高速动车组司机室噪声分析及解决方案

高速动车组司机室噪声分析及解决方案摘要：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隔声垫
中图分类号：u270.16 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）002-052-02
1 引言
随着铁道客车的高速化，车辆的轻量化变得越来越重要，为了减轻车辆的质量，速度200km/h以上的高速动车组均采用铝制车体，虽然车体重量得到了减轻，但车体运行过程中的振动更为剧烈。

随着车速的增大，司机室及客室内的振动与噪声直接影响着司乘人员和乘客乘坐的舒适度。

振动及噪声的大小是衡量乘坐舒适性的一项重要指标，因此司机室及客室内的减振降噪控制显得更为重要和迫切。

在车辆低速运行时，车头形状对噪声值的影响并不明显，国内外学者一致认为，200km/h以下中低速行驶列车的噪声源主要是轮轨，以中低频率为主。

由于车头附近有很多集中的表面状态变化，在列车高速运行时，会形成空气湍流，产生明显的气动噪声。

2 噪声分析
噪声源于结构的振动，由于结构的振动引起空气的振动，以波动的形式在空气中传播。

车辆上所有的噪声源都会对车内造成辐射，车体振动和空气与车身之间的冲击和摩擦是车体噪声的主要两个来源。

前者引起的噪声受车体结构，车上设备安装方式，各激振源特性等多种因素影响；后者只受车体外形结构和列车行驶速度的影响。

两种噪声对车外噪声和车内噪声均有所影响，一般以车体振动噪声的影响为大。

由于车体自身也产生噪声并且车体对外部噪声还存在放大作用，所以车内噪声控制是一项相当复杂的工作。

但归纳起来有减弱声源强度，隔绝传播途径和吸声处理几个方面。

通过声级计、相控球阵列、可移动声强阵列等设备，对某型动车组的司机室及观光区区域声强分布进行了测量，结合声强的矢量特性来识别车内噪声的主要分布区域，根据噪声的分布及频谱特性制定相应的降噪措施。

测试表明，观光区及司机室均存在较高噪声。

造成观光区噪声较高主要有两原因：一个是观光区处于变截面区域，高速运行时受到的气动激扰较高，容易产生振动形成结构噪声（中低频）；另一方面，由于观光区为骨架加蒙皮结构，与型材结构相比刚度和隔声量都较低。

此外，蒙皮焊接在骨架上，由于刚度过度不均匀，导致蒙皮在激扰时发生振动形成车内噪声源。

针对这种情况一方面需要增加该区域的隔声量，另外一方面还需要增加蒙皮的阻尼，抑制振动。

司机室与观光区内测点处噪声的声压级有所差异，但是a计权
后可以发现两个区域噪声的主要能量分布在80～1250hz范围内，该频率范围属于中低频率，也就是说司机室以及观光区的噪声能量主要集中在中低频率范围内，降噪应该从这一方面着手进行。

根据上述分析结果，可以发现降低司机室及观光区内的噪声成因基本相同，因此，可以采取相同的措施来控制车内的噪声。

（1）增加地板的隔声量，减少转向架传递到车内的轮轨噪声。

（2）增加车顶及侧墙区域的隔声量及阻尼特性，抑制空气激扰而产生的结构噪声。

由于司机室及观光区的地板已经采取了高隔声量的地板，因此，噪声控制的重点集中在车顶以及侧墙区域。

3 降噪方案设计
阻尼减振降噪技术的原理就是将高阻尼材料附着在结构件表面，在结构件产生弯曲振动的时候，阻尼材料会随着结构件一起振动，因此阻尼材料会将结构件带来的机械能转化为热能，达到减振降噪的目的.阻尼减振可以抑制共振频率下的振动峰值，减少振动沿结构件的传递，降低结构噪声。

同时阻尼也会提高材料的隔声性能，起到隔声降噪的作用。

阻尼材料以沥青、橡胶为最多，可以起到以下作用：（1）增加机械结构的阻尼损耗因子；（2）减少振动速度幅；（3）减少振动能量沿结构的传播；（4）增大衰减率，减少声辐射。

铁路客车减振降噪设计中，黏弹性阻尼材料主要通过阻尼减振来降低车厢结构的振
动，从而减小车内噪声。

阻尼材料通过对薄板件表面进行自由阻尼处理，抑制共振，达到减振降噪的目的。

3.1 自由阻尼处理
3.2 约束阻尼处理
在自由阻尼处理的阻尼层外侧表面再粘贴一弹性层，这一弹性层应具有远大于阻尼层的弹性模量，厚度可与本体金属相同，也可为本体金属的1/2～1/4。

约束阻尼层和基本结构层接触所产生的变形异于和约束阻尼层所产生的拉压变形，因为约束阻尼处理结构中，阻尼层承受的了拉压变形和剪切变形，使他们在作用中起到耗能的作用。

由此，耗能越多更能达到减噪的效果，约束阻尼比自由阻尼减噪效果更为明显。

动车组司机室及观光区车体现有的阻尼降噪方式是在车身铝合金型材金属上涂覆一层2～4mm厚的阻尼涂料，这属于自由层阻尼结构。

鉴于司机室及观光区内的噪声主要是中低频噪声，采用阻尼减振降噪技术，在司机室及观光区区域的车体与阻泥浆之间增加柔性阻尼垫.其中阻尼垫为橡胶与铝板复合而成，利用阻尼结构抑制低频噪声，并利用阻尼垫不同层间模量的差异造成入射中、高频噪声的反射与折射，损耗中、高频噪声。

4 试验验证
为验证阻尼垫的隔音效果，对样件进行了静态隔音测量。

而隔音测量是在发声室和接收室进行，将试样固定在发声室和接收室之
间的过度窗上，来测量两个室内的声压，通过两者的声压差来计算试样的隔音量。

同时，为了精确的计量试样的隔声性能，我们也对接收室的混响时间也进行测量，即对在发声室和接收室的已知指数情况下计算吸声系数。

因此，在每个室内采用多个地点对两个数据进行测量，取平均值计算试样的隔声量。

静态试验表明：在低频噪声区，优化后的阻尼结构比动车组现行方案隔声量提高2～3db。

100、160、200hz的隔声量比动车组现行方案分别提高了2.56、3.07、2.54db，在对低频噪声抑制方面，该隔声结构的优势得以充分的体现。

在中频噪声区，比动车组现行方案提高了0.45db，但随噪声频率的提高，提高的幅度在降低。

对于中、高频区的噪声，控制隔声量的主要因素为质量控制，由于单位面质量增加有限，所以在中高频率范围所提高的隔声量有限。

随后在线路上进行了动态对比试验，试验表明，该隔音降噪方案具有较好的隔音效果，速度在300km/h时噪音水平降低约2.4dba，在330km/h时噪音水平降低约3dba。

5 结论
阻尼材料利用其阻尼特性，与结构板件粘合在一起，通过消耗结构板件的振动能量，达到抑制振动、降低噪声的目的.根据铁道客车的振动、噪声频率特性和使用温度范围，有针对性地开发合适的高阻尼材料，对车体进行阻尼处理，不但具有施工简单方便，无需维修保养，无需改造车辆结构，投入相对较少的优点，而且能起
到满意的减振降噪效果，因此可以预期，阻尼材料在铁道客车上特别是高速动车组上必将具有良好的应用前景。

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