摘要：随着社会经济的不断发展，地铁成为市民出行的主要交通工具之一，但是地铁行驶时产生的巨大噪音，让乘客的乘坐体验大幅降低，这一现象生成的主要原因便是地铁钢轨与车轮之间磨耗的相互作用。因此，降低地铁运行时产生的噪音成为了地铁运行管理部门最需要的克服的技术问题之一。那么，本文就以探索地铁钢轨与车轮磨耗时噪音的产生原因为主要内容，继而提出相应的降减措施，避免噪声对客室内的影响，提升乘客的出行体验。
关键词：地铁；轮轨磨耗；轮轨噪声；噪声控制
科技的发展和进步，促使着人们对日常出行的品质提出了新的要求，而地铁作为城市中主要的交通工具，其自身运行时产生的噪音对人们的出行质量造成了极大的影响，降减地铁运行噪音成为了地铁管理部门当前最需要解决的技术问题，也是依靠地铁出行的市民最为关注的事件之一。那么，笔者就以西安地铁2号线为实际案例进行分析，通过检测数据得出控制地铁钢轨与地铁车轮磨耗而生成的噪声。
一、西安地铁2号线运行时噪声分析
轨道型列车在运行时产生的噪声一般可分为三类：轮轨噪声、牵引噪声、气动噪声，以上三种噪声的发声原因都与车辆运行时速有关，其中以牵引噪声和气动噪声最为典型，牵引噪声指车辆在起步阶段发动机带动车辆前进而发出的噪声，此时车辆的行驶速度一般在35km/小时以下，牵引噪声的发生具有显著的特点，噪声具有一定的节奏感，声音会随着车速的提升而逐渐减低，直至消失。气动噪声是指车辆高速运行时与气流碰撞产生的噪声，持续时间长，一般在车速达250km/小时以上时才能产生。而轮轨噪声顾名思义，便是车辆在运行时车轮与轨道的相关作用而产生的噪声，随着车速的提升噪声会发生变化，噪声的分贝会逐渐提高，并且频率由最初的阶段性变成持续性[1]。
西安地铁2号线于2011年9月16日正式通车，运营至今已有8年，其全程共26.133km，最高时速可达到80km/小时，日均正常运行速度为75-80km/小时。由此可知，2号地铁的噪声成因可排除需要高速运转至250km/小时以上的气动噪声，而牵引噪声和轮轨噪声是主要的噪声源。并且经过官方的乘客采访，普遍乘客认为2号地铁在起步阶段后的1分钟内噪声是最大的，声音极为尖啸刺耳，并且中间还掺杂着一些滚动噪声。所以由乘客的反馈可知，地铁在运行1分钟的时候属于提速阶段的末期，运行时速一般在50-60km/小时，因此，牵引噪声也可以被排除。同时在乘客的反馈中也提到的噪声的发声形式，极为尖啸刺耳，并且带掺杂着滚动噪声，这完全符合了轮轨噪声的特征。
尖啸噪声是指列车沿曲线运行时，由于车轮挤压外轨发生摩擦及滑动而产生的噪声，主要在小半径曲线线路上产生[2]。西安地铁号线总行26.133km，正线最小曲线半径 350m，辅助线最小曲线半径 130m，共设置≤450小半径曲线20条，地铁二号线 21 个车站，全部为地下站，所以尖啸噪声的确会对西安2号地铁运行造成影响。滚动噪声是当车轮踏面和钢轨顶面存在凹凸不平顺时，钢轨与车轮间受迫振动而产生的噪声[3]。西安地铁2号线，运行频率极高，并且站点较多，经长时刹车磨损，轨道顶面产生一些凹凸不平实难避免。由上述分析，初步确认西安地铁2号线噪声主要为尖啸噪声和滚动噪声。
二、噪声测量
此次测量的主要目的便是了解轨道打磨前后与车镟维修前后噪声的发声频率、分贝、质量间存在的差距，继而形成具体的数据信息，找到最佳的噪声处理形式。
（一）车内噪声测试
测试列车为6节编组的B型车，具上次轨道维护间隔1个月。应用测试装备为SCM05 振动噪声测试系统。车内测点根据 ISO 3381—2005 《声学-轨道机车车辆内部噪声测量》的要求布置。测点安装在车厢内距地板 1.5 m 高处。车辆中心线与车门中心线交点处安装 2 个传声器，乘客座位附近安装 3 个传声器。测试阶段便设立在立水桥站与北苑站直接，运行速度为65-70km/小时。测试分为两个阶段进行，分别是轨道打磨前后，以及车镟维修前后[4]。
（二）测试结果
西安地铁2号线的噪声测试数据：
1、车厢内各测点的噪声频谱变化规律相似，低频范围内的声压级相对较小，400 ~ 1250 Hz 范围内声压级较大，高频范围声压级逐渐降低。
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2、通过各测点不同工况噪声对比发现，对钢轨进行打磨后各测点噪声在 400 ~ 1250Hz 范围内有所降低，同时对整车镟维修后，各测点噪声在 400 ~ 1 250 Hz 范围内也有降低，但降噪效果比仅仅打磨轨道要好很多。
由此可知，降减地铁运行噪声发声的主要措施便是对轨道与车轮的日常维护工作。
三、相关检修与降减噪声分析
（一）地铁车轮耗损检测
列车的长时间运行，会导致车轮受压变形，增加与轨道的表面磨损，进而研发噪声的加剧，因此在为地铁车轮进行检测的时候，需要重点关注以下几点：车轮表面磨损、车轮圆度状态。这两点是地铁车轮与地铁钢轨长时间磨损最容易发生便变化的关键。一般情况下车轮与轨道踏面造成的耗损值为12~50mm，车辆以v = 80 km/h 的速度在光滑钢轨上运行，振动源波长λ 为 12 ~ 50 mm，根据振动频率公式 f = v/λ 计算可得，车轮磨损造成的噪声频率 f 范围为444.4 ~1 851.6 Hz，为中高频段；而由实车测得的噪声变化较为明显频段为 444.4 ~ 1 234.4 Hz，与计算结果吻合。轮对镟修后，灰白交替状的磨损消失，噪声总声压级也平均降低了 3.81 dB（A）。这说明轮对磨损是噪声产生的原因之一[5]。
（二）轨道检测
地铁轨道的曲线部位是尖啸噪声发声的主要区域，另外轨道顶面的凹凸是造成滚动噪声的发生条件。所以在进行钢轨检测时需要对这两点给予高度重视。另外，在轨道检修时会发现一些波浪形的磨损，其长度和痕迹均没有顾虑规律可言，但唯一的共性便是每两处痕迹之间的间距大约为17-48mm之间，同样以上文中测量车轮的公式进行运算，那么可以得知，噪声的成因与钢轨的磨损是有直接关系的。
四、降减噪声的主要策略
（一）对车轮镟削，获得适当的表面光洁度和外形尺寸通过调节摩擦系数和控制外形，不仅控制了磨损、波浪磨耗的形成、列车轰鸣、轮缘磨耗噪声和车轮的尖叫声，而且还可减小轮轨间的转向力，使轮对的蛇行和车体的摆动最小化，从而减少了令人讨厌的噪声和振动。
（二）选择适合最小曲线半径的轴距，因为曲线运行噪声直接与车轮运行方向和曲线之间的夹角有关，其临界角为0.3°，超过时就会出现噪声。而轴距的大小直接影响夹角的大小，西安地铁2号线正线最小曲线半径为350m，所以B型车可以选择转向架轮对轴距为2.0、1.8L（m）的产品。
（三）采用合适的轨道扣件和道床，可以明显地降低振动。杭州地铁1号线针对不同地段减振降噪要求，整体道床分为DTⅥ2-1 型一般整体道床、压缩型扣件中等减振道床、道床垫高等减振道床和钢弹簧浮置板特殊减振 整体道床等4种形式，现场动测减振效果显著，达到了国家环境保护要求。采用弹性短轨枕式 道床可降低振动噪声10dB（Α），对于特殊地段，可能效果更好。
结束语
总而言之，地铁运行噪声对乘客的乘车体验有着极大的影响，地铁作为城市中受众度最高的交通工具，其自身所承担的服务内容，不仅仅是运输和安全保证，也应该包括属实的环境。目前，我国地铁的布设城市多为一、二线城市，人们的生活压力极大，地铁出行是人们生活工作中必不可少的环节，所以降低地铁运行噪音的影响，提高人们地铁出行的舒适度，是当前地铁运行管理部门应做出的改善之一。
参考文献：
[1]谢建平，杨坤，刘军.地铁钢轨与车轮磨耗对客室内噪声的影响[J].城市轨道交通研究，2018，21（3）.
[2]曹洪凯，周业明，关庆华，等.地铁车轮磨耗及其对轮轨匹配状态的影响[J].城市轨道交通研究，2017，20（11）：17-20.
[3]刘志远，高纯友，阴晓铭，等.北京地铁14号线车辆振动和噪声异常原因分析及改善措施[J].城市轨道交通研究，2018，21（7）.
[4]张璘，刘佳欢，张军，等.地铁直线段轮对横移量对轮轨磨耗的影响[J].大连交通大学学报，2017，38（5）：11-14.
[5]张凯轩，宫岛，周劲松.钢轨波磨对地铁车内噪声影响的试验研究[J].机械设计与制造工程，2018，47（5）：119-122.
论文作者:李敏刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：噪声论文; 地铁论文; 车轮论文; 钢轨论文; 磨耗论文; 轨道论文; 磨损论文; 《基层建设》2019年第14期论文;