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    • 快速軌道交通系統的輪軌噪聲控制

         2006-04-29 中國路橋網 佚名 6750
      快速軌道交通系統的輪軌噪聲控制 噪聲,特別是高頻輪軌尖叫噪聲,給快速軌道交通系統帶來了許多問題。輪軌噪聲的產生主要取決于軌道-車輛的匹配和運行狀況。研究表明,曲線區段的輪軌尖叫噪聲85%是由于車輪踏面在曲線上滑動摩擦所致。這些滑動摩擦引起的高頻振動經過車輪輻板傳播而產生尖叫噪聲。 日本地鐵和通勤鐵路的輪軌噪聲,主要是由于在曲線上輪緣與鋼軌、輪緣背部與護軌接觸、車輪擦傷、鋼軌波磨所致。尖叫噪聲多發生在半徑≤160m的窄軌鐵路(1067mm)。在引入軌頂水霧降噪系統之前,曾經使用水來降低輪軌噪聲,但同時帶來了排水問題,并導致線路翻漿冒泥、線路幾何狀態惡化。后來也用油脂來降噪,但也帶來了車輪擦傷和鋼軌波磨問題。 在美國匹茨堡輕軌鐵路,小半徑曲線多,坡度大。最小曲線半徑25m,坡度高達9%。在這樣的曲線上,左右車輪在內外軌上的位移差高達5.5m,加之該輕軌網1587mm的寬軌距和2100mm固定軸距、實心車軸的剛性轉向架,通過曲線時,使得車輪必須在外軌上滑動以彌補內外輪的滾動位移差。這種滑動造成車輪產生高達100dB甚至更高的高頻尖叫噪聲。此前,曾經使用過吸聲毯來解決輪軌尖叫噪聲問題,但沒有成功。也曾經使用過噴水系統,但由于銹蝕問題,也失敗了。 軌頂水霧降噪系統的研究始于美國20世紀90年代中期,該系統在鋼軌頂面噴出微米級的薄霧,水蒸發后,在輪軌表面形成干燥的薄膜。該薄膜不同于傳統的潤滑劑,它可產生0.35的摩擦系數,而傳統的油脂潤滑劑僅產生0.21的摩擦系數。軌頂水霧降噪系統可以利用既有路旁供水設施,節約資金。 為檢驗美國Kelsan技術公司研制的這個系統的降噪效果,日本都市運輸管理局在1條坡度3%、半徑160m的輕軌線路曲線上進行了試驗(圖1)。試驗結果表明,未使用該系統前,可明顯聽到輪軌踏面接觸、輪緣與鋼軌接觸、輪緣背部與護輪軌接觸而產生的3種聲音。使用該系統后,輪緣與外軌接觸產生的3.15kHz高頻尖叫噪聲由78.7dB降到了69.8dB, 降低了8.9dB;輪緣背部與護軌接觸產生的6.3kHz高頻尖叫噪聲由72.6dB降到了63.1dB,降低了9.5dB(圖2)。 美國匹茨堡地鐵地面線路有一段半徑91~183m、坡度8%的曲線,混凝土平交道口處在曲線的中部,臨近有多撞公寓。在安裝軌頂水霧降噪系統前,該區段的噪聲高達100dB以上。安裝系統之后,噪聲已降到80dB,粘著牽引力并未降低(圖3)。 紐約地鐵系統在小半徑曲線區段和車站附近亦安裝了該系統,噪聲已由95~100dB降低到75~80dB。紐約世貿大廈站曲線半徑僅35m,噪聲高達115~120dB安裝該系統后,噪聲已降低到85dB。在“9.11”事件之后,重裝了該系統,噪聲繼續得到有效控制,噪聲控制區段也由152m增加到了450m。 盡管系統的使用是否會使鋼軌磨耗減少的結論尚未得出,但輪軌橫向力卻大幅度降低。 用測力輪對對該系統進行的輪軌橫向力測試結果表明,該系統可減少一半的輪軌橫向力。在北美的不列顛哥倫比亞鐵路(現由加拿大國營鐵路經營)、伯林頓北方圣菲、諾??四戏健⒙摵咸窖蟮葞讞l重載鐵路中的試驗也表明了同樣的結果,曲線上的輪軌橫向力最多可降低50%,但并沒有降低粘著牽引力和制動力。美國東部快速軌道交通系統也在不斷收集相關的試驗數據。 目前,在日本已安裝有30臺路旁軌頂水霧降噪系統。經過4年的使用,證明降噪效果良好,曲線區段的粘著牽引力亦沒有降低。為了防止浪費,該系統還安裝有雨天開關裝置。盡管系統運行良好,但日本鐵路已著手試驗車載軌頂水霧降噪系統,這樣可使所有的曲線區段的噪聲得到控制。 水霧降噪系統的試驗和應用結果表明,在輪軌接觸面形成的薄膜可保持輪軌間的摩擦系數,這使得在沒有降低輪軌粘著牽引力和制動力的情況下,降低了由于輪軌滑動摩擦引起的振動和尖叫噪聲。依照系統的使用情況不同,降噪效果一般在10~15dB,好的可達20dB。參考文獻1Controlling Wheel Squeal OnRapid Transit Systems. Interna-tional Railway Journal.2004(10)
       
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