约束型阻尼钢轨衰减率和降噪效果试验分析

约束型阻尼钢轨衰减率和降噪效果试验分析

刘晓龙;周信;刘玉霞;庄继忠;肖新标

【摘要】Hammering method was used to test the decay rates of damped rails and a standard rail in a laboratory. Their test results and sound spectra were compared and analyzed. The results show that the decay rates of the damped rails in low frequency range are close to that of the standard rail, but they are much higher than that of the standard rail in high frequency range. The decay rate of the damped rail No.1 at 2 500 Hz, No.2 at 1 600 Hz and No.3 at 1 000 Hz are respectively 0.5 dB/m, 0.28

dB/m and 0.21 dB/m higher than that of the standard rail. So, results of the analysis show that the damped rails can reduce the rail noise by 1.3 dB(A)-1.5 dB(A), and reduce the whole track noise by 1.6 dB(A)-1.7 dB(A).%基于力锤敲击方法，测试阻尼钢轨和标准钢轨的衰减率，将阻尼钢轨与标准钢轨衰减率对比。结果表明：阻尼钢轨低频部分衰减率接近于标准钢轨，高频部分（钢轨噪声明显部分）衰减率高于标准钢轨；相比于标准钢轨，1号阻尼钢轨垂向衰减率在2500 Hz倍频程带时高出0.50 dB/m，2号阻尼钢轨垂向衰减率在1600 Hz倍频程带时高出0.28 dB/m，3号阻尼钢轨在1000 Hz倍频程带提高了0.21 dB/m。束型阻尼钢轨具有一定的降噪效果，可在标准钢轨的基础上降低1.3 dB(A)～1.5 dB(A)。将其应用于实际线路中，能降低铁路总噪声1.6 dB(A)～1.7 dB(A)。【期刊名称】《噪声与振动控制》

【年(卷),期】2015(000)003

【总页数】5页(P24-28)

【关键词】振动与波;轮轨噪声;阻尼钢轨;衰减率;频率响应

【作者】刘晓龙;周信;刘玉霞;庄继忠;肖新标

【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031;常州兰锦橡塑有限公司，江苏常州 213164;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031

【正文语种】中文

【中图分类】TB535;U211.3

随着轨道交通技术的快速发展，铁路振动噪声问题也逐渐突显。它不仅直接影响乘客的乘坐舒适性以及铁路工作者的身心健康，同时也影响到铁路沿线居民的生活质量[1,2]。轮轨滚动噪声在整个铁路噪声中占据主导地位[3]，而钢轨振动噪声是轮

轨噪声的重要组成部分。图1为轮轨噪声频谱图[4]，给出了各部分对铁路总噪声

的贡献量随频率的变化情况。低于500 Hz频段，轮轨滚动噪声主要来自轨枕贡献；在500 Hz～2 000 Hz频段，主要来自钢轨贡献；大于2 000 Hz频段时，主要来自车轮贡献，同时钢轨噪声仍很显著。因此，研制低噪声钢轨对于降低整个铁路噪声有着重要意义。

目前，降低钢轨噪声的措施主要有：钢轨打磨、埋入式钢轨和采用阻尼钢轨等。试验表明，在钢轨波磨段和钢轨焊接接头部位，钢轨打磨能够降低滚动噪声5 dB[5]，埋入式钢轨可降低车外噪声4 dB～5 dB，且可降低因轮轨作用而引起的地基振动[6]。对钢轨进行阻尼处理能够提高钢轨振动衰减率，有效抑制振动，从而降低钢

轨声辐射。在钢轨两侧粘贴约束型阻尼材料是一种安装简便、成本低廉的措施。本文基于力锤敲击法，测试约束型阻尼钢轨的振动衰减率，进而分析约束型阻尼钢轨

的减振降噪性能。

衰减率用以表征钢轨振动随钢轨长度方向衰减的快慢，是用于评价阻尼钢轨减振降噪的重要参数。

1.1 测试方法介绍

采用力锤敲击法测试钢轨振动衰减率。试验中的钢轨为60标准轨，长度为6.25 m。采用参考文献[7]介绍的短轨法进行衰减率测试，阻尼钢轨在实际使用中的衰减率可通过线性叠加得到，即实际应用中阻尼钢轨的衰减率等于实际应用中未经阻尼处理钢轨的衰减率与自由支承的阻尼钢轨的衰减率之和。实际应用中未经阻尼处理的钢轨衰减率容易获得。因此，本文重点对自由支承的约束型阻尼钢轨衰减率进行实验室测试分析获得。

约束型阻尼钢轨的衰减率与钢轨的模态属性相关，测试模型如图2所示，阻尼钢轨两端分别垫有软橡胶垫片，模拟钢轨自由支承状态。在钢轨轨头顶面和侧面分别尽可能靠近端部位置贴有加速度传感器，分别测试钢轨垂向振动和横向振动。测试时，首先敲击贴近加速度传感器一端的轨头顶面和侧面，测试钢轨激励点的垂向振动和横向振动，然后敲击远离加速度传感器钢轨一端的轨头顶面和侧面，测试钢轨衰减之后的垂向振动和横向振动。再测试试验钢轨中点的轨头顶面和侧面，以辅助模态识别。试验在室温为20±2°C的实验室进行测试，测试现场如图3所示。1.2 测试阻尼钢轨介绍

阻尼减振降噪的基本原理就是阻尼结构吸收主体结构的振动能量，并将其转化为热能耗散掉[8]，从而达到减振降噪目的。约束型阻尼钢轨相比TMD形式的阻尼钢轨和埋入式阻尼钢轨，具有结构简单、安装维护方便以及成本低等特点，在国内外应用比较广泛，如图4所示。

测试的约束型阻尼钢轨由常州兰锦橡塑有限公司生产，根据阻尼处理部位的不同分为：