Page 46 - 《应用声学》2022年第1期
P. 46

42                                                                                   2022 年 1 月


                 sidebands of wheel rail noise is coupling effect of sleeper pass excitation and dynamics stiffness of Hertz spring
                 under excitation of polygonal wear, and the operating speed, the amplitude of polygonal wear, the stiffness of
                 fastener have a significant influence on it. The research results of this paper are helpful to the advancement of
                 wheel-rail noise theory of high-speed trains and the development of wheel-rail noise prediction models.
                 Keywords: High-speed train; Wheel; Polygonal wear; Wheel rail noise; Mechanism
                                                               跳和车内噪声之间的关系。其中，车内噪声预测模
             0 引言
                                                               型主要分为两部分，首先是基于 TWINS 轮轨噪声

                 我国高速铁路技术不断发展，列车运行速度和                          原理建立的轮轨噪声预测模型，以此模型计算所得
             运量不断提高，这极大地提高了我国国民的出行效                            的轮轨噪声为输入信号，输入到基于混合有限元-统
             率。然而，伴随而来的噪声问题也越发突出和明显。                           计能量法的车内噪声预测模型               [8]  之中，最终可以计
             因此，高速列车的减振降噪一直以来都是研究热点。                           算得到车内噪声响应。此模型在一定程度上能够作
             大量研究表明，轮轨表面的各类不平顺是高速列车                            为分析非圆化磨耗对车辆噪声影响的重要理论工
             噪声的主要根源        [1] 。其中，车轮非圆化磨耗作为一                 具，然而当考虑更加复杂的移动条件下的轮轨耦合
             种常见的车轮表面异常磨耗，广泛地存在于我国的                            作用问题时，基于 TWINS 轮轨噪声理论的轮轨噪
             多类高速列车上。非圆化磨耗又被称为多边形磨                             声预测模型还不能满足研究需求，需要对模型进行
             耗，其特征表现为车轮半径沿着圆周方向呈周期性                            完善。
             的变化，因此车轮在滚动的过程中会显著提高轮轨                                总体上来说，通过大量的实验研究和理论分析，
             相互作用力，从而产生严重的轮轨异常振动和噪声，                           人们对车轮非圆化磨耗引起的车辆噪声问题已经
             这对列车的安全性和乘客的乘坐舒适性带来了十                             有了一定程度的认识，得到的普遍结论是车轮非圆
             分不利的影响      [1−3] 。                               化磨耗会使得车辆噪声在非圆化磨耗激励频率处
                 近年来，因车轮非圆化磨耗而导致的高速列车                          产生噪声峰值，从而显著增加车辆噪声水平。然而，
             异常噪声问题时有发生，这引起了行业内相关技术                            本文作者团队在轮轨噪声测试中发现转向架区域
             人员的广泛关注。王兴宇等              [4]  采用阶次分析的方           噪声窄带频谱上出现了以非圆化磨耗激励频率为
             法，对列车运行时的车内噪声数据进行分析研究，                            中心，等间距分布的噪声峰值，此现象和齿轮传动系
             从实验的角度阐述了车轮非圆化磨耗阶次和车内                             统中的振动信号调制边频带类似                 [9−10] 。这使得车
             噪声主频之间的联系，即当列车运行速度和车轮直                            轮非圆化磨耗不仅会影响其激励频率处的噪声，还
             径给定时，车内噪声的主频和非圆化磨耗阶次存在                            会对其他频段的噪声产生重要影响。通过进一步分
             一一对应的关系。在文献 [4] 的研究基础上，韩光旭                        析，认为这是运行过程中，带有非圆化磨耗的车轮和
             等  [5−6]  扩大了实验样本数目和实验周期，针对我国                     轮轨系统的高频柔性特性耦合作用导致的。但是由
             某线路上的不同型号的动车组列车开展为期2 年的                           于基于 TWINS 理论的轮轨噪声预测模型无法考虑
             振动、噪声和车轮非圆化磨耗跟踪测试，研究不同运                           更加复杂的移动条件下的轮轨耦合作用问题，故还
             营里程下的车辆振动噪声特性，并和车轮非圆化磨                            未见有文献对轮轨噪声边频带的产生机理进行理
             耗测试结果进行同步分析，研究车辆振动噪声和车                            论研究。因此，本文针对非圆化磨耗激励下，转向架
             轮非圆化磨耗之间的相互关系，除了得到和文献 [4]                         区域噪声频谱图上出现边频带这一现象，通过理论
             类似的结论以外，还探明了车辆振动噪声水平和车                            分析，探明其产生机理。并建立基于车辆-轨道刚柔
             轮非圆化磨耗幅值的之间的定性规律，即非圆化磨                            耦合系统动力学模型和 TWINS 轮轨噪声理论相结
             耗幅值越大，车辆振动噪声水平也越大。上述研究                            合的轮轨噪声预测模型，通过仿真再现轮轨噪声边
             均集中在实验研究范畴，还未对机理开展深入研究。
                                                               频带这一现象，并对其影响因素开展研究。
             在上述研究的基础上，Zhang 等           [7]  针对非圆化磨耗
             产生的车辆噪声问题，开展了十分详尽的综合性研                            1 转向架区域噪声特性实验研究
             究，结合实验研究和仿真计算，初步分析了高速列车
             车轮非圆化磨耗状态对车内噪声的影响。建立了车                                为测试高速列车运行时的转向架区域噪声，在
             内噪声预测模型，探明了车轮非圆化参数、车轮径                            转向架端部靠近车轮位置布置噪声传感器，如图 1
   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51