现代有轨电车的车外噪声控制方法

陈士斌 吴健 徐金龙

摘 要：现代有轨电车作为一种热门的出行方式受到越来越多的追捧，但其在城市中运行时产生的噪声污染也成为一个亟待解决的环境问题。本文从实际工程经验出发介绍了影响车外噪声的主要因素并针对这些因素可以采取的措施进行了简要说明，这些经验方法为有轨电车车外噪声控制提供了方向和依据。

关键词：有轨电车；车外噪声；声学控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.002

1 车外噪声的危害及影响

1.1 有轨电车的发展史

20世紀初，有轨电车作为一种新的交通方式在欧洲、美洲、大洋洲和亚洲的一些城市开始出现并广受欢迎，仅美国就有370余个城市建有有轨电车[1]。现代有轨电车因为在建设成本、建设周期、线路施工难度等方面具有优势，所以再次在城市轨道交通的规划中受到追捧。

1.2 有轨电车运行时对环境的影响

有轨电车在运行线路的选择上主要考虑客流因素，这样的线路设计不可避免的要途径商圈、医院、学校、居民住宅区、政府办公区等一个或多个对噪声指标敏感的地段，它们的开通运行加剧了这些区域的噪声污染。

2 车外噪声的产生及主要影响因素

影响车外噪声的因素很多，主要是牵引系统噪声和轮轨噪声。牵引系统噪声来自于牵引电机和齿轮箱运行时的工作噪声。轮轨噪声来自于车轮和轨道接触耦合后产生的振动噪声。牵引电机工作时的主要噪声为通风噪声。齿轮箱的噪声主要是冲击噪声和自鸣噪声。冲击噪声来自于齿轮啮合时产生的辐射噪声，自鸣噪声是齿轮体的振动通过传动轴引起支座振动，从而通过齿轮箱箱壁的振动而辐射出来的噪声。牵引系统和齿轮箱的噪声控制主要由设备的供应商完成，而轮轨噪声的控制则由车辆制造厂商和轨道建设方配合完成。影响轮轨噪声的主要因素有：车辆运行速度、车轮及轨道的粗糙度、轨道的结构形式、轨下垫片的刚度等。

2.1 车辆运行速度

滚动噪声的A计权声压级通常与速度成正比，可表示为如下方程：

LP=LP0+Nlg（V/V0） （1）

公式1中，LP0是在参考速度V0下的声压级。速度的指数N由测试结果的线性回归确定，典型值为30。这表示随着车辆运行速度的增加，车外噪声也相应增加[2]。

2.2 车轮及轨道的粗糙度

轮轨噪声主要由轮轨表面的粗糙度激励引起，车轮或钢轨表面粗糙度激励引起了车轮和钢轨的垂向振动，进而辐射噪声[3]。研究表明，车轮及轨道粗糙度容易引起车轮及轨道的振动和相互作用，会激发车轮的径向模态振动和1节圆轴向模态与径向模态的耦合振动，这两种振动将导致车轮在踏面位置发生较大的变形。车轮及轨道的粗糙程度越恶劣，轮轨噪声越大。

2.3 轨道的结构形式

传统的有砟轨道采用碎石道砟作为道床，以其铺设方便、造价低、容易维修等优点，长期以来作为世界各国普通铁路轨道的主要结构形式。但是轻轨车主要运行在城市的道路上，与其它车辆共享路权，无法采用有砟轨道的形式。相对于有砟轨道良好的吸声性能，无砟轨道更容易反射轨轮噪声及牵引系统工作时产生的噪声，这将增加车外噪声的控制难度。

2.4 轨下垫片的刚度

轨下垫片是轨道的重要组成部分，对轮轨噪声有着重要的影响。轨下垫片由橡胶或者合成橡胶组成，置于轨底和轨枕之间。轨下垫片对于轨枕的保护，特别是对混凝土轨枕的保护尤为明显，它的存在避免了混凝土轨枕在列车冲击载荷作用下裂纹的产生。轨下垫片的刚度对于车轮及轨道的振动也有着重要的影响，轨下垫片的刚度越大，对于车辆的轮轨噪声控制越有利。

3 有轨电车车外噪声的控制方法

3.1 牵引系统噪声控制

牵引系统的噪声控制始于概念设计，例如对拟使用的牵引电机进行声学仿真分析计算，确定最优的风扇、风路、风罩组合，提前预测产品的声功率，减少设备生产后由于声功率过大而引起的设计整改隐患；齿轮箱的噪声强度与轮齿啮合的动态激励力、轮齿、传动轴、轴承、箱体等的结构形式及它们之间的传递特性有关，所以齿轮箱也需从概念设计阶段便优选高级别的齿轮制造精度和轴承精度，控制多级齿轮传动中各啮合激励的相位关系，合理设计箱体的结构，使轴承支承座与箱体支点间的结构连接具有足够的刚度，以减少系统振动产生的噪声[4]。

3.2 轮轨关系中的噪声控制

轨道结构形式和轨下垫片刚度这些因素与线路周围环境有关，在实际工程应用中无法轻易变动，所以只能从车轮和轨道粗糙度等方面降低车辆运行时产生的噪声。例如根据国际标准对建设方的轨道进行粗糙度方面的验收，充分保证轨道粗糙度对车外噪声的影响在合理的范围内；在车辆进行噪声测试之前先进行1000km以上的试运行，让车轮和轨道的粗糙度保持在一个稳定的状态。

3.3 传播途径中的噪声控制

不论是轮轨噪声还是牵引系统的噪声都是从车体转向架区域向外界传播，为了避免车辆在运行过程中向外传播的噪声过大，可以采用在有轨电车的裙板处增加吸声材料并在裙板下方增加延长橡胶的方式衰减噪声在传播途径上的能量，从而减少车辆对于环境的噪声污染。

4 结语

现代有轨电车作为一种热门的出行方式受到了越来越多的追捧，但其在城市中运行时产生的噪声污染也成为一个亟待解决的环境问题。从项目开始阶段便着手控制影响车外噪声的各个因素，向车辆制造方、轨道建设方、设备供应商等单位指出他们在声学优化方面的方向和工作内容，严格控制影响车外噪声的各个因素，使车外噪声满足相关法规和合同条款成为可能。

参考文献：

[1]谭复兴.有轨电车的前生今世[J].同济大学，轨道交通，2016（04）.

[2]（英）David Thompson，中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所（译）.铁路噪声与振动：机理、模型和控制方法=RAILWAY NOISE AND VIBRATION_MECHANISMS，MODELLING NAD MEANS OF CONTROL_13590000 .科学出版社，2013（05）.

[3]王谛.低噪声车轮振动声辐射特性研究[D].西南交通大学，2014（05）.

[4]凌晨.浅析齿轮传动噪音产生原因及降噪设计[J].河南油田齿轮有限公司，内江科技，2014.