室的噪音不能超过78dB（A）。

因为司机室处于尾车时噪声要高于司机室作为头车的时候。

在查阅资料时，我们了解了几种的车轮的调谐吸声器，这几种吸声器使得车轮噪声降低了4~8dB。

但是这几种仪器并不是新兴产物。

早在二十世纪八十年代，市场上已出现了几种车轮阻尼器。

而通过报道得知，A-加权总噪声降低了5-8dB 在城际列车和高速列车上（ 200km/h） , 但上述情况只是速度达到相应条件下所做到的。

在车轮阻尼装置发明出时，期望车轮则是一直在使用，并且在降噪仪器中占据重要地位。

根据这些情况，我们可以发现降低车轮噪声的有效措施就是把总噪声级降下来。

在我们学到的知识中，空气弹簧降噪的效果很好，可使一次固体噪声大为减小，所以中央弹簧请选用空气弹簧。

3.2减轻司机室噪音异常

3.2.1降低司机室车体噪音

在司机室的噪声产生的原因及危害中讲到，可机至噪声米源于车轮轮轨噪声和车外空气摩擦所带来的噪声，车外噪声向车内传播的途径有两个，一是主要通过车体及门窗的所有缝隙进入，二是通过车外噪声直接作用于车体的壁板使其振动所带来的噪声。

车内噪声的降低主要有空气声，固体声和混响声所造成，车内噪声的降低主要从降低噪声源强度和隔绝传播途径来处理。

从车体结构出发，降低车体的共振有三个措施，一是避开车体连接处共振频率接近现象，二是改变结构振动部位原有的振形，从根本.上减小振动幅度，三是增加结构阻尼来衰弱振动幅度。

图1司机室噪声水平图

3.2.2司机室噪声消弱

通过图书馆查找的司机室噪声分布可以发现，当频率为10Hz 时，司机室内声场分布变化不大，当频率为440Hz和1000Hz 时，采用约束阻尼后，司机室内声压级较大的区域面积被消减很多，声压级也有一-定的减小。

总体来看，当司机室采用约束阻尼结构后，司机室内一些地方的中高频噪声被消弱了一些。

图2车轮镟修前后司机室内噪声对比图

3.3受电弓噪音修复

3.3.1受电弓升降减噪

受电弓配备了一个压缩空气驱动的自动升降装置，当接触带破裂时驱动装置将降低受电弓。

受电弓所有功能以及监控是通过各自阀控制模块实现，受电弓升起是通过一个安装在控阀模块输入电缆中电磁阀实现。

升弓时通过输入电缆中的电抗设置。

降弓时以及静态接触力以及自动升降装置中的压力开关的压力通过阀控制面板设置。

3.3.2受电弓噪声控制措施

我们尝试从不同方面对受电弓区车内的噪声进行控制:

 a .提高车体结构的隔音性能;b.降低该区域车体结构的振动。

由于该动车组受电弓区已采取了多种隔声措施，再继续进行隔声处理往往需要增加较多重量，不符合高速列车轻量化设计要求，因此主要从减振方面进行降噪结构设计，通过较小的重量代价达到降低车内噪声的目的。

通过分析可以得到，受电弓的振动它是进行逐级传递的，它首先会通过和车体之间的连接装置进行振动的传递，因为受电弓与车体的连接是刚性连接，振动在传递的过程中不存在减弱，所以如果要降噪，则需要在受电弓和车体的连接处加装减振装置，通过此装置可以有效的减弱二者的振动传递，出于安全和保养维护以及声音流通的因素来设计出了一种锥形椭圆结构。

减振安装结构采用橡胶作为主要减振元件，具有以下优点:

①55°的夹角保证了行车的安全，因为在此夹角下，无论是因为天气情况恶劣导致减振材料被破坏也可以保证受电弓正常运行;②这种椭圆结构可以降低相应的噪声，使得其安装结构的气动性能也可以得到优化;③减振材料和车体之间，与受电弓之间都是通过螺栓进行栓接，方便工作人员进行拆卸和养护。

致谢

感谢老师与我完成这篇设计，在整篇设计设计中无论是拟定题目还是解决难点,老师都给了我很大的帮助，在实习期间老师细心指导我，让我尽可能多的学习知识,完成实践，这对我来说收获巨大，感谢老师的细心指导。

在实习期间我观察并设计了噪声污染的过程和危害，创作了这篇设计，在这过程中我收获了许多许多，在老师的帮助下我对以前不了解的知识也接触了，这真的是开了眼界，噪声污染的危害很大，但我国也在努力让危害缩小，相信在不久的将来高速列车会是完美的出行工具。

在这之前我要努力让自己变得更好，为高速铁路尽一份绵薄之力。

在写设计的过程中我遇到过很多难题，比如车轮哪个地方噪声最严重，车内噪声降低的几种方法的优缺点测试，受电弓和车体的连接处噪声的变化等问题，当面对这些问题我们焦头烂额的时候是老师指导我，帮助我，遇见难题问老师的时候他也会耐心的解答，我们整天去烦他他也没有丝毫不耐烦，和蔼可亲的细细的帮助我们解答问题，在学校老师整天忙碌，我们一有解决不了的问题找他的时候他因为我们没理解就又讲解一遍，他认真严谨，对我们的实验反复检查防止我们犯错，为了我的安全也严格要求，我很幸运遇见这样的老师，因为他是如此的认真细心，他给了我完成设计的能力，也让我知道了设计的困难与挫折，这对我的成长有很大的帮助，感谢您让我又成长的一步，我一定会更加出色的。

撰写本设计过程中我遇到过困难，挫折，是老师的帮助让我坚持下去的，感谢老师，为我做了这么多。

总结

高速列车是我国重要的交通工具，发展的势头不可阻挡。

本文从车辆的噪音出发，分析设计并改进噪音对车辆的危害，我从噪音污染的源头出发，发现了车轮轮轨噪声，司机室异常噪声，受电弓区噪声的危害，查找资料分析原因，危害，终于做出了这篇设计。

这篇文章在设计中,版式钢轨和有渣钢轨比较为版式可减少维护，但噪声较高，在版式钢轨上增加整体屏障和吸声装置为有效的降噪方法，安装后可等同于常规的有渣轨道。

车轮的创新使降噪方案的成果，使车轮轮轨噪声的降低有了更明显的体现。

受电弓区噪声修复中提到了-一种独特的锥形椭圆结构，该结构优点有在行车环境恶劣的情况下受电弓不脱落，保证行车安全，有效降低气动噪声,使安装结构具有良好的气动特性，保证减振器的优良性能，便于拆卸和维修。

在试验中增加的钢轨阻尼器取得了良好的隔音效果，目前在市场就能买到。

司机室在改进前后的效果对比中具有明显差距，声压级较大的区域面积被消减很多，在司机室内一些中高级噪声的地方噪声有削弱。

文章里有我分析出的车轮轮轨噪声，司机室异常噪声和受电弓噪声的原因和危害，也有他的解决方法，希望我的做法能帮助大家，为大家的铁路试验有所帮助。

我国铁路事业蓬勃发展，形式一片大好，希望我国铁路事业更快更强，为人们生活带来更多更好的变化。

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