馬 帥， 李連凱， 隆孝軍

(中車(chē)資陽(yáng)機(jī)車(chē)有限公司 研發(fā)部， 四川資陽(yáng) 641300)

隨著城市軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，用于救援、維護(hù)及調(diào)車(chē)作業(yè)的內(nèi)燃機(jī)車(chē)已經(jīng)成為軌道交通行業(yè)中不可或缺的移動(dòng)裝備。司機(jī)室作為司乘人員主要工作場(chǎng)所，其工作環(huán)境的好壞將直接影響司乘人員的身心健康和工作效率，同時(shí)，司機(jī)室噪聲也已成為內(nèi)燃機(jī)車(chē)性能評(píng)定的重要指標(biāo)之一。因此，了解內(nèi)燃機(jī)車(chē)噪聲特性，對(duì)內(nèi)燃機(jī)車(chē)降噪設(shè)計(jì)，提高司機(jī)室的舒適度有著重要的指導(dǎo)意義[1-5]。

1 噪聲測(cè)試

1.1 測(cè)試設(shè)備

噪聲測(cè)試采用傳聲器陣同步測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、丹麥BBM多通道數(shù)據(jù)采集分析儀、B&K公司4189型傳聲器、杭州愛(ài)華儀器公司AWA6221B型校準(zhǔn)器、聲學(xué)支架等組成。

1.2 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試對(duì)象為地鐵用內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)車(chē))，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 3450-2006《鐵道機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)組司機(jī)室噪聲限值及測(cè)量方法》。測(cè)試機(jī)車(chē)上部分為4個(gè)室，由左至右依次為Ⅰ端司機(jī)室、輔助室、動(dòng)力室、Ⅱ端司機(jī)室，各室共計(jì)設(shè)置16個(gè)測(cè)試點(diǎn)，其中兩端司機(jī)室測(cè)試點(diǎn)距司機(jī)室地板高度為1.5 m，其余測(cè)試點(diǎn)距走廊地板高度為0.5 m，具體位置如圖1所示。

1.3 測(cè)試步驟

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇空曠的場(chǎng)地，場(chǎng)地周?chē)鄬?duì)安靜，避免環(huán)境噪聲對(duì)試驗(yàn)的影響。試驗(yàn)開(kāi)始前需對(duì)每個(gè)傳聲器進(jìn)行校準(zhǔn)，將采樣率設(shè)置為32 768 Hz。試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)車(chē)處于定置狀態(tài)，柴油機(jī)分別運(yùn)轉(zhuǎn)為750 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min 、1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min共計(jì)6個(gè)工況，每個(gè)工況測(cè)試時(shí)間為90 s。

1-Ⅰ端司機(jī)室主司機(jī)座椅左側(cè);2-Ⅰ端司機(jī)室中部;3-Ⅱ端司機(jī)室座椅中部;4-Ⅱ端司機(jī)室后墻左門(mén);5-Ⅱ端司機(jī)室后墻中部;6-Ⅱ端司機(jī)室后墻右門(mén);7-空壓機(jī)左側(cè);8-小柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組右側(cè);9-小柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組左側(cè);10-冷卻裝置右側(cè);11-冷卻裝置左側(cè);12-柴油機(jī)右側(cè);13-柴油機(jī)左側(cè);14-輔助發(fā)電機(jī)左側(cè);15-動(dòng)力室左側(cè)入口門(mén);16-動(dòng)力室右側(cè)入口門(mén)。圖1 測(cè)試點(diǎn)分布示意圖

2 測(cè)試結(jié)果及分析

2.1 不同工況下各測(cè)試點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)對(duì)比

機(jī)車(chē)定置狀態(tài)下，柴油機(jī)不同轉(zhuǎn)速下各測(cè)試點(diǎn)噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)如表1所示。

根據(jù)表1中各測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果可知，各測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而升高，且在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為2 100 r/min時(shí)各測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)達(dá)到最大，其中越靠近柴油機(jī)的測(cè)試點(diǎn)聲壓級(jí)越大，測(cè)試點(diǎn)12、13聲壓級(jí)最高達(dá)113.6 dB(A)。同時(shí)，動(dòng)力室內(nèi)測(cè)試點(diǎn)12、13、14、15、16在同一工況下的聲壓級(jí)非常接近，這是由于聲波在密閉的室內(nèi)經(jīng)多次反射疊加形成了混響場(chǎng)造成的，這對(duì)噪聲源的判定造成一定的影響，但可知噪聲源與柴油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速具有相關(guān)性。

2.2 不同工況下機(jī)車(chē)聲壓級(jí)等高云圖對(duì)比

根據(jù)傳聲器陣采集到的機(jī)車(chē)內(nèi)部聲壓信號(hào)，繪制各個(gè)工況下機(jī)車(chē)等頻帶聲壓級(jí)的等高云圖，如圖2所示。

表1 不同工況下各測(cè)試點(diǎn)噪聲聲壓級(jí) dB(A)

圖2 不同工況下機(jī)車(chē)聲壓級(jí)等高云圖

圖中黑線方框?yàn)闄C(jī)車(chē)位置，藍(lán)色點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)位置。

從聲壓級(jí)等高云圖可知，各工況下噪聲的發(fā)散與傳播趨勢(shì)基本一致，且以動(dòng)力室為中心，主要沿機(jī)車(chē)左右兩側(cè)橫向傳播。說(shuō)明機(jī)車(chē)運(yùn)用過(guò)程中，動(dòng)力室是噪聲產(chǎn)生的源頭位置，并具有沿動(dòng)力室兩側(cè)壁瓦楞百葉窗垂直方向向外傳播的趨勢(shì)。

2.3 兩端司機(jī)室噪聲對(duì)比

不同工況下Ⅰ端和Ⅱ端司機(jī)室聲壓級(jí)對(duì)比如圖3所示，Ⅰ端司機(jī)室在各種工況下，測(cè)試點(diǎn)1、2聲壓級(jí)均低于78 dB(A)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值[6]，而Ⅱ端司機(jī)室在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min時(shí)，測(cè)試點(diǎn)3、4、5、6聲壓級(jí)均超78 dB(A)的限值。同時(shí)，Ⅰ端司機(jī)室各工況下聲壓級(jí)均低于Ⅱ端司機(jī)室，噪聲值相差約10 dB(A)左右。這是由于機(jī)車(chē)受內(nèi)部設(shè)備配置和外部限界尺寸的限制，機(jī)車(chē)總體設(shè)備布置無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)布置，使得距離動(dòng)力室較近的Ⅱ端司機(jī)室噪聲比Ⅰ端司機(jī)室高。

2.4 Ⅱ端司機(jī)室噪聲頻譜對(duì)比

對(duì)機(jī)車(chē)不同工況下Ⅱ端司機(jī)室內(nèi)測(cè)試點(diǎn)4、5、6做1/3倍頻程的頻譜分析如圖4所示。從頻譜圖可知，不同工況下測(cè)試點(diǎn)的噪聲頻譜曲線趨勢(shì)基本一致，具有較好的相關(guān)性，說(shuō)明3個(gè)測(cè)試點(diǎn)主要噪聲源相同。

從頻譜圖來(lái)看，頻譜基本上由3段組成：低頻段200 Hz以下，中頻段300～1 000 Hz，高頻段以2 000 Hz為中心，其中峰值出現(xiàn)在500～700 Hz附近，且測(cè)試點(diǎn)4的頻譜一般比測(cè)試點(diǎn)5、6稍大，表明動(dòng)力室的噪聲源離測(cè)試點(diǎn)4較近。同時(shí)，Ⅱ端司機(jī)室的3個(gè)測(cè)試點(diǎn)在50～100 Hz頻段存在較大峰值，并隨轉(zhuǎn)速變化，說(shuō)明隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，噪聲源對(duì)Ⅱ端司機(jī)室的影響愈加劇烈，且噪聲源與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速有強(qiáng)相關(guān)性。

圖3 不同工況下Ⅰ端司機(jī)室和Ⅱ端司機(jī)室噪聲對(duì)比

圖4 不同工況下測(cè)試點(diǎn)噪聲頻譜圖

2.5 噪聲源分析

由于動(dòng)力室主要設(shè)備為柴油機(jī)、變速箱和與變速箱相連的啟動(dòng)電機(jī)，為確定影響Ⅱ端司機(jī)室的主要噪聲源，分別測(cè)試動(dòng)力室內(nèi)柴油機(jī)與變速箱連接和斷開(kāi)兩種狀態(tài)下，Ⅱ端司機(jī)室各測(cè)試點(diǎn)不同狀態(tài)下噪聲的1/3倍頻程頻譜對(duì)比。以測(cè)試點(diǎn)4為例，不同狀態(tài)下噪聲頻譜對(duì)比如圖5所示。

柴油機(jī)與變速箱斷開(kāi)前后，對(duì)測(cè)試點(diǎn)4譜值影響較大，波動(dòng)為4 dB(A)左右，但對(duì)譜結(jié)構(gòu)影響不大，說(shuō)明司機(jī)室噪聲的下降，僅是由于動(dòng)力室總體噪聲降低所導(dǎo)致。當(dāng)柴油機(jī)斷開(kāi)與變速箱連接后，從譜結(jié)構(gòu)可知，聲壓級(jí)下降的頻段為200 Hz以下的低頻段，說(shuō)明柴油機(jī)-變速箱連接存在的振動(dòng)耦合效應(yīng)，所產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)Ⅱ端司機(jī)室內(nèi)部總體噪聲有貢獻(xiàn)。柴油機(jī)與變速箱斷開(kāi)后，測(cè)試點(diǎn)4的聲壓級(jí)最高為87.6 dB(A)，仍高于標(biāo)準(zhǔn)要求的78 dB(A)，且測(cè)試點(diǎn)4的噪聲值隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而增加，說(shuō)明柴油機(jī)的工作噪聲是影響Ⅱ端司機(jī)室的主要噪聲源，且噪聲值高達(dá)110 dB(A)以上，頻率在300～1 000 Hz的中頻段。

圖5 不同工況下測(cè)試點(diǎn)4噪聲頻譜圖

3 機(jī)車(chē)內(nèi)部噪聲的改進(jìn)措施

(1)對(duì)動(dòng)力室的改造：動(dòng)力室間壁、側(cè)墻、頂棚、地板等位置噴涂6～8 mm阻尼漿，并在間壁、側(cè)墻、頂棚附著厚度為50 mm的吸聲隔熱復(fù)合塊，最后用厚度為1 mm的多孔板進(jìn)行封裝，阻止動(dòng)力室噪聲的對(duì)外傳播。

(2)對(duì)變速箱的改造：加強(qiáng)變速箱安裝座下梁的剛度，同時(shí)合理選配彈性聯(lián)軸節(jié)，降低低頻結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)司機(jī)室的影響。

(3)對(duì)司機(jī)室的改造：調(diào)整司機(jī)室內(nèi)部阻尼漿和吸聲材料厚度，并對(duì)進(jìn)入司機(jī)室的管路、線纜等空洞和縫隙進(jìn)行封堵，對(duì)司機(jī)室門(mén)窗的加強(qiáng)密封，控制噪聲通過(guò)司機(jī)室的縫隙傳入車(chē)內(nèi)。

(4)增加隔聲間壁的改造：動(dòng)力室與司機(jī)室之間增加50 mm結(jié)構(gòu)墻，采用2 mm鋼板中間填充吸聲材料，并于與司機(jī)室后墻間隔100 mm，減少動(dòng)力室噪聲對(duì)司機(jī)室的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)地鐵用內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)室內(nèi)噪聲的測(cè)試和分析，可以得出如下結(jié)論：

(1)柴油機(jī)的工作噪聲是造成Ⅱ端司機(jī)室超標(biāo)的主要噪聲源，同時(shí)柴油機(jī)-變速箱系統(tǒng)所產(chǎn)生的低頻結(jié)構(gòu)噪聲對(duì)司機(jī)室總體噪聲也有貢獻(xiàn)。

(2)司機(jī)室噪聲峰值主要分布在200 Hz以下的低頻段，300～1 000 Hz的中頻段以及以2 000 Hz為中心的高頻段，在500～700 Hz處出現(xiàn)峰值。

(3)Ⅰ端司機(jī)室較Ⅱ端司機(jī)室距離動(dòng)力室更遠(yuǎn)，且Ⅱ端司機(jī)室緊鄰動(dòng)力室，使得Ⅱ端司機(jī)室比Ⅰ端司機(jī)室各工況下噪聲值高10 dB(A)左右，以后設(shè)計(jì)中應(yīng)合理設(shè)置機(jī)車(chē)總體布局，控制噪聲源對(duì)司機(jī)室的影響。