高速轨道交通减振降噪材料的分析与发展动向.pdf
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1、1 高速轨道交通减振降噪材料的高速轨道交通减振降噪材料的分析分析与发展与发展动动向向 吴驰飞 1 李滨耀 2 杨军 3(1.华东理工大学 材料科学与工程学院,上海 200237;2.长春应用化学研究所,吉林 长春;3.株州时代新材料股份有限公司,湖南 株洲 412001)摘要摘要:在高速列车的振动和噪声发生机理的基础上,提出了高速轨道交通减振降 噪的其本思路,分析了高速轨道交通的减振降噪材料的使用情况。重点介绍高分 子小分子杂化系高阻尼新材料的研发现状,并对我国高速列车用减振降噪材料今 后的研发工作提出了一些建议。关键词关键词:高速;轨道交通;减振降噪;阻尼材料 0 0 引言引言随着轨道交通的
2、高速化,列车运行所引起的振动噪声会更加剧烈,而且高速 轨道交通线路要穿越许多城市,其振动与噪声不仅给车厢内旅客带来不适,而且 还严重干扰沿线居民的正常生活,甚至影响附近学校、科研院所及医院、银行等 的正常运行。国外开发高速轨道交通的经验表明:应用减振降噪产品,不仅可减轻车辆、轨道、电气设备的疲劳、磨耗,减少维修费用,而且还可减少振动与噪声对沿线 居民、建筑物的影响。为此应积极借鉴国外的成功经验,大力研究具有自主知识 产权的减振降噪技术及开发有关产品。1 1 振动和振动和噪声的发生噪声的发生及及减振降噪的方法减振降噪的方法 国家高技术研究发展专项(2002AA333020)经费资助 11 振动噪
3、声的产生 列车运行时所发生的噪声主要有牵引电机、通风机以及压缩机等设备的运转 噪声;轮轨之间的滚动、摩擦、冲击噪声;受电弓与接触导线之间的摩擦、放电 噪声;轨道、构造物以及地基等发出的辐射噪声;列车运行时的气动噪声等。12 减振降噪原理 噪声是以空气为媒体传递,振动是通过固体传递的,虽然两者传递途径不同,但都是振动。都可以通过隔离或吸收振动来缓和。这样,减振降噪技术可以分为 隔振、吸振、隔音、吸音 4 个方面。针对不同的振动应选择合适的防振方法。例 如,欲减少牵引电机、通风机以及压缩机等设备的振动噪声及轮轨之间的滚动、冲击、摩擦噪声,通常采用橡胶减振器等弹性连接、弹性吊挂的隔振技术较为有 效。
4、而在车厢内为了减少来自车底下的噪声和气动噪声以及车体振动所辐射的噪2 声,应在不同部位分别采用吸振、隔音、吸音技术。防振、消音材料应根据其作 用不同而进行设计。1.3 减振降噪方法 减振降噪最有效的方法是控制振源与声源;其次是隔断振动与噪声向周围的 传递;第 3 是沿线住宅的防振、防音处理,如图 1 所示。高速轨道交通的减振降 噪涉及到车辆和线路的设计、减振降噪材料的使用及土建施工等许多领域,是一 个复杂的系统工程。以下主要介绍减振降噪材料的使用。声源对策 车辆 轻量化 减振器和阻尼、隔音、吸音材料的使用 轨道 轨道光滑化 降低轨道支座的弹簧常数 阻尼、吸音材料的使用 构造物 增加质量和刚度
5、设置动态吸振器 免振基础 传递对策 地基 振动隔离处理 空沟 地下墙 接收对策 房屋 防振吸音处理 图 1 高速轨道交通的减振降噪措施 2 2 高速轨道交通中的高速轨道交通中的减振降噪材料减振降噪材料 减振降噪材料不但要有良好的吸振性能,还必需安全、耐久、容易施工、便 于维修保养、轻量、少占空间,此外也应具备阻燃等性能,成本低。高速轨道交 通用减振降噪材料如表 1 所示。表 1 高速轨道交通系统所用的高分子减振降噪材料 部位 产品 材料 各种防振橡胶 天然橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶 各种阻尼材料 丁基橡胶 弹性车轮 三元乙丙橡胶 制振车轮 丁基橡胶 车辆 制振导电弓架 丁基橡胶、聚氨酯3 制
6、振弓头 丁基橡胶、聚氨酯 轻量车体 碳纤复合材料 车辆表面材料 聚氨酯、聚氯乙烯树脂 轨道垫 丁苯橡胶、聚氨酯、三元乙丙橡胶 砂石底板 再生橡胶、丁苯橡胶 混凝土板垫 再生橡胶、丁苯橡胶 枕垫 聚氨酯、丁苯橡胶 轨道制振材料 丁基橡胶 低弹簧常数联结装置 天然橡胶 轨道吸音材料 环氧树脂 透明隔音板 聚碳酸酯树脂、丙烯酸酯树脂 干涉型消音材料 聚氯乙烯、聚丙烯 混凝土板防振体 天然橡胶 交义口橡胶板通道 天然橡胶、丁苯橡胶、再生橡胶 防振型枕 碳纤复合材料、氯丁橡胶 线路 地基振动隔离材料 天然橡胶、聚氨酯 防振接触导线架 丁基橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶 轻量接触导线架 碳纤复合材料 制振接
7、触导线柱 天然橡胶、丁苯橡胶 接触 导线 钢管制振材料 天然橡胶、丁苯橡胶、再生橡胶 非约束型阻尼材料 丁基橡胶 磁性复合阻尼材料 丁基橡胶 制振钢板 硅橡胶 免振支承 聚氨酯、天然橡胶 桥梁 动态吸振器 天然橡胶 3 3 高速列车减振降噪材料高速列车减振降噪材料的使用分析的使用分析 振动与噪声都是列车运行时发生的,所以对车辆采取减振降噪措施最为有效。日本在新干线车辆上采用了很多减振降噪技术。图 2 为 500 系的降低车内噪声的 对策。随着车速的提高,气动噪声将成为主要声源,所以减少车辆断面尤为重要,;减轻车体重量(如采用铝合金或碳纤复合材料作车厢外壳)可减少地基振动与构 造物噪声;提高车轮
8、踏面的光滑度,一定程度上 可减少车轮滚动噪声。但上述各 项措施的效果都有一定的限度,如减少车辆断面限制了载人数量。因此,开发性 能优良的减振降噪材料的就显得尤为重要。4 图 4 日本新干线 500 系车辆降低车内噪声的对策 3.1 振动隔离材料(1)弹性车轮 为降低轮轨之间的滚动噪声和减少车厢内的振动,可在内轮与外轮之间放置 橡胶弹性车轮,但受橡胶耐热性、耐久性的限制,仅用于速度不高的列车上。最 近随着高性能橡胶的研制成功,国外开始探讨在高速轨道交通上的应用。(2)橡胶减振器 高速列车用橡胶减振器按其功能可划分为:防振支承。主要设置在振源与其他构造体之间,隔离来自振源的振动。空气弹 簧是一种特
9、殊的防振支承,它的防振性好,容易控制。轴承缓冲橡胶。主要用于吸收冲击。橡胶联轴节。主要用于吸收驱动轴的扭振。动态吸振器。主要用于除去特定频率的振动。株州时代新材料股份有限公司目前已能生产列车用橡胶减振器,并在国家 863 项目的资助下正着手研发高速列车用各种橡胶减振器。3.2 吸振材料(1)吸振车轮 弹性车轮主要用于隔离或缓冲轮轨间的冲击,但并没有吸收振动。国外正在 研究车轮外侧粘贴阻尼材料的吸振车轮,但由于对低频振动的吸收效果并不理想,尚未投入使用。为防止列车高速运行时阻尼材料脱落而引发事故,阻尼涂料的研 发变得更为迫切。5(2)阻尼涂料 为便于施工,避免列车运行时阻尼材料的脱落,日本 CC
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