快速軌道交通系統(tǒng)的輪軌噪聲控制 噪聲，特別是高頻輪軌尖叫噪聲，給快速軌道交通系統(tǒng)帶來了許多問題。輪軌噪聲的產(chǎn)生主要取決于軌道－車輛的匹配和運(yùn)行狀況。研究表明，曲線區(qū)段的輪軌尖叫噪聲85％是由于車輪踏面在曲線上滑動(dòng)摩擦所致。這些滑動(dòng)摩擦引起的高頻振動(dòng)經(jīng)過車輪輻板傳播而產(chǎn)生尖叫噪聲。 日本地鐵和通勤鐵路的輪軌噪聲，主要是由于在曲線上輪緣與鋼軌、輪緣背部與護(hù)軌接觸、車輪擦傷、鋼軌波磨所致。尖叫噪聲多發(fā)生在半徑≤160m的窄軌鐵路（1067mm）。在引入軌頂水霧降噪系統(tǒng)之前，曾經(jīng)使用水來降低輪軌噪聲，但同時(shí)帶來了排水問題，并導(dǎo)致線路翻漿冒泥、線路幾何狀態(tài)惡化。后來也用油脂來降噪，但也帶來了車輪擦傷和鋼軌波磨問題。 在美國匹茨堡輕軌鐵路，小半徑曲線多，坡度大。最小曲線半徑25m，坡度高達(dá)9％。在這樣的曲線上，左右車輪在內(nèi)外軌上的位移差高達(dá)5.5m，加之該輕軌網(wǎng)1587mm的寬軌距和2100mm固定軸距、實(shí)心車軸的剛性轉(zhuǎn)向架，通過曲線時(shí)，使得車輪必須在外軌上滑動(dòng)以彌補(bǔ)內(nèi)外輪的滾動(dòng)位移差。這種滑動(dòng)造成車輪產(chǎn)生高達(dá)100dB甚至更高的高頻尖叫噪聲。此前，曾經(jīng)使用過吸聲毯來解決輪軌尖叫噪聲問題，但沒有成功。也曾經(jīng)使用過噴水系統(tǒng)，但由于銹蝕問題，也失敗了。 軌頂水霧降噪系統(tǒng)的研究始于美國20世紀(jì)90年代中期，該系統(tǒng)在鋼軌頂面噴出微米級(jí)的薄霧，水蒸發(fā)后，在輪軌表面形成干燥的薄膜。該薄膜不同于傳統(tǒng)的潤滑劑，它可產(chǎn)生0.35的摩擦系數(shù)，而傳統(tǒng)的油脂潤滑劑僅產(chǎn)生0.21的摩擦系數(shù)。軌頂水霧降噪系統(tǒng)可以利用既有路旁供水設(shè)施，節(jié)約資金。 為檢驗(yàn)美國Kelsan技術(shù)公司研制的這個(gè)系統(tǒng)的降噪效果，日本都市運(yùn)輸管理局在1條坡度3％、半徑160m的輕軌線路曲線上進(jìn)行了試驗(yàn)（圖1）。試驗(yàn)結(jié)果表明，未使用該系統(tǒng)前，可明顯聽到輪軌踏面接觸、輪緣與鋼軌接觸、輪緣背部與護(hù)輪軌接觸而產(chǎn)生的3種聲音。使用該系統(tǒng)后，輪緣與外軌接觸產(chǎn)生的3.15kHz高頻尖叫噪聲由78.7dB降到了69.8dB, 降低了8.9dB；輪緣背部與護(hù)軌接觸產(chǎn)生的6.3kHz高頻尖叫噪聲由72.6dB降到了63.1dB，降低了9.5dB（圖2）。
美國匹茨堡地鐵地面線路有一段半徑91～183m、坡度8％的曲線，混凝土平交道口處在曲線的中部，臨近有多撞公寓。在安裝軌頂水霧降噪系統(tǒng)前，該區(qū)段的噪聲高達(dá)100dB以上。安裝系統(tǒng)之后，噪聲已降到80dB，粘著牽引力并未降低（圖3）。 紐約地鐵系統(tǒng)在小半徑曲線區(qū)段和車站附近亦安裝了該系統(tǒng)，噪聲已由95～100dB降低到75～80dB。紐約世貿(mào)大廈站曲線半徑僅35m，噪聲高達(dá)115～120dB安裝該系統(tǒng)后，噪聲已降低到85dB。在“9.11”事件之后，重裝了該系統(tǒng)，噪聲繼續(xù)得到有效控制，噪聲控制區(qū)段也由152m增加到了450m。 盡管系統(tǒng)的使用是否會(huì)使鋼軌磨耗減少的結(jié)論尚未得出，但輪軌橫向力卻大幅度降低。 用測力輪對(duì)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行的輪軌橫向力測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可減少一半的輪軌橫向力。在北美的不列顛哥倫比亞鐵路（現(xiàn)由加拿大國營鐵路經(jīng)營）、伯林頓北方圣菲、諾福克南方、聯(lián)合太平洋等幾條重載鐵路中的試驗(yàn)也表明了同樣的結(jié)果，曲線上的輪軌橫向力最多可降低50％，但并沒有降低粘著牽引力和制動(dòng)力。美國東部快速軌道交通系統(tǒng)也在不斷收集相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 目前，在日本已安裝有30臺(tái)路旁軌頂水霧降噪系統(tǒng)。經(jīng)過4年的使用，證明降噪效果良好，曲線區(qū)段的粘著牽引力亦沒有降低。為了防止浪費(fèi)，該系統(tǒng)還安裝有雨天開關(guān)裝置。盡管系統(tǒng)運(yùn)行良好，但日本鐵路已著手試驗(yàn)車載軌頂水霧降噪系統(tǒng)，這樣可使所有的曲線區(qū)段的噪聲得到控制。 水霧降噪系統(tǒng)的試驗(yàn)和應(yīng)用結(jié)果表明，在輪軌接觸面形成的薄膜可保持輪軌間的摩擦系數(shù)，這使得在沒有降低輪軌粘著牽引力和制動(dòng)力的情況下，降低了由于輪軌滑動(dòng)摩擦引起的振動(dòng)和尖叫噪聲。依照系統(tǒng)的使用情況不同，降噪效果一般在10～15dB，好的可達(dá)20dB。參考文獻(xiàn)1Controlling Wheel Squeal OnRapid Transit Systems. Interna-tional Railway Journal.2004(10)
美國匹茨堡地鐵地面線路有一段半徑91～183m、坡度8％的曲線，混凝土平交道口處在曲線的中部，臨近有多撞公寓。在安裝軌頂水霧降噪系統(tǒng)前，該區(qū)段的噪聲高達(dá)100dB以上。安裝系統(tǒng)之后，噪聲已降到80dB，粘著牽引力并未降低（圖3）。 紐約地鐵系統(tǒng)在小半徑曲線區(qū)段和車站附近亦安裝了該系統(tǒng)，噪聲已由95～100dB降低到75～80dB。紐約世貿(mào)大廈站曲線半徑僅35m，噪聲高達(dá)115～120dB安裝該系統(tǒng)后，噪聲已降低到85dB。在“9.11”事件之后，重裝了該系統(tǒng)，噪聲繼續(xù)得到有效控制，噪聲控制區(qū)段也由152m增加到了450m。 盡管系統(tǒng)的使用是否會(huì)使鋼軌磨耗減少的結(jié)論尚未得出，但輪軌橫向力卻大幅度降低。 用測力輪對(duì)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行的輪軌橫向力測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可減少一半的輪軌橫向力。在北美的不列顛哥倫比亞鐵路（現(xiàn)由加拿大國營鐵路經(jīng)營）、伯林頓北方圣菲、諾福克南方、聯(lián)合太平洋等幾條重載鐵路中的試驗(yàn)也表明了同樣的結(jié)果，曲線上的輪軌橫向力最多可降低50％，但并沒有降低粘著牽引力和制動(dòng)力。美國東部快速軌道交通系統(tǒng)也在不斷收集相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 目前，在日本已安裝有30臺(tái)路旁軌頂水霧降噪系統(tǒng)。經(jīng)過4年的使用，證明降噪效果良好，曲線區(qū)段的粘著牽引力亦沒有降低。為了防止浪費(fèi)，該系統(tǒng)還安裝有雨天開關(guān)裝置。盡管系統(tǒng)運(yùn)行良好，但日本鐵路已著手試驗(yàn)車載軌頂水霧降噪系統(tǒng)，這樣可使所有的曲線區(qū)段的噪聲得到控制。 水霧降噪系統(tǒng)的試驗(yàn)和應(yīng)用結(jié)果表明，在輪軌接觸面形成的薄膜可保持輪軌間的摩擦系數(shù)，這使得在沒有降低輪軌粘著牽引力和制動(dòng)力的情況下，降低了由于輪軌滑動(dòng)摩擦引起的振動(dòng)和尖叫噪聲。依照系統(tǒng)的使用情況不同，降噪效果一般在10～15dB，好的可達(dá)20dB。參考文獻(xiàn)1Controlling Wheel Squeal OnRapid Transit Systems. Interna-tional Railway Journal.2004(10)
