铁路噪音和轨面液态摩擦调节剂效果

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1、铁路噪音和轨面液态摩擦调节剂效果：曲线声音与振动波谱分布的变化a,a,bDonaldT.Eadie∗,MarcoSantoroJoeKalousekaKelsanTechnologiesCorp.,1140West15thSt.,NorthVancouver,BC,CanadaV7P1M9bNationalResearchCouncilofCanada,CentreforSurfaceTransportation,3250EastMall,Vancouver,BC,CanadaV6T1W5Received13June2003;receivedinrevisedform28Novemb

2、er2003;accepted1March2004Availableonline11November2004摘要铁路曲线噪音中的轮缘噪音和尖叫噪音都对环境有着很大的影响。而在直线轨道上，滚动噪音则是主要问题。本文对不同轮/轨系统类型曲线上的声谱分布情况进行了测试，并将其与使用特殊的摩擦调节剂对轨面摩擦水平进行控制之后的波谱进行了对比。摩擦调节剂将轨面摩擦控制在一个中等水平，并使接触层具有了一种“正摩擦”特性。对不同轮/轨系统类型进行了大范围的波谱特性标注。在所有案例中，摩擦调节剂都很大程度地降低了与轨面尖叫有关的频率的声音水平，而且也降低了与轮缘接触噪音相关的频率带的声音水平。可能是

3、由于减少了“吱吱嘎嘎”的声音，在一些地铁系统中也出现了与滚动噪音有关的较低频率显著减少的记录。而且也出现了一些低频振动（频率低至30Hz）和高黏着-滑动振动频率减少的迹象。©2004ElsevierB.V.Allrightsreserved关键词：铁路噪音，地铁系统，液体摩擦调节剂1.背景铁路噪音是一个永远具有研究利益的领域。法律法规和公众的关注一直在推动着科技活动不断的去探索铁路系统中产生的不同类型噪音的根源以及降低这些噪音的方法。来自列车的振动也是一个倍受关注的领域，特别是那些临近办公室或者生活区的地铁系统。本文涉及到了车轮尖叫，轮缘噪音，滚动噪音和振动。尖叫和轮缘噪音与曲线有关

4、，尤其是小半径曲线（R<500m），然而滚动噪音则主要与直线轨道有关。我们也对不同类型列车的声谱分布水平进行了考虑。我们对如何通过控制轨面摩擦来改变噪音和声谱分布进行了特别研究。对摩擦的控制是通过一种特殊的不会影响牵引或制动的摩擦调节剂来实现的。1.1不同噪音类型的频率范围表1对本文中涉及到的不同类型铁路噪音的频率范围进行了摘要。这些频率范围既有行业内部普遍接受的范围，也有从我们自己拥有的许多不同系统声音测量经验中建立起来的范围。本文中将会进一步的详细介绍为何将轮缘噪音定位为高频噪音（5000-10000Hz）。1.2噪音产生的机制最近，Talotte和其他专家已经对铁路噪音的根源及

5、其降低的可能性进行了评价[1]。表1：不同类型铁路噪音的频率范围噪音类型频率范围（Hz）滚动30-5000扁疤50-250（取决于速度）地基振动4-80结构噪音30-200轨面尖叫1000-5000轮缘噪音5000-10000滚动噪音被认为源自于由车轮和运行表面的并合面粗糙度引起的车轮、钢轨以及轨枕的结构振动。车轮的粗糙程度可能是由一些使用踏面制动之类的因素引起的，特别是那些由铸铁制造的车轮。地基振动和结构噪音主要出现在低频率范围内（<50Hz）。超过这一频率范围的频率衰减的非常快[2]。振动干扰通常是由轮轨之间巨大的垂向动力引起的。这些力根据车轮和钢轨的粗糙度在一个很大的频率范围内

6、波动。车轮尖叫噪音源于曲线上车轮和钢轨之间摩擦的不稳定性。黏着滑动振动（更准确的说是滚动滑动）引起车轮的共振；车轮的振动产生了噪音。已经被接受的模型中认为，横向蠕滑状态下的轨面摩擦不稳定性导致平面车轮产生弯曲振动。这些振动释放出来成为人们所听到的尖叫噪音。最近的研究中包含了由Heckl[3]建立的更为精确的数学建模。尖叫的起点是转向架通过曲线时产生的横向蠕滑力以及轮/轨接触区的滑动变得饱和（蠕滑饱和）。超过蠕滑饱和点后蠕滑水平的进一步增加会导致摩擦系数的降低，这是所有建模工作中的一个关键组成。我们称其为负摩擦，参考蠕滑饱和状态下摩擦蠕变曲线的倾斜度。用更正规的摩擦学术语来说，这更应该

7、是等同于滑动速度的变化，而不是铁路术语中的蠕滑。这种变化导致了车轮和钢轨之间的滚动-滑动振动，这种振动又引起了车轮的共振，进而在车轮腹板产生了噪音。最近，DeBeer和其他专家根据横向接触位置建立了一个尖叫噪音的频率范围模型，并通过实验室测量数据对他们的结论进行了支持[4]。“刺耳噪音”是另一种与曲线有关的噪音形式。但遗憾的是文献中关于这一现象的研究很少。这是一种低频现象，也可能是几种低频现象，也可能与不同于一种轨面尖叫噪音的黏着-滑动有关。这种噪音也可能