火车降噪车轮的发展与前景

张治祺

（太原重工轨道交通设备有限公司，山西 太原030032）

火车降噪车轮的发展与前景

张治祺

（太原重工轨道交通设备有限公司，山西 太原030032）

现阶段，我国的城市建设正处于快速发展的新时期，轨道交通的建设也在急速上升的阶段，一个国家的轨道交通的建设对于经济的发展也有着重要的影响。轨道交通的建设一方面要考虑到乘客乘坐的感受，主要是车辆的环境为乘客带来的舒适度的影响，另一方面就是车辆对于外部环境和居民的影响，车辆所引起的噪声对于经过空间的居民的日常生活也有着不同程度的影响，而这个噪声的来源在于振动引起的辐射噪声，而振动主要在于两个方面，一个是火车行进过程中自身的振动，另一个方面就是火车与钢轨之间的摩擦振动。所以，减少噪声是轨道交通建设中非常重要的一个环节，也是现阶段急需克服的一大问题。本文就通过分析噪声的现状，来探讨减少噪声的有效的方式，为读者提供一些思路和方法，以供借鉴。

火车降噪；噪声影响；噪声现状；降噪方式

0 引言

现如今，我国的经济发展正处于快速发展的新时期，而轨道交通的发展正是经济发展的有力的促进者之一，对于经济的增长起到了强大的支撑的作用，同时对于人们的生活也带来了很多有利的影响，让人们的出行变得更加的方便快捷。但是现阶段由于一些不利的方面存在，影响着人们的生活，轨道交通引起的噪声对于环境以及人民的日常生活都有着很大程度的负面影响，在火车运行的过程中各个方面引起的振动成为了噪声的主要来源。

1 火车噪声现状分析

轨道交通主要分为两种，一种是城市内部之间的运行，另一种是在不同城市之间的运行，而火车是轨道交通的主要交通工具。火车在运行时由于各种各样的原因都会产生不同程度的噪声，首先是由火车本身的结构所引起的振动噪声，火车是通过轨道向前行进的，这个结构本身就会带来振动引起噪声，其次是在前进的过程中引起的撞击和摩擦，成为了噪声的又一大重要来源，再者火车是依靠动力设备来提供动力向前行进的，这些设备在运行过程中也会产生一定程度的噪声，另外车辆在运行时由于速度的变化与周围的空气也会产生一定程度的摩擦从而引起噪声。

在这些引起噪声的不同的方面中，火车与轨道之间的撞击、摩擦和振动是噪声的最主要的原因，影响程度大约占到百分之五十。所以减少车轮引起的噪声是现阶段的重要焦点问题之一。相对于火车的发展来说，高铁的快速发展在降噪方面做出了很大的提升，在轨道和车轮的建设上都采取了很多的方法来减少噪声。首先对于车轮和轨道都打磨的更加的平整，减少的凹凸带来的更大的摩擦和撞击声，其次轨道的半径和材料方面也做出来改良，使噪声大大减少。

2 车轮降噪方案分析

本文主要介绍了两类不同的降噪车轮方案，并且分析在降噪方面带来的效果。

2.1 弹性车轮

这是一种利用弹性材料来增加车轮的弹性从而减少噪声的车轮，通过弹性橡胶衬垫来增加车轮的柔软程度，进行减少了车轮对于轨道的摩擦的作用力，弹性程度高的车轮无论是在火车内部还是外部对于减少噪声来说都有很好的表现，但是仍有不足之处。其一是适用范围比较狭窄，对于轻轨的车辆有很好的表现但是重轨的车辆就不明显，而我国重轨车辆比较多，其二就是弹性材料本身的技术含量高，生产成本也高，后期的维护成本也非常高，因此虽然广泛受到了欧美国家的青睐，但是在我国很少投入使用。

2.2 车轮上安装降噪阻尼装置

阻尼装置是通过分担、吸收振动来减少噪声的，由于噪音的主要来源在于振动，并且在振动的同时会产生辐射，因此，设置阻尼装置就是在车辆引起振动时通过阻尼谐振等方式把振动的能量损耗掉，由于阻尼装置降噪的效果非常的突出，同时操作也更加便捷，所以在火车上安装阻尼装置来减震的方式广泛的受到欧美国家的青睐，而这种方式在目前来看也是同时结合高效、便捷和经济的一种降噪方式。

现阶段用来减少火车噪声所采用的阻尼装置主要有三种，分别是层状约束阻尼、调谐质量阻尼器和摩擦阻尼装置。

层状约束阻尼的应用非常早，英国在20世纪八十年代末期就尝试使用这种方式来减少噪声，并且在尝试初期就表现出很好的效果，并且在之后的很多年一直受到行业专家的广泛关注，近年来的相关研究成果更是丰富，不但有丰富的理论成果，在实际使用的过程中的效果也是非常突出的。欧美很多国家的专家学者分别从不同的角度对其进行仿真模拟和实验，全方位的验证其降噪的效果，包括将阻尼片设置在车轮的不同位置来进行优化，经过优化之后，噪声得到了非常有效的控制，相对于弹性车轮、降噪车轮和橡胶车轮的效果来说，性能超过一倍。下图就是实际使用的层状约束阻尼车轮，这个车轮被安装在了意大利的一辆火车上来检测性能，在火车高速前进的过程中，虽然没有达到理论上那么好的降噪性能，但也表现出强劲的功效，经过不断的优化肯定能够在降噪方面做出突出的贡献。不过阻尼材料的寿命会受到热量的影响，因此维持阻尼材料的寿命也是需要考虑的问题之一。

图1 层状约束阻尼车轮（Lucchini:Syope）

另外，车轮振动声辐射主要与其结构几何参数和阻尼特性有关。车轮结构几何参数包括车轮直径、轮辋厚度、辐板厚度和车轮辐板型式等。小的车轮直径，可以减小车轮的声辐射面积、减小车轮质量和减小车轮径向与横向模态之间的耦合振动，对降低车轮声辐射有积极作用。但是，同时它会引起轮轨接触斑变小，降低轮轨接触滤波作用，对降低轮轨噪声起消极作用；轮辋和辐板厚度的增加，可以减小车轮径向与横向模态之间耦合振动，对降低车轮声辐射起积极作用，但同时它会增加车轮的重量，加剧轮轨相互作用；通过改变车轮辐板型式，可以减小车轮声辐射面积、降低车轮径向与横向模态之间的耦合振动，但对车轮强度、热应力和疲劳寿命等方面的影响还有待进一步深入研究。但是，通过改变或优化车轮形状来降低轮轨噪声是一个非常复杂的过程，需要多方面的考虑，尤其是与车轮强度和疲劳寿命相关的参数，更需谨慎。因此，通过车轮形状优化措施得到的优化车轮往往在实践中难以推广。由于车轮材料是钢铁，轮对本身的阻尼非常小，可通过对车轮进行阻尼处理，增加其阻尼效果，以达到控制轮轨噪声的目的，主要有以下几种方式：

1）降噪阻尼环

环状材料能够安装在车槽内，将阻尼材料设置成一个开口的环状，与轮辋能够做到充分的紧密的贴合，要将阻尼环固定住还需要用阻尼材料将圆环开口处进行连接，在车轮内紧紧地固定住，使其不会在行进的过程中由于摩擦和振动脱落下来，充分的在材料的使用寿命时间内发挥材料的功能。阻尼环不仅能够在产生振动的时候引起谐振来减少噪声，同时还可以一定程度上减少振动的产生，而且不仅对竖直方向上的振动有控制，对于水平方向上的振动也有着一定的控制作用，并且阻尼环也更加的安全，使用的过程中也更加容易对其进行控制，不需要后期维护。

2）降噪阻尼片

阻尼材料除了环状材料之外，常用的还有片状的材料，片状材料相对于环状材料来说功能相对单一，减少噪声的主要方式是通过引起谐振来吸收能量。

3 结束语

通过上述分析结果显示，阻尼车轮由于表现出的极高的性能以及无需后期维护、成本相对较低的优势而广泛受到轨道交通行业的使用，并且阻尼材料的形状、作用方式等也是多种多样的，能够满足各种不同使用条件的要求。因此，考虑到我国火车发展建设的条件和需求，安装阻尼装置来减少噪声是一种行之有效的方式，可以在这个方向上深入研究，找到一种最适合我国轨道交通发展的降噪方式。

［1］许小强,赵洪伦.轻轨车辆弹性车轮减噪特性研究[J].噪声与振动控制，2012 (06)．

［2］赵熙雍.橡胶弹性车轮的发展与应用[J].机车电传动，2011(04)．

［3］郑伟生.轻轨、地铁车轮选型的研究[J].国外铁道车辆，2010(02)．

［责任编辑：李书培］