Page 68 - 《应用声学》2020年第5期

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加，制振阻尼的性能先略微下降后保持不变；随着温
0 引言
度的升高，材料内部原子运动加剧，晶界和相界面
轨道交通在为人类出行提供方便的同时，也产 更容易滑动，阻尼性能随之提高。因此，制振阻尼可
生了一系列的噪声污染问题，这不仅影响了沿线居 快速耗散能量，将车轮的机械能转化为制振阻尼的
民的生活，也给城市的环境建设造成了一定的压力。 内能。
铁路噪声产生的原因主要有滚动噪声、牵引噪声和 将两种不同尺寸的制振阻尼片(如图1所示)组
气动噪声等，根据国内外铁路测试经验，当列车运 合，构成一种复式降噪块。如图 2 所示，是由 3 个制
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行速度大于35 km/h且小于250 km/h时，轮轨噪声 振阻尼片 1 和3 个制振阻尼片 2 组合而成的降噪
占据主导地位。对于地铁而言，其运行速度普遍在 块结构。在车轮转动过程中，降噪块与车轮本体之
60∼80 km/h ，因此，控制轮轨噪声是实现地铁减 间以及制振阻尼片相互之间产生干摩擦，消耗大量
[1]
振降噪的最重要手段之一。有关地铁车轮减振降噪 的能量。试验中采用某型号 S 型辐板地铁车轮，在
特性的研究很多，Jones 等 [2] 对车轮的辐板添加了 车轮的轮辋外侧留有深度为17 mm、宽度为 10 mm
层状约束阻尼，以达到增大车轮阻尼比的目的，试验 的单边槽，在槽的单边侧预留螺栓孔。采用螺栓预
车轮与原标准车轮相比，车轮滚动噪声辐射降低了 紧的方式，将复式降噪块固定在轮辋外侧单边槽中，
约 3.0∼4.0 dB(A)。Brunel 等 [3−4] 为了研究环状金 如图 3 所示。图 4 为安装完成后的实际效果，8 个复
属阻尼的减振降噪机理，通过试验和计算机仿真的 式降噪块呈环状周向布置在车轮轮辋处。其中，定
方法，分析得出环状阻尼与车轮之间存在耦合效应。 义未安装降噪块的标准车轮为W0，安装4个制振阻
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Lucchini公司对制动盘安装在辐板两侧轮对上的车 尼片 (2×1 + 2 × 2 ) 的车轮为 W1，安装 5 个制振
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轮轮辋部位采取安装阻尼措施，Bracciali等 [5] 发现 阻尼片(3 × 1 + 2 × 2 )的车轮为W2，安装6个制
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该装置可对滚动噪声辐射降噪超过 4.0 dB(A)。弹 振阻尼片(3 × 1 + 3 × 2 )的车轮为W3。
性车轮可以有效增加车轮阻尼，王珂 [6] 研究发现弹
性车轮在中高频范围内降噪效果显著，在 4000 Hz  R 
以内降噪值可达 10.1 dB。刘玉霞等 [7] 通过在车轮 R R R
辐板位置安装动力吸振器，研究发现三自由度动力 R
吸振器加入适当阻尼可降低振动声辐射 6 dB(A)。 R R
刘谋凯等 [8] 研究了金属阻尼环数量对城轨车轮降
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噪特性的影响，发现车轮模态阻尼比的增大是降 
R
噪效果提高的主要原因，金属阻尼环可以将车轮高
频模态阻尼比从10 −4 数量级大幅提高到10 −3 甚至
10 −2 数量级。石广田等 [9] 基于瞬态边界元法对S型
辐板车轮进行计算机仿真，发现在车轮轴线上距离
图 1 两种尺寸的制振阻尼片
车轮 30 m 处的声压集中在 60∼80 dB，且随时间增
Fig. 1 Two kinds of damping plates with different sizes
加整体有上升趋势。本文基于 ANSYS 有限元分析，
对车轮进行模态仿真，并结合试验探究复式降噪块
对某 S 型辐板地铁车轮阻尼比及振动声辐射特性
的影响，为城轨车辆的减振降噪特性研究提供参考。

1 复式降噪块结构及安装方式介绍

制振阻尼是一种超塑性型合金结构，这种超塑
性型合金具有阻尼性高、不受磁场干扰、不受应变
振幅影响等优点。在振动过程中，合金中的晶界和 图 2 复式降噪块爆炸视图
相界面产生塑性流动，引起材料内部应力松弛，产生 Fig. 2 Explosion view of compound noise reduc-
阻尼效应，进而起到减振作用。随着振动频率的增 tion block