高速列車在板式軌道上運行時的滾動噪聲預測
摘 要: 在已建立的輪軌滾動噪聲預測模型的基礎上,對“中華之星”高速列車在板式軌道上運行時的輪軌滾動噪聲進行了預測分析,結果表明:鋼軌輻射的主要是中、高頻噪聲,車輪輻射的主要是中頻噪聲,而軌道板則輻射高、中和低頻噪聲;鋼軌噪聲最大,車輪次之,軌道板最小。通過對高速列車在板式軌道上運行時產生的輪軌滾動噪聲與在有碴軌道上運行時的輪軌滾動噪聲比較,發現板式軌道噪聲輻射比有碴軌道大4. 0 dB(A) 左右。
關鍵詞: 滾動噪聲; 輪/ 軌; 高速列車; 板式軌道; 噪聲污染
作為無碴軌道的重要類型之一,板式軌道廣泛應用于各國高速鐵路[1 ] 。我國也已在秦沈快速客運專線上成功鋪設了普通板式軌道,并擬在京滬高速鐵路上推廣使用。
板式軌道的主要優點是結構穩定性好,不易變形,維修工作量少。然而,板式軌道對環境的噪聲污染比有碴軌道嚴重,因此,防治板式軌道噪聲,是今后我國高速鐵路建設中的一項重要課題。
國內外研究表明,在無縫線路直線軌道上,輪軌滾動噪聲是列車運行時的主要噪聲源之一[2～4 ] 。作者在文獻[5 ]中曾建立了輪軌滾動噪聲預測模型,并對高速列車在有碴軌道上運行時的輪軌滾動噪聲的基本特點及傳播規律進行了研究。本文將在此基礎上,對高速列車在板式軌道上運行時的滾動噪聲進行預測分析,并討論與有碴軌道的異同,為板式軌道噪聲控制提供必要的理論基礎。
1 輪軌滾動噪聲輻射預測模型
輪軌滾動噪聲產生機理可以解析為:由于輪軌表面粗糙度(微小的凹凸不平) 激發輪軌系統產生振動,從而向周圍環境輻射噪聲。解析流程見圖1。
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文獻[5 ]基于輪軌滾動噪聲的產生機理,建立了輪軌滾動噪聲預測模型,并用Fortran95 編制了相應的計算程序。模型主要由列車2軌道系統的振動、輪軌系統聲輻射與傳播兩部分組成:
(1) 列車2軌道系統的振動
分析在輪軌表面粗糙度激勵下的輪軌系統振動是預測輪軌滾動噪聲的必要前提,基于輪軌系統統一模型的思想[6 ] ,本研究建立了列車2軌道耦合振動模型,用以分析輪軌系統的耦合振動。采用數值積分方法獲得列車2軌道系統振動微分方程數值解,采用基于FFT技術的周期圖法獲得輪軌系統振動速度響應的功率譜及1/ 3 倍頻程振動速度均方值,這是計算輪軌滾動噪聲輻射的必要條件。
(2) 輪軌系統聲輻射與傳播
車輪聲輻射視為一系列簡單點聲源的疊加,而鋼軌、軌道板等則被視為一有限長通過受聲點的線聲源。噪聲傳播過程中會受到很多因素的影響,考慮各種因素對聲傳播的影響是必要的,例如,反射面的反射、障礙物的衍射、空氣及植被的吸收等。其中,障礙物的衍射及反射面的反射常常對聲場的分布起著重要作用[5 , 7 ,8 ] 。本文在預測輪軌滾動噪聲時,考慮了障礙物的衍射及反射面的反射兩個因素。通過輪軌系統的振
動速度、輪軌系統聲輻射比、輪軌系統聲輻射面積等參數與聲輻射聲壓的關系,并考慮障礙物的衍射及反射面的反射,推導出了線路旁某受聲點的聲壓級計算式。
2 機車車輛、軌道選型及聲環境設置
本文在輪軌滾動噪聲預測中,選用由我國自主開發的“中華之星”動力集中式電動車組,采用1 動4 拖列車編組。軌道參數選用秦沈快速客運專線板式軌道及有碴軌道的參數[9 ] 。由于板式軌道通常建在橋上,故假定板式軌道與有碴軌道均在混凝土高架橋上。高架橋外形尺寸為:橋面距地面高8. 0 m ,橋面邊緣到近側軌道中心線水平距離3. 8 m。作為聲源的車輪、鋼軌及軌道板,雖然在高度上是不同的,但對噪聲結果影
響不大。為簡化計算程序,通常將它們設定在同一個高度上,本文將聲源高度設定為高于軌頂0. 5 m處[7 ] 。
本文依據GB/ T511121995《聲學:鐵路機車車輛輻射的噪聲測量》規定的聲學環境對鐵路輪軌滾動噪聲進行預測。
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