高速动车组主动降噪技术的应用

高速动车组主动降噪技术的应用

陈彬

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116022

摘要：高速动车组是一种新兴的交通工具，已经被大众广泛地接受。由于高速动车的运行速度快，随之而来的噪音也是不可避免的，然而过大的噪音不仅不利于乘客乘坐的舒适性，还会对车上相关工作人员的身心健康造成一定的影响，所以，解决高速动车组的噪音问题变得越发得重要。

关键词：高速动车组 降噪技术 类型 应用

随着我国社会经济的快速发展，高速动车组成为了人们出行的一个重要交通工具，乘客的舒适度与满意度成为了重要的焦点。主动降噪工作不仅是一个较为复杂的工程，还跨越力学、声学、信号分析学、控制工程等多个领域，所以，高速动车组的降噪技术成为了高速铁路动车组技术研究的重点。

1、高速动车组的噪声类型分析

1.1轮轨系统噪声

轮轨噪声的主要来源是车轮与钢轨之间的摩擦振动引起的，这与车轮、钢轨的表面状态有着直接的关系。轮轨在行使过程中出现的摩擦振动会使车轮和钢轨的表面磨损速度加快，加速了表面的粗糙度，进而使得摩擦频率增加，所产生的噪音也越来越大。所以，轮轨的噪声主要是轮轨在滚动、摩擦、碰撞过程中产生的^{1}。由于轮轨表面的不平整、轨道的硬度和形状的变化会引起轮轨的振动，通过空气传播到外界而形成噪声；在轮轨高速行驶的过程中，横向与竖向的振动摩擦产生的噪声也是不相同的；车轮表面的不光滑和轨道的不平整，也会导致轮轨的表面受到损坏，进而产生轮轨的冲击噪声；在行驶到半径较小的路段时，车轮做曲线运动，在粘着力的作用下就会产生一种较高的音调，也就是曲线啸叫。高速动车组的铁路采用的是无缝钢轨，与有缝钢轨相比较，在硬度与几何状态上都有了较大的提升和改良，使传统的车轮在有缝钢轨上的因强烈摩擦产生的轮轨冲击噪声大大降低。与此同时，为了确保在高速行驶过程中的安全与稳定，在铁路的设计上不再使用半径较小的曲线路线，而是采用半径较大的曲线路线，有效地减轻了因粘着力而产生的轮轨噪声。所以，高速动车组的主要噪声就是轮轨滚动产生的噪声。

1.2空气动力噪声

在高速动车组低速运行时，空气动力的噪声并不明显，但是当高速动车组进行高速运作的时候，就会形成分布不均匀的车表面气流，经过剧烈运动而形成空气动力噪声，这也是车内噪声其中的一个来源，会对车内乘客和乘坐环境造成不好的影响。车体表面的高速气流在分布上没有规律可循，比如在拐弯的地方，由于流动分离而形成涡流，具有较强的脉动压力，进而引起空气动力噪声。空气动力噪声可以在车内的任何地方形成，比如车头、车厢、车尾以及车窗等物体的突起处或是不规则的地方。气流在容易分离和湍流相对频繁的地方就很容易形成空气动力噪声。

1.3弓网系统噪声

高速动车组产生噪声的一个主要来源就是受电弓区域。受电弓可以让车体表面结构发生突然的变化，对气流产生影响，进而形成气动噪声。为了可以有效地减少这种噪声，通增设隔音板或是对受电弓结构进行优化等来控制和减轻气动噪声。弓网产生的噪声主要分为：受电弓滑板和接触线网产生的摩擦噪声、受电弓在快速运转过程中产生的气动噪声以及受电弓瞬间离线引起的火花电弧放电噪声。

2、高速动车组噪声控制的措施

2.1减小车外的噪声源

要想减小噪声，就要依据相关原理，运用低噪声结构，对主要的噪声来源进行识别，做了具体的、有针对性的降噪措施，从设计源头上降低噪声^{2}。首先，要对车体表面进行修复，保证其平整、光滑，最大程度地减少摩擦，这样可以在一定程度上降低因表面摩擦而产生的气动噪声；要尽量保持车窗、车门等在一个高度上，防止因车体表面细微的突出引起气动噪声；优化高速动车组的底部结构，尤其是在行走过程中的噪声处理；可以在车体下安装裙板来阻挡两侧空气的冲击车底，采用适当的车底保护，把除了转向架以外的部分全都包裹起来，最大程度地降低气动噪声。其次，要对车轮与钢轨进行充分地考虑和分析，进而减少轮轨噪声。可以让其尽量地光滑来减少摩擦，利用长钢轨来减少轮轨之间的碰撞和振动。对车轮来说，要尽量减少对车轮的磨损，最大程度地保护车轮原来的形状，这对降低高速动车组在运行过程中产生的轮轨噪声具有较大的作用。

2.2增加车体结构的隔声量

通过对传播路径进行降噪设计，可以采用隔离、吸收、阻挡以及衰减等措施来改善噪声对车内乘客乘坐舒适度的影响。为了可以最大程度地减少车外噪声对车内环境的影响，最常见的方法就是在车体结构中加入木板或是金属板等材料把车外的噪声和车内的环境分离开来。隔声的优劣受到较多因素的影响，不同材质的材料产生的性能也是不一样的^{3}。比如，增加隔音材料的密度，会引起隔音量的增加，增加阻挡可以有效地减少共振而引起的隔声量。在处理车内噪声是，车体自身内饰的隔音效果不是很理想，这时就需要增加车体内饰材料的密度或是厚度。但是这样不太划算，可以利用声波反射的原理，在内饰中夹入一定厚度的空气层，这样就会起到较好的隔音效果。

2.3控制车内结构的振动噪声

对于控制车内的噪声，可以采用转向架主动减振、尾车振动控制、车体连接振动控制等措施来降低高速动车组的振动。根据结构振动的不同，所采取的措施也不相同。结构振动打噪声主要来源于各个部件之间的摩擦、碰撞以及周期性作用力。对于碰撞产生的噪声，可以采用我随便激励力幅值来减弱。比如，运用复合型材料来延长冲击力、降低撞击的速度；物体间的摩擦会引起小幅度的噪声，振动频率和物体原有的频率接近时，噪声是最明显的，这时，可以对原有的频率进行调整，避免共振来对噪声进行控制。

结束语：

综上所述，由于高速动车组是运动的，因此在实际的降噪处理过程中，还要以实际情况为准，做到具体问题具体分析。由于高速动车组的内声场环境是复杂多变的，参考的信号与控制点也会发生相应地变化，所以，在日后设计降噪技术的过程中，要对噪声的传播路径等进行全面地分析，进而收到理想的主动降噪效果。

参考文献：

[1]高攀,董孝卿,陈彪,蒋成成,田朋溢.高速动车组主动降噪技术的探索与应用[J].铁道机车车辆,2018,38(05):12-14+21.

[2]林森. 高速列车主动降噪方法研究与对比分析[J]. 电声技术, 2019, 43(006):36-38,42.

[3]王康. 高速动车组噪声检测及降噪技术研究[D].