魏超 邵正武

摘要：噪聲指標(biāo)是軌道車輛和汽車等交通工具舒適性指標(biāo)中非常重要的一項，隨著人們對交通工具舒適性的持續(xù)關(guān)注和要求的不斷提高，噪聲問題也越來越受到重視。噪聲會影響人們正常的交談、休息，降低人的思維能力，使人疲勞，引起乘客反感甚至投訴。牽引電機是車輛的動力設(shè)備，其工作噪聲也是車輛噪聲的主要來源，因此有必要對其進(jìn)行深入研究和嚴(yán)格控制。本文基于地鐵車輛牽引電機裝車噪聲性能測試及分析展開論述。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;牽引電機;裝車噪聲性能測試及分析

現(xiàn)階段牽引電機噪聲抑制技術(shù)主要集中在兩個方面。一個是通過電動機電磁側(cè)面和結(jié)構(gòu)側(cè)面抑制噪音。通過電動機控制策略被抑制。電子從電動機主體的角度來看，電磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、復(fù)雜建模、設(shè)計轉(zhuǎn)換成本高、相應(yīng)的工程優(yōu)化方法和原理尚不清楚;后者是從牽引電機控制的角度優(yōu)化電流諧波的含量和分布。

一、電磁噪聲

電機運行時，電磁力作用在定、轉(zhuǎn)子間的氣隙中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力波或脈動力波，使定子發(fā)生振動而輻射噪聲，該輻射噪聲為電磁噪聲。作用在定子上的電磁力可分離出徑向分量和切向分量，切向分量使定子鐵芯齒部局部振動，徑向分量使定子鐵芯產(chǎn)生徑向振動，徑向振動是引起電機電磁噪聲的主要原因。永磁牽引電機的徑向電磁力波計算如下：pn（θ，t）=b2（θ，t）/2μ0式中：pn（θ，t）為徑向電磁力波;b（θ，t）為氣隙磁密;μ0為真空磁導(dǎo)率，取值4π×10-7H/m。電機在工作過程中產(chǎn)生交變的徑向電磁力波，定子鐵芯受到該電磁力波的作用產(chǎn)生電磁振動，最終輻射到空氣中，形成電磁噪聲。電磁噪聲具有明顯的階次特性，對于徑向電磁力波為主的電磁噪聲，其頻率為基頻2f0（f0為電源頻率）和與基頻對應(yīng)的各次高階頻率?？梢岳秒姶旁肼暤脑撎匦?，分析噪聲頻譜中是否存在電磁噪聲峰值頻率，從而分析電磁噪聲對總噪聲的影響。

二、測試方案

車輛運行時，車底噪聲主要包括輪軌、牽引電機、齒輪箱等引起的機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲以及車底和車體表面氣流激發(fā)的氣動噪聲等，噪聲來源較多，成分復(fù)雜。為了解某款牽引電機在實際運行時的噪聲性能，采用B&K42通道振動噪聲測試分析系統(tǒng)，在車底靠近牽引電機位置處及車廂內(nèi)距地板1.5m處布置傳聲器捕捉噪聲信號，同時在牽引電機本體布置振動加速度傳感器捕捉振動信號。

三、階次分析

前面分析表明地鐵車輛牽引電機振動噪聲頻譜特征與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)倍頻關(guān)系，一方面牽引電機在運行中由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動切割磁力線而產(chǎn)生電磁振動噪聲，另一方面牽引電機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由于無法完全消除動不平衡、軸不對中等影響而產(chǎn)生機械振動噪聲。為進(jìn)一步了解牽引電機振動噪聲與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，選擇車輛啟動時間較長的一個路段工況（有坡道）進(jìn)行分析，提取牽引電機啟動過程中的轉(zhuǎn)速變化曲線，利用階次分析11對車底和車廂噪聲進(jìn)行研究。提取1、2低階次和噪聲相對較明顯的14、15階次數(shù)據(jù)并與噪聲總量級進(jìn)行對比?？梢钥闯鰺o論是車底還是車廂噪聲，牽引電機低階的噪聲量級小于高階次，且均顯著小于噪聲總量級（10dB（A）以上），考慮到測試噪聲數(shù)據(jù)不完全是牽引電機產(chǎn)生的，也包括其他噪聲源數(shù)據(jù)，因此，階次分析再次定性證明了牽引電機噪聲對該車底和車廂內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)有限，不是主要噪聲源的結(jié)論。

四、車輛牽引電機降噪措施研究

（一）降低電磁噪聲的方法

本研究認(rèn)為降低電磁噪聲的主要途徑有以下三個方面：（1）設(shè)計方面，在保證電機性能的前提下，對電機的風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化：采用葉片不均勻分布，避免風(fēng)扇產(chǎn)生噪聲頻率的疊加，從而降低噪聲;減小風(fēng)扇扇葉外徑，可以有效的降低噪聲。從結(jié)構(gòu)上不能將整周均進(jìn)行拓展，但至少可以將出風(fēng)角的部分?jǐn)U大，進(jìn)而達(dá)到減少排風(fēng)阻力的目的。同時因狹窄處是噪音的發(fā)生源，因此堵上不能拓寬的橫向排氣孔。（2）生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制方面，采用專用帶計數(shù)設(shè)備進(jìn)行保證線圈匝數(shù)準(zhǔn)確性。用專用漲型設(shè)備來保證線圈幾何尺寸一致性。三相繞組的直流電阻測量判斷三相繞組值、電流是否平衡對稱等。電機定子鐵芯、端蓋止口和軸承室等關(guān)鍵尺寸重點檢查，保證裝配后定、轉(zhuǎn)子同心度進(jìn)而保證氣隙均勻避免偏心。轉(zhuǎn)子鐵心與轉(zhuǎn)軸同心，保證氣隙均勻避免偏心。

（二）牽引電機電磁噪聲抑制策略

從車輛角度考慮牽引電動機電磁噪聲抑制問題，只要增加車體隔聲材料，加強車體的密封性能即可。對于馬達(dá)本體，請在以下方面采取措施以降低噪音：（1）配合轉(zhuǎn)子槽，因為不同槽中的組合馬達(dá)會產(chǎn)生不同階數(shù)的電磁波。（2）匹配、轉(zhuǎn)子溜槽處理、斜頂能有效減弱諧波磁場引起的附加扭矩和電磁噪音;（3）繞組形式，合適的繞組節(jié)距可有效降低電流諧波含量和電磁波振幅;（4）氣隙大小，適當(dāng)增加氣隙用于降低氣隙磁場密度，同時提高制造精度（保證氣隙磁場）的對稱性，降低徑向電磁波的振幅，從而降低電磁噪聲。但是，這些電磁噪聲抑制措施僅適用于車輛之前的設(shè)計階段。在車輛應(yīng)用過程中實施的話，改造周期長，成本高。本文主要從牽引電動機控制的角度討論電動機電磁噪聲的抑制，一個是抑制電流諧波，另一個是避免電流諧波引起的徑向電磁力和牽引電動機的模態(tài)頻率點引起的共振，在一定程度上可以更直接地實現(xiàn)噪聲抑制效果。

（三）降低機械噪聲的方法

降低機械噪聲的主要措施如下：（1）采用密封軸承結(jié)構(gòu)，防止雜物進(jìn)入軸承室;（2）選擇合適的軸承外圈與軸承室的配合、內(nèi)圈與軸的配合，不宜太緊。保證軸承外圈與軸承室的配合在合適的游隙范圍內(nèi);（3）確保電機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻，以及轉(zhuǎn)子的制造與安裝時的圓度和同心度合格。對轉(zhuǎn)子包括風(fēng)扇進(jìn)行動平衡校正。

（四）降低空氣動力噪聲的方法

降低空氣動力噪聲的主要措施如下：（1）對散熱良好或溫升不高的電機可取消風(fēng)扇，消除噪聲源;（2）風(fēng)扇設(shè)計厚薄均勻、無扭曲變形、間距均勻，且應(yīng)校動平衡;（3）電機設(shè)計中盡量減少風(fēng)道的障礙物，留有專用風(fēng)道，采用流線形風(fēng)道，風(fēng)道的截面變化不要突然。

五、結(jié)束語

牽引電機是地鐵車輛牽引系統(tǒng)的核心部件，也是車輛的重要噪聲源，尤其是在車輛啟動和制動過程中，不僅會通過結(jié)構(gòu)振動傳遞引起車廂地板、壁板振動輻射噪聲，還會由空氣傳播通過車體透射引起車內(nèi)噪聲。牽引電機電磁噪聲由于其頻譜具有離散性，往往表現(xiàn)為較尖銳刺耳，影響乘車舒適性，常常引起客戶投訴，因此，牽引電機的噪聲性能越來越受到關(guān)注。

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