摘  要： 文章介绍了目前地铁车辆转向架车轮上常用的几种降噪方式，并对各种车轮降噪方式的原理、结构及特点进行了分析，重点阐述了降噪阻尼环和降噪阻尼片的应用。

关键词： 轨道车辆； 转向架； 轮轨噪声

 

      随着城市轨道交通行业的快速发展， 旅客对车辆的舒适性以及城市居民对车辆的运行环境等都有了更高的要求，而车辆噪声不仅影响到车辆的舒适性，还关系到环境保护， 因此有效地控制及降低车辆噪声至关重要。 地铁车辆的噪声主要就是指转向架传递至车体的振动及车轮和钢轨的撞击和摩擦激发的振动所产生的辐射噪声。因而，降低轮轨之间的噪声已经成为地铁车辆转向架车轮设计及选型中的关键问题 。 在GB 14892—2006 《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》也明确规定了车辆的噪声限度，如表 1 所示。

      在轨道车辆上， 减小轮轨噪声有效的方法有采用弹性车轮、 降噪车轮或橡胶轮以及在车轮上安装降噪阻尼装置等。

 

      弹性车轮是在轮缘和轮辐之间加装粘弹性橡胶衬垫， 使车轮在空间三维方向上的弹性与整体轮相比，比较柔软，弹性车轮能够降低转向架的簧下重量，减小轮轨间的作用力， 一般适用于轴重 10 t 以下的轻轨车辆。与刚性车轮相比，车外噪声降低 3.5～4 dB（A）；车内噪声降低 3dB（A），车轮通过曲线时的噪声降低 10～20dB（A）左右^[1]。 弹性车轮在欧洲、日本及美国等国家都得到了较多应用，但由于弹性车轮结构复杂，制造及维修成本大，在国内应用较少。

 

      降噪车轮，是在不改变车轮结构的情况下，在车轮表面敷设粘弹性材料，它不需要机械紧固件，并且空间和质量上的约束条件都不会被破坏。 它不仅适用于踏面制动方式的车轮，同时也适用于盘型制动车轮。意大利的 Lucchini 公司研究的 Syope 车轮与标准车轮相比较， 在 1. 6～2.5 kHz 范围内可以将噪声等级降低 6 dB左右^[2]。

 

      除弹性车轮和阻尼车轮外， 采用橡胶轮也可以显著降低噪声。橡胶轮不仅具有噪声低、振动小、高黏着、易维修等特点，而且易于控制行驶中车辆的速度。但是必须要对轮胎的充气情况进行实时监测， 并且定期更换轮胎。 此外，采用橡胶轮的转向架结构复杂，并且线路造价高，在国内应用较少。

 

      由于车轮与钢轨之间的撞击或轮缘摩擦， 将激起车轮的振动并辐射出强烈的噪声， 在车轮安装降噪阻尼装置后，车轮的振动会传递给降噪阻尼装置，引起降噪阻尼装置的谐振，阻尼装置将吸收车轮振动的能量，从而达到降低噪声的目的。 美国和欧洲等轨道车辆通常在车轮上安装环状减振器和可调片状减振器形成减振车轮，以提高其降噪性能。

      降噪阻尼环为特殊降噪材料制成的开口圆环结构，通过压缩安装在车轮轮辋内侧槽内，圆环通过本身弹性紧贴轮辋， 并采用特殊设计的高阻尼弹性连接件或者焊接封闭其接口， 确保阻尼环在长时间使用周期下的良好降噪性能。 阻尼环能起到抑制车轮径向和横向模态振动的作用，并且减少车轮向外辐射噪声，同时可以确保应用时的安全可靠性。 降噪阻尼环车辆运营过程中不需要更换零件，免维护，并且适用于采用轮盘制动及踏面制动的车轮。图 1 为降噪阻尼环的安装图。

      近期设计的转向架， 如 ZMB080 型转向架在车轮上安装了单侧降噪阻尼环， CW2100（D）型转向架车轮安装了双侧降噪阻尼环。 安装单侧或双侧阻尼环的车轮噪声时域对比如图 2 所示。 安装阻尼环后车轮噪声衰减得很快， 在 0.2 s 处的噪声比标准车轮 1.6 s 时的噪声值更低，在 0.4s 以后阻尼环车轮基本没有噪声^[3]。

      降噪阻尼片由多层金属板和阻尼胶片叠加而成，车辆运行中的轮轨噪声主要是通过车轮的模态振动发出来的，当阻尼片安装在车轮上时，通过吸收其中高频振动模态，达到降噪的目的。图 3 为两种降噪阻尼片在车轮上的安装方式。

      北京和国内大部分城市的地铁车辆转向架车轮采取的降噪措施是安装降噪阻尼片。 北京地铁曾经对安装降噪阻尼片的车轮进行过线路试验， 与标准车轮比较，可降低约 10 dB（A）左右^[4]。

 

      地铁车辆转向架车轮普遍安装有降噪阻尼装置，并且种类繁多，但出于成本及运营维护考虑，弹性车轮及橡胶轮转向架在国内应用较少。 从国内地铁车辆转向架车轮降噪装置的使用情况来看，笔者认为，阻尼片采用螺栓连接，存在螺栓断裂的隐患，与阻尼片相比，阻尼环具有组装、拆卸方便，使用寿命更长等特点；降噪阻尼环及降噪阻尼片在未来的地铁车辆上将会占有更大的空间，但在以下方面还需要进行研究：

      1）降噪阻尼片及降噪阻尼环在车轮上安装的可靠性研究。阻尼环作为新型产品，其可靠性还需要进一步论证。

      2）研发新型的车轮降噪措施 ，以降低转向架的制造及维护成本。

 

[1] 范蓉平，孟 光，崔银会. 弹性车轮的发展与研究现状[J]. 机车电传动，2005（1）.

[2] Steven CERVELLO，云 济. Syope 新型降噪车轮[J]. 国外机车车辆工艺，2003（6）.

[3] 刘晖霞，易兴利，张 斌. ZMB080 型地铁车辆转向架车轮降噪研究[J].电力机车与城轨车辆，2010（4）.

[4] 刘 建，李明章. 车轮降噪阻尼器在北京地铁车辆上的应用[J]. 电力机车与城轨车辆，2003（4）.