低噪声车辆减速器降噪特性试验研究

杜麒麟，徐鸿，尹镪，徐志胜

（中铁二院工程集团有限责任公司生态环境设计研究院，成都 610031）

1 引言

货运铁路编组站是货物列车车辆中转、集结、解体和编组的场所[1]，在其作业过程中，会向周边排放大量噪声，包括减速器制动噪声、控制阀箱排空噪声、减速顶区段噪声、轮轨噪声、内燃机车噪声和鸣笛噪声等[2、3]，尤其是车辆减速器在制动过程中产生的高频突发噪声[4]，给编组站内的工作人员和附近居民带来极大的不适感，并危害人体健康[5]。

为有效控制该类噪声的影响，早在2006年，中国铁道科学研究院屠志平、高立中等人就开始研制能满足车辆减速器各项性能要求的防超速降噪声的制动梁[6]，该制动梁由基梁和复合夹板组成，基梁由钢板焊接而成，复合夹板由金属基底加复合材料组成，通过螺栓与基梁联接。复合夹板每块长为600mm，减速器每节安装两块复合夹板，由于复合夹板重量较轻，约为8kg，复合夹板采用金属基底和复合材料组合的方式，金属基底起到保护复合材料的作用，复合材料采用增摩和稳摩两种复合材料，通过调整两种复合材料的数量配比，可以调节复合夹板和车轮之间的摩擦系数。制动梁结构与复合夹板如图1、图2所示，车辆减速器外观如图3所示。

图1 低噪声制动梁结构

图2 复合夹板

图3 车辆减速器外观照片

据中国铁道科学研究院介绍，新一代低噪声减速器与普通减速器相比，具有通用性强、整体强度高、耐磨性好、可靠性与安全性好、方便更换和维修等特点。因此，本文以昆明东站自动化驼峰现场为实测基础，以降低货运列车在编组过程中的制动噪声对周围人群的影响为目标，开展新型减速器与普通车辆减速器的对比研究。

2 测试现场

昆明东站位于云南省昆明市官渡区，是贵昆、成昆、南昆三条干线的交汇点，为混合式三级六场区域性编组特等货运站，现有两座自动化驼峰进行货物列车解体作业，两座自动化驼峰分别为下行自动化和上行自动化驼峰，具体位置见图4。

图4 昆明东站卫星图

自动化驼峰峰顶位置和地面之间的高度差约为3m，作业时先由机车将车列推向峰顶，当最前面的车辆接近峰顶时，提开车钩，使分解车辆依靠初速度（25km/h左右）滑下，沿途经过雷达测速带和减速带，减速带通过减速器控制的方式使车辆下降到指定速度（5km/h左右），进而溜放到编组场的预定线路上。溜放过程见图5。

图5 驼峰车辆溜放示意

驼峰解体货车在经过减速器时，会产生强烈的突发噪声，并且具有随机性。据调查，在临近驼峰位置（如作业现场、空压站、修配所、运转室等区域）受噪声影响明显，据铁路工作人员反映噪声严重干扰正常工作和夜间休息。为降低该突发噪声，昆明东站将上行驼峰4根股道上的某一个车辆减速器更换为低噪声车辆减速器。

3 测试方案

3.1 测试内容

由于驼峰在溜车作业过程中的列车重量、编组、车速等条件各不相同，且无法实现同一车辆在两种不同减速器上以相同的速度经过，因此无法进行现场单一变量对比，采用列车通过时段的等效声级并不科学，故考虑以多趟列车在通过两种减速器制动时产生的噪声最大A声级为评价量进行对比。此外，本次测试还包含两种减速器的噪声频谱。

3.2 测试点位

为进行有效对比，本次的测试点位位于昆明东站上行驼峰距普通减速器垂直距离约10m处和距低噪声减速器垂直距离约10m处，具体测点位置见图6。

图6 现场监测布点示意图

3.3 测试方法

1）测点位置：高于地面1.2m，距任一反射物不小于1m；2）测量时间：单列车车头进入减速器时开始，车尾通过减速器后截止；3）气象条件：无雨雪、无雷电天气，风速5m/s以下时进行；4）测试仪器：INV3062SC网络式智能信号采集分析仪、ICP声压传感器、AWA6221A声校准器等。

4 测试结果分析

4.1 时域特性

对两种减速器在制动过程中产生的噪声瞬时声压级进行分析作图，见图7。

图7 行车过程典型声压级时域波形图

由图7可知，两种减速器制动时产生的噪声瞬时声压级波形图略有区别，普通减速器上噪声突变更明显，啸叫噪声历时更长，相比之下新型减速器更缓和，瞬时A声级也更小。

4.2 频谱特性

对两种减速器在制动过程中产生的噪声频谱进行分析作图，见图8。

图8 减速器制动过程噪声1/3倍频程谱图

由图8可知，两种减速器产生的噪声主要频率都为3150Hz，噪声在31.5～3150Hz范围随频率增高A声级一直增大，在3150Hz取得峰值后持续降低，但普通减速器在6300Hz左右略有反弹，而低噪声减速器在制动过程中的噪声频谱更加平滑且无反弹。普通减速器主要频带为2500～4000Hz，具有单频噪声的特性，啸叫更严重，更容易引起人体不适，低噪声减速器主要频带为1000～12 500Hz，具有宽频噪声的特性。将两者进行对比，结果见图9。

图9 两种类型减速器噪声频谱特性对比图

由图9可知，低噪声减速器噪声总级值比普通减速器噪声总级值更低，但在部分频段低噪声减速器产生的噪声反而大于普通减速器，即低噪声减速器并非全频段降噪，在某些频段甚至引起放大效应。

4.3 最大A声级

选取两种减速器股道通过列车各6趟进行数据处理，结果见下表。

噪声最大值监测结果一览表

由上表可知，低噪声减速器与普通减速器分别制动时，距声源位置10m处的N1与N2测点的监测结果差值约10dB（A），说明新型减速器与普通减速器相比确实有一定的降噪效果；且当新型减速器制动时，N1与N2测点的监测结果差值约30dB（A），当普通减速器制动时，N1与N2测点的监测结果差值约10dB（A），说明新型减速器产生的噪声相比普通减速器更容易在空气中进行衰减。

5 结论与建议

（1）由声源参考点（距最近减速器距离约10m）测得的噪声源强可知，低噪声减速器产生的最大A声级可达115dB（A），普通减速器产生的最大A声级可达123dB（A），低噪声减速器有明显降低。

（2）列车通过两种减速器的啸叫噪声均以高频为主，主要频率为3150Hz。但普通减速器的噪声主要频带为2500～4000Hz，低噪声减速器主要频带为1000～12 500Hz；且普通减速器的噪声在6300Hz左右时有反弹，而低噪声减速器噪声频谱变化平缓，并无反弹。

（3）低噪声减速器产生的噪声在部分频段大于普通减速器，并非全频段降噪。

（4）建议研究减速器上的制动材料，采用耐磨耐高温、同时具有阻尼效果的夹板，降低减速器与车轮间摩擦产生的高频噪声；同时研究吸、隔声棚的建造，将减速器段以及减速器两端各延伸一定距离罩在隔声棚内，吸声材料以吸纳高频声为主，在传播过程中对噪声进行控制；并将作业影响区域改设隔声门窗，以有效阻止声音的传递。