減振降噪的應用

1、作者:日期:減振與降噪的應用隨著我國軌道交通的不斷發(fā)展，列車行駛速度得到很到提高，當 前在高速鐵路線上，列車運營速達到300Km/h。由此帶來了嚴重的鐵 路環(huán)境噪聲污染，列車運行時產(chǎn)生的振動和噪聲，不僅影響鐵路自身 的設備、旅客和工作人員，而且影響周圍的環(huán)境和居民。因此，采取相應的措施降低列車產(chǎn)生的振動和噪聲，不僅有利于環(huán)境保護，而且有利于鐵路交通的持續(xù)和健康發(fā)展。高速鐵路車輪的振動輻射噪聲在輪軌滾動輻射噪聲中占有很大 的比重，而且在15 0 OHz以上的頻段內(nèi)占主導，對列車車輪進行優(yōu)化 設計，通過改變車輪的形狀，可以達到較好的減振降噪效果。本文對 高速鐵路車輪優(yōu)化方法進行詳細的分析評論，并提

2、出相應的問題和改進的方向。1車輪輻射噪聲分析鐵路噪聲是由各種類型的列車通過軌道這樣一個復雜的的噪聲源系 統(tǒng)而產(chǎn)生的，主要分為牽引噪聲、輪軌噪聲、空氣動力學噪聲和其他 方面的噪聲1。我國目前大量采用無縫線路，致使輪軌滾動噪聲成 為鐵路的主要噪聲。圖1為典型的輪軌噪聲頻譜分析圖2,從圖中 可以看出，輪軌滾動噪聲中，由軌枕產(chǎn)生的集中在500Hz以下，由鋼 軌產(chǎn)生的集中在50 0 1 50 0 Hz 之間，由車輪產(chǎn)生的集中在1 5 00Hz以上。文獻3研究也表明：在輪軌滾動噪聲中，車輪的主要輻射 噪聲頻段在1 500Hz以上?，F(xiàn)在普遍認為，輪軌滾動噪聲由車輪結(jié)構(gòu)振動和軌道結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生4,5,車輪和軌道

3、結(jié)構(gòu)輻射噪聲的分量對 比，歐洲的學者傾向于認為以車輪輻射為主，美日學者傾向于認為以 鋼軌為主3。因此研究車輪的聲輻射特性及減振降噪是非常有意義 的。BL降低車輪噪聲措施根據(jù)輪軌噪聲理論，降低車輪噪聲的措施主要有1 : （1）利用附加的 阻尼元件、彈性元件和輔助質(zhì)量塊通過聯(lián)結(jié)在主振系統(tǒng)上所產(chǎn)生的動 力作用來減小主振系統(tǒng)振動。（2）在車輪輪轂與輪輻之間添加橡膠 材料隔離層形成彈性車輪。（3）在不影響其他（如強度）方面要求 的情況下對車輪形狀進行優(yōu)化，以此降低車輪結(jié)構(gòu)的振動速度，從而 降低車輪噪聲。（4）降低車輪的聲輻射效率。阻尼車輪和彈性車輪不 僅構(gòu)造復雜，而且增加制造成本，在車輪上穿孔影響車輪的

4、整體性， 而且孔洞大小和孔空洞間距受限制，只對低頻有 效。合理設計車輪形狀，技術上可行，風險小,成本低。2車輪優(yōu)化方法概述及分析輪軌滾動噪聲在鐵路聲輻射中扮演著重要的角色，車輪輻射噪聲在輪軌滾動噪聲中特別是高頻范圍占主導，其主要影響范圍在15 006000H乙甚至更高。對車輪進行優(yōu)化設計，降低車輪的輻射噪聲， 是一個很有意義的課題。P erss on等將遺傳算法引入到踏面優(yōu) 化，并 做了大量關于車輪踏面和軌頭形狀優(yōu)化方面的研究。E f thi meros等7 基于遺傳算法，以車輪輻射噪聲最小為目標，對鐵路車輪的幾 何形狀進行優(yōu)化設計。并對優(yōu)化前后的車輪進行了聲輻射分析， 優(yōu)化 后的車輪發(fā)射噪聲

5、的聲功率級比初始車輪發(fā)射噪聲的聲功率級降低 了 3 dB,證明利用遺傳算法對鐵路車輪進行優(yōu)化設計是可行的。TH OMP SO N : 8應用二維邊界元法計算了車輪直徑、 輻板和輪轂厚度對 車輪聲輻射效率和方向性的影響。德國的科研機構(gòu)在對車輪形狀進行 了長期的研究，發(fā)現(xiàn)車輪的輻板形式、車輪滾動圓直徑、輻板與輪輞 及輪轂之間的過渡圓弧曲率以及輻板的厚度對車輪的輻射噪聲都有 影響，并根據(jù)試驗的結(jié)果設計出了改進型的低噪聲車輪。SAT 0等9 學者基于試驗測試的方法，對服役在日本窄軌線路上的波浪形輻板車 輪和直輻板車輪的聲振特性進行了研究。進一步地，他們運用有限元 和邊界元相結(jié)合的方法，研究了車輪的不同

6、部位（踏面、輪輞、輪緣以及輻板等）的聲輻射特性以及它們在整個車輪聲輻射中各自所占的比重1 0。N I ELSEN等1 1運用多目標優(yōu)化的試驗設計方法， 對車輪的直徑、輻板厚度、輪緣與輪轂間的橫向偏移量以及輪緣與輻 板間的過渡圓弧和輻板與輪轂間的過渡圓弧等幾何參數(shù)進行優(yōu)化設 計,從而達到減輕車輪重量，降低簧下質(zhì)量，降低輪軌滾動噪聲的目 的。相比歐美國家，我國在車輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面起步比較晚。柳擁軍等 在切比雪夫多項式逼近法的基礎上，提出了一種高次曲線磨耗型踏面 的設計方法12。王開云等13關于輪軌耦合動力學性能的研究表明， 磨耗型踏面有利于車輛動態(tài)曲線通過。沈鋼等1 4 基于接觸角曲線反 推法，研制

7、了采用Ma t l a b語言的計算機軟件Des Prof實現(xiàn)踏面 外形計算機程序化設計，達到快速逼近直接目標，并且可以根據(jù)任意 形狀的軌頭外形來設計與之匹配的踏面外形。方銳15 利用有限元-邊界元相結(jié)合的方法，建立實體 三維車輪有限元模型，研究了不同輻板類型的車輪受激勵的聲功率級 情況，三種不同形式的輻板分別為S型、直型、波浪型，得出直輻板 型的車輪在降低車輪輻射噪聲方面有比較理想的效果。劉林芽等16對不同直徑及輻板厚度的車輪振動輻射噪聲做了研究，分析表明適當 減小車輪半徑，增加車輪輻板厚度和車輪踏面質(zhì)量有助于降低輪軌噪 聲。國內(nèi)外學者大多數(shù)均從減少輪軌磨耗延長車 輪使用壽命出發(fā)，對車輪的踏

8、面進行優(yōu)化設計，在車輪聲輻射優(yōu)化方 面研究較少，Ef t him er os、SATO 和方銳等雖然對車輪的振動聲輻射進行了分析，但在激勵力輸入方面，沒有與線路實際情況緊密聯(lián)系起來，致使車輪優(yōu)化后減 振降噪效果的可信度降低。3總結(jié)輪軌滾動噪聲在軌道交通噪聲中占有重要的地位，在 150 0Hz 以上的一個很寬的頻段內(nèi)，車輪輻射噪聲在輪軌滾動噪聲中占主導， 采用不同的形式對列車車輪進行優(yōu)化， 如改變車輪的踏面外形，改變 車輪輻板類型與半徑，采用不同的輻板厚度，改變輪轂和輪輞與輻板 連接的曲線半徑等，均可降低車輪輻射噪聲。對列車車輪進行優(yōu)化， 可以保持車輪的整體性，一旦試驗獲得成功，不會額外增加制造成本。 許多學者在對車輪進行優(yōu)化過程中，均只對車輪某一個或幾個參數(shù)進 行優(yōu)化，而在車輪全局優(yōu)化上缺少研究，這是今后需要改進的地方。結(jié)束語：通過這一學期對噪聲振動與控制這門課深入的了解和學習，我明白了噪聲和振動的一些基本原理和理論，懂得了一些阻尼減振， 吸聲降噪，隔聲技術，消聲器原理，了解到了一些吸聲材料和隔聲，隔 振材料的知識和運用。并能運用一些原理和理論計算出有關噪聲振動 的減振和減噪的具體設計和計算?？傊?，通過這