CRH2型动车组噪声控制及改进建议

王丽红，高 伟

（郑州铁路职业技术学院，1.讲师；2.工程师，河南 郑州 450052）

CRH2型动车组是南车四方联合日本川崎重工生产，通过引进技术并逐步国产化的时速200 km的高速车款之一，它是“六次大提速”以来动车中的主力车型。其运营范围最为广泛，最高运营速度为250 km/h（具备提速到300 km/h的条件，6M2T编组）。根据我国实车测试及国外高速铁路的经验，列车在80 km/h以上运行时，速度每增加10 km/h，噪声就会增加0.5～1 dB（A，下同）。以德国ICE为例，速度为200 km/h时，噪声值约为80 dB，而速度为300 km/h时，噪声值将上升到93 dB，即噪声强度随着速度的提高而大幅度上升。为此，结合CRH2型动车组在现有车体结构上做了大量改进的情况，在分析CRH2型动车组主要噪声来源的基础上，探讨噪声控制方法及改进建议。

1 主要噪声源分析

国外测试资料表明，动车组由于具有高速、电气化等特点，其噪声源为轮轨噪声、空气动力学噪声、集电系统噪声和建筑物激励噪声等。

1.1 轮轨噪声 轮轨噪声是动车组的主要噪声源。该噪声包括车轮通过与钢轨轨缝、道岔等粗糙的接触表面相互作用产生的振动声，擦伤后的车轮在钢轨上滚动时产生的冲击声，通过曲线时轮对挤压外轨及内侧车轮滑行时产生的摩擦声等。

1.1.1 影响因素 轮轨噪声的影响因素主要有车辆自身原因以及轨道原因。车辆自身原因包括车轮表面存在踏面擦伤、剥离、锥度不符合要求以及车轮的蛇形运动等。轨道原因包括轨缝处的轮轨冲击，轨道的垂向变形、局部不平顺以及随机不平顺等。

1.1.2 传播途径 轮轨噪声向车内的传播主要是以空气声和固体声的形式，如图1所示。

图1 轮轨噪声的传播途径

空气声的传播是将噪声源发出的声音，以空气为媒介，从车辆的车门、车窗等各缝隙处直接传入车内乘客耳朵。其噪声值大小取决于车辆的密封程度。固体声分为一次固体声和二次固体声。由车轮和钢轨产生的振动经由转向架传到车体，最终由车体内壁的振动而产生的噪声为一次固体噪声。二次固体噪声是噪声源的辐射声以声能的形式传播，引起车体地板或侧墙外板振动，进而使车体内壁振动而激发的噪声。

1.2 空气动力学噪声 空气动力噪声主要产生于车体结构本身。在车辆高速运行时，车头形状的不同、车体表面的凹凸不平（侧窗、百叶窗、侧门、车体连接部）等均会产生空气动力噪声。

由于车头附近有很多集中的表面状态变化，另外沿表面的气流大，在列车高速运行时，会在该处形成剧烈的空气湍流，从而产生明显的气动噪声。

1.3 集电系统噪声 集电系统噪声主要包括受电弓系统气动噪声、受电弓滑动噪声和电弧噪声等。受电弓装置产生的气动噪声是由构成受电弓的各种杆件引起的非稳态气流，进而形成周期性的涡旋脱落产生的。在列车高速运行时，气动噪声特别明显。受电弓的滑动噪声是列车在高速运行时，受电弓的滑板与接触导线之间滑动而产生的机械振动噪声。该噪声值与运行速度成正比，即运行速度越快噪声值越高。电弧噪声是受电弓与接触导线之间产生的电火花声。由于线路、车辆结构等多方面的原因，在车辆运行时，易产生因受电弓脱线而形成电火花声。

1.4 建筑物激励噪声 这是一种二次噪声。主要是轨道周围的建筑物反射轮轨噪声等产生的辐射振动以及高速铁路中轨道桥梁的振动噪声。试验证明，列车在经过隧道和桥梁时，激励噪声尤为明显。

1.4.1 隧道激励噪声 在列车经过隧道时，车内噪声会提高8～10 dB。这是由于轮轨噪声受到隧道壁的阻挡，经过多次反射，从车窗、车门、车顶、车底架等车体隔声薄弱环节传进车内。如图2所示。

图2 列车经过隧道时的噪声传播途径

1.4.2 桥梁激励噪声 列车经过桥梁时的噪声，可以理解为构造物噪声，是尺寸较大的水平板的弯曲振动产生的。构造物噪声的传播方向，是随着频率的增高，由水平方向朝铅垂方向变化的。试验证明，列车经过桥梁时，噪声值比在平道同一运行速度下提高5～8 dB。另外桥梁的材质和结构对噪声值也有很大影响，混凝土制桥梁比钢制桥梁所产生的噪声要小得多。

2 噪声控制与改进建议

2.1 轮轨噪声

2.1.1 噪声控制 从轮轨噪声的影响因素考虑，由于目前CRH2型动车主要在既有线上运行，所以噪声控制主要体现在车辆自身的改进上。主要措施：

1）CRH2型动车组采用大型中空宽幅铝合金挤压型材来制造车体，显著降低车体重量，减小对轨道的压力，从而减少了车轮和轨道的磨耗及摩擦声。

2）CRH2型动车组的电机全部悬挂于构架横梁上成为簧上质量，并采用小轮径（直径860 mm）的车轮、空心车轴（内孔直径为60 mm）以减少簧下质量，簧下质量小，轮轨间的冲击声就小。

从轮轨噪声的传播途径考虑，为了降低由其引起的车内噪声而采取的措施：

1）CRH2型动车组的车体采用中空型材（双壳）密封型结构，隔音效果好。列车每节车厢的车底板和车体内加装了隔音减震垫，车厢连接处采用了全密封的双层内外风挡，使车内噪声得到最大程度的衰减。

2）CRH2型动车组使用电动门。当列车运行时速达到30 km以上时，车门压紧装置起作用，车门和车体密封，以保证车内气密性。

3）车窗是车体隔声的薄弱环节。CRH2型动车组的车窗使用钢化玻璃等材料，设置成多层固定车窗。钢化玻璃厚度约有3 cm，是一般车窗玻璃的2倍多。

2.1.2 改进建议 国外资料表明，轮轨噪声仍然是高速铁路的主要噪声源。由于目前CRH2型动车主要在既有线上运行，建议优化踏面材质和车轮幅板形状，从源头减少轮轨噪声。同时尽量采用吸声性能好的内装材料，不断优化车体型材断面，提高车体刚度，达到隔声效果。在车窗外层玻璃表面涂透明隔音材料，可大大减少外部噪声透过车体的声能。

2.2 空气动力学噪声

2.2.1 噪声控制 为了减小车头的空气动力学噪声，CRH2型动车组位于列车两端的车头均呈流线型，前面略尖，形似子弹头，同时整列车的车体全部为密封型结构。这种设计使处于铁道两侧的声屏障能够有效发挥作用，大部分气流冲击噪声可被消除。为了减小车身表面的空气动力学噪声，CRH2的外形设计遵循车体断面积增加曲线理论，车身采用圆滑鼓形断面设计，使司机室向前突出。

2.2.2 改进建议 建议尽量减少窗玻璃、门玻璃与车体的高度差，提高平顺度，同时尽量使门窗与车身之间光滑过渡，避免凹陷或外突而形成表面阶差。

由于转向架部位是一个很大的豁口，运行时产生严重的气流分离引起涡流，车体两侧流向底部的气流也受到严重的干扰。因此，建议加宽转向架裙板，在车辆转向架尤其是车头转向架处设置覆盖整流罩。另外可以在车间部位增加裙板和橡胶囊外风挡，减少此处的气流分离、旋涡等。

2.3 集电系统噪声

2.3.1 噪声控制 受电弓是车体外露部件之一，加上受电弓的上部构件比较复杂，集电系统噪声控制不容忽视。CRH2型动车使用高速受电弓，并在弓旁加装了挡板，同时优化了导流罩结构，使受电弓的导流罩加长、加宽、平滑化。

2.3.2 改进建议 尽量减少突出在车顶外面的电绝缘子，如果实在必要，可以考虑采用流线型外形，并辅助装有侧板的绝缘子罩；尽量减少中间铰，可以考虑采用单臂受电弓。

研制新的滑板材料，以减少受电弓摩擦噪声。优化受电弓结构，减少离线率，进而减少离线火花噪声。对于电弧噪声也可以借鉴日本新干线高速列车的经验，在受电弓与接触导线接触部分采用柔性结构，从而减少电弧噪声。

2.4 建筑物激励噪声

2.4.1 噪声控制 目前CRH2型动车采用整体密封型结构、自动的压力保护装置，很大程度上减少了噪声向车内传播，也避免了动车组进入隧道时产生的空气压力波动影响旅客的乘坐舒适度。

2.4.2 改进建议 建议在转向架部位尤其是头车的转向架部位采用隔声较佳的地板结构，同时注意车内各种孔和缝的密封，比如下水管道要水封等。

对桥梁的激励噪声，建议从线路和结构两方面入手。桥上线路要平顺，采用长钢轨有砟道床，在钢轨和轨枕下增加弹性防振垫和轨道减振器扣件。另一方面，桥梁要有较高的强度和较大的抗挠曲刚度，一般不采用柔性结构，梁部选用混凝土或预应力混凝土等材料，在钢梁上也可以涂一些阻尼材料。

3 结束语

由于CRH2型动车组采用了气密性车体结构，并从上述4个噪声源的控制方面采取一系列的隔音降噪措施，因此有效地降低了车内噪声。试验证明，在车速最高时，车内噪声也不会高于60 dB。如采纳上述建议，降噪效果可能会更好。但是噪声控制与改进毕竟是一项艰巨复杂的任务，它受各种因素的影响，并且伴随着列车速度的逐步提高，这一问题将日益突出。而增加新的降噪措施必须十分谨慎，需要在理论研究和现场试验的基础上反复尝试，综合比选确定。