高速鐵路動車組列車的噪聲特性分析

李錦

摘 要：本文首先對列車的主要噪聲源進(jìn)行了簡要分析，指出了測量動車組列車噪聲的具體方法，探討了動車組列車噪聲的基本特性，望能經(jīng)此論述為此領(lǐng)域研究有所借鑒。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;動車組;噪聲;特性

高速客運(yùn)列車是諸多國家競相追捧的重要交通運(yùn)輸方式，其拉近了各個城市之間相互達(dá)到的時間與距離，因而有著廣闊的發(fā)展前景與價值，乃是我國今后交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要部分。針對高速客運(yùn)列車來講，其不僅車速快、運(yùn)量大，而且還有安全、舒適及準(zhǔn)時達(dá)到等優(yōu)點(diǎn)，但由于沿線環(huán)境的差異性，易出現(xiàn)噪聲問題。近年來，隨著我國鐵路的幾次大調(diào)速，中國產(chǎn)化動車組列車的時速已經(jīng)達(dá)到一個比較高的階段，部分段的車速達(dá)到了350km/h;本文以動車組列車為對象，分別對其各高度、距離下的噪聲特性進(jìn)行測量，深入、細(xì)化的分析了其在空間、頻譜及時間方面的基本特性。

1.列車噪聲源分析

針對列車來講，其噪聲源有多種類型，不僅有空氣動力性噪聲、輪軌噪聲，還有機(jī)車動力噪聲等。一般情況下，當(dāng)列車處于低速行駛狀態(tài)時，機(jī)車動力噪聲占據(jù)著核心地位;機(jī)車動力噪聲通常與機(jī)車的種類、車型之間有著緊密關(guān)聯(lián)，其中，針對電動機(jī)車來講，其噪聲源主要有剎車系統(tǒng)、電動通風(fēng)機(jī)、電動壓縮機(jī)、牽引電動機(jī)及電動發(fā)電機(jī)等;當(dāng)列車處于高速行駛狀態(tài)時，輪軌噪聲便占據(jù)著重要地位，尤其是車速達(dá)到300km/h時，會有比較強(qiáng)烈的空氣動力性噪聲形成。針對空氣動力性噪聲來講，其產(chǎn)生的原因為運(yùn)動氣流、列車前端運(yùn)動氣流的會和、列車表面形成有比較強(qiáng)烈的湍流邊界層以及外表面附件之間所存在的相互作用。需要指出的是，因空氣動力性噪聲伴隨車速的增加而增加，如果車堵超過300km/h，此時，主要噪聲源為空氣動力性噪聲。此外，還需要強(qiáng)調(diào)的是，高速列車類型不同，其輻射的噪聲也會存在比較大的差異。

2.測量動車組列車噪聲

我國的“和諧號”在我國的多個城市已投入運(yùn)行，部分地區(qū)的時速高達(dá)350km/h，本文對上海西站導(dǎo)昆山段的沿線進(jìn)行實地勘查，分別在沿途的多個點(diǎn)布置噪聲測點(diǎn)，此段線路實際是碎石道床。在與軌道中心線分別為30m、50m、70m、90m的距離處，分別布置高度同于軌面、高度高于軌面3m以及距離軌面6m高的位置處布設(shè)測定。在測量噪聲時，選用最新型的多通道頻譜分析儀，同步開展。此外，借助雷達(dá)測速儀，對列車速度進(jìn)行測量。見表1。

3.動車組列車的基本噪聲特性

3.1噪聲所具有的時間特性

針對動車組列車來講，當(dāng)其經(jīng)過測量點(diǎn)31時，無論是線性聲壓級的時序，還是A計權(quán)聲壓級的時序，均會發(fā)生變化，其中，對于列車所經(jīng)過的時間來講，實際就是車速與車長度之間的比值。另外，無論是上升階段，還是下降階段，A計權(quán)聲壓級與線性聲壓級于1.5s時，會有15dB的變化幅度;而當(dāng)列車經(jīng)過時間達(dá)到2.91s時，強(qiáng)脈沖性為動車組列車的主要噪聲表現(xiàn);如果列車進(jìn)過測點(diǎn)31時，線性聲壓級的區(qū)間值為90～96dB，而車頭與車身之間的連接處，便會產(chǎn)生比較大的渦流，形成最大的聲壓級，當(dāng)車身經(jīng)過時，受諸如電弓等部件的綜合影響，即便在一些比較平穩(wěn)的輪軌噪聲上，同樣會有峰值出現(xiàn)。針對列車車尾來講，其聲壓級相比車頭，往往會低3～5dB。A計權(quán)聲壓級的時序圖與線性聲壓級的時序圖在具體的特性上，存在著較大差異。當(dāng)在各個列車位置處，線性聲壓級的起伏較大，而針對此時的A計權(quán)聲壓級來講，其比較的光滑，最大值85dB，車頭不會出現(xiàn)最大值，而且車身連接處也不會出現(xiàn)，但在車身中部會出現(xiàn)。由此可知，列車位置不同，其噪聲頻譜會存在差異，在車頭位置處，往往有著比較強(qiáng)烈的低頻成分，而在車的中部位置，則主要時中高頻噪聲。

3.2最大升壓級的空間分布特性

在高度不同的情況下，最大聲壓級呈現(xiàn)出伴隨距離的衰竭，有著基本相同的規(guī)律;如果距離相同，那么針對此時的列車最大聲壓級來講，其會伴隨距離軌面高度的增加而隨之衰減，在與軌面之間距離6m高的位置處，其最大聲壓級與距離軌面3m高位置處相比較，要低1～2dB，如果與軌面同高位置處相比，則低2～3dB。如果動車組列車的車速為300km/h，那么其最大升壓伴隨具體按照公式（1）而衰減，也就是距離加倍，其最大升壓級衰減至為4.6dB。

在此公式當(dāng)中，r所代表的是與軌道中心之間的距離，單位是m，30

需要指出的是，如果距離不同，或者是高度不同，那么在這些位置處，動車組列車噪聲都表現(xiàn)為<2500Hz的寬頻噪聲，有著非常強(qiáng)的低頻成分（<200Hz），但需要指出的是，如果高度不同，那么其頻譜也會存在差異。如果聲壓級小于200Hz，那么伴隨距離軌面高度的增加，其會隨之而衰減，究其原因，主要受車體表面空氣所產(chǎn)生的動力性噪聲的綜合影響;如果聲壓級大于200Hz，那么此時，其基本會伴隨距離軌面高度的增加，而呈現(xiàn)隨之增強(qiáng)的發(fā)展趨勢，針對距離軌面6m高的聲壓級來講，其與距離軌面3m高處相比較，往往會搞2～4dB;另外，相比于軌面同高處，距離軌面3m高處的聲壓級往往會高1～3dB。

4.結(jié)論

綜上，如果高速鐵路動車組的車速達(dá)到300km/h，那么列車噪聲的脈沖性會比較強(qiáng)，在處于下降或上升階段時，A計權(quán)聲壓級與線性聲壓級在大約1.5s的時間內(nèi)，會有高達(dá)15dB的變化，與軌道中心大約30m位置處，動車組列車在具體的車線性聲壓級上，數(shù)值會維持在90～96dB這一區(qū)間內(nèi)，A計權(quán)聲壓級的最大值此時能夠達(dá)到85dB，而車尾聲壓級相比于車頭，通常會低3～5dB。另外，還需要指出的是，如果動車組列車的車速維持在300km/h，那么其最大聲下，會有非常強(qiáng)的低頻成分，但高度不同，其頻譜會存在差異;如果聲壓級小于200Hz，那么其伴隨距離軌道高度的增加，而隨之衰減;如果聲壓級大于200Hz，那么其基本伴隨距離軌面高度的增加，而呈現(xiàn)隨之增強(qiáng)的態(tài)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成強(qiáng)， 邢海英， 鄭繼峰. 基于CAA的高速動車組氣動噪聲仿真研究[J]. 華東交通大學(xué)學(xué)報， 2015（1）：9-15.

[2]袁磊， 甘慶鵬， 劉雨，等. 高速鐵路列控系統(tǒng)列車位置在線估計算法研究[J]. 鐵道學(xué)報， 2017， 39（9）：95-99.

[3]范欽海. 高速鐵路的主要技術(shù)特征與高速動車組[J]. 機(jī)車電傳動， 2003（5）：5-9.