内容发布更新时间 : 2024/5/1 11:56:55星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

城市轨道减振降噪技术

摘要：通过对城市轨道系统的振动和噪声来源的分析，提出轨道系统减振降噪的原理和思路，并对目前国内外常用的减振降噪技术做了简单的论述和介绍，并且进行比较。最后，结合已有的减振降噪技术，进行综合评价，并提出自己的设想和看法。

关键词：城市轨道交通 减振 降噪

1、引言：

由于城市轨道交通是大容量，低能耗、环保的公共交通工具，所以近年来我国城市轨道交通建设速度加快[1]，其成为许多大中城市缓解交通压力和拥堵问题的新途径。然而，轨道交通系统也会不可避免地带来诸如噪声、振动等问题，一方面，过量的噪声和振动将会降低乘客的舒适度以及车辆各种零部件的使用寿命；另一方面，噪声和振动严重影响了沿线居民的工作、生活质量，同时还可能引起有关设备和结构以及周边建筑物的疲劳损坏。

因此，如何合理地选择减振轨道结构形式，有效地控制轨道振动和噪声污染，已经成为目前轨道交通领域急待研究和解决的重要问题之一。

2、振动和噪声的分析 2.1来源分析

大量研究结果表明，轨道交通的振动与噪声源主要包括以下几方面[2]：

(1) 主要振动源：列车与结构的动态相互作用；车辆动力系统振动；轨道结构振动；轮轨不平顺。

(2) 主要噪声源：轮轨噪声，包括滚动噪声、冲击噪声、摩擦噪声；结构噪声（由于轮轨表面相互作用产生的振动通过轨道、桥梁和地基等传递导致相应结构振动而辐射噪声）；车辆动力设备噪声，包括牵引电机、通风机、压缩机受电弓等设备噪声；车辆运行时的空气动力噪声。

噪声和振动是密切相关的, 振动越大, 则噪声也就越大, 振动和噪声通过不同介质传播。所以就要根据振动和噪声的特性采用适当的方法, 以达到减振降噪的目的[3]。

2.2减振降噪措施的分析

为了降低振动和噪声的影响，可以从降低振源的激振强度、切断振动的传播途径和受保护建筑控制3方面入手[4]。其研究重点集中在振源减振和振动传播途径控制2方面，控制的对象是车轮和轨道结构，通过对车轮、钢轨、扣件、道床等结构的质量、刚度、阻尼性能的设计，实现地铁轨道的减振目的[5]。

3、轨道减振降噪技术与评价 3.1 振源减振

（1）钢轨打磨：车轮和钢轨的表面不可能绝对平顺，轮轨之间的作用力是不断变化的，这导致钢轨产生振动，并向外辐射噪声。因此，最原始的方法是打磨轮轨作用面，增加平顺

程度。日本于1983 年在东北新干线进行了钢轨表面打磨的大规模试验[6]，通过磨光钢轨表面，使噪声级降低达5 dB 以上。

这种方法实施起来比较简单方便，但是却不是一种持续有效的办法需要定期的实施，而且，这种方法在初期显著降低了轮轨之间的振动和噪声，但是后续有研究表明，随着时间的推移，作用面变得凹凸不平，振动和噪声甚至超过了打磨前。

（2）重型轨和无缝线路：除了改变钢轨的表面状态外，还可以通过改变钢轨的质量和刚度来达到减振降噪的目的，一是重型钢轨可有效抑制钢轨的垂向振动；二是无缝长钢轨可减少接头处轮轨的冲击力。有研究表明，若把50 kg /m 钢轨改成60 kg /m钢轨，钢轨的垂向刚度增加，大约可使列车冲击而发生的振动降低10%[1]。

3.2、阻尼减振器

阻尼材料出现后，通过附加阻尼结构，增加钢轨的阻尼性能实现钢轨减振。

如粘贴式钢轨振动阻尼吸振器[1]，它在钢轨的轨腰两侧粘贴具有阻尼性能的吸振材料（如橡胶）以增加钢轨阻尼。在阻尼材料外侧再粘贴一层钢板，以增加振动质量。由于材料的约束作用，阻尼层产生剪切变形消耗振动能量，降低钢轨的振动，加快振动波在钢轨中的衰减速率，从而达到减振的目的。

图1.粘贴式钢轨振动阻尼吸振器 图2.TMD钢轨吸振器

以及欧洲铁路公司研制的钢轨调谐质量阻尼系统（TMD）[7]，它通过调整吸振器的质量和橡胶弹性，可改变吸振器的固有频率，起到调谐作用。当钢轨振动时，引起吸振器振动，并利用吸振器的阻尼吸收振动能量，从而达到减振的目的。此装置可减少钢轨噪声6 dB 左右。但是TMD减振材料的选择、参数的选择、使用寿命的长短，产品应用的推广不够，产品大多都还很不成熟。所以，应该通过更多仿真模拟和实际试验对其进行优化设计以获得最佳减振降噪效果，延长使用寿命，降低成本。

此外还有悬挂式钢轨吸振器，它的吸振器是调谐的弹簧－质量机械震荡器，根据吸振器装置点的共振频率，吸振器产生较高的机械阻抗，从而降低振动响应[1]。

附加带有阻尼材料的吸振器是一种应用十分广泛的减振降噪技术。这种技术的优势在于，橡胶具有独特的粘弹性质，它不仅可以像钢弹簧一样通过弹性形变来吸收和储存冲击能量，而且还可以大幅度地消耗能量。并且，它适用于垂直、水平、旋转方向的隔振。但是，橡胶

的固有频率较高，使用寿命较短，使用环境受限多。首先，橡胶在零下30度时将会变脆，失去其本身具有的弹性形变，橡胶也耐不了高温，只要超过摄氏75度，它的内部结构就发生了变化，其弹性将会完全消失，当然也就不再具备任何减振功能，如果温度再持续上升的话，还有可能被燃烧起来。

这种吸振器失效主要原因是橡胶部分的疲劳破坏、永久变形和老化。 3.3、轨道减振扣件

城市轨道交通一般采用无碴轨道结构，故轨道结构的弹性主要由扣件系统提供[1]。减振扣件有一般弹性减振扣件、中等弹性减振扣件和高弹性减振扣件三种类型。不同弹性的减振扣件，用于不同减振要求的地段。一般的减振轨道结构是在轨下和铁垫板下各加一层弹性垫，以增加扣件系统弹性大小调整范围。轨下和铁垫板下弹性垫层的刚度大小根据对轨道结构动力性能的要求确定，即既要为轨道结构提供弹性，又要保持轨道结构的稳定性[8]。

其他类型的扣件，我们通过进行对比评价，列出四种应用广泛的扣件：

表1 不同类型扣件的比较

扣件类型 类型 Lord扣件 中等弹性 铁垫板下增加弹性垫层来结构特点 增加轨道结构的弹性 减振效果 ≤8dB 结构尺寸紧凑； 硫化胶垫提供额外刚度； 减振效果较高； 轨道高度增加不多； 安装复杂，造价较高； 性能比较 橡胶与铁垫板复合技术特横向刚度较低，不适合于殊，完全胶粘； 曲线地段。 可用于道岔区。 易发生垫板锚固松动。 造价较为昂贵。 形位的容许值； 养护维修方便； 向变形仍可满足轨道几何结构简单，易于安装；大的垂向变形下，使其横非线性強可保证钢轨在较硫化在一起 ≤8dB Ⅲ型轨道减振器扣件 一般弹性 承轨板和底座通过橡胶圈Vanguard扣件 高弹性 钢轨顶部和翼部由橡胶块支撑，底部悬浮 ≥12dB 静刚度小，非线性很强 getaner扣件 中等弹性 良好的减振效果；

图3 getaner扣件 图4 Vanguard扣件

3.4弹性支承块轨道结构

弹性支承块式无碴轨道起源于英国，采用两块独立的混凝土支承块，并在支承块的下部

加设弹性垫层，周边加设橡胶靴套，当支承块的高低、水平和轨距调整完毕后，就地灌注道床混凝土将支承块连同橡胶靴套包裹起来而构成弹性支承块式无碴轨道。