关键词：电力机车；司机室；双层结构；减振；降噪；
分析和研究了影响驾驶室振动和噪声的各种因素。主要对双层隔声结构设计、密封结构设计计算、吸声材料及结构、减振设计进行分析，为驾驶室结构的减振降噪设计提供理论依据和设计建议。
一、司机室隔振与减振设计
1.隔振技术。隔振是控制固体声的一个重要方法，其基本原理是通过隔振结构将振源与基础隔开，或将与其他物体的近刚性连接改成弹性连接，以防止或减弱振动能量的传播，从而达到降低噪声的目的。表征隔振效果的物理量很多，而常用的是传递率T。传递率是通过隔振元件传递过去的力与总干扰力之比。司机室座椅一般是外购件，其振动问题没有受到重视。对司机室座椅的振动研究，目前还没有详细的报道。司机室减振降噪的目的主要是为了提高司乘人员的舒适性，座椅的形态、位置及隔振情况，在机车振动研究过程中也将是一个重要的方面。
2.阻尼减振技术。司机室蒙皮为金属薄板，当受到激振后，能辐射出强烈的结构噪声。控制这种结构噪声，司机室设计中常用的方法是尽量减少噪声辐射面，同时在金属结构上喷涂阻尼涂料，抑制结构振动减小噪声，即阻尼减振。主要是利用材料内损耗原理，当涂上阻尼材料的金属板面做弯曲振动时，阻尼层也随之振动，材料内部分子相互挤压、相互摩擦、相对位移和错位，使振动能量转化为热能而耗散掉。一般阻尼结构可分为自由阻尼层结构和约束阻尼层结构。约束阻尼结构是将黏弹性阻尼材料直接粘贴或涂在需要减振降噪的本体金属和一层刚性较大的约束层（如金属板、玻璃钢等）之间。当结构振动时，由于约束层的牵制，黏弹性阻尼层产生较大的剪切变形，因而能比自由阻尼层结构消耗更多的能量，减振效果更好，但其结构设计比较复杂，施工比较麻烦。阻尼减振还要能延长金属结构在振动环境中的使用寿命。经过阻尼处理的结构件，其损耗因子值增加，在共振频率下的放大因数下降，故能延长结构件的疲劳寿命。
3.减振复合板。在司机室的减振结构设计中，司机室地板及后墙的司机室一侧面板常采用减振复合板来提高减振性能，并在结构上与相应结构形成双层组合墙形式。复合地板通常由地板革、抗压泡沫、胶合板、隔音垫组成。下部的隔音垫选用具有非常优异的宽频隔声特性和高阻尼性的隔声材料。
4.司机室结构的抗振性设计。在司机室的减振降噪设计中，有必要将抗振性设计纳入司机室结构及部件设计之中，把振动控制技术融入轻量化、气密性、各种材料及结构的优化设计之中，以提高司机室结构的抗振能力，更有效降低车体的振动和噪声。通过采用合理的零部件截面形状和采用加强肋等方法、采用具有减振要素的连接焊缝、增加接合面间的摩擦阻尼等方法，来提高机车的动刚度，从而有效地降低车体结构的振动和噪声。司机室内各设备柜的柜门粘贴防振垫，设备在工作时如产生振动的，在设备与车体间应安装隔振器，且隔振器的设计一定要按照振源的频谱特性，选择振源离散谱中主要频率分量的最低频率进行隔振设计。例如，在司机室钢结构设计中，如果刚度设计不当，会引发车体或车体局部结构与转向架在运行过程中出现共振，从而产生振动噪声。在完全装好设备的状态下，车体的固有振动频率与转向架的固有振动频率之比不能为整数倍，否则车体与转向架在运行过程中出现共振。因此在设计车体结构时，使其一阶垂直弯曲自振频率大于10 Hz，同时避免车体的局部刚度过弱，以免产生局部的共振。
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二、司机室双层结构隔声设计
1.双层结构中声桥对隔声量的影响。双层结构和单层结构一样，也有吻合效应和频响，为避免吻合时隔声性能下降，可采用面密度不同的结构，使二者的临界吻合频率错开。对双层板隔声来说，其共振频率对双层板的隔声性能有较大的影响，共振频率越高，隔声性能越差，因此应尽量降低共振频率。在具体应用中，可采取在薄板上涂阻尼涂料或增加两结构层之间的距离等来弥补共振频率下隔声的不足。但为了提高双层结构的刚性，及减小振动载体表面产生的声辐射，对振动载体的表面常采用加肋的方法，将其分割成几个较小的面积来达到抗振降噪的效果。但这些刚性连接的存在，前一层结构的声能将通过刚性连接（亦称声桥）传到后一层结构，使中间层的隔声量受到严重影响。双层薄板的透声有两条途径，一是通过中间空气层的声振耦合，主要在低频降低隔声性能；二是通过声桥的振动耦合，主要在高频降低隔声性能。产生声桥效应有多种连接方式，如点线、线线、点点连接，对各种连接方式有不同的隔声量，如点点连接可能比线线连接隔声量大10 dB。另外，采用不同材料厚度、间距和形状的肋，也可改变双层结构的隔声量。双层结构采用不同材料时，如果是一层面密度较大、一层面密度较小，那么设计时应将材料面密度较小的一层对着噪声源一侧，这样可降低面密度较大的一层声辐射，提高双层结构的隔声效果。
2.强迫振动对双层结构隔声量的影响。司机室顶盖上一般安装有风笛，风笛分高音和低音，其影响为间歇性的，但峰值高，影响大。高音风笛噪声能量集中在500~8 000 Hz范围内，低音风笛噪声能量集中在250~8 000 Hz范围内，为人的听觉敏感频带，且声级值很高，达到120 dB(A)以上。当拉响风笛时，相当于在顶盖上施加了一强迫振动。在振动源激励下，金属薄壁结构由于阻尼小，容易产生共振而辐射强烈的噪声。为降低该影响，常可以通过在薄板上加肋增加劲度的方法，提高板的固有振动频率，降低板的表面振动速度和声辐射。为了有效降低司机室噪声，除采用强指向性风笛装置外，还可在顶盖蒙皮上增设加强肋，并在结构上对肋进行挖孔处理，形成结构阻抗的不连续性，从而有效地减小振动向司机室的传递。加肋蒙皮同时与内饰多孔板构成双层组合墙形式，如HXD1型电力机车司机室顶盖加强肋就采用了这种挖孔的结构，能有效地减小振动的传递。
三、司机室减振降噪设计建议
1.进一步加强司机室内密封性。司机室密封性是降低司机室内噪声的第一步，也是基础的一步，只有在提高司机室内密封性的基础上，再添加吸声材料，进行隔声处理。要尽量避免在墙的交界处留孔洞或缝隙。
2.增加吸声处理，适当地减少隔声处理。从现有司机室内吸声、隔声和阻尼处理的比例来看，阻尼和质量双层隔声占声学处理重量的绝大部分。新的趋势是改变这种重量比例分配，在不影响声学效果的前提下，减轻声学处理的总重量。其中一种思路是增加吸声处理，同时适当地减少隔声处理。因为吸声材料其重量增加有限，而隔声材料质量重，适当减少隔声材料可以大幅度地减少重量。
3.将抗振性设计纳入司机室结构及部件设计之中，提高司机室结构的抗振性能，从而有效地降低车体结构的振动和噪声。
4.司机室双层结构间，为提高其刚度，不可避免地焊接有加强肋，这些加强肋同时具有声桥的作用，为有效地增加其隔声量，肋板可采用挖孔的L型肋板结构，尽可能地在双层结构间形成点点或点线连接形式，以减小声能的传递，增加双层结构的隔声效果。
总之，司机室座椅的振动问题，也应当列入到司机室减振降噪方案之中，进一步完善机车车体的设计规范。
参考文献：
［1］张宏宇，浅谈电力机车司机室减振降噪设计.2018.
［2］刘天宇，探讨电力机车司机室减振降噪设计研究.2019.
论文作者:梁百发
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/29
标签：结构论文; 司机论文; 阻尼论文; 隔声论文; 噪声论文; 减振论文; 车体论文; 《科学与技术》2019年20期论文;