摘　要: 在已建立的輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)“中華之星”高速列車在板式軌道上運(yùn)行時(shí)的輪軌滾動(dòng)噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析,結(jié)果表明:鋼軌輻射的主要是中、高頻噪聲,車輪輻射的主要是中頻噪聲,而軌道板則輻射高、中和低頻噪聲;鋼軌噪聲最大,車輪次之,軌道板最小。通過(guò)對(duì)高速列車在板式軌道上運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輪軌滾動(dòng)噪聲與在有碴軌道上運(yùn)行時(shí)的輪軌滾動(dòng)噪聲比較,發(fā)現(xiàn)板式軌道噪聲輻射比有碴軌道大4. 0 dB(A) 左右。

關(guān)鍵詞: 滾動(dòng)噪聲; 輪/ 軌; 高速列車; 板式軌道; 噪聲污染

作為無(wú)碴軌道的重要類型之一,板式軌道廣泛應(yīng)用于各國(guó)高速鐵路[1 ] 。我國(guó)也已在秦沈快速客運(yùn)專線上成功鋪設(shè)了普通板式軌道,并擬在京滬高速鐵路上推廣使用。

板式軌道的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,不易變形,維修工作量少。然而,板式軌道對(duì)環(huán)境的噪聲污染比有碴軌道嚴(yán)重,因此,防治板式軌道噪聲,是今后我國(guó)高速鐵路建設(shè)中的一項(xiàng)重要課題。

國(guó)內(nèi)外研究表明,在無(wú)縫線路直線軌道上,輪軌滾動(dòng)噪聲是列車運(yùn)行時(shí)的主要噪聲源之一[2～4 ] 。作者在文獻(xiàn)[5 ]中曾建立了輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)模型,并對(duì)高速列車在有碴軌道上運(yùn)行時(shí)的輪軌滾動(dòng)噪聲的基本特點(diǎn)及傳播規(guī)律進(jìn)行了研究。本文將在此基礎(chǔ)上,對(duì)高速列車在板式軌道上運(yùn)行時(shí)的滾動(dòng)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,并討論與有碴軌道的異同,為板式軌道噪聲控制提供必要的理論基礎(chǔ)。

1 　輪軌滾動(dòng)噪聲輻射預(yù)測(cè)模型

輪軌滾動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理可以解析為:由于輪軌表面粗糙度(微小的凹凸不平) 激發(fā)輪軌系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng),從而向周圍環(huán)境輻射噪聲。解析流程見圖1。

文獻(xiàn)[5 ]基于輪軌滾動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,建立了輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)模型,并用Fortran95 編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。模型主要由列車2軌道系統(tǒng)的振動(dòng)、輪軌系統(tǒng)聲輻射與傳播兩部分組成:

(1) 列車2軌道系統(tǒng)的振動(dòng)

分析在輪軌表面粗糙度激勵(lì)下的輪軌系統(tǒng)振動(dòng)是預(yù)測(cè)輪軌滾動(dòng)噪聲的必要前提,基于輪軌系統(tǒng)統(tǒng)一模型的思想[6 ] ,本研究建立了列車2軌道耦合振動(dòng)模型,用以分析輪軌系統(tǒng)的耦合振動(dòng)。采用數(shù)值積分方法獲得列車2軌道系統(tǒng)振動(dòng)微分方程數(shù)值解,采用基于FFT技術(shù)的周期圖法獲得輪軌系統(tǒng)振動(dòng)速度響應(yīng)的功率譜及1/ 3 倍頻程振動(dòng)速度均方值,這是計(jì)算輪軌滾動(dòng)噪聲輻射的必要條件。

(2) 輪軌系統(tǒng)聲輻射與傳播

車輪聲輻射視為一系列簡(jiǎn)單點(diǎn)聲源的疊加,而鋼軌、軌道板等則被視為一有限長(zhǎng)通過(guò)受聲點(diǎn)的線聲源。噪聲傳播過(guò)程中會(huì)受到很多因素的影響,考慮各種因素對(duì)聲傳播的影響是必要的,例如,反射面的反射、障礙物的衍射、空氣及植被的吸收等。其中,障礙物的衍射及反射面的反射常常對(duì)聲場(chǎng)的分布起著重要作用[5 , 7 ,8 ] 。本文在預(yù)測(cè)輪軌滾動(dòng)噪聲時(shí),考慮了障礙物的衍射及反射面的反射兩個(gè)因素。通過(guò)輪軌系統(tǒng)的振
動(dòng)速度、輪軌系統(tǒng)聲輻射比、輪軌系統(tǒng)聲輻射面積等參數(shù)與聲輻射聲壓的關(guān)系,并考慮障礙物的衍射及反射面的反射,推導(dǎo)出了線路旁某受聲點(diǎn)的聲壓級(jí)計(jì)算式。

2 　機(jī)車車輛、軌道選型及聲環(huán)境設(shè)置

本文在輪軌滾動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)中,選用由我國(guó)自主開發(fā)的“中華之星”動(dòng)力集中式電動(dòng)車組,采用1 動(dòng)4 拖列車編組。軌道參數(shù)選用秦沈快速客運(yùn)專線板式軌道及有碴軌道的參數(shù)[9 ] 。由于板式軌道通常建在橋上,故假定板式軌道與有碴軌道均在混凝土高架橋上。高架橋外形尺寸為:橋面距地面高8. 0 m ,橋面邊緣到近側(cè)軌道中心線水平距離3. 8 m。作為聲源的車輪、鋼軌及軌道板,雖然在高度上是不同的,但對(duì)噪聲結(jié)果影
響不大。為簡(jiǎn)化計(jì)算程序,通常將它們?cè)O(shè)定在同一個(gè)高度上,本文將聲源高度設(shè)定為高于軌頂0. 5 m處[7 ] 。

本文依據(jù)GB/ T511121995《聲學(xué):鐵路機(jī)車車輛輻射的噪聲測(cè)量》規(guī)定的聲學(xué)環(huán)境對(duì)鐵路輪軌滾動(dòng)噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)。

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