高速列车在板式轨道上运行时的滚动噪声预测
摘 要: 在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,对“中华之星”高速列车在板式轨道上运行时的轮轨滚动噪声进行了预测分析,结果表明:钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是中频噪声,而轨道板则辐射高、中和低频噪声;钢轨噪声最大,车轮次之,轨道板最小。通过对高速列车在板式轨道上运行时产生的轮轨滚动噪声与在有碴轨道上运行时的轮轨滚动噪声比较,发现板式轨道噪声辐射比有碴轨道大4. 0 dB(A) 左右。
关键词: 滚动噪声; 轮/ 轨; 高速列车; 板式轨道; 噪声污染
作为无碴轨道的重要类型之一,板式轨道广泛应用于各国高速铁路[1 ] 。我国也已在秦沈快速客运专线上成功铺设了普通板式轨道,并拟在京沪高速铁路上推广使用。
板式轨道的主要优点是结构稳定性好,不易变形,维修工作量少。然而,板式轨道对环境的噪声污染比有碴轨道严重,因此,防治板式轨道噪声,是今后我国高速铁路建设中的一项重要课题。
国内外研究表明,在无缝线路直线轨道上,轮轨滚动噪声是列车运行时的主要噪声源之一[2～4 ] 。作者在文献[5 ]中曾建立了轮轨滚动噪声预测模型,并对高速列车在有碴轨道上运行时的轮轨滚动噪声的基本特点及传播规律进行了研究。本文将在此基础上,对高速列车在板式轨道上运行时的滚动噪声进行预测分析,并讨论与有碴轨道的异同,为板式轨道噪声控制提供必要的理论基础。
1 轮轨滚动噪声辐射预测模型
轮轨滚动噪声产生机理可以解析为:由于轮轨表面粗糙度(微小的凹凸不平) 激发轮轨系统产生振动,从而向周围环境辐射噪声。解析流程见图1。
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文献[5 ]基于轮轨滚动噪声的产生机理,建立了轮轨滚动噪声预测模型,并用Fortran95 编制了相应的计算程序。模型主要由列车2轨道系统的振动、轮轨系统声辐射与传播两部分组成:
(1) 列车2轨道系统的振动
分析在轮轨表面粗糙度激励下的轮轨系统振动是预测轮轨滚动噪声的必要前提,基于轮轨系统统一模型的思想[6 ] ,本研究建立了列车2轨道耦合振动模型,用以分析轮轨系统的耦合振动。采用数值积分方法获得列车2轨道系统振动微分方程数值解,采用基于FFT技术的周期图法获得轮轨系统振动速度响应的功率谱及1/ 3 倍频程振动速度均方值,这是计算轮轨滚动噪声辐射的必要条件。
(2) 轮轨系统声辐射与传播
车轮声辐射视为一系列简单点声源的叠加,而钢轨、轨道板等则被视为一有限长通过受声点的线声源。噪声传播过程中会受到很多因素的影响,考虑各种因素对声传播的影响是必要的,例如,反射面的反射、障碍物的衍射、空气及植被的吸收等。其中,障碍物的衍射及反射面的反射常常对声场的分布起着重要作用[5 , 7 ,8 ] 。本文在预测轮轨滚动噪声时,考虑了障碍物的衍射及反射面的反射两个因素。通过轮轨系统的振
动速度、轮轨系统声辐射比、轮轨系统声辐射面积等参数与声辐射声压的关系,并考虑障碍物的衍射及反射面的反射,推导出了线路旁某受声点的声压级计算式。
2 机车车辆、轨道选型及声环境设置
本文在轮轨滚动噪声预测中,选用由我国自主开发的“中华之星”动力集中式电动车组,采用1 动4 拖列车编组。轨道参数选用秦沈快速客运专线板式轨道及有碴轨道的参数[9 ] 。由于板式轨道通常建在桥上,故假定板式轨道与有碴轨道均在混凝土高架桥上。高架桥外形尺寸为:桥面距地面高8. 0 m ,桥面边缘到近侧轨道中心线水平距离3. 8 m。作为声源的车轮、钢轨及轨道板,虽然在高度上是不同的,但对噪声结果影
响不大。为简化计算程序,通常将它们设定在同一个高度上,本文将声源高度设定为高于轨顶0. 5 m处[7 ] 。
本文依据GB/ T511121995《声学:铁路机车车辆辐射的噪声测量》规定的声学环境对铁路轮轨滚动噪声进行预测。
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