地铁车内噪声的成因及控制策略

地铁车内噪声的成因及控制策略

严伟伟

福州地铁集团有限公司，福建 福州 350000

摘要：我国科技水平和人们生活水平的显著提高，地铁是人们日常出行的重要交通工具。具有方便快捷性、准时性、载客量大、污染轻等特点，可以更好地解决当前城市存在的交通问题。随着人们生活质量与生活水平的不断提升，对地铁乘车环境、运行环境以及舒适性等有了更高的要求。地铁在运行过程中会产生噪声，噪声会对乘客、轨道沿线居民的日常生活产生直接影响。在此背景下，需要对地铁车内噪声成因有正确的认识，并给出针对性的解决措施，最大程度上满足人们的乘车需求。

关键词：地铁；车内噪声；成因；控制策略

引言

在车辆设计初期重视对牵引、制动、空调等主要噪声源的车辆电气设备选型，达到降低噪声的效果。从车门胶条、地板布、防寒棉等车辆内装选型及设备方面进行噪声传播途径控制。在车辆制造期间严把质量关，重点关注车辆部件安装、防寒棉等内装、车辆密封胶条的装配质量。在车辆交付过程中，测试车内噪声，确保车内噪声控制在设计规范内。在车辆运营维护过程中，定期对轨道、隧道、车辆进行检查和维护，保证各系统之间的最佳匹配性。

1车内噪声特性分析

地铁列车运行时，受到轮轨表面不平顺等因素的影响，会产生强烈的轮轨噪声。同时，由于空气动力学作用，会产生气动噪声。轮轨噪声和气动噪声激励车体壁板，引起车体壁板振动并向车内辐射噪声。另外，转向架的振动也会传递至车体，使之产生振动辐射噪声。车内噪声的水平和特征是直接影响车内司乘人员的乘坐舒适度的，也是我们研究地铁列车噪声的重点内容和重要指标。将地铁列车的车厢分为5个区域，分别为司机室区域、客室前区域、客室中区域、客室后区域和贯通道区域。在每个区域的车体纵向中心线上距离地板面1.2m高度处布置噪声测点，通过在地铁列车车厢内各个区域布置噪声传感器，测试列车运行时的车内噪声。车内司机室噪声最小、贯通道噪声最大，客室后端部噪声明显高于客室前和客室中，差值约2dBA左右。这说明车内噪声显著的区域是贯通道区域，贯通道隔声性能薄弱会导致其噪声显著，并且还会传递至车辆端部。列车运行速度每增加20km/h，车内噪声增大1~3dBA，且速度越高，车内噪声的相对增加值则越大。以噪声最显著的贯通道区域为例，横坐标为1/3倍频程中心频率，纵坐标为声压级。其余区域的噪声1/3频谱特性和贯通道区域类似，故不在此处给出。

2地铁车内噪声成因分析

对于地铁车内噪声成因，本文主要从噪声源方面进行分析。地铁车辆噪声根据具体发生源不同可以分为：轮轨噪声、机器噪声、空气动力噪声等。轮轨噪声主要是轮轨系统之间相互激励产生的噪声，其中包括轮轨冲击噪声、尖啸噪声等。如果轨道自身平顺性无法保障，那么会使轮轨产生滚动噪声。而滚动噪声主要是由于垂向相对振动轮轨表面较为粗糙造成的。在很多情况下，人们都认为轮轨表面粗糙度是噪声轮轨振动的主要原因，车轮与钢轨之间在不同方向的振动，会在不同方向发生辐射。此类声辐射的叠加，以及在空气中传播产生的轨道噪声，都会给乘客造成一定影响。冲击噪声也可以视为滚动噪声的极端方式，非线性在其中发挥着重要作用。通常，我国地铁线路主要采用焊接长钢轨方式，冲击噪声、曲线尖叫声相较于滚动噪声而言属于局部现象。乘客在大部分情况下更多感受到的是滚动噪声。滚动噪声主要激励为表面不平整，也就是人们常说的粗糙度。机器噪声包含很多不同内容，比如，冷却风扇噪声、牵引电机噪声、主逆变器噪声、辅逆变器噪声等。

3地铁车内噪声控制策略

3.1噪声传播途径控制

车体型材是隔声主体，可从地板、侧墙方面减少噪声的传播。地板降噪：防寒材料具有保温和吸音降噪效果，在车体与地板之间填充防寒材料，并且采用铝蜂窝地板，防寒棉和地板中的空气层可以有效增加整体结构的隔声性。侧墙降噪：采用铝合金型材、防寒材料、空气层、内饰侧墙板组成整体的侧墙隔声结构，可以有效降低从车外传入车内的噪声。车门、车窗降噪：采用铝蜂窝夹层结构、车门缝隙小的隔音性能良好的车门。车窗采用双层中空玻璃，可以很好降低车外透射到车内的噪声。车辆密闭降噪：采用双层密封胶条或中空密封的车门及车窗胶条，并定期校验车辆尺寸及更换胶条以提高车辆密封降噪效果。对车辆的结构性孔洞、缝隙等透声部位须进行密封或消声处理。

3.2焊接方式可行性分析

为了让轮对恢复成原有的状态，可以通过对轮对进行焊接的方式进行，通过焊机把焊接材料填补在轮对的圆周上，从而使其达到原有的状态。虽然可以通过焊接的方式把轮对上因为钢轮钢轨摩擦而产生的缺角、缺边等填补上。但是由于摩擦是非常不均匀的，多边形现象非常的严重。而仅仅是靠人工焊接，焊接的精度太差了，从而也达不到标准，而且还很有可能会使得轮对的非圆化特征更加的明显。再加上，通过焊接的方式，这很有可能会灼伤原有的轮对表面，从而会让轮对表面的接触应力下降。所以综合考虑下来，如果仅仅是依靠通过人工焊接的方式来化解轮对的非圆化特征是不能够运用在实际工作中的。

3.3车内噪声空间分布拟合

采用插值方法得到不同轨道结构形式下各断面声压级空间分布特征。在车厢两侧近门窗处大，车厢中部小，近地板处最大，近车顶处最小。之所以呈现这一现状，因为噪声传入车内的途径可分为空气传播和固体传播。空气传播声是指车外噪声通过车体各部分的缝隙传入车内的噪声。固体传播声可分为一次固体声和二次固体声。一次固体声是指钢轨和车轮间的振动通过弹簧系统传给转向架和车体，使地板等振动产生的噪声。二次固体声是指声源辐射的声能激振车体外壳，使车内地板、下墙板、车窗等产生振动，并向车内辐射的噪声，即车外噪声通过车体结构传播的透射噪声。由以往研究可知，滚动噪声以及车外噪声的二次固体声占车内噪声的大部分。

3.4关于地铁线路噪声控制

地铁线路规划和建设过程中，建议从以下五方面采取噪声控制措施：1）线路建设时，应综合考虑环境减振和车辆降噪的要求，谨慎选择轨道减振结构。建议尽量采用刚度较大的减振结构，降低低频噪声对车辆的影响；2）适当提高道路建设标准，保证线路的平顺性；3）选择振动衰减率大的轨道和安装结构形式，同时建议对钢轨进行阻尼减振处理或声屏蔽处理。欧洲的应用经验表明，这些措施能够有效减小400～800Hz频段的轨道声辐射，有助于车内外噪声控制；4）制定轨道定期打磨和车轮定期镟修流程，保证轨道和车轮的粗糙度；5）隧道环境内，采取适当的吸声措施。建议适当采用吸声道床、吸声隧道壁等结构，以降低隧道内混响噪声。

结语

采用最优拉丁超立方试验设计方法采集样本数据，利用径向基神经网络方法建立的近似模型具有误差小、精度高的特点，能作为有限元模型的替代模型对车身板件厚度参数进行优化设计。采用自适应模拟退火算法优化板件厚度参数以降低车室声压的方法，不仅可行而且有效。对该项工作需要相关工作人员以及部门加强重视。通过隔绝传播途径等方式，尽量避免噪声问题出现，为乘客提供更加良好的乘车环境。

参考文献

[1]冯青松，周豪，陈艳明，等.隧道内地铁列车车内噪声预测分析[J].振动与冲击，2021，40（15）：271-276.

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[3]刘存真，李莉，卜征，等.不同轨道结构对地铁车内噪声影响实验研究[J].铁道标准设计，2021，65（1）：154-159.