内燃机车噪声测试与分析

郝英楠

（锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁 锦州121000）

0 引言

随着我国列车速度的不断提高，内燃机车功率不断增大，内燃机车的噪声也随之增高，部分内燃机车出现了噪声值超标的情况.内燃机车噪声问题主要包括内燃机车声辐射造成的外界噪声问题以及司机室的噪声问题.改善内燃机车周边声环境，保证司机室舒适性以及司乘人员的身体健康已成为必须解决的主要问题之一.因此，了解内燃机车的噪声特性，对内燃机车的减振降噪设计，改善司乘人员的驾驶环境有重要的指导性意义［1～3］.

Ahmadian等［4］对北美重载机车司机室振动进行了测试，分析了司机室的振动特性.通过测试司机室采用不同弹性隔振器 （包括橡胶隔振器、金属弹簧以及空气弹簧）的隔振性能后，提出可分离式“柔性悬挂司机室”模型.Johanning等［5］则对内燃机车整体的振动和柴油机的工效进行了研究.国内学者对内燃机车噪声问题的研究起步较晚，其中，曾斌［6］通过测试DF4型内燃机车的振动情况，分析DF4的振动频谱，总结出了机车产生振动的原因，并且根据振动频谱提出了降低该型号机车振动的措施.李春胜等［7］对机车的几种隔振方案进行了对比，计算了司机室振动频率响应函数，分析司机室弹性安装结构的隔振效果.

本文针对内燃机车噪声污染这一问题，利用噪声与振动分析系统对内燃机车辐射噪声和司机室内部主要噪声源部位进行噪声与振动测试，运用Artemis分析软件进行分析，对内燃机车减振降噪研究有重要意义.

1 内燃机车噪声测试

1.1 测试设备

采用噪声与振动测试分析系统进行测试，该系统由SQLab II 60通道数据采集记录器及前端、HMS III双耳信号采集器、HPS IV数字式人工头录音／回放系统、声学和振动传感器以及Artemis分析软件等组成.

1.2 测试工况

对某内燃机车的噪声测试分为内燃机车外场声压测试和内燃机车司机室声压测试两个部分.其中，外场声压测试是基于澳大利亚AS 2377－2002标准［8］和实际需要进行设计，而内燃机车司机室声压的测试依据GBT 3450－2006《铁道机车和动车组司机室噪声限值及测量方法》［9］和实际需要进行，测试的工况均为内燃机车定置空载和定置加载时，分别将柴油机档位置于0、4和8档.

1.3 测试点分布

根据标准，内燃机车声压测试点分别如图1和图2所示.其中，外场声压测试点距离地面的高度为1.2m，距离机车的距离为15m.

2 噪声测试结果

2.1 外场测试结果

图3给出了测点在外场测试中各工况的声压级，可以看出，当工况由空载变为加载时E、F、G、H和I点的声压级有不同程度的增大，其中G点的声压级变化最为显著.根据内燃机车的结构，上述各测点均距冷却室较近，当工况从空载变为加载时，冷却室中的冷却系统开始工作，使上述测试点声压级升高.当工况由空载8档变为加载0档时，由于柴油机转速大幅度下降，其产生的噪声也大幅降低，故受柴油机影响较大的B、C、J、K和L点的声压级有不同程度的减小.其中，D、E、I和J四点的声压级在12个测试点中相对较大.

图4～图7（见 88页）分别给出了外场测试中D、E、I和J四点各工况下的声压级与频率的关系.可以看出，同一档位由空载变为加载时，每一个测试点的声压级在大于1000Hz的中高频均有不同幅度的升高，这也证明了冷却系统的运行与否会影响测点的声压级，且其对外辐射噪声以中高频噪声为主.各测点在空载和加载的0档、4档以及空载8档时，200～400Hz的声压级区别不大，由于机车辐射噪声的低频部分主要由机械振动引起，表明随着柴油机档位的升高，机车的结构振动没有发生明显变化；空载8档时，测点声压级在160Hz处出现了较明显的峰值，说明机车在160Hz时产生了结构性共振.当频率大于500Hz时，随着柴油机档位的升高，各测试点的声压级有明显区分，故机车档位升高主要导致了高频辐射噪声增大.加载8档时，冷却室中悬挂的3个冷却风扇开启，各测点的声压级在各频率阶段均有较大幅度升高，表明冷却风扇的声辐射对机车周边声环境影响较大.另外，机车对称测点声压级的差异主要是由于测试期间机车位置发生了变化.

2.2 司机室测试结果

图8给出了各档位司机室声压级与频率的关系.可以看出：各个工况下司机室中央1.2m处在125Hz，400Hz以及3 150Hz处均有较为明显的峰值；在4档和8档时，1 000Hz处也存在较为明显的峰值.司机室内声压级出现峰值的原因一般为司机室结构共振或外界声辐射.

2.2.1 司机室振动对司机室噪声的影响

图9～图14（见 89页）分别给出了各工况下司机室地板振动频谱图.可以看出，所有档位在400 Hz时均有较为明显的振动峰值，且同档位时空载比加载时振动剧烈，这与司机室内声压级的规律基本一致，证明司机室结构振动对司机室地板中央在400Hz处出现峰值有一定贡献.在4档和8档时，司机室的纵向振动在1 000Hz处有明显的峰值，虽然在1 000Hz处空载8档的纵向振动比加载8档时弱，但空载8档在1 000Hz处存在较强的横向振动，这与司机室内空载8档的声压级略高于加载8档相符.在1 000Hz处，空载4档的振动强度与加载8档相近，高于加载4档的振动强度，这与司机室内声压级的分布规律一致.在3 150Hz处，随着档位的升高，司机室的垂向、纵向和横向振动增强，符合司机室声压级在3 150Hz处存在较为明显的峰值的规律.

2.2.2 司机室外部噪声对司机室的影响

图15～图16（见 90页）给出了空载和加载8档时人工头、柴油机以及司机室地板中央1.2m处的FFT频谱图.可以看出，由于司机室在400Hz以及1 000Hz处产生结构共振，因此在这两个频率处的峰值相对柴油机处的峰值较为突出.司机室内声压级的走势与柴油机处声压级的走势在5 000 Hz之前趋于一致，司机室内声压级峰值与柴油机处的峰值一一对应，说明外界噪声源对司机室的影响较为明显.

3 结论

本文通过分析内燃机车噪声的测试结果，发现外场测试的12个测试点中D、E、I和J四个点受噪声源影响明显，声压级较大；机车工况的改变主要影响外场各测试点400Hz后的中高频噪声；冷却风扇的开启会增大外场各个测试点的声压级；外界噪声源影响司机室整个频段的噪声，振动使个别频率处的声压级有较大的升高.