1.前言

       隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的規(guī)模和城市中的人口數(shù)量不斷擴(kuò)大。交通問(wèn)題已經(jīng)成為困擾城市發(fā)展規(guī)劃和百姓出行的主要問(wèn)題，為了緩解交通問(wèn)題帶來(lái)的壓力，我國(guó)各大中城市相繼建立了地鐵、輕軌、單軌等城市軌道交通項(xiàng)目。城市軌道車(chē)輛以其快速、準(zhǔn)時(shí)、舒適等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大群眾的青睞。

       城市軌道交通車(chē)輛在運(yùn)營(yíng)中不可避免地會(huì)產(chǎn)生噪聲，車(chē)輛內(nèi)部的噪聲會(huì)直接影響著乘客乘坐的舒適性，噪聲達(dá)到一定的強(qiáng)度會(huì)對(duì)工作人員、乘客等造成損害。持續(xù)不間斷的高噪聲會(huì)給人體帶來(lái)壓力感、疲勞感，甚至造成損傷神經(jīng)、聽(tīng)力等不可挽回的后果。本文簡(jiǎn)單介紹了城市軌道車(chē)輛的主要噪聲源，重點(diǎn)討論了車(chē)輛內(nèi)部噪聲的控制方法和控制措施。

       2. 城市軌道車(chē)輛噪聲源分析

       城市軌道車(chē)輛的噪聲源主要有：

       （1）輪軌噪聲

       鋼軌與輪軌之間相互作用而產(chǎn)生的聲響。這種相互作用在車(chē)輪和軌道相接觸處產(chǎn)生力的作用，造成車(chē)輪和軌道的振動(dòng)而向外輻射聲波。輪軌噪聲有3種主要類型：摩擦噪聲、撞擊噪聲和轟鳴噪聲（或滾動(dòng)噪聲）。每一種均由相對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生。

       （2）車(chē)輛非動(dòng)力噪聲

       車(chē)輛非動(dòng)力噪聲主要指制動(dòng)系統(tǒng)中在實(shí)施制動(dòng)時(shí)閘瓦與制動(dòng)盤(pán)之間摩擦振動(dòng)，它激發(fā)制動(dòng)閘瓦片、閘瓦托架以及制動(dòng)盤(pán)等產(chǎn)生自激振動(dòng)形成輻射噪聲。

       （3）牽引動(dòng)力系統(tǒng)噪聲

       牽引系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的噪聲，包括牽引電機(jī)及其冷卻風(fēng)扇、齒輪箱以及空氣壓縮機(jī)的噪聲，它是城市軌道交通主要的噪聲。牽引系統(tǒng)的噪聲，特別是電機(jī)冷卻風(fēng)扇的噪聲，隨列車(chē)運(yùn)行速度的提高而增長(zhǎng)，其程度往往要大于輪軌噪聲。

       （4）高架軌道噪聲

       由高架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而輻射的振動(dòng)與噪聲。當(dāng)列車(chē)行駛在高架結(jié)構(gòu)上時(shí)，輪軌相互作用所產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)軌道傳遞給支承結(jié)構(gòu)，將激發(fā)高架結(jié)構(gòu)梁、柱的振動(dòng)而輻射噪聲，特別帶有"空腔"的結(jié)構(gòu)如箱形梁起到樂(lè)器"共鳴箱"的作用，二次輻射的噪聲不可忽視。支承結(jié)構(gòu)將噪聲向周邊地區(qū)進(jìn)行傳播，它比之列車(chē)行駛于一般的路堤帶坡度道床時(shí)所產(chǎn)生的噪聲級(jí)要高得多，一般要高20dB（A）。

       此外還有空氣動(dòng)力噪聲。隨著列車(chē)速度的提高，列車(chē)車(chē)頭以及在列車(chē)上各個(gè)突出和凹入的部分，車(chē)頂?shù)氖茈姽�等，在空氣中高速移�?dòng)時(shí)，壓力空氣在非恒定的氣流中發(fā)生變化，從而產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲。

       3. 城市軌道車(chē)輛噪聲控制方法和措施

       對(duì)城市軌道車(chē)輛噪聲的控制方法主要包括噪聲源控制和噪聲傳播控制。

       3.1 噪聲源控制

       對(duì)噪聲源的控制包括：

       （1）影響輪軌摩擦噪聲較主要的因素有曲線半徑、轉(zhuǎn)向架軸距、車(chē)輪振動(dòng)阻尼特性，以及輪軌表面之間的粘著系數(shù)和所采用的材料等，如采用減摩材料代替鑄鐵制動(dòng)塊，.采用盤(pán)面制動(dòng)代替踏面制動(dòng)，磨去軌面的高低不平等方法均能有效地控制輪軌踏面的不平順性，（2）采用彈性車(chē)輪、充氣橡膠車(chē)輪、阻尼車(chē)輪、彈性踏面車(chē)輪等降低輪軌間動(dòng)態(tài)作用力及振動(dòng)水平，降低車(chē)輛的結(jié)構(gòu)輻射噪聲。通過(guò)采用剛度大、阻尼系數(shù)高的鋼軌墊片、.增加鋼軌阻尼、增加鋼軌吸振器、埋入式鋼軌及鋼軌截面形狀優(yōu)化（如矮鋼軌、窄軌腳）等措施降低鋼軌振動(dòng)水平，降低鋼軌輻射噪聲。通過(guò)減小輪軌接觸面的粗糙度來(lái)降低輪軌轟鳴噪聲。

       （2）通過(guò)提高輔助設(shè)備零部件的加工精度和安裝精度，優(yōu)化其減振系統(tǒng)，降低振動(dòng)水平，從而降低這類機(jī)組設(shè)備振動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲。

       （3）為深入研究高架軌道噪聲，可建立3種不同類型的高架軌道噪聲的數(shù)學(xué)模型，即在鋼板梁上有混凝土板的結(jié)構(gòu)；鋼板梁上有軌枕板的結(jié)構(gòu)，以及在開(kāi)式鋼腹板梁上有軌枕板的結(jié)構(gòu)。同時(shí)針對(duì)這3種高架鐵路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高頻狀態(tài)下，鋼軌為主要噪聲源，而中頻的主要聲源是鋼板梁。所以為大幅度地降低噪聲級(jí)，就必須同時(shí)降低鋼軌和鋼板梁的噪聲。

       （4）風(fēng)洞試驗(yàn)表明，物體產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲與空氣的流速呈6次方關(guān)系增加。通過(guò)對(duì)車(chē)頭形狀的流線型處理，對(duì)于突出于車(chē)體的某些設(shè)備或裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或?qū)⑵湟频娇捎酶粢粽钟枰云帘蔚能?chē)體下部，均可抑制非恒定渦流的發(fā)生，降低空氣動(dòng)力噪聲。

       根據(jù)上述分析可知，從噪聲源著手進(jìn)行控制是主動(dòng)治本的方法，但由于技術(shù)水平和條件的限制，有時(shí)很難達(dá)到理想的噪聲控制的效果。因此還必須在其傳播途徑上采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧�，以期達(dá)到滿意的噪聲控制效果。

       3.2 噪聲傳播控制

       噪聲傳播控制，包括吸聲、隔聲和消聲。它通過(guò)特殊的材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使車(chē)體外部噪聲入射到車(chē)體表面時(shí)被轉(zhuǎn)化成以下主要部分：1）一部分被反射；2）一部分在經(jīng)過(guò)車(chē)體時(shí)被轉(zhuǎn)化成其它形式的能量或波形而被吸收。如：其中一部分被貼附于車(chē)體上的高阻尼材料轉(zhuǎn)化成熱能而被損耗了，另一部分轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)輻射噪聲或其它形式的波形；3）較后剩下的一部分透過(guò)車(chē)體進(jìn)入車(chē)輛內(nèi)部。噪聲傳播過(guò)程中的能量分配見(jiàn)圖1。根據(jù)能量守恒定律，設(shè)入射聲能為E，反射聲能為E1，損耗聲能為E2，波形轉(zhuǎn)化能量為E3，透過(guò)聲能為E4，則有：E=E1+E2+E3+E4

       反射聲能與入射聲能之比越大，材料的隔聲性能越好；而透過(guò)聲能與入射聲能之比越小，則材料的吸聲性能就越好。

       下面介紹在城軌車(chē)輛內(nèi)部噪聲控制中幾種常用的控制噪聲傳播的方法和措施。

       3.2.1 車(chē)體的聲學(xué)處理

       （1）車(chē)體的阻尼隔聲處理。

       目前，城市軌道車(chē)輛多采用鋁合金車(chē)體，為了起到阻尼制振和隔聲的作用，在鋁型材的空腔內(nèi)充入高阻尼粘彈性阻尼材料，或在車(chē)體內(nèi)表面噴涂阻尼涂料，通過(guò)對(duì)鋁合金車(chē)體進(jìn)行約束阻尼處理或自由阻尼處理，提高車(chē)體結(jié)構(gòu)阻尼、抑制共振，達(dá)到減振降噪的目的。

       自由阻尼處理是將一層一定厚度的粘彈阻尼材料粘貼于金屬基體表面上。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲振動(dòng)時(shí)，阻尼層隨基本結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)，在阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生拉-壓變形，如圖2b所示。根據(jù)阻尼材料的耗能機(jī)理，當(dāng)阻尼材料內(nèi)部產(chǎn)生交變應(yīng)力時(shí)，阻尼材料就會(huì)將有序的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為無(wú)序的熱能，從而起到耗能的作用。自由阻尼結(jié)構(gòu)如圖2所示。

       約束阻尼處理在自由阻尼處理的阻尼層外側(cè)表面再粘貼一彈性層，這一彈性層應(yīng)具有遠(yuǎn)大于阻尼層的彈性模量。當(dāng)阻尼層隨基本結(jié)構(gòu)層一起產(chǎn)生彎曲振動(dòng)而使阻尼層產(chǎn)生拉-壓變形時(shí)，由于敷貼在外側(cè)彈性層的彈性模量遠(yuǎn)大于阻尼層的彈性模量，因此這一彈性層將起到約束阻尼層的拉-壓變形的作用，所以這一彈性層被稱為約束層，而受彈性層約束的阻尼層被稱為約束阻尼層。由于阻尼層與基本結(jié)構(gòu)層接觸的表面所產(chǎn)生的拉-壓變形不同于與約束層接觸的表面所產(chǎn)生的拉-壓變形，從而在阻尼材料內(nèi)部產(chǎn)生剪切變形，如圖3b所示。因此約束阻尼處理結(jié)構(gòu)中，阻尼層不僅承受拉-壓變形，還同時(shí)承受剪切變形，它們都能起到耗能作用。約束阻尼結(jié)構(gòu)比自由阻尼結(jié)構(gòu)耗散更多的能量，因此具有更好的減振降噪效果。約束阻尼結(jié)構(gòu)如圖3所示。

       輕量化的鋁合金車(chē)體，振動(dòng)較大，采用高阻尼粘彈性材料進(jìn)行阻尼處理，吸振效果十分明顯，同時(shí)隔離噪聲的性能也會(huì)得到大大的提高。

       （2）車(chē)輛內(nèi)部的吸聲處理。

       在側(cè)墻金屬基體和客室內(nèi)墻板之間以及車(chē)頂和風(fēng)道之間填充玻璃棉或吸聲海綿等微孔吸聲材料，衰減車(chē)輛內(nèi)部的混響噪聲，降低車(chē)輛內(nèi)部總噪聲級(jí)。側(cè)墻填充結(jié)構(gòu)如圖4所示，車(chē)頂填充結(jié)構(gòu)如圖5所示。

       吸聲材料（結(jié)構(gòu)）的吸聲機(jī)理主要是：首先是粘滯性和內(nèi)摩擦的作用，由于聲波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度各處不同，存在著速度梯度，使相鄰質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生相互作用的粘滯力或內(nèi)摩擦力。對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，從而使聲能不斷轉(zhuǎn)化為熱能。其次是熱傳導(dǎo)效應(yīng)，由于聲波傳播時(shí)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)疏密程度各處不同，因而媒質(zhì)溫度也各處不同，存在著溫度梯度，從而相鄰質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生了熱量傳遞，使聲能不斷轉(zhuǎn)化為熱能。以上表面，吸聲與大多數(shù)其他“吸收