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轨道科技|阻尼车轮的降噪结构设计与应用


随着我国轨道交通事业的迅猛发展 ， 人们的出行变得越来越便利 ， 但列车在运行过程中产生的噪声 ， 不仅影响车内司乘人员的乘坐舒适性 ， 也对附近居民的生活和身心健康造成影响 。 轨道交通的振动和噪声污染已成为影响城市环境的突出问题 。
轨道噪声主要包括轮轨噪声、牵引噪声和空气动力噪声 。 轮轨噪声分滚动噪声、冲击噪声和曲线啸声三类 。 轮轨噪声在整个列车运行过程中一直存在 ， 当列车行驶速度低于250 km／h时 ， 轮轨噪声是轨道噪声的主要组成部分[I] ， 因此降低列车运行噪声的根本措施是在声源上直接加以控制 ， 把降噪措施放在设计阶段考虑 ， 研制低噪声车轮 。
阻尼车轮类型早在19世纪末 ， 国外就已经开展了低噪声车轮的研究与应用 。 目前 ， 研究和开发的低噪声车轮主要有弹性车轮、阻尼车轮(亦称消声车轮、噪声衰减车轮)、声学优化车轮和复合材料车轮四大类 。
弹性车轮的主要特征是在轮芯和轮箍之间加一个橡胶垫 ， 起缓冲减振作用 ， 目前主要应用在有轨电车等低速轻载轨道交通领域 。 与刚性车轮相比 ， 弹性车轮的主要缺点是结构复杂、成本高 。 声学优化车轮的研制与安全评估成本较高 ， 当前主要是对现有成熟轮型进行小的优化 ， 如有大的改动可能引起行驶安全问题 。 复合材料车轮是指辐板部分用复合材料替换的车轮 ， 目前仍停留在研究阶段 ， 从未实现工业化生产 。
与上述3种类型低噪声车轮相比 ， 阻尼车轮是在现有车轮的基础上进行改造的 ， 而且在实际应用过程中降噪效果稳定 ， 安全可靠性相对较高 ， 目前已经成为 降噪结构设计研究较多、应用最为广泛的低噪声车轮 。 从目前的研究与应用现状来看 ， 阻尼车轮大致可分为敷设阻尼结构与外挂动力吸振器两大类 。
几种降噪结构形式与应用
阻尼环又称环形阻尼 ， 一般呈开口式 ， 可直接嵌入车轮轮辋心] ， 如图1所示 。 当车轮受到外界激励产生振动时 ， 阻尼环与车轮本体之间由于干摩擦而产生阻尼效应进而起到减振降噪作用 。 以往的研究表明 ， 嵌入阻尼环降噪模式在降低滚动噪声的同时还能更好地抑制曲线啸声 。 阻尼环车轮对车轮结构的改动最小 ， 阻尼结构相对简单 ， 易于实现生产制造 ， 故应用最广泛 。
意大利某车轮制造公司设计将一种特殊的粘弹约束阻尼层粘贴到车轮表面 ， 无需任何机械固定系统 。 这种阻尼处理无需改变车轮的原有设计 ， 简单实用 。 内层贴近辐板为粘弹性聚合阻尼材料 ， 外层为铝板或钢板 。 在意大利ETR500高速列车上安装测试了这种阻尼车轮 ， 结果表明 ， 当列车速度为191～295 km／h时 ， 沿线总噪声级别降低4．0～5．2dB 。

轨道科技|阻尼车轮的降噪结构设计与应用
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【轨道科技|阻尼车轮的降噪结构设计与应用】目前 ， 我国部分高铁列车车轮就采用这种辐板覆盖式阻尼方式 ， 但由于动车车轮辐板装有制动盘 ， 故主要应用于拖车车轮 。 在国外线路应用中 ， 意大利针对设计的局限性进行了改进 。 在轮辋位置进行约束阻尼处理 ， 线路运行时对滚动噪声至少有4．0～5．0 dB的降噪效果嘲 。


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