高速鐵路輪軌噪聲預測分析
摘 要: 基于高速鐵路輪軌噪聲機理 , 對高速鐵路輪軌滾動噪聲預測方法進行分析。建立高速鐵路輪軌噪聲預測分析模型 , 為輪軌噪聲的控制提供必要的依據(jù)。在探討列車 —軌道相互作用關系、輪軌表面粗糙度、輪軌接觸濾波、噪聲輻射比、輪軌系統(tǒng)噪聲輻射、地面的聲反射等問題的基礎上 , 對我國快速客運專線的輪軌噪聲進行了數(shù)值仿真預測。給出輪軌噪聲的頻譜特性、距離衰減特性及隨運行速度的變化規(guī)律。
關鍵詞: 輪軌噪聲; 高速鐵路; 表面粗糙度; 列車—軌道相互作用; 耦合振動
高速鐵路的噪聲包括輪軌噪聲、空氣動力噪聲、集電系統(tǒng)的集電噪聲和結構體噪聲 , 其中輪軌噪聲仍是高速鐵路噪聲的重要來源 , 它包括輪軌滾動噪聲、輪軌沖擊噪聲和尖嘯噪聲。對于高速鐵路 , 輪軌噪聲主要表現(xiàn)為輪軌滾動噪聲。一般認為 , 輪軌滾動噪聲的發(fā)生機理是: 列車在沿軌道的運行過程中 , 由于輪軌表面凹凸不平 (粗糙度) ,從而激發(fā)輪軌系統(tǒng)的振動 , 并產(chǎn)生噪聲輻射。高速鐵路輪軌系統(tǒng)的噪聲輻射 , 不僅是車輪和鋼軌的輻射 , 至少還應包括軌枕 (或軌道板) 等結構體的輻射。
基于高速鐵路輪軌噪聲機理 , 本文初步建立了高速鐵路輪軌噪聲預測分析模型 , 為輪軌噪聲的控制提供必要的依據(jù)。內(nèi)容包括: 列車 —軌道相互作用關系、輪軌表面粗糙度、輪軌接觸濾波、噪聲輻射比、輪軌系統(tǒng)噪聲輻射和地面的聲反射 , 并對我國首條快速客運專線鐵路 (設計時速 200 km·h- 1)的輪軌噪聲作了仿真預測。
1 列車—軌道相互作用
分析輪軌相互作用是分析輪軌振動的基礎 , 也是研究輪軌噪聲輻射的必要前提和重要組成部分。文獻[1 ]通過簡單的輪軌關系模型來分析輪軌相互作用。但是 , 從車輛 —軌道耦合動力學理論看來 ,車輛 —軌道耦合動力學模型顯然比簡單的輪軌關系模型更能全面客觀地反映輪軌相互作用的本質(zhì)[2 ,3 ] 。因此 , 研究將輪軌相互作用關系納入列車 —軌道相互作用這個大系統(tǒng)之中 , 通過建立列車 —軌道耦合振動模型 , 進行輪軌相互作用分析。
實車試驗表明 , 軌道噪聲輻射主要是軌道結構的垂向振動 , 而車輪的噪聲輻射對腹板的軸向振動的依賴性較大[1 ,4 ,5 ] 。為了獲得腹板的軸向振動數(shù)據(jù) , 建立列車 —軌道系統(tǒng)空間耦合振動模型是必要的。然而 , 文獻[ 1 ]進一步研究表明 , 車輪腹板軸向平均振動能量與輪箍的徑向平均振動能量相當。文獻[6 ]采用有限元的方法分析了車輪的振動 , 得出車輪上各點的振動幅值基本上在同一數(shù)量級 , 衰減很慢的結論。結合上述兩者的結論 , 說明用輪軌接觸點的振動能量來近似車輪幅板的平均振動是合理的。因而 , 用垂向耦合振動模型基本上能滿足輪
軌噪聲分析的需要 , 使系統(tǒng)模型變得相對簡單而又具有較高的精度。此外 , 文獻[ 7 ]指出 , 在徑向 ,與將輪對看作一個整體的傳統(tǒng)做法相比 , 將輪對看作由彈性系數(shù)極大的腹板連接的輪軸和輪箍兩部分顯得更為合理 , 本文采用這種做法 , 其中腹板彈性系數(shù)由式(1)近似決定[7 ] :
k = Etw / 2 Rw (1)
式中 , E表示材料彈性模量 , tw 表示腹板平均厚度 ,Rw 表示車輪半徑。由于腹板存在結構阻尼的事實 ,故在模型中同時考慮了腹板的結構阻尼。
基于上述分析和輪軌系統(tǒng)統(tǒng)一模型的思想[2 ,3 ] , 本文建立如圖 1 所示的列車 —軌道耦合振動模型 ,用以分析輪軌系統(tǒng)的耦合振動。模型中 , 列車由若干節(jié)車輛組成 , 車體、構架、輪軸；癁槎鄤傮w系統(tǒng) , 輪箍模化為一圓環(huán) , 將鋼軌視為一個由具有有限間隔的離散軌枕為支承的無限長 Timoshenko梁[8 ] , 而把軌下結構 (軌枕、道床) 離散為等間隔的質(zhì)量塊。在豎向 , 車輛結構部件之間、軌道結構元件之間均考慮成由彈簧、阻尼元件連接。為了反映相鄰道床塊之間的的耦合作用 , 在模型中還引入了道床剪切彈簧和剪切阻尼元件[3 ]。本文僅給出輪軸、輪對及鋼軌的振動微分方程 , 車輛 —軌道耦合系統(tǒng)的其它部件振動方程可參見文獻 [3 ]。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
如果需要了解更加詳細的內(nèi)容，請點擊下載 
高速鐵路輪軌噪聲預測分析.pdf
下載該附件請登錄，如果還不是本網(wǎng)會員，請先注冊
