【動(dòng)車(chē)組噪音來(lái)源分析及降噪控噪技術(shù)探析5000字（論文）】

動(dòng)車(chē)組噪音來(lái)源分析及降噪控噪技術(shù)探析目錄TOC\o"1-3"\h\u8934一、引言 一、引言經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快了區(qū)域間人員和物資的流動(dòng)，對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)提出了更高的要求，為滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求，需要更快、更高效、更舒適的交通方式。與其他運(yùn)輸方式相比，鐵路運(yùn)輸在運(yùn)力、運(yùn)輸效率、節(jié)能環(huán)保等方面具有更好的表現(xiàn)，更適合中國(guó)這樣一個(gè)幅員遼闊、人口眾多的國(guó)家的需要，并具有非常重要的意義[1]。對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步也有極強(qiáng)的促進(jìn)作用。中國(guó)高鐵的飛速發(fā)展引起了世界的關(guān)注，并從一開(kāi)始就變得更加強(qiáng)大。隨著越來(lái)越多的干線高鐵建成開(kāi)通，中國(guó)高鐵已經(jīng)橫跨北、南、東、西陸域，行車(chē)距離近萬(wàn)公里，為人們的出行提供了極大的便利。引進(jìn)我國(guó)運(yùn)行的和諧CRH高速動(dòng)車(chē)組具有安全可靠、牽引力大、軸重小、起步加速性能優(yōu)良、運(yùn)行速度快、車(chē)輛空間利用率高、乘坐舒適、靈活等特點(diǎn)。與普通高鐵相比，高鐵在速度和乘坐舒適性方面有顯著提升，隨著生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越希望選擇高鐵這種出行方式。在乘坐高速動(dòng)車(chē)組的過(guò)程中，影響乘客感官舒適度的因素很多，噪音是比較重要的因素之一[2]。噪聲主要通過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)和主觀感知影響人的舒適度。噪聲的影響與接收者的主觀因素密切相關(guān)，即使是同一種聲音，在不同的時(shí)間、不同的地點(diǎn)對(duì)不同的人也有不同的影響。在聲學(xué)理論研究領(lǐng)域，噪聲具有幾個(gè)共同的特征[3]。例如，噪聲的時(shí)域信號(hào)是不規(guī)則的、間歇性的或隨機(jī)的，并且是連續(xù)的，寬帶聲波往往會(huì)讓人討厭。如果噪聲幅度在特定情況下超過(guò)可接受的值，就會(huì)讓人感到不舒服。噪聲污染不僅影響正常的生活秩序，而且給人們的身心健康帶來(lái)不利影響，成為現(xiàn)代社會(huì)亟待解決的問(wèn)題。二、高速動(dòng)車(chē)組噪聲現(xiàn)狀分析2.1高速動(dòng)車(chē)組車(chē)內(nèi)噪聲對(duì)人體乘坐舒適性的影響聲音對(duì)人體的影響與其頻率有關(guān)。目前，高速列車(chē)車(chē)輪噪聲的頻率范圍約為8002500Hz，受電弓和接觸網(wǎng)噪聲的頻率范圍約為5005000SHz，氣流噪聲范圍較廣[4]。噪音對(duì)人類(lèi)聽(tīng)力的影響是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。聽(tīng)力最初是不舒服的，逐漸出現(xiàn)嚴(yán)重的不適和耳鳴，但這些影響更明顯地受到環(huán)境變化的影響，一旦離開(kāi)之前的嘈雜環(huán)境，聽(tīng)力可以很快恢復(fù)。長(zhǎng)時(shí)間暴露在嘈雜的環(huán)境中會(huì)使聽(tīng)力惡化，導(dǎo)致聽(tīng)力明顯下降，離開(kāi)嘈雜的環(huán)境需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)。長(zhǎng)時(shí)間暴露在響亮的聲音中的人更有可能損害他們的聽(tīng)力器官。因此，噪聲對(duì)人的聽(tīng)力的影響取決于人的耳朵暴露在噪聲中的強(qiáng)度以及他/她在噪聲環(huán)境中停留的時(shí)間長(zhǎng)度。噪音對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)在入睡困難、容易疲勞、頭部不適、耳鳴、心跳加快、記憶力減退、易怒等和嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。噪音對(duì)心跳的影響表現(xiàn)為心跳加速，血壓波動(dòng)更加明顯，長(zhǎng)期對(duì)心臟的損害增加了心腦血管疾病的發(fā)病率。噪音對(duì)消化系統(tǒng)的影響已被證明會(huì)導(dǎo)致胃腸道不適、食欲不振和其他胃腸道疾病。在一些嘈雜的工業(yè)行業(yè)，腸潰瘍的發(fā)生率比安靜的環(huán)境高出數(shù)倍。2.2高速動(dòng)車(chē)組噪聲來(lái)源2.2.1輪軌系統(tǒng)噪聲輪軌噪聲主要是由輪軌之間的振動(dòng)引起的，與輪軌的表面狀況直接相關(guān)。輪軌在行駛過(guò)程中的顛簸和磨損導(dǎo)致輪軌表面粗糙度急劇惡化，導(dǎo)致輪軌噪音越來(lái)越頻繁[5]。因此，車(chē)輪噪聲主要產(chǎn)生于輪軌滾動(dòng)、沖擊和磨損過(guò)程中。輪軌振動(dòng)通常是由車(chē)輪表面的不平整、軌道剛度和幾何形狀的變化引起的，并通過(guò)空氣傳播出去，形成車(chē)輪滾動(dòng)噪聲。由于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪時(shí)的橫向和垂直振動(dòng)，噪音的頻率有所不同。車(chē)輪或鋼軌表面的局部不連續(xù)導(dǎo)致車(chē)輪圓度惡化，對(duì)車(chē)輪和鋼軌表面造成多重?fù)p傷，產(chǎn)生輪軌撞擊噪聲。當(dāng)車(chē)輪越過(guò)一條曲率半徑較小的線時(shí)，車(chē)輪與鋼軌緊密接觸，產(chǎn)生高音調(diào)的噪聲，即弧形汽笛。由于高鐵采用無(wú)縫鋼軌，與開(kāi)槽鋼軌相比，鋼軌剛度和幾何條件有了很大的提高和改善，降低了過(guò)去開(kāi)槽鋼軌的焊接接頭與車(chē)輪劇烈沖擊振動(dòng)引起的輪軌沖擊噪聲。同時(shí)，為保證列車(chē)高速行駛的安全性和穩(wěn)定性，沿軌道的彎道采用半徑較大的彎道，以防止噪聲卡在輪軌之間。因此，高速動(dòng)車(chē)組輪軌噪聲的主要表現(xiàn)形式是輪軌滾動(dòng)噪聲。要想減少高速動(dòng)車(chē)組輪軌的噪音干擾，可以對(duì)動(dòng)車(chē)的車(chē)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，采取一定的減震降噪手段，比如說(shuō)研發(fā)出高性能的阻尼材料，能夠有效減小輪軌的噪聲。2.2.2空氣動(dòng)力噪聲空氣動(dòng)力噪聲在低車(chē)速時(shí)不那么明顯，僅在動(dòng)車(chē)組高速行駛時(shí)形成，且車(chē)輛表面氣流分布不均且變化迅速，成為車(chē)內(nèi)噪聲的主要原因之一，影響乘坐舒適性以及室內(nèi)環(huán)境的舒適性[6]。車(chē)體表面高速氣流分布極不均勻，在車(chē)體橫截面變化較大的地方，如拐角處，氣流分離形成渦流，脈動(dòng)較大壓力和空氣動(dòng)力噪聲?？諝鈩?dòng)力噪聲容易在車(chē)身的很多地方產(chǎn)生，如汽車(chē)的前部、受電弓、汽車(chē)接頭、車(chē)窗、后部以及車(chē)身表面的突起或凸起等。在氣流容易分離和湍流運(yùn)動(dòng)頻繁的地方容易產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲。2.2.3弓網(wǎng)系統(tǒng)噪聲受電弓區(qū)域是高速列車(chē)的主要噪聲源。受電弓急劇改變車(chē)身表面結(jié)構(gòu)，擾亂氣流，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲，受電弓產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲可通過(guò)加裝隔音板和優(yōu)化受電弓結(jié)構(gòu)來(lái)控制[7]。受電弓系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲包括受電弓滑板與接觸網(wǎng)的摩擦噪聲、受電弓高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲、受電弓離線瞬間產(chǎn)生的火花和電弧放電噪聲。2.2.4振動(dòng)輻射噪聲高速列車(chē)作用力波動(dòng)將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)激勵(lì)噪聲，車(chē)內(nèi)彈性結(jié)構(gòu)受到激勵(lì)作用產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)，振動(dòng)能量傳遞到結(jié)構(gòu)表面時(shí)將引起周?chē)諝獾牟▌?dòng)，形成聲輻射。當(dāng)車(chē)速超過(guò)200km/h時(shí)，高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行輻射噪聲主要頻率范圍是2~2.5kHz，輻射方向比較穩(wěn)定。部件周期性的撞擊和摩擦易形成結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲。使用阻尼材料能改變車(chē)體部件振動(dòng)幅值和振動(dòng)相位。高速列車(chē)的其他噪聲來(lái)源還包括設(shè)備噪聲、懸掛系統(tǒng)載荷激振噪聲、碰撞摩擦噪聲、高架結(jié)構(gòu)噪聲等。三、高速動(dòng)車(chē)組噪聲控制與降噪技術(shù)3.1高速動(dòng)車(chē)組噪聲控制的基本策略高速動(dòng)車(chē)組噪聲控制的策略是：根據(jù)獨(dú)立聲源疊加原理的噪聲控制方法，按照噪聲的強(qiáng)弱從強(qiáng)到弱的順序控制噪聲。這是一種經(jīng)濟(jì)有效的控制原理，總噪聲水平反映了噪聲的整體影響，用于評(píng)估噪聲的大小（強(qiáng)度）。具有不同頻率分量的兩種不同噪聲可以具有相同的總噪聲電平值。要識(shí)別這兩個(gè)噪聲源，您需要：執(zhí)行頻譜分析以了解噪聲的成分。物體振動(dòng)時(shí)，引起周?chē)鷱椥越橘|(zhì)粒子的振動(dòng)，彈性介質(zhì)粒子在慣性和彈性的作用下，逐漸以振動(dòng)的形式向外傳播，形成聲波產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲。同時(shí)，空氣動(dòng)力噪聲是由于氣流中存在不穩(wěn)定的湍流、壓力脈動(dòng)或氣體與其他物體的相互作用而引起的。結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲很容易由沖擊力、循環(huán)力和輪軌或車(chē)身部件之間的摩擦力的作用形成。在接觸面上使用軟質(zhì)材料可以延長(zhǎng)力的作用時(shí)間，降低運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和沖擊速度，有效降低激振力的幅度，降低沖擊噪聲。輪軌摩擦產(chǎn)生的零件松弛振動(dòng)噪聲占輪軌摩擦噪聲的絕大部分，當(dāng)振動(dòng)頻率與物體的固有頻率相同時(shí)，沖擊力最強(qiáng)，它可以改變物體的固有頻率。因此將其與主頻率隔離以避免共振。轉(zhuǎn)向架旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)不平衡導(dǎo)致循環(huán)力，結(jié)構(gòu)間隙、結(jié)構(gòu)剛度不足、潤(rùn)滑不良等都會(huì)加劇這些變化，進(jìn)一步加劇和沖擊刺激和摩擦刺激，產(chǎn)生更大的震動(dòng)和噪音。隔離、吸收、阻擋或衰減傳播噪聲。主要措施有重新定位聲源、吸聲、隔聲、阻性或阻性降噪、隔振、阻尼減振降噪等。材料的吸聲、隔聲和降噪性能取決于頻段，應(yīng)根據(jù)材料的降噪性能與頻率的函數(shù)關(guān)系合理選擇降噪材料。3.2高速動(dòng)車(chē)組噪聲控制措施3.2.1減小車(chē)外噪聲源產(chǎn)生的噪聲控制噪聲，首先根據(jù)發(fā)聲機(jī)理采用低噪聲結(jié)構(gòu)，識(shí)別主要噪聲源，采取目標(biāo)降噪措施。首先，明確噪聲產(chǎn)生機(jī)制，從源頭進(jìn)行低噪聲設(shè)計(jì)。減少高速動(dòng)車(chē)組以外的主要噪聲源，開(kāi)展氣動(dòng)噪聲、車(chē)輪噪聲、受電弓懸掛系統(tǒng)噪聲、振動(dòng)輻射噪聲控制研究。通過(guò)提高車(chē)身表面形狀的平滑度，降低表面摩擦系數(shù)，可以有效降低車(chē)身表面的摩擦和氣動(dòng)噪聲。例如，它減少了門(mén)窗表面與車(chē)身表面在各個(gè)方向上的高度差，避免了車(chē)身表面的小突起，從而引入了新的空氣動(dòng)力噪聲。通過(guò)優(yōu)化高速列車(chē)地板特別是運(yùn)行部分的低噪聲處理，可以有效降低地板的氣動(dòng)噪聲。例如，通過(guò)在車(chē)身側(cè)壁下方安裝裙邊，可以阻擋來(lái)自?xún)蓚?cè)的氣流到汽車(chē)地板。看來(lái)，車(chē)身可以明顯縮小來(lái)自地面的空氣動(dòng)力學(xué)噪音。車(chē)頂受電弓受與動(dòng)車(chē)組行駛速度相等的反向進(jìn)氣流影響，受電弓周?chē)氖茈姽鞑考?、絕緣子和電纜頭、反向進(jìn)氣風(fēng)摩擦產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲?？梢酝ㄟ^(guò)改進(jìn)受電弓單元中產(chǎn)生更多空氣動(dòng)力噪聲的結(jié)構(gòu)，或選擇在受電弓附近安裝防風(fēng)和隔音罩來(lái)降低影響受電弓的氣流速度并有效降低受電弓噪聲。為降低輪對(duì)軌噪聲，必須同時(shí)考慮鋼軌和車(chē)輪效應(yīng)。至于鋼軌，應(yīng)盡量做到光滑，以減少摩擦，并應(yīng)使用長(zhǎng)鋼軌，以減少輪軌之間的噪音和沖擊振動(dòng)。輪子方面，要減少輪面磨損，保持輪子的形狀，使用消聲效果較好的輪子、阻尼輪和彈性輪，還有減振器和屏蔽輻條。鋼板等對(duì)降低列車(chē)運(yùn)行時(shí)的輪軌噪音也有很大幫助。3.2.2增加車(chē)體結(jié)構(gòu)的隔聲量通過(guò)采取隔離、吸收、阻擋或衰減等措施，對(duì)傳播路徑進(jìn)行降噪設(shè)計(jì)，在提高車(chē)內(nèi)乘客舒適度的同時(shí)，抑制噪聲對(duì)軌道沿線環(huán)境的影響。為減少外部噪聲源對(duì)內(nèi)部聲學(xué)環(huán)境的影響，車(chē)身結(jié)構(gòu)中常添加木材、金屬板等材料，將外部噪聲源與內(nèi)部聲學(xué)環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，可以提高車(chē)身隔音效果的材料包括鋼材、鋁合金、玻璃材料、膠合板和木板。隔聲性能受多種因素影響，隔聲性能因隔聲材料的種類(lèi)而異，如增加材料的表面密度可增加隔聲量。增加阻尼可減少由結(jié)構(gòu)共振和擬合效應(yīng)引起的隔音量。為保證動(dòng)車(chē)組高速運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定的氣壓，氣密性比較高，車(chē)身結(jié)構(gòu)的氣密性對(duì)隔音效果有明顯影響。低頻噪聲在整車(chē)噪聲中占比較高，車(chē)體內(nèi)部對(duì)低頻噪聲的隔音效果不理想或厚度較薄。當(dāng)需要顯著提高隔音效果時(shí)，由于必須投入大量材料，既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)用。利用聲波多次反射后聲強(qiáng)逐漸衰減的原理，在雙層內(nèi)飾材料中插入一定厚度的空氣層，大大提高隔音效果。圖3-1車(chē)內(nèi)設(shè)備安裝局部圖圖3-2減振器的安裝結(jié)構(gòu)3.2.3控制車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲列車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲的傳播影響高速列車(chē)的內(nèi)部環(huán)境，因此在噪聲傳播過(guò)程中需要對(duì)噪聲進(jìn)行隔離、吸收、阻斷或衰減。高速列車(chē)減振可通過(guò)轉(zhuǎn)向架半主動(dòng)減振、車(chē)尾減振、后車(chē)減振、主動(dòng)控制等措施降低。使用雙層橡膠防振墊和鋼板[45]進(jìn)行車(chē)身結(jié)構(gòu)連接，不僅減少了車(chē)身振動(dòng)向側(cè)板和車(chē)頂板的傳遞，而且還會(huì)產(chǎn)生突然振動(dòng)的反射。改變橡膠和鋼板的聲阻抗，減少板和屋頂?shù)母弊饔煤驮肼曉础８鶕?jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲的形成，所采用的控制方法也不同。結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲源于組件之間的交變力，包括沖擊、循環(huán)力和摩擦力。沖擊噪聲可以通過(guò)減小激振力幅度來(lái)衰減。例如復(fù)合材料用于延長(zhǎng)沖擊力和降低沖擊速度，物體的摩擦產(chǎn)生微小的振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪音，當(dāng)振動(dòng)頻率接近物體的固有頻率時(shí)噪音最為明顯?？梢酝ㄟ^(guò)改變結(jié)構(gòu)的固有頻率來(lái)防止共振和其他控制噪音的方法。間隙的存在、結(jié)構(gòu)剛性不足和潤(rùn)滑不良導(dǎo)致受沖擊和摩擦影響的振動(dòng)和噪音更強(qiáng)。由于材料的吸聲、隔音和降噪性能取決于頻段，因此應(yīng)根據(jù)材料的降噪性能與頻率的函數(shù)關(guān)系合理選擇降噪材料。分析高速列車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的噪聲控制原理，選擇合適的降噪措施，降低高速列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中室內(nèi)噪聲對(duì)乘客的影響。四、結(jié)論高速動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中不可避免地存在噪聲，影響動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行和車(chē)內(nèi)駕乘人員環(huán)境，必須加以研究和控制。從噪聲源入手，降低輪軌間的沖擊和滾動(dòng)噪聲，降低受電弓系統(tǒng)噪聲，減少結(jié)構(gòu)噪聲和各種摩擦噪聲的產(chǎn)生，加強(qiáng)高速動(dòng)車(chē)組氣動(dòng)研究，特別是降低氣流氣動(dòng)車(chē)輛表面分離引起的噪聲不受動(dòng)車(chē)組的影響。動(dòng)車(chē)組噪聲源分布廣泛，各種聲源的聲學(xué)特性不同。列車(chē)高速行駛時(shí)，不斷變化的外部環(huán)境也會(huì)影響車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)的穩(wěn)定性。在汽車(chē)的不同空間中，噪聲信號(hào)的傳播方向和來(lái)源存在明顯差異，需要盡可能增加測(cè)量點(diǎn)的布局，對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行全面深入的檢測(cè)和分析。這對(duì)測(cè)試方法、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)處理提出了更高的要求。需要嘗試更多的測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)，以滿足高速動(dòng)車(chē)組車(chē)載噪聲測(cè)量環(huán)境的實(shí)際要求。參考文獻(xiàn)臧蘭蘭,彭志剛,李磊.內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組車(chē)輛隔聲降噪設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車(chē)與動(dòng)車(chē),2021(11):7.鄢桂珍,潘光亮,郭建強(qiáng).速度350km/h雙層動(dòng)車(chē)組動(dòng)車(chē)降噪設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛,2021.賈尚帥,張文敏,韓鐵禮,等.高速動(dòng)車(chē)組氣動(dòng)