CJ-1动车组减振降噪方案

书书书文章编号：１００８－７８４２（２０１７）０６－００４９－０５CJ－1动车组减振降噪方案贾焕英，蔡彦强，孟凡帅，熊力（中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心，河北唐山０６３０３５）摘要重点分析ＣＪ－１动车组振动、噪声的成因及传播途径，通过对ＣＪ－１动车组进行建模仿真，以及噪声分布的特性分析，找出该动车组的主要噪声部位，分别针对控制噪声源、切断传播途径、保护受声点等３方面做出了对应的控制措施，后经线路运行验证达到了设计要求。关键词舒适度；振动；噪声中图分类号：Ｕ２６０．３３１＋５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１７．０６．１１ＣＪ－１型动车组为城际客运专线列车，总体结构是以ＣＲＨ３８０ＢＬ高速动车组技术为平台基础，对车内的设备进行了适应性设计。目前，该车已经完成整车型式试验，并与２０１６年４月１２日起在太原南至永济北线上实现了载客运行。图1CJ－1型动车组外观效果图1CJ－1型动车组振动噪声特性测试２０１４年初，ＣＪ－１型动车组在昌九线路运行测试时发现，其振动噪声和舒适度超标，下行时，０１车、０２车客室噪声超标：标准值：６８ｄＢ（Ａ），实测噪声值１车７３ｄＢ（Ａ），７１ｄＢ（Ａ），２车７１ｄＢ（Ａ），主要是０１、０２车空调噪声，０２车受电弓平顶下方噪声较大。中车唐山机车车辆有限公司（简称：唐山公司）和西南交通大学联合对ＣＪ－１型动车组车内噪声进行测试，分析其车上部件振动产生、传播、传播规律及其和车体部件的声振关系。1．1ＣＪ－１型动车组噪声源测点识别为研究ＣＪ－１型城际动车组振动噪声源分布，分别在动车（１车）、拖车（２车）车内各测点标准点位置及动车（１车）、拖车（２车）转向架布置麦克风传感器，共１７个声学传感器，车内噪声测点示意图、现场照片如图２、图３所示，图２中红色圆圈处为测点位置，转向架区域布置的麦克风现场照片如图４所示。图2CJ－1型城际动车组车内噪声测点布置示意图图3CJ－1型城际动车组车内噪声测点现场照片图４CJ－1型城际动车组转向架区域噪声测点现场照片贾焕英（１９８２—）女，高级工程师（修回日期：２０１７－０７－２８）第３７卷第６期２０１７年１２月铁道机车车辆ＲＡＩＬＷＡＹＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ＆ＣＡＲＶｏｌ．３７Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１７为掌握ＣＪ－１型城际动车组车内噪声声源特性，分别在动车（１车）、拖车（２车）内各测点进行声源识别测试，车内声源识别测点示意图、现场照片分别如图５、图６所示。图５CJ－1型城际动车组车内声源识别测点布置示意图图６CJ－1型城际动车组车内声源识别现场照片1．2ＣＪ－１型动车组噪声源测点分布特性以上测点分布识别为基于ＣＪ－１动车组运行速度为２５０ｋｍ／ｈ，此时运行的舒适度标准值为客室区域不超过７１ｄＢ（Ａ），通过台处不超过７５ｄＢ（Ａ），而实测车内噪声中噪声超标的点分布如表１。表1车内噪声较大的测点分布序号测点编号测点位置噪声值／ｄＢ（Ａ）１Ｎ１司机室８１２Ｎ２１车一位端通过台空调排风口７５．８３Ｎ４１车客室前空调回风口下方７６．２４Ｎ６１车客室中、后空调回风口下方７６．４５Ｎ８１车二位端通过台空调排风口７５．６６Ｎ９１、２车风挡７７．１７Ｎ１０２车一位端通过台空调排风口７５．９８Ｎ１２２车客室前空调回风口下方７７．２９Ｎ１４２车客室中、后空调回风口下方７５．６１０Ｎ１６２车二位端通过台空调排风口７６．３１１Ｓ６１车二位端转向架区域噪声７６．２１２Ｓ７２车一位端转向架区域噪声７７．１由表１可以看出，噪声主要来源于车上空调的回风口，空调排风口和车下转向架区域。2CJ－1型动车组振动噪声特性分析及整改措施鉴于以上出现的问题，为了对ＣＪ－１型动车组的噪声进行有针对性的整改，唐山公司对ＣＪ－１型动车组车内噪声进行了全面的分析，包括噪声的种类、传播途径和解决方式，在理论分析的基础上进行专项整改。2．1ＣＪ－１车内噪声分析高速列车车内噪声声源分布如图７所示。图７高速列车车内噪声声源分布对车内噪声而言，气动噪声影响将会随运行速度的增加而显著。这些声源主要包括：弓网噪声、转向架区域、车间连接、车体表面空腔和车体表面湍流边界层噪声。动力单元、空调系统、进排气装置等辅助设备可能会对高速列车车内噪声产生显著影响。空气传播途径除了透射声外，还需特别注意由通风道传至车内的直达声［１］。2．2ＣＪ－１车内噪声规律为了研究分析ＣＪ－１型动车组车内噪声，根据统计能量分析方法（ＳＥＡ）及其原理，基于ＶＡＯｎｅ噪声仿真预测分析环境，建立了ＣＪ－１型动车组车内噪声仿真预测模型，声腔的划分兼顾了地板、侧墙、车门、车窗、顶板以及车下辅助设备的具体结构布置，分别对头车和中间车的车内空腔声压响应云图、总声压级分布、车内噪声能量贡献和车内噪声能量传递路径进行了深入的研究与分析。便于研究车内不同位置的噪声分布情况。基于验证的高速列车车内噪声预测模型（图８），对车内空腔声压响应云图、总声压级分布、车内噪声能量贡献和车内噪声能量传递路径进行了深入的研究与分析。基于验证的仿真预测模型，分别对ＣＪ－１型动车组１车和２车的各车内空腔进行声学响应预测计算，并０５铁道机车车辆第３７卷分别对５０～５０００Ｈｚ各个１／３倍频程中心频率的结果进行综合分析，对ＣＪ－１型动车组车内噪声的空间和频率分布特性进行直观的量化地确定。图８车内噪声仿真预测模型对车内空腔声学响应特性（见图９）的预测分析可知：（１）ＣＪ－１型动车组车内声腔的线性计权声压级频谱具有显著的中、低频特性，主要能量集中在５０～１０００Ｈｚ频率区段；Ａ计权声压级频谱具有显著的中高频特性，主要能量集中在１００～２５００Ｈｚ频率区段。（２）车内同一位置的６个声腔的响应声压级频谱特性基本相同，车内左、右声腔的响应声压级基本相等，车内上、中、下声腔的响应声压级基本是由上往下逐渐增大，受电弓区下方声腔例外，该位置处上声腔的响应甚至要比下声腔还要略大，基本上呈现由上往下逐渐减小的趋势。（３）车内不同位置声腔的响应声压级频谱特性基图９５０Hz车内噪声分布云图本相同，两端区域的车内声腔频谱特性低频更显著。另外，总声压级基本呈现两端大、中间小的趋势，车内两端声腔的响应声压级比中间声腔的响应声压级大４～６ｄＢ（Ａ）左右。（４）ＣＪ－１型动车组１车车内声腔的最大Ａ计权响应声压级约为８４．１７ｄＢ（Ａ）；ＣＪ－１型动车组２车车内声腔的最大Ａ计权响应声压级约为８５．４０ｄＢ（Ａ）。尽管１车作为头车，也具有显著的车内噪声响应，但２车受电弓区域的弓网噪声对车内噪声影响非常显著，该区域噪声甚至略大于头车司机室噪声。2．3各主要部位噪声分析基于验证的ＣＪ－１型动车组车内噪声预测模型，在初始设计地板结构基础上，计算分析了４种不同结构隔声性能对车内不同位置线性计权和Ａ计权声压级的影响，以研究车内噪声对地板隔声性能的敏感度。图1０地板对车内A计权总声压的影响图11侧墙隔声性能对车内噪声的影响综上所述，基于验证的ＣＪ－１型动车组仿真预测模型，对其车内噪声进行预测分析研究，得到如下结论：（１）ＣＪ－１型动车组车内声腔的响应声压级频谱具有显著的中、低频特性。（２）根据能量贡献分析得知：ＣＪ－１型动车组车内噪声的能量主要来自车下声腔的透射。（３）根据传递路径分析得知：车内噪声声源主要有１５第６期ＣＪ－１动车组减振降噪方案车下转向架区域的载荷激励、通风机区域的载荷激励、牵引变流器及冷凝单元区域的载荷激励，此外还有一部分来自于内饰板的振动声辐射，车内噪声的能量从两端向中间位置流动。（４）ＣＪ－１型动车组车内噪声对地板、车顶受电弓区域和车门的隔声性能都很敏感；对地板的密封性能非常敏感，尤其是当空隙发生在车厢两端的转向架区域位置，其将显著增加车内最大噪声噪声级。（５）车内噪声对内地板、侧墙以及车顶的吸声处理都很敏感，通过合理的吸声处理能够有效地降低车内噪声水平。2．４ＣＪ－１型动车组噪声整改措施通过以上分析，可以确定应该重点控制车体低频结构噪声传播，并对车内略显薄弱的中频段空气传播声的控制。ＣＪ－１型动车组在隔声降噪方面，在方案设计阶段主要考虑的是从结构和部件材料入手，来确保列车的噪声值和舒适度满足试验评定标准，下面将分别从吸声、隔声和减振３种措施中介绍ＣＪ－１型动车组如何降低列车的噪声值，提高旅客的舒适度。2．４．1ＣＪ－１型动车组为控制噪声，主要通过切断、阻隔传播途径的方式［２］，吸声、隔声和减振３种措施分别采取的方案如下：吸声措施：（１）车体防寒材料主要采用吸声效果较好的玻璃丝绵。（２）座椅表面采用带孔面料进行包裹，使用弹性安装结构。（３）中顶板采用多顶板材冲压。隔声措施：（１）尽量保证客室与外界的密封性。包括侧门、侧窗、风挡等均具有较高的隔声性能；侧门区域为噪声的一大来源，为改善客室的噪声舒适度，在通过台与客室之间设置双层内间壁；车端采用双层风挡，有效的屏蔽了车辆外部空气动力学噪声。双层折棚隔声值为３４ｄＢ（Ａ）。（２）转向架区域及受电弓区域为噪声的另一大来源，为减少噪声自外而内的传递，转向架区域的地板背面粘贴隔声垫，受电弓区域的铝合金车体上粘贴平顶包布，内装平顶板上粘贴吸声材料。（３）为减少车顶空调机组、受电弓等设备对动车组运行线路两侧的影响，设置车顶导流罩。减振措施：为降低车下振动部件对客室及运行线路沿线噪声的不良影响，对各主要部件进行了减振措施设计，主要表现在：车下设备吊装：质量超过１０００ｋｇ的车下设备采用楔形橡胶支承的边梁悬吊方式；质量在５００ｋｇ至１０００ｋｇ车下设备采用大型圆型橡胶减振的边梁悬吊方式。车内各部件与车体之间的连接采用弹性连接，通过减振器、橡胶垫、毛毡等减小振动的发生。在铝型材和内饰板之间的连接部件中加弹性减振材料，可以减少声桥效应，从而有效提高其隔声量。图１２为在车辆内部座椅的弹性安装和广泛使用的橡胶减振器：图12弹性安装和橡胶减振器对车上设备而言，首先，应合理调配噪声源：即在条件允许时，应尽量使振动和噪声源远离车内噪声水平要求高的空间；并尽可能的将噪声源组装在一个可以单独进行声学处理的空间里。对于振动和噪声显著的附属设备（如空调机组、空压机、主变电压器、风机），必须置于车顶或者车下设备舱中，并且采取措施直接控制这些设备声源的振动和噪声。2．４．2将振动与噪声辐射体隔离动车组底架和车顶位置的设备，工作时，这些振动源将固体声传递到车体的各部分，传到合适的辐射体（如内饰板或地板）。为此，在靠近振动源的位置采取隔离措施，切断固体传播。另外，在振动较为强烈的车内和车下附属设备的进出管道上，安装挠性接管，是防止振动从管道传出的必要措施。例如车顶的客室空调机组、车下设备舱中的空压机等，其进出管道（风道）采用了橡胶挠性接管等措施进行管道挠性连接。2．４．3车体密封性改进动车组的密封设计，主要是内外车门、车窗的密封和车体众多开孔区域的密封。车门密封的改善主要集中在提高车门与门框之间的安装精度和提高密封胶条的密封和隔声性能方面。由于开孔区域多，应根据车内声源识别结果有针对性的加强一些噪声辐射比较强烈的开孔区域的密封，对于铝合金型材中无法避免开孔的位置，应提高相应地板和顶板处的隔声量（如采用２５铁道机车车辆第３７卷有别于其他区域的隔声量更高的地板和顶板）。2．５保护受声点吸声降噪是对客室顶板、侧墙、座椅等部位进行吸声处理，增加动车组车内的吸声量，以降低车内噪声级。在动车组车内的边界面上设置吸声材料和吸声结构等增加车内吸声量措施以减弱混响声，从而使车内噪声级降低，是车内噪声控制技术的一个重要内容。当要求降噪的位置离噪声源很近，直达声占主要地位，吸声降噪的效果也不大。因此对车内噪声源较显著的位置，例如在车内受电弓区域和空调机组的顶板处较大开孔位置设置吸声材料或者安装吸声结构；在平顶部位上粘贴吸声材料，其隔声性能显著，可有效降低噪声。上述吸声、隔声和减振措施均为ＣＪ－１型动车组设计之初采取的措施，为优化完善车内噪声，提高旅客乘坐的舒适度，在列车运用期间，针对噪声超标的通过台区域和转向架区域，引进了吸声和隔声材料：主要对空调回风口、通道软连接处、贯通道回风口和出风口处进行了整改。通过以上