高寒动车组阻尼涂层优化浅析

刘晓

摘 要：随着我国铁路列车运行速度的提高，运行区域不断扩大，轨道车辆的振动噪声问题已日益得到了人们的关注和重视。车内的振动与噪声直接影响着乘客乘坐的舒适度，在阻尼涂层中引入约束阻尼层，通过实验证明可有效提高阻尼涂层体系的减噪效果，成功改善了低温时阻尼涂层性能降低的问题。

关键词：高寒动车组；约束阻尼；阻尼涂料；减噪

中图分类号：U266 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0071-01

车内的振动与噪声直接影响着乘客乘坐的舒适度，如何控制低温情况客车的振动噪声控制在容许范围内，使铁路交通在满足乘客高效、快节奏需求的同时，也能满足高舒适度的要求，也显得更为重要和迫切[1、2]。

1 阻尼涂料

阻尼涂料由高分子树脂加入适量的填料以及辅助材料配制而成，是一种可涂覆在各种金属板状结构表面上，具有减振、绝热和一定密封性能的特种涂料，可广泛地用于飞机、船舶、车辆和各种机械的减振。

根据阻尼涂料的作用机理不同，阻尼涂料可分为自由阻尼结构和约束阻尼结构[3]。其中自由阻尼结構是将一层一定厚度的粘弹阻尼材料粘贴于基板表面上，当基板产生弯曲振动时，阻尼层随基材一起振动，在阻尼层内部产生拉压变形而耗能，从而起到减振降噪的作用。约束阻尼结构在阻尼层外侧表面再粘贴一束缚层，当结构弯曲形变时，基材与约束层产生相对滑移运动，粘弹性阻尼材料产生剪切应变，从而损耗更多的能量。

传统的机车车辆常用的阻尼涂料一般为自由阻尼结构，主要有沥青阻尼材料、橡胶阻尼材料和阻尼涂料等三类。其中阻尼涂料根据使用要求的不同，对各项性能指标要求有所差异，分为A类阻尼涂料和B类阻尼涂料。A类阻尼浆阻尼因数要求相对较高，适用于阻尼要求较高的内燃机车、电力机车和地铁车辆等，B类用于阻尼性能要求一般的客车、餐车和冷藏车等[4]。

2 高寒动车组阻尼涂层优化分析

阻尼涂料的阻尼性能与温度有着密切的关系。在阻尼涂料的玻璃化转变温度（Tg）附近，阻尼涂层具有较高的损耗因数，可以随基材一起振动，在阻尼层内部产生拉压变形而消耗较大的能量，从而起到很好的降噪效果。但是当温度高于或低于Tg一定范围后，阻尼涂层内的分子运动受到限制，不易与基材仪器震动，因而其减噪效果下降。

2.1 阻尼涂层优化

根据设计结构分析，车辆产生振动较大的部位为转向架部位，因此对转向架振动影响区进行阻尼涂层的优化，可有效降低车内的噪音。动车组转向架区域车内外原有阻尼涂层的设计结构为车内地板上平面喷涂内用阻尼浆，厚度为3-4.5mm，地板下平面喷涂外用阻尼浆，厚度为1.5-3mm。为增加减噪效果，在高寒动车组阻尼涂层设计时加入阻尼片（厚度1.5mm），起到约束阻尼层的作用，即在铝合金基材上粘贴阻尼片，在阻尼片上喷涂阻尼浆。

2.2 阻尼涂层噪音测试

分别对原有阻尼涂层样板和加入约束阻尼涂层后的样板进行噪声测试。测试前，将试验样板分别在-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃的环境温度下放置2小时，拿出立即进行噪音测试，将钢球从外部用阻尼涂层一侧落入，在内用阻尼涂层一侧收集噪音。

噪音测试结果及减噪结果如下：不同温度下样板噪音测试结果：在温度40℃情况下，空样噪音为87.9dB、外部阻尼涂料和内部阻尼涂料噪音为76.3dB、外部阻尼涂料和阻尼片+内部阻尼涂料噪音为73.6dB；在20℃、0℃、-20℃、-40℃情况下，以上数据分别为88.3dB、81.5dB、79.6dB；89.1dB、83.9dB、76.4dB；84.4dB、83.8dB、78.2dB；90.1dB、88.5dB、75.8。

不同温度下样板减噪结果：在温度40℃情况下，外部阻尼涂料和内部阻尼涂料的噪音减少值为11.6dB、外部阻尼涂料和阻尼片+内部阻尼涂料的噪音减少值为14.3dB；在20℃、0℃、-20℃、-40℃下，以上数据则分别为6.8dB、8.7dB；5.2dB、12.7dB；0.6dB、6.2dB；1.6dB、14.3dB。

从以上数据看出，加入阻尼片后，不同温度下噪音均有明显下降。特别是在低温（-40至0℃）情况下，加入阻尼片后，隔音效果更加明显。在-40℃时，噪音减少近12dB，有效提高了低温时的减噪效果。同时可以看出，在优化之前，阻尼涂层在-20℃和-40℃时的减噪效果很差，还不到2分贝，优化后，减噪数值最高可达14分贝之多。

3 复合阻尼涂层施工工艺

（1）表面清理及涂装前保护：用乙醇或丙酮将地板表面灰尘、油迹等清理干净，按照图纸要求，将不需要喷涂阻尼浆的部位用胶带等进行保护。（2）阻尼片贴装：将阻尼片背面贴纸撕下，整齐贴装于地板上平面。（3）阻尼浆涂装：在需要喷涂阻尼涂料的区域喷涂阻尼涂料，干膜厚度3-4.5mm。

4 结语

通过引入约束阻尼层，大大增加了低温下阻尼涂层的减噪性能，成功改善了低温时阻尼涂层性能降低的问题，为车辆减噪提供了可靠的解决方案，有效提高了乘客乘坐的舒适度。

参考文献

[1]杨松柏，席时俊.铁路机车用阻尼涂料[J].涂料工业，1999（5）：13-16.

[2]戴惠新，郑云昊.多功能水性阻尼涂料在轨道车辆上的运用[J].现代涂料与涂装，2015，18（8）：27-29.

[3]孟丹.约束阻尼复合材料的制备与性能研究[D].武汉理工大学硕士论文，2010.

[4]TB/T 2932-1998.铁路机车车辆阻尼涂料供货技术条件.