提速及高速列車輪軌噪聲的理論計算和分析.pdf

1、隨著我國大規(guī)模的鐵路提速改造工程的實(shí)施，以及大力發(fā)展高速客運(yùn)專線，鐵路列車的運(yùn)行噪聲給沿線的居住環(huán)境帶來了嚴(yán)重影響。本文以提速及高速列車噪聲控制問題為背景，圍繞鐵路輪軌噪聲的理論計算這一問題開展研究。根據(jù)輪軌相互作用的基本關(guān)系，研究了輪軌在表面不平順激勵下的輪軌耦合振動，考慮輪軌接觸斑濾波特性，推導(dǎo)了車輪徑向、軸向振動平均功率譜和鋼軌豎向、橫向振動平均功率譜的理論解析式。用解析法推導(dǎo)了鋼軌豎向、橫向阻抗，以及車輪的徑向、軸向

2、阻抗。在鋼軌豎向阻抗分析中，考慮軌枕的質(zhì)量，采用雙層連續(xù)彈性基礎(chǔ)梁模型，鋼軌分為Euler梁和 Timoshenko 梁兩類；在鋼軌橫向阻抗分析中，把鋼軌看作由軌頭和軌底組成的兩層結(jié)構(gòu)，而軌腰作為聯(lián)系軌頭和軌底的彈簧和阻尼，軌頭是一個考慮了剪力和旋轉(zhuǎn)的Timoshinko梁；在車輪阻抗分析中，車輪簡化為一個將車輪輻板剛度考慮在內(nèi)的彈性環(huán)狀圓環(huán)，車輪的車輪踏面視為一彈性圓環(huán)，輻板視為聯(lián)接車輪踏面與輪軸的彈簧元件。在輪軌耦合振

3、動分析的基礎(chǔ)上，基于結(jié)構(gòu)聲輻射理論，考慮大地反射的影響，推導(dǎo)了鐵路輪軌滾動噪聲聲壓級譜的理論表達(dá)式。為驗(yàn)證本模型的正確性，在輪軌高頻振動響應(yīng)和輪軌噪聲計算兩方面和有關(guān)文獻(xiàn)實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證，此外還對我國既有線輪軌噪聲進(jìn)行了理論預(yù)測和現(xiàn)場實(shí)測，數(shù)值計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。利用己開發(fā)出的輪軌滾動噪聲預(yù)測模型，對輪軌系統(tǒng)的輪軌噪聲頻率、距離、速度特性進(jìn)行了仿真分析。分析表明，輪軌噪聲主要分布在中心頻率為200-4

4、000Hz的一個較寬的頻率范圍內(nèi)。在輪軌總噪聲中，500-1700Hz頻段鋼軌振動輻射噪聲占主導(dǎo)，而在1700Hz以上和500Hz以下頻段，車輪振動輻射噪聲占主導(dǎo)地位。在鋼軌振動輻射總噪聲中，2200Hz以下頻段，鋼軌豎向振動輻射噪聲占主導(dǎo)，而在2200Hz以上頻段，鋼軌橫向振動和豎向振動輻射噪聲均是主要噪聲源。在車輪振動輻射總噪聲中，1800Hz以下頻段，車輪軸向振動輻射噪聲占主導(dǎo)，而在1800Hz以上頻段，車輪徑向振動輻射

5、噪聲占主導(dǎo)。針對一些比較重要的輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，本文從輪軌表面粗糙度的變化、車輪參數(shù)的變化和軌道參數(shù)的變化三個技術(shù)途徑來對輪軌噪聲的控制進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明：輪軌表面粗糙度對輪軌噪聲有著顯著的影響，隨著粗糙度的增加，在整個頻率范圍內(nèi)，鐵路輪軌噪聲、鋼軌振動輻射噪聲和車輪振動輻射噪聲均有明顯增大的趨勢；適當(dāng)減小車輪半徑，增加車輪輻板厚度和車輪踏面質(zhì)量有助于降低輪軌噪聲；墊板剛度的增大使鋼軌振動輻射噪聲減小。關(guān)鍵詞：高速鐵