中国节能协会城轨交通节能专业专委会
中国勘察设计协会轨道交通分会
中国土木工程学会轨道交通分会
中国城市轨道交通协会设计咨询专业委员会

行业资讯

快速轨道交通系统的轮轨噪声控制

发布日期:2009-01-15 23:30

快速轨道交通系统的轮轨噪声控制

噪声,特别是高频轮轨尖叫噪声,给快速轨道交通系统带来了许多问题。轮轨噪声的产生主要取决于轨道-车辆的匹配和运行状况。研究表明,曲线区段的轮轨尖叫噪声85%是由于车轮踏面在曲线上滑动摩擦所致。这些滑动摩擦引起的高频振动经过车轮辐板传播而产生尖叫噪声。

日本地铁和通勤铁路的轮轨噪声,主要是由于在曲线上轮缘与钢轨、轮缘背部与护轨接触、车轮擦伤、钢轨波磨所致。尖叫噪声多发生在半径160m的窄轨铁路(1067mm)。在引入轨顶水雾降噪系统之前,曾经使用水来降低轮轨噪声,但同时带来了排水问题,并导致线路翻浆冒泥、线路几何状态恶化。后来也用油脂来降噪,但也带来了车轮擦伤和钢轨波磨问题。

 在美国匹茨堡轻轨铁路,小半径曲线多,坡度大。最小曲线半径25m,坡度高达9%。在这样的曲线上,左右车轮在内外轨上的位移差高达5.5m,加之该轻轨网1587mm的宽轨距和2100mm固定轴距、实心车轴的刚性转向架,通过曲线时,使得车轮必须在外轨上滑动以弥补内外轮的滚动位移差。这种滑动造成车轮产生高达100dB甚至更高的高频尖叫噪声。此前,曾经使用过吸声毯来解决轮轨尖叫噪声问题,但没有成功。也曾经使用过喷水系统,但由于锈蚀问题,也失败了。

轨顶水雾降噪系统的研究始于美国20世纪90年代中期,该系统在钢轨顶面喷出微米级的薄雾,水蒸发后,在轮轨表面形成干燥的薄膜。该薄膜不同于传统的润滑剂,它可产生0.35的摩擦系数,而传统的油脂润滑剂仅产生0.21的摩擦系数。轨顶水雾降噪系统可以利用既有路旁供水设施,节约资金。

为检验加拿大Kelsan技术公司研制Keltrack的这个系统的降噪效果,日本都市运输管理局在1条坡度3%、半径160m的轻轨线路曲线上进行了试验(图1)。试验结果表明,未使用该系统前,可明显听到轮轨踏面接触、轮缘与钢轨接触、轮缘背部与护轮轨接触而产生的3种声音。使用该系统后,轮缘与外轨接触产生的3.15kHz高频尖叫噪声由78.7dB降到了69.8dB, 降低了8.9dB;轮缘背部与护轨接触产生的6.3kHz高频尖叫噪声由72.6dB降到了63.1dB,降低了9.5dB(图2)。

美国匹茨堡地铁地面线路有一段半径91183m、坡度8%的曲线,混凝土平交道口处在曲线的中部,临近有多撞公寓。在安装轨顶水雾降噪系统前,该区段的噪声高达100dB以上。安装系统之后,噪声已降到80dB,粘着牵引力并未降低(图3)。

纽约地铁系统在小半径曲线区段和车站附近亦安装了该系统,噪声已由95100dB降低到7580dB。纽约世贸大厦站曲线半径仅35m,噪声高达115120dB安装该系统后,噪声已降低到85dB。在“9.11”事件之后,重装了该系统,噪声继续得到有效控制,噪声控制区段也由152m增加到了450m

尽管系统的使用是否会使钢轨磨耗减少的结论尚未得出,但轮轨横向力却大幅度降低。

用测力轮对对该系统进行的轮轨横向力测试结果表明,该系统可减少一半的轮轨横向力。在北美的不列颠哥伦比亚铁路(现由加拿大国营铁路经营)、伯林顿北方圣菲、诺福克南方、联合太平洋等几条重载铁路中的试验也表明了同样的结果,曲线上的轮轨横向力最多可降低50%,但并没有降低粘着牵引力和制动力。美国东部快速轨道交通系统也在不断收集相关的试验数据。

目前,在日本已安装有30台路旁轨顶水雾降噪系统。经过4年的使用,证明降噪效果良好,曲线区段的粘着牵引力亦没有降低。为了防止浪费,该系统还安装有雨天开关装置。尽管系统运行良好,但日本铁路已着手试验车载轨顶水雾降噪系统,这样可使所有的曲线区段的噪声得到控制。

水雾降噪系统的试验和应用结果表明,在轮轨接触面形成的薄膜可保持轮轨间的摩擦系数,这使得在没有降低轮轨粘着牵引力和制动力的情况下,降低了由于轮轨滑动摩擦引起的振动和尖叫噪声。依照系统的使用情况不同,降噪效果一般在1015dB,好的可达20dB