地铁轨道减振器的应用研究与质量检测

周培伟

摘 要：地铁是城市交通体系中重要的一环，其与其他城市交通相比，有着速度快、承载乘客多和稳定性强的特点，因而特别受欢迎。在我国技术和经济实力迅速发展的同时，政府在这一方面投入的更多。这些不仅加速了城市化进程，而且使大众的生活变得更加便捷。但是，由于地铁路线的速度较快，使得交通噪音增加，乘客体验感变差。在这种背景下，文章研究了轨道车辆的振动源，重点介绍了检查噪声和振动的方法，以及降噪技术的应用。

关键词：地铁轨道;减振器;城市化;质量检测

中图分类号：U260.331.5 文献标识码：A

随着科学技术的进一步发展，地铁发展迅速，通勤效率得到提高，成为人们出行的首要方式之一。由于其具有低能耗、环境友好和高技术水平的优点，地铁交通成为各个国家所有交通领域的重点。地铁运行过程中会产生振动，轨道交通会在振动过程中影响听力，甚至巨大的振动也会对身体部位造成损伤。为了减少轨道交通中的振动和噪声源，文章对轨道车辆的振动源进行了分析，以便研究振动衰减技术的应用，并最终确定轨道交通未来的发展方向。

1 地铁轨道减振设计的原则

1.1 规范达标

在当前的城市轨道交通建设中，由于受到一些因素的影响，轨道交通的轮轨会在摩擦的过程中出现一定的振动以及噪声。这样不仅会对居住地居民的生活造成不利的影响，而且还会在一定程度上对城市交通的建设起到阻碍作用。对此，城市轨道交通在建设过程中，一定要遵守实际的减振设计原则，以降低这些情况的出现。

1.2 可行性

在施工期间，一定要保障整個减振设计工作具备可行性。这就需要对地铁轨道结构的相关可靠性实施分析，并对早期的施工操作实施全面性的分析。最大限度地降低地铁轨道维护的数量以及成本，使轨道交通建设部门能够实现项目可行性与经济性的统一。

1.3 具体问题具体分析

施工人员应用减振技术时，需要按照不同地区以及不同的减振标准进行设计，进而制定出具体减振方案。这样，可以按照该地区的实际地形以及地面构造来完成减振设计方案的调整，并采取针对性的减振措施，以具体展开地铁轨道减振工作。

2 分析轨道上车辆的振动源

想要有效减少铁路交通的振动和噪声，需要了解其振动和噪声的来源。

2.1 车外振动源

这部分的大小和色调主要取决于交通运动、交通噪声和空气动力学，并最终取决于车辆的速度。车辆外部的噪音主要在低速区域，频率在800～2500Hz之间，而空气动力学产生的噪音首先可以在高速运动中找到。地铁上的风是铁路交通中最重要的噪声源之一，主要产生噪声，以及用于转向车辆和冷却系统的风扇。空气动力学的风速又取决于起落架的速度，即打开时的曲线以60lgv的规律增加[1]。当车辆通过隧道时，由于空气被迫进入隧道，因此在隧道中会产生压力波。

2.2 车辆的振动和噪音

道路交通中的振动和噪声不像在车外那样容易识别，并且还会影响来自噪声源的振动和噪声。汽车中的噪声，通常包括电气设备产生的噪声、外部噪声以及空调产生的噪声，由声音和共鸣器的激励源一起产生。外部噪声主要包括车轮噪声和空气动力学的特性，脉冲还会在车外产生噪音。

2.3 振动噪声分析

振动的测试评估是调节振动以减少噪声的有效工具。在测量的帮助下，评估现有产品的体积和振动，并跟踪发现以优化后续的噪声和振动，采取措施。但是高速列车还需要考虑多普勒效应、火车的湍流运动和地面因素等。

3 减震技术发展方向

未来地铁振动的减少，将主要采取主动和被动控制的形式。为了实现主动控制，一般使用动态减振控制，主要通过优化轨道的结构并提高轨道尺寸的计算精度来完成。通过控制振动源和噪声源，以达到减少履带噪声的目的，可以优化车轮的结构。车轮在磨削钢轨等时，彼此无缝连接，以减少来自源头的钢轨振动噪声。被动控制降低噪声，是未来道路交通发展的重要方向之一。被动控制主要通过引入振动屏障或消音器等方法，以吸收源或体积中的噪声。通过控制火车的噪音波动来调节噪音，从而降低噪音。同样，减少轨道振动可以在轨道上开挖减震沟，安装减振槽及隔音屏障。这是轨道减振技术未来发展的主要方向 [2]。

4 地铁减震技术

4.1 减振方式

振动通过固定振动传播，因此，振动的遏制可以分为减震和隔振。在振动源上添加子系统，以控制特定频率振动源的振动，称为动态振动吸收。动态减振器可以吸收振动能量，动态减振器主要包括四种类型，非线性动态减振器、阻尼动态减振器、无阻尼动态减振器和由复合材料制成的动态减振器等。非线性动态减振器对振动的吸收效果通常要好于线性减振器，主要是因为其采用了具有非线性刚度的隔振和减振装置，以及非线性阻尼设计来实现振动吸收[3]。

阻尼动态减振器不受频段的影响，适用范围比无阻尼动态减振器宽，这也是其被称为宽带减振器的原因。复合动力减振器是由几组动态减振器合理组合而成。其具有吸振频率带宽的特性。通过适当分配各组的共振频率和适当的设计参数，可以减少振动。隔振降噪是振动源与减振器主体之间的弹性连接，通过减弱固体声音的传递来衰减振动能量的过程。通常，地铁、高铁和轻轨等采用的防振材料，主要是橡胶、软木和毛毡，同时也使用液压减震器和空气弹簧。国内外大多数轨道交通（地铁、火车、高铁等）都使用金属弹簧和橡胶作为弹性元件，而轻轨则使用空气弹簧和金属橡胶来达到减振的目的，减振效果非常好。

4.2 减振降噪的材料选择

通常，轨道车辆中常用的吸声材料是纤维多孔吸声材料、共振吸声材料和薄膜。纤维多孔吸声材料具有大量的空腔且彼此连通，并且多孔深深地渗透到该材料中。薄膜也可以吸收一定程度的声音。当发生共振时，薄板会振动很多声音。通过使用共振吸声材料，可以大大提高吸收范围和吸声能力，并且可以大大降低噪声和振动。

4.3 减少振动和噪音的措施

4.3.1 车身侧壁的减振降噪

首先，减振。铁路车辆侧壁的振动，主要是由薄金属板激发而引起的振动现象，金属板本身的阻尼非常低，所以声辐射的效率很高。为了减少这种振动和噪声，通常将具有高内阻的粘弹性材料喷涂到薄板上。当车身侧壁上的金属板振动时，一些能量被转换成热能，以在阻尼的影响下阻尼振动，从而减少振动和噪音。其次，降噪。为了减少主体侧壁的噪声，不仅必须考虑侧壁的隔音和吸声特性，而且还必须考虑门窗的密封性。为了减少这种噪声，根据人体对轻型吸声材料的定量要求，在中国轨道车辆的侧壁上涂了阻尼胶，并在其中填充了海绵和泡沫，从而形成侧壁的复合阻抗效应。另外，在选择材料时，还应考虑材料的耐湿性、隔热性和耐火性。

4.3.2 车辆下方设备的振动和降噪

通常，降低车辆下方设备噪音的主要措施是改善车身的结构。也可以在这些大型设备上使用新型的减震器，并使用隔音或吸音材料来屏蔽这些大型设备的声音。车辆下方的振动和噪声主要由轮轨、主电机、齿轮和转向架上的动态噪声和振动引起。首先，改善轨道平整度可以显著降低滚动噪音。其次，在门槛和混凝土填充物之间的间隙添加弹性材料，也可以减少噪音和振动。轨道车辆行驶时，车轮高速旋转，路面不平坦，轮轨中仍然存在某些会引起滚动噪音的缺陷。

4.3.3 转向架的振动和降噪

为了确保车辆在转弯时具有更大的稳定性，同时又要确保转向架的可靠性和耐用性，必须尽可能降低转向架的振动和噪声。实际上，高速列车通常使用第一和第二系列弹簧悬架、液压三向减震器和技术，来减少转向架的振动和噪声。同时，高速列车还使用轴向游隙较小的圆锥滚子轴承，以实现较小的横向振动[4]。为了提高列车通过曲线的稳定性和舒适性，在转向架上还安装了非线性空气弹簧，使列车行驶时空气弹簧更软、更灵活。另外，增加空气弹簧左右安装之间的距离，也可以有效提高火车的抗侧倾能力。

5 减振器的质量检测

如果抖动频率较高，10Hz左右的，属于转向架蛇行失稳并且传递到车身。转向架失稳危害较大，原因通常是车轮或钢轨磨损过度。近些年，通过推广60N新型钢轨轮廓以及加强车组检查，发生率已经降低。

如果抖动频率较低，属于车体蛇行，就是转向架传来的振动频率与车体的某种自振频率相同而引发共振。此现象对运行安全的影响很小，对舒适度的影响很大。原因通常是，车轮踏面锥度过低，导致蛇行频率很低。解决方法是，调整转向架参数，或者采用其他的车轮踏面轮廓。

6 结语

由于科学技术的进步，铁路不仅改变了人们的生产生活方式，也改变了人们的出行方式。然而，由于轨道交通运行中存在高振动和噪声，以及人们较高的交通需求，运输行业需要就此进行大量的研究。就行業而言，有必要寻找和研究轨道中的噪声和振动源，并改进用于优化车辆和转向架内部和外部噪声值的方法，以便为其提供足够的经验。

参考文献

[1] 吴刚.地铁列车振动和噪声源分析及减振降噪措施[J].科技与创新，2014（05）：28-29.

[2] 杨弘.高速列车减振降噪技术研究[J].铁道车辆，2006（02）：9-14，45.

[3] 汤晏宁.城市轻轨车辆车内噪声分析及降噪研究[D].大连：大连交通大学，2005.

[4] 黄建涛，周耀，张晓峰，等.地铁轨道减振器的应用效果[J].振动与冲击，2003，22（2）：96.