王語(yǔ)博

（中國(guó)北車集團(tuán)北京二七軌道裝備有限公司，北京 100072）

1 內(nèi)燃機(jī)車車體的組成以及噪音的來(lái)源

內(nèi)燃機(jī)噪聲是動(dòng)力設(shè)備噪聲的主要來(lái)源，隨著內(nèi)燃機(jī)車的快速發(fā)展，其振動(dòng)噪聲問題日益突出。因此，降低內(nèi)燃機(jī)車的噪音成為當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

內(nèi)燃機(jī)車的車體主要由車架，側(cè)壁，頂蓋，內(nèi)部隔墻和司機(jī)室等幾個(gè)部分組成。內(nèi)燃機(jī)作為一種有軌牽引動(dòng)力，在做功或行走的時(shí)候發(fā)出柴油機(jī)的轟鳴聲，從而產(chǎn)生噪音。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)各個(gè)組成部分的作用，噪音來(lái)源主要有：動(dòng)力裝置噪音源、動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)噪音源、輔助裝置噪音源、機(jī)車車體噪音源和機(jī)車運(yùn)行噪音。其噪聲來(lái)源主要由于內(nèi)燃機(jī)個(gè)運(yùn)動(dòng)部件在工作過程中受到氣體的壓力和運(yùn)動(dòng)慣性力的周期性變化所引起的振動(dòng)及相互沖擊產(chǎn)生的，其主要組成部分是曲柄連桿機(jī)構(gòu)等運(yùn)動(dòng)幾件撞擊缸套等發(fā)出的聲音。

2 國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)車噪音控制技術(shù)發(fā)展概況

2.1 國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車噪音控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

80年代末90年代初，我國(guó)鐵路交通運(yùn)輸尚處于比較落后的局面，為改變這種狀況，我國(guó)特從英國(guó)引進(jìn)三輛稍微先進(jìn)一點(diǎn)的內(nèi)燃機(jī)車。至此，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)車才開始發(fā)展，我國(guó)第一代投入商業(yè)運(yùn)行的藍(lán)箭一號(hào)就是在借鑒國(guó)外機(jī)車制造原理的基礎(chǔ)上開始研制的，在此過程中演職人員也考慮到了客車車內(nèi)的降噪問題，并設(shè)計(jì)了一些列的降低噪音的措施，例如，為減小空氣動(dòng)力性噪音，設(shè)計(jì)人員特地在車體下不安裝了封閉模板，機(jī)車整體采用流線型，從而減小了機(jī)車運(yùn)行中的空氣阻力。

但是，目前我國(guó)在機(jī)車車輛設(shè)計(jì)中對(duì)于噪聲振動(dòng)環(huán)境影響的問題卻并沒有進(jìn)行充分的考慮。國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)列車的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)高速列車的振動(dòng)聲水平與其他技術(shù)先進(jìn)國(guó)家相比仍有很大的差距。因此，我國(guó)高速鐵路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮各方面的二因素，將振動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)作為一個(gè)出發(fā)點(diǎn)來(lái)考慮。

2.2 國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車噪聲控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

目前最新的N700系高速列車為降低噪音特采取了以下幾個(gè)措施：

（1）機(jī)車前端采取流線型的設(shè)計(jì)，從而減小機(jī)車車和空氣之間的摩擦噪聲；（2）全列車采用半有源控振裝置，從而減小機(jī)車在運(yùn)行過程中由于震動(dòng)而產(chǎn)生的噪音；（3）機(jī)車內(nèi)采用主動(dòng)傾擺裝置，從而減小由于列車在彎道處的離心力而產(chǎn)生的噪音；（4）機(jī)車轉(zhuǎn)向架上安裝半主動(dòng)懸掛裝置，這樣一來(lái)機(jī)車轉(zhuǎn)彎時(shí)就不會(huì)因?yàn)槲矬w之間的互撞擊而產(chǎn)生噪音；（5）車輛間通過臺(tái)采用彈性遮板封閉，彈性的遮板對(duì)于機(jī)車突然停下或者減速比較大的情況是非常有用的，如此既減小了由于碰撞而產(chǎn)生的摩擦，噪音也減小了；（6）車體量輕化及低重心化，車體量輕就可以減小車輪與車軌之間的摩擦，低重心就可以使機(jī)車更加平穩(wěn)的行駛于軌道上。

3 低噪音內(nèi)燃機(jī)車的設(shè)計(jì)

3.1 車體設(shè)計(jì)采用鋁合金減振型材

運(yùn)行中內(nèi)燃機(jī)車由于電動(dòng)機(jī)、車輪等產(chǎn)生的振動(dòng)，以及車體表面產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪音等，構(gòu)成車體型材的外側(cè)面板由于承受車外產(chǎn)生的噪音而振動(dòng)，這些振動(dòng)通過車體材料傳遞到機(jī)車內(nèi)側(cè)的面板，最終輻射到車內(nèi)。為了降低噪音，滿足高速化、節(jié)能減排的需要，內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可以通過使用隔音性能良好、減振性能優(yōu)異的鋁合金型材和材料使車體薄壁化，從而實(shí)現(xiàn)車輛的輕量化，提高運(yùn)行速度。由于車輛重量減輕之后，其結(jié)構(gòu)容易受到振動(dòng)影像，從而使隔音效果降低，導(dǎo)致空氣動(dòng)力噪音增大，從而使得車廂中的噪音增大。因此，還要在鋁合金型材的面板或加強(qiáng)筋上加減振樹脂，從而起到對(duì)鋁合金型材的減振功能。試驗(yàn)表明，車體設(shè)計(jì)采用鋁合金減振型材的內(nèi)燃機(jī)車在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，噪音值能減少6dB左右。

3.2 車輪設(shè)計(jì)消聲器

內(nèi)燃機(jī)車在高速運(yùn)行時(shí)，車輪在軌道上高速滾動(dòng)，由于軌道的缺陷和內(nèi)燃機(jī)輪軌的表面粗糙程度，從而產(chǎn)生滾動(dòng)噪音。同時(shí)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)車行駛在小半徑曲線時(shí)，由于車輪支撐點(diǎn)產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，導(dǎo)致車輪的輻板、輪輞產(chǎn)生彎曲振動(dòng)，從而產(chǎn)生分貝較高的噪音。

如果能再設(shè)計(jì)級(jí)車市在機(jī)車的車輪的輻板或輪輞上裝設(shè)一種具有減振阻尼性能的消聲器，也稱為諧振消聲器，從而達(dá)到降低車輪輻射噪音的效果。目前，這種諧振消聲器在內(nèi)燃機(jī)車上已經(jīng)取得了良好的降噪消聲效果。諧振消聲器又可分為盤式消聲器和環(huán)形疊板式消聲器兩種。

3.3 車輛間連接設(shè)計(jì)采用橡膠元件

通過在車輪的輻板和輪輞之間設(shè)計(jì)橡膠元件，從而使二者相互隔離，通過橡膠元件使輻板和輪輞之間的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，從而起到降低噪音的效果。根?jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，橡膠彈性元件又可分為剪切、壓縮和壓剪等形式，其中壓縮性彈性車輪的降噪效果最好。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，采用不用形式的橡膠彈性車輪，相對(duì)于全鋼的整體車輪，可以降低10～20dB的噪音。

3.4 機(jī)車內(nèi)部設(shè)備的配置

對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車而言，動(dòng)力設(shè)備的水冷系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、輪滑系統(tǒng)、制動(dòng)閥和控制器等輔助設(shè)備在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生不同的噪音，其中空氣壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)組排廢口是輔助設(shè)備中主要得噪音來(lái)源。對(duì)于空氣壓縮機(jī)而言，可以通過安裝隔音罩，降低噪音。冷卻風(fēng)扇設(shè)計(jì)時(shí)要選擇噪聲低的設(shè)備，對(duì)于空調(diào)機(jī)組排廢口，采用加裝能夠消除中低頻噪聲的消聲器，從而使氣流噪聲降低20～30dB。

3.5 車身表面設(shè)計(jì)平滑

機(jī)車噪音不僅源于機(jī)車內(nèi)部的機(jī)械噪音，機(jī)車外表與空氣摩擦所產(chǎn)生的噪音也是機(jī)車噪音的很大一部分。通過將機(jī)車表面設(shè)計(jì)的平滑化，可以減小機(jī)車與空氣間的摩擦，從而達(dá)到降低噪音的目的。目前，機(jī)車的設(shè)計(jì)一般采用流線型的機(jī)身設(shè)計(jì)，這一點(diǎn)充分說(shuō)明了，機(jī)車表面平滑化對(duì)于低噪音內(nèi)燃機(jī)車設(shè)計(jì)的重要性。

結(jié)語(yǔ)

鐵路交通的發(fā)展具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，但是鐵路交通系統(tǒng)中出現(xiàn)的噪音和振動(dòng)等問題，影響著乘務(wù)人員和乘客的工作、休息，同時(shí)噪音和振動(dòng)還會(huì)縮短設(shè)備的使用壽命，因此設(shè)計(jì)低噪音內(nèi)燃機(jī)車就刻不容緩。本文結(jié)合內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)生噪音的原因以及國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車降低噪音的方法，對(duì)低噪音內(nèi)燃機(jī)車的設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)建議，希望在未來(lái)由于內(nèi)燃機(jī)車而產(chǎn)生的噪音問題可以得到有效的改善。

[1]李德軍.淺談鐵路噪聲污染的治理[J].云南環(huán)境科學(xué)，1998.

[2]肖峰.低噪聲車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用綜述[J].鐵道車輛，2000.

[3]熊谷，則道（日）.車輛高速化研究策略[J].國(guó)外鐵道車輛，1999.