朱士友，陳希雋，龍 靜，陳 剛，盧 勇

（廣州市地下鐵道總公司 運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣州 510310）

地鐵車輛正線運(yùn)行客室噪聲

朱士友，陳希雋，龍 靜，陳 剛，盧 勇

（廣州市地下鐵道總公司 運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣州 510310）

以廣州地鐵一號(hào)線A1型車為對(duì)象，運(yùn)用多通道噪聲測(cè)試與分析系統(tǒng),對(duì)正線運(yùn)行車輛客室內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試分析，獲得一號(hào)線各區(qū)間客室噪聲變化數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：當(dāng)曲線半徑小于600 m時(shí)，客室噪聲主頻帶位于630 Hz和1 000 Hz之間，隨著曲線半徑的增大，各頻段噪聲分布趨于均勻，主頻逐漸不明顯；列車運(yùn)行速度對(duì)客室內(nèi)中、高頻噪聲影響較大。噪聲測(cè)試分析為車輛及線路的設(shè)計(jì)和維護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。

聲學(xué)；地鐵車輛；噪聲測(cè)試；曲線半徑；運(yùn)行速度

近年來，地鐵車輛已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各大城市的主要交通工具之一。地鐵車輛客室噪聲嚴(yán)重影響著乘客的舒適度，也影響了客室廣播等乘客信息系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)軌道車輛噪聲進(jìn)行了理論及試驗(yàn)研究[1-5]，但是針對(duì)地鐵車輛具體運(yùn)行模式和不同曲線半徑對(duì)噪聲影響的試驗(yàn)研究并不多見。文章以廣州地鐵正線運(yùn)營(yíng)車輛為研究對(duì)象，采用多通道噪聲測(cè)試與分析系統(tǒng)，測(cè)試了廣州地鐵一號(hào)線正線運(yùn)行車輛客室噪聲，通過對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，得出其噪聲水平及變化規(guī)律，為車輛及線路設(shè)計(jì)維護(hù)供參考依據(jù)。

1 車輛客室噪聲的測(cè)試試驗(yàn)

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

由自由場(chǎng)傳聲器(Gras Microphone type 40AE)及1/2"恒流源前置放大器組成噪聲傳感器，經(jīng)低噪聲電纜（BNC pos-BNC pos）連接至DEWETRON-5000多通道數(shù)據(jù)采集儀，通過Dewesoft軟件噪聲模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理。

1.2 噪聲測(cè)試及計(jì)算方法

按照正線運(yùn)營(yíng)的ATO模式，跟隨末班車不載客正線運(yùn)行一個(gè)往返，停站不開門，關(guān)閉列車廣播及PISD系統(tǒng)，其他設(shè)備照常工作。在客室布置了兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示，測(cè)點(diǎn)1固定在靠近貫通道的第一個(gè)座椅扶手處，距離地板1.6 m高處；測(cè)點(diǎn)2布置在列車中部，距離地板1.6 m高處。通過司機(jī)臺(tái)速度表采集速度信號(hào)，并接至噪聲測(cè)試系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)同步采集。

圖1 噪聲測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求[6]，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，某一連續(xù)穩(wěn)態(tài)聲的A計(jì)權(quán)聲壓具有與時(shí)變的噪聲相同的均方A計(jì)權(quán)聲壓，則這一連續(xù)穩(wěn)態(tài)聲的聲級(jí)就是此時(shí)變?cè)肼暤牡刃暭?jí)(LAeq，T)，計(jì)算公式如下

式中LAeq，T——等效聲級(jí)，單位為dB(A)；

t2-t1——規(guī)定的時(shí)間間隔，單位為s；

PA(t)——噪聲瞬時(shí)A計(jì)權(quán)聲壓，單位為帕Pa；

P0——基準(zhǔn)聲壓（20 μPa）。

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 不同區(qū)間客室噪聲時(shí)域分析

車輛上下行，客室最大聲級(jí)以及等效聲級(jí)見圖2和圖3。

圖2 上行客室聲級(jí)

圖3 下行客室聲級(jí)

圖像顯示，列車上行各區(qū)間最大等效聲級(jí)82.4 dB(A)，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[6]。車輛下行最大等效噪聲84.2 dB(A)，略高于標(biāo)準(zhǔn)[5]要求的83 dB(A)，出現(xiàn)在長(zhǎng)壽路至陳家祠區(qū)間，其余各區(qū)間等效聲級(jí)均小于限值。為了定位并分析最大聲級(jí)產(chǎn)生的原因，對(duì)車輛速度進(jìn)行積分，求得列車移動(dòng)距離，并與一號(hào)線線路平面圖進(jìn)行對(duì)比，見圖4。圖像顯示，出現(xiàn)最大聲級(jí)的位置正好處于陳家祠至長(zhǎng)壽路區(qū)間的300 m半徑區(qū)段，為一號(hào)線的最小曲線段之一，可見，車輛過小曲線時(shí)產(chǎn)生了較大聲級(jí)，因此需要加強(qiáng)車輛曲線通過能力和該區(qū)段軌道的檢查和維護(hù)。

圖4 聲級(jí)、速度、位移曲線

從圖2和圖3還可以看到，測(cè)點(diǎn)1的等效聲級(jí)略大于測(cè)點(diǎn)2，這是由于測(cè)點(diǎn)1更靠近貫通道和車門，被測(cè)車輛車門是內(nèi)藏式塞拉門，密封性不佳，貫通道的隔音性能也低于車體，因此，測(cè)點(diǎn)1受外部噪聲影響較大。

從圖2和圖3還可以發(fā)現(xiàn)，無論上行還是下行,聲級(jí)最小的區(qū)間都為西塱至坑口區(qū)間，該區(qū)間是一號(hào)線唯一的地面線，上行該區(qū)間等效聲級(jí)比隧道內(nèi)區(qū)間最小等效聲級(jí)小4 dB(A)左右，下行該區(qū)間等效聲級(jí)比隧道區(qū)間最小等效聲級(jí)小5 dB(A)左右，最大等效聲級(jí)與之規(guī)律相同。西朗至坑口區(qū)間最小曲線半徑為400 m，僅次于1號(hào)線最小曲線半徑300 m，列車運(yùn)行速度較其他區(qū)間無減小，可排除曲線半徑大小和運(yùn)行速度對(duì)客室噪聲的影響，因而此時(shí)是否處于隧道是車輛客室聲級(jí)大小決定因素。在隧道內(nèi)，車輛產(chǎn)生的噪聲傳播到隧道內(nèi)壁反射到車頂?shù)炔课缓髠魅胲噧?nèi)，造成客室聲級(jí)增大。雖然被測(cè)車輛車體底架等處已經(jīng)涂阻尼漿降噪，但因車輛使用年限較長(zhǎng)，阻尼漿存在剝落情況，隔音效果有所下降。要降低隧道內(nèi)客室噪聲，一方面可以考慮改變隧道內(nèi)壁聲學(xué)結(jié)構(gòu)或在隧道壁增加降噪材料，降低隧道內(nèi)壁反射[7]，另一方面，對(duì)車體加強(qiáng)隔噪處理和維護(hù)，如翻新車體外表面阻尼漿、增強(qiáng)車體密封性能等。

2.2 不同曲線半徑客室噪聲頻譜分析

不同曲線半徑客室噪聲的變化規(guī)律對(duì)了解車輛的噪聲來源有重要的現(xiàn)實(shí)意義，特別是對(duì)于小曲線較多的地鐵線路。如圖5所示，根據(jù)線路特點(diǎn)，取車輛以60 km/h速度通過曲線半徑為300 m、400 m、600 m、2 000 m的彎道及直線段時(shí)的噪聲和列車靜止時(shí)的噪聲進(jìn)行對(duì)比分析。圖像顯示，通過小于600 m曲線時(shí)客室噪聲主頻帶位于630 Hz至1 000 Hz之間，隨著曲線半徑的減小，該頻段的噪聲增加明顯。曲線段車輛的主要噪聲是輪軌噪聲[3]，特別是過小曲線時(shí)，輪緣與鋼軌貼靠，由于輪緣處滾動(dòng)圓半徑相差較大，接觸斑內(nèi)線速度不一致，存在局部滑動(dòng)摩擦，產(chǎn)生中高頻噪聲，經(jīng)過隧道壁反射傳入客室。要降低該頻帶噪聲，可以提高車輛曲線通過能力，比如選用等效錐度更大的磨耗型踏面代替現(xiàn)有踏面，減小輪緣導(dǎo)向力，而且這也有助于降低輪緣磨耗率，不過實(shí)施過程還需要考慮不同踏面型面對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)其他性能的影響。隨著曲線半徑的增大，160 Hz至2 000 Hz頻段噪聲分布趨于均勻，主頻逐漸不明顯。對(duì)比車輛通過曲線和直線段噪聲發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曲線半徑增大到一定程度后，曲線半徑轉(zhuǎn)成噪聲大小的次要影響因素。

圖5 不同曲線噪聲頻譜（V=60 km/h）

從圖5可以看出，除了中高頻率噪聲外，還有80 Hz～160 Hz左右頻段的低頻噪聲峰值。運(yùn)行車輛除了輪對(duì)和鋼軌噪聲外，軌枕和道床也是主要噪聲源之一，研究表明[7,8]，對(duì)于輪軌噪聲，低于300 Hz時(shí)，軌枕是主要聲源。在小曲線段，由于波磨及輪緣鋼軌貼靠等因素導(dǎo)致軌枕及道床振動(dòng)輻射噪聲，曲線半徑越小相互作用通常越劇烈，上述低頻段噪聲峰值與該因素有關(guān)。

當(dāng)列車靜止時(shí)，客室噪聲峰值在50 Hz附近，與此時(shí)噪聲主要來源空調(diào)和輔助系統(tǒng)其工頻為50 Hz有關(guān)系。

2.3 不同速度客室噪聲頻譜分析

列車以不同的速度通過直線軌道時(shí)，客室噪聲頻譜圖如圖6所示。

圖6 不同速度噪聲頻譜（直線軌道）

圖像顯示，160 Hz以下的低頻噪聲受速度的影響不明顯，變化趨勢(shì)基本一致。不同速度下客室噪聲通常存在三個(gè)峰值，分別位于125 Hz、800 Hz、2 500 Hz附近。速度越高，800 Hz、2 500 Hz附近的中、高頻噪聲增加越明顯，由此可知，列車運(yùn)行速度對(duì)客室內(nèi)中、高頻噪聲影響較大。

3 結(jié)語

通過以上噪聲測(cè)試可以得出以下結(jié)論：

（1）隧道區(qū)間的客室聲級(jí)明顯高于隧道外區(qū)間的客室聲級(jí)；

（2）當(dāng)曲線半徑小于600 m時(shí)，客室噪聲主頻帶位于630 Hz和1 000 Hz之間；隨著曲線半徑的增大，160 Hz至2 000 Hz頻段噪聲分布趨于均勻，主頻逐漸不明顯；

（3）過小曲線時(shí)，曲線半徑大小對(duì)客室噪聲影響明顯，當(dāng)曲線半徑大于一定限度后，曲線半徑轉(zhuǎn)為客室噪聲的次要影響因素；

（4）列車運(yùn)行速度對(duì)客室內(nèi)中、高頻噪聲影響較大。

[1]李球.廣州地鐵修造車運(yùn)行內(nèi)部噪聲測(cè)量與分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2009，32(6)：38-39.

[2]楊建等.A型地鐵車體結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性及車內(nèi)聲學(xué)模態(tài)研究[J].振動(dòng)與噪聲控制，2011，31(3)：76-79.

[3]劉 巖.鐵路客車車內(nèi)噪聲分布規(guī)律研究[J].振動(dòng)與噪聲控制，2007(2)：74-76.

[4]Gautier Pierre-Etienne,Poisson Franck,Létourneaux,Fabien.High speed trains external noise:recent results in the TGV case[J].19th International Congress on Acoustics Madrid,September,2007:2-7.

[5]C J C Jones,D J Thompson.Extended validation of a theoretical model for railway rolling noise using novel wheel and track designs[J].Journal of Sound and Vibration 267(2003):509-522.

[6]GB-14892，城市軌道交通列車噪聲限值和測(cè)量方法[S]. 2006.

[7]雷曉燕，圣小珍.鐵路交通噪聲與振動(dòng)[M].北京：科學(xué)出版社，2004：125-128.

[8]于喜林.城市軌道交通車輛內(nèi)部噪聲分析研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2009，32(3)：14-19.

[9]張鵬飛.阻尼車輪減振降噪的試驗(yàn)與理論分析[D].南昌：華東交通大學(xué)碩士論文，2008.

Measurement andAnalysis of Noise in Metro Vehicle Compartments on Operation Lines

ZHU Shi-you,CHEN Xi-jun,LONG Jing,CHEN Gang,LU Yong
（Operation Division,Guangzhou Metro Corporation,Guangzhou 510310,China）

With A1 type vehicles of Guangzhou Metro Line 1 as the object,the noise in metro vehicle compartments, when the vehicle was traveling on the operation line,was measured and analyzed using a multi-channel measurement and analysis system.The result shows that when the radius of curvature of the curved line is less than 600 m,the main frequency band of the noise in the metro vehicle compartments is ranged between 630 Hz and 1 000 Hz;with the increasing of the radius of curvature,different frequency bands of the noise become uniform gradually and the main frequency band is not obvious;traveling speed of the train has a large influence on the medium and high frequency noises in the vehicle compartments. The measurement and analysis of the noise may provide a basis for design and maintenance of metro vehicles and subway lines.

acoustics;metro vehicle;noise measurement;radius of curvature;traveling speed

U270.1,6

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2015.02.011

1006-1355(2015)02-0044-03

2013－11－15

國(guó)家“八六三”計(jì)劃項(xiàng)目（2011AA110506）

朱士友（1964－），男，廣州市人，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：城市軌道交通運(yùn)營(yíng)技術(shù)與管理。

盧勇（1985－），男，廣州市人，工程師，研究方向：軌道交通車輛維保管理。E-mail:luyong2@gzmtr.com