隔振道床对地铁车辆噪声影响分析

隔振道床对地铁车辆噪声影响分析
孙坤;葛剑敏
【摘要】通过对某城市地铁车辆噪声测试分析,得到地铁经过一般整体道床、橡胶减振垫浮置板道床、中量级浮置板道床和重量级浮置板道床时,车体内外声场空间分布以及噪声频谱特性.结果表明,列车通过一般整体道床道床所产生的噪声声压级为4种道床中最低,通过减振垫浮置板道床产生的噪声声压级最高.隔振设计的浮置板道床使车内噪声增加,主要加强200 Hz频段以下的噪声,通过重量级浮置板道床时100 Hz~200 Hz车内低频噪声声压级最高,与中量级浮置板道床工况数据对比表明车内低频噪声强度与钢弹簧浮置板道床的隔振效果呈正相关.%The noise in the carriages is tested and analyzed in the Metro of a domestic city. The spatial distributions of sound pressure level (SPL) and the noise frequency spectral characters of the internal and external noises, when the train is travelling through 4 kinds of track beds, are obtained respectively. The 4 kinds of the track beds include ordinary track bed, rubber floating slab track bed, medium-weight steel-spring floating-slab track bed and heavyweight steel-spring floating-slab track bed. The results indicate that the SPL of the interior noise for the ordinary track bed is the lowest, and the SPL of the interior noise for the rubber floating-slab track bed is the highest. The floating-slab track with the vibration isolation design makes the carriage noise increasing, and the noise in the frequency band below 200 Hz is mainly enhanced. The SPL of the interior noise of the carriage, when it traveling through the heavyweight floating slab track bed, is the highest in the low frequency bend of 100 Hz-200 Hz. Comparison of the
results with those of the medium-weight floating track bed in operation condition shows that the intensity of the low frequency internal noise of
the carriage has a positive correlation with the vibration isolation effect of the steel-spring floating-slab track bed.
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2017(037)005
【总页数】5页(P67-70,174)
【关键词】声学;轨道交通;隔振道床;浮置板道床;车室噪声
【作者】孙坤;葛剑敏
【作者单位】同济大学声学研究所,上海 200092;同济大学声学研究所,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】U270.6
城市轨道交通具有方便快捷、安全准时等特点，在改善城市道路交通方面发挥了重要作用。

随着各大城市轨道交通的迅速发展，地铁已作为人们出行必不可少的交通工具之一。

然而轨道交通其固有缺点，即噪声问题突出，随着人们生活水平的提高以及环保意识的增强，对乘坐舒适性提高了要求，对车内噪声越来越关注，地铁车内噪声已成为衡量地铁车辆质量的一项重要指标。

在目前开建的地铁项目中，出于减振设计的考虑，在不同线路区段中往往是几种道床的组合。

本文通过地铁运行经过不同道床时车室内外噪声特性试验与分析，探讨目前广泛采用的四种类型道床对地铁噪声的影响，对地铁降噪具有一定的参考价值。

根据车内噪声产生的机理，可以将其分为气动噪声和结构噪声，车室内噪声的主要组成有轮轨噪声、空调机组噪声、牵引设备噪声、气动噪声和其它电气设备噪声等[1]。

图1为车内主要噪声来源。

在列车正常运行的大多数路段，由钢轨和车轮的表面粗糙而引起的滚动噪声是最主要的。

空调机组噪声主要是由空调压缩机噪声和空调出风口噪声两者组成，因空调出风口直接与车厢内部相连，故其对车内声场有较大影响。

气动噪声往往在行驶速度大于100 km/h时才加以考虑[2]，而轨道车辆最高时速为80 km/h，故气动噪声不作为地铁车室内主要噪声源。

其它电气设备噪声包括滑动式车门噪声、车内照明系统噪声、广播噪声等，对车内声场的贡献度较小，一般不予以考虑。

城市轨道交通线路不可避免地会穿越一些振动敏感区域，故在轨道交通工程建设实施的过程中必须考虑线路开通运行后车辆通过时引起周围结构振动的问题。

目前在建线路根据需要在不同区段建设不同类型道床。

浮置板轨道结构是一种非常有效的隔振措施，其基本原理是在轨道上部建筑与基础间插入一固有振动频率远低于激振频率的线性谐振器，即将具有一定质量和刚度的混凝土道床板浮置在橡胶或者弹簧隔振器上使轨道上部建筑与混凝土基底完全隔离。

使其处于悬浮状态，建立质量—弹簧系统，从而利用整个道床在减振垫或钢弹簧
上进行惯性运动来隔离和衰减列车运行产生的振动。

目前，国内外使用的浮置板轨道按照支撑条件不同主要分为橡胶减振垫浮置板道床和钢弹簧浮置板道床两种，图2为钢弹簧浮置板道床原理图[3]。

本次试验车辆为B型车（三轨受流），四动两拖六辆编组，总长130 m，最高时
速80 km/h。

噪声采集系统为B&K公司12通道3053-B模块，东方噪声与振动
研究所INV9206系列传声器。

此外，在车底前后转向架处布置传声器记录轮轨噪声级，车体表面贴有平面传声器记录车体表面噪声。

所有仪器均符合《ISO 3381-2005》[4]规定要求。

所有噪声测点布置于1号车体，测点具体位置见表1，测点
分布如图3所示。

试验线路全部位于地下段，总长24 km，共铺设五种道床结构，包括一般整体道床，浮置板道床，以及减振器扣件整体道床。

其中，线路内铺设的浮置板道床有三种类型，分别为橡胶减振垫浮置板道床、中量级浮置板道床与重量级浮置板道床，后两者均属于钢弹簧浮置板道床。

减振器扣件整体道床铺设于站台内，考虑到实际运行时此段道床仅为列车停靠点，并无全速运行工况，故不考虑。

线路工况见表2。

轨道车辆运行至相邻车站区间中部速度加至最大，约70 km/h，此时噪声最大，
故测试速度选取70 km/h。

通过车外噪声测试和车内噪声测试的重复性对比，表
明不同的道床运行条件下，隧道与车室内均产生不同声压级的噪声。

车内外各测点噪声级分布变化规律趋于一致。

总A声级由小到大工况为：一般整体道床；重量
级浮置板道床；中量级浮置板道床；减振垫浮置板道床。

隧道环境下，轮轨噪声、车体结构辐射噪声等经过隧道壁面多次反射透射入车体内，使车室噪声显著增大，图4为车内测点总A声级空间分布。

由图4可知，车辆在不同道床运行时，车内噪声分布的变化规律是一致的，这是
由于车内各测点噪声值与车辆结构有关，符合预期。

车门区域测点声压级较座位区域普遍高0.8 dB(A)～1.2 dB(A)。

车门区域测点声压级较大，由于地铁车门较车体其他壁面隔声量较小，此外，噪声通过车门缝隙绕射进入车内。

地铁空调风机位于S6测点上方，故此测点虽然位于座位区域，声压级比车门区域高0.8 dB(A)左右，表明在70 km/h运行时，空调机组噪声贡献量小，轮轨噪声是主要噪声来源。

这从声压级叠加原理上也能解释：空调机组噪声只有
71 dB(A)，比70 km/h隧道内运行噪声低13 dB(A)，根据声压级叠加原理，空调机组噪声可忽略。

图5为车外测点总A声级空间分布，表明不同轨道运行下，车外噪声分布变化规
律也是趋于一致的。

70 km/h运行时，车体表面噪声在111 dB(A)～114 dB(A)之
间，转向架处测点更接近轮轨噪声源，较车体表面噪声稍大。

试验结果表明，4种道床无论上下行，D1测点噪声级均比D2测点高1 dB(A)以上，分析应为试验车厢选取带列车驾驶室的首节车厢，由于车尾与其他车厢连接的钳定作用，可以抑制后置转向架处车轮振动，而驾驶室车头部分并无连接，故驾驶室处轮轨噪声更大。

因此，相较于乘客区，驾驶室需要考虑更多的降噪措施。

车内外各测点噪声级分布变化规律趋于一致，各测点噪声级相对大小稳定，可以排除测试的偶然性。

选取车体后部区域S7、BM3、D2测点反应地铁经过在四种道
床时，各频段噪声“轮轨—车体表面—车内”传递变化规律。

由图6—图9可知，地铁在4种道床运行条件下噪声集中在400 Hz～800 Hz，峰值均出现在500 Hz频段处，车内测点噪声频带变化趋势与转向架处测点处吻合更好，表明车内主要噪声源为轮轨噪声，与3.1结论相符。

列车通过浮置板道床时，噪声级在125 Hz频段均出现明显的谷，减振垫浮置板道床车体表面噪声与转向架处噪声在100 Hz～315 Hz频段差异最大。

不同道床运
行下噪声由车外向车内传递过程的差异性在低频体现明显，而在中高频则趋于一致。

图10—图12给出四种道床运行下车室内外噪声级1/3倍频程频谱对比曲线。

相
对于一般整体道床，出于隔振目的设计的三种浮置板道床主要影响200 Hz频段以下的噪声的产生于传播。

车辆行驶经过浮置板道床地段时的1/3倍频程车内噪声
级在200 Hz以下范围内产生明显峰而经过一般整体道床时没有，经过一般整体道床各频段噪声级均为最小。

隔振道床不管是橡胶垫浮置板还是钢弹簧浮置板，其根本性的支撑方式没有变化，只是支撑材料与刚度不同，因此三种浮置板道床频谱变化规律相似，噪声的低频成分更多。

其中，隔振设计低的减振垫浮置板道床产生的噪声问题最大，其对中高段噪声都有显著加强，而隔振设计高的重量级浮置板道床加强低频噪声的同时，在1 250 Hz频段处也产生加强峰，但在轮轨噪声主峰频段区域与一般整体道床几乎相
等，因而总声压级比一般整体道床略高。

在100 Hz～200 Hz范围内，中量级浮
置板道床低频噪声总体略低于重量级浮置板道床，这是由于两种浮置板道床结构相同而刚度不同，中量级浮置板道床的隔振设计频率更高。

图10表明，经过隔振设计高的重量级浮置板道床，车内100 Hz～200 Hz低频噪声级最高，表明钢弹簧
浮置板道床隔振效果与车内低频噪声强度呈正相关，即隔振越好，车内低频噪声越大。

浮置板自振频率较低[5]，对地基及其周围隔振效果较好，但车辆本身动态的振动
响应将随着频率降低而增大。

随着车辆局部的振动激励、导致结构的声辐射以及封闭车厢内的低频声混响的加剧，车内噪声无疑也将增加。

通过速度70 km/h地铁运行于四种道床车室内外的噪声测试分析，试图找出隔振
道床引起地铁车辆噪声的变化规律，研究得出：（1）地铁运行于不同道床时，车内平均声压级绕82.2 dB(A)～86.3 dB(A)上下波动的特性，噪声集中在400 Hz～800 Hz，峰值均出现在500 Hz频段。

（2）通过不同道床总A声级由小到大工况为：一般整体道床；重量级浮置板道床；中量级浮置板道床；减振垫浮置板道床，隔振道床使车内噪声增加。

（3）浮置板道床主要加强200 Hz频段以下的噪声，经过减振垫浮置板道床产生
的噪声问题最大，经过重量级浮置板道床100 Hz～200 Hz车内低频噪声声压级
最高，与中量级浮置板道床工况数据对比表明，车内低频噪声强度与钢弹簧浮置板道床隔振效果呈正相关。

【相关文献】
[1]耿烽，左言言.地铁铝合金车辆的车内噪声控制及噪声响度评[J].中国铁道科学，2011，32(6)：114-118.
[2]SOETA Y,SHINMOKURA R.Survey of interior noise characteristics in various types of
trains[J].Applied Acoustics,2013,74(10):1160-1166.
[3]孙晓静，刘维宁，张宝才.浮置板轨道结构在城市轨道交通减振降噪上的应用[J].中国安全科学学报，2005，15(8)：65-69.
[4]ISO3381-2005-铁路设施声学有轨车辆车内的噪声[S].2005.
[5]肖安鑫，田野，钢弹簧浮置板轨道对车内噪声影响的实测与分析[J].噪声与振动控制，2012，32(1)：51-55.。