地鐵車輛運(yùn)行中主要噪聲有兩種來(lái)源，一是因?yàn)檩嗆壗佑|而產(chǎn)生的輪軌滾動(dòng)噪音，二是牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng) - 機(jī)械噪音,。這些噪聲源惡化了地鐵車輛車廂內(nèi)的環(huán)境。在地鐵車輛編組中的拖車主要引起輪軌接觸的滾動(dòng)噪聲,，動(dòng)車中還有電動(dòng) - 機(jī)械噪音。

輪軌接觸引起的噪音主要分為三種：滾動(dòng)噪音,、刺耳尖利的摩擦噪音和通過(guò)曲線時(shí)的蠕滑噪音,。由于漢城地鐵有很多曲線地段，因此摩擦噪音和蠕滑噪音出現(xiàn)比較頻繁,。

在本次的研究中,，為了降低摩擦噪音、蠕滑噪音和滾動(dòng)噪音,，我們研究了適于地鐵車輛減振降噪的低噪音車輪,。用沖擊錘試驗(yàn)對(duì)實(shí)心車輪和低噪音車輪作了模態(tài)分析，并比較了兩種類型車輪的頻率響應(yīng)函數(shù),。通過(guò)對(duì)頻率響應(yīng)函數(shù)的比較,，從而驗(yàn)證了減振降噪型低噪音車輪的使用效果。

最后對(duì)安裝了低噪音車輪的地鐵車輛做了車上測(cè)試,，該試驗(yàn)列車由裝有實(shí)心車輪的動(dòng)車和拖車各 2 輛,、裝有低噪音車輪的動(dòng)車和拖車各 2 輛編組。當(dāng)列車運(yùn)行時(shí),，試驗(yàn)同時(shí)在動(dòng)車和拖車上進(jìn)行,。

1、前言

輪軌接觸噪音是軌道交通線路噪音的主要來(lái)源之一,。這種噪音對(duì)地鐵系統(tǒng)中車輛內(nèi)部和外部環(huán)境都帶來(lái)嚴(yán)重的影響,。

為了降低輪軌接觸噪音，從 20 世紀(jì)七十年代開(kāi)始,，各種針對(duì)減振降噪的研究工作都紛紛展開(kāi),。對(duì)于降低輪軌接觸噪音取得了不少的進(jìn)展，其中低噪音車輪的研制就是減振降噪所采取的有效措施之一,。低噪音車輪已經(jīng)在歐洲許多國(guó)家的地鐵系統(tǒng)中得以使用,。

在本次研究中,，作為降噪的措施,，我們對(duì)低噪音車輪進(jìn)行了模態(tài)分析，并在漢城地鐵系統(tǒng)中的多動(dòng)力車組 EMU（Electric Multiple Unit）車輛上做了減振降噪測(cè)試,。

2,、實(shí)心車輪和低噪音車輪的實(shí)體模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析

針對(duì) EMU 車輛使用了兩種類型的低噪音車輪，即分別針對(duì)動(dòng)車（Motor car，簡(jiǎn)稱 M 型車）和拖車（Trailer car,，簡(jiǎn)稱 T 型車）的低噪音車輪,，本研究所采用的這兩種低噪音車輪的橫截面如圖 1 所示。

首先通過(guò)模態(tài)分析車輪的運(yùn)行功效來(lái)得到車輪的性能,。有些學(xué)者曾經(jīng)對(duì)車輪和輪對(duì)作過(guò)有阻尼和無(wú)阻尼情況下模態(tài)分析實(shí)驗(yàn)研究,，而本次通過(guò)沖擊錘激振試驗(yàn)來(lái)研究實(shí)心車輪和兩種低噪音車輪的性能。為此,，把試驗(yàn)的車輪懸吊起來(lái),，用沖擊錘作為使其運(yùn)動(dòng)的激振源，從而形成車輪“自由”滾動(dòng)的狀態(tài),。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的設(shè)備如圖 2 所示,。測(cè)量設(shè)備包括一個(gè)工作臺(tái)和一個(gè) 6 通道的信號(hào)輸入 - 輸出器。當(dāng)車輪受到激振時(shí),，通過(guò)一個(gè)壓電傳感器和兩個(gè)三軸加速度計(jì)分別測(cè)定車輪的振動(dòng)響應(yīng),。在車輪的三維坐標(biāo)系的三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向上各設(shè)置 36 個(gè)測(cè)點(diǎn)。在 2 個(gè)不同的測(cè)點(diǎn)上使用沖擊錘進(jìn)行激振,，一個(gè)位于車輪踏面處,，一個(gè)位于車輪側(cè)面。采用 LMS CAD-x S/W 設(shè)備來(lái)分析車輪的性能,。

圖 2 試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析裝置

2.2 車輪頻率響應(yīng)函數(shù)和阻尼比的比較

圖 3 表示的是實(shí)心車輪和低噪音車輪在同一測(cè)點(diǎn)位置的頻率響應(yīng)函數(shù),。可以看出,，實(shí)心車輪的固有頻率要比其他兩種低噪音車輪的固有頻率稍高,，這是因?yàn)榈驮胍糗囕喼胁捎昧嗽黾幼枘帷p少振動(dòng)的材料,。

圖 3 車輪的頻率響應(yīng)函數(shù)

圖 4 表示的是車輪阻尼比的線形回歸結(jié)果,。顯而易見(jiàn)，低噪音車輪的阻尼比要高于實(shí)心車輪的阻尼比,。與實(shí)心車輪相比較,，T 型車的低噪音車輪預(yù)計(jì)減少車輪振動(dòng)頻率達(dá) 2000Hz，但是 M 型車的低噪音車輪在同一頻率范圍內(nèi)預(yù)計(jì)能減少的振動(dòng)頻率卻比較小,。根據(jù)車輪的聲學(xué)特性,，車輪振動(dòng)是與輪 - 軌接觸噪音直接相關(guān)的。低噪音車輪的阻尼可以有效的減少車輪振動(dòng),，所以由于振動(dòng)引起的噪音也能有效的降低,，其結(jié)果是輪軌接觸噪音將得到降低。

圖 4 車輪阻尼比的線性回歸曲線

圖 5 表示的是實(shí)心車輪在頻率為 480Hz 時(shí)的模態(tài)形狀,，該頻率是車輪軸向彎曲模式下的第一固有頻率,。

圖 5 480Hz 時(shí)的實(shí)心車輪模態(tài)形狀

3,、車上試驗(yàn)

3.1 測(cè)試項(xiàng)目

為了比較實(shí)心車輪和低噪音車輪在實(shí)際車輛中的減振降噪效果，本次試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

（1） 振動(dòng)：軸箱,、車輛轉(zhuǎn)向架,、車體

（2） 噪音：車廂內(nèi)部、車輪 - 鋼軌接觸點(diǎn)附近

3.2 測(cè)試結(jié)果

低噪音車輪在漢城地鐵系統(tǒng)中的減振降噪效果仍然進(jìn)行了 M 型車和 T 型車的試驗(yàn),。圖 6 表示的是 T 型車輛以 75km/h 速度運(yùn)行時(shí),，車體地板上的減振效果。在整個(gè)頻率范圍內(nèi),，安裝了低噪音車輪的車輛振動(dòng)水平明顯比實(shí)心車輪的車輛要低,，振動(dòng)噪音減少約 5~10 分貝（dB）。

圖 6 低噪音車輪在車體地板處的減振效果

圖 7 表示的是車輛以 60km/h 速度在地鐵隧道中運(yùn)行時(shí),，車輪 - 鋼軌接觸點(diǎn)上的降噪效果,。安裝了低噪音車輪的車輛噪音水平比安裝實(shí)心車輪的車輛低，降噪效果達(dá) 3dB,。

圖 8 表示的是 T 型車輛以 80km/h 速度運(yùn)行在開(kāi)闊地帶時(shí),，車廂內(nèi)部的降噪效果。測(cè)量點(diǎn)位于車輛中心的 1.6m 高處,。安裝了低噪音車輪的車廂噪音水平也比實(shí)心車輪的車廂噪音水平低,，降噪效果大約 5~6dB。

圖 8 T 型車車廂內(nèi)部的降噪效果

4 ,、結(jié)論

本文研究了低噪音車輪的減振降噪效果,。地鐵車輛中采用這種低噪音的車輪還需要進(jìn)一步解決以下的問(wèn)題：

（1）使用低噪音車輪車輛的可靠性；

（2）使用低噪音車輪車輛的安全性,；

（3）低噪音車輪的養(yǎng)護(hù)維修措施,、造價(jià)成本以及耐用性。