摘 要：地铁列车的振动与噪声涉及到多个学科，是一个整体的系统工程。研究列车振动和噪声控制首先需要了解噪声产生机理和噪声单元的声贡献，从而了解所有振动和噪声的特性，进而加强地铁机车的噪声控制和预测，减小地铁列车噪声污染。阐述了地铁列车振动和噪声源的产生原理，列举了现如今地铁列车噪声预测的方法、列车噪声的测量技术和减振降噪技术。
关键词：地铁列车；振动；噪声测量；减振降噪
中图分类号：U239.5 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）05-0028-02
1 地铁列车振动和噪声源
要有效地减小振动和噪声，就必须研究振动和噪声产生的来源及每一个噪声源对总噪声的贡献量。
1.1 车外振动源和噪声源
地铁噪声主要由轮轨噪声、牵引噪声和空气动力噪声等组成。地铁噪声源取决于地铁列车实际的运行形式，地铁列车速度对噪声的辐射有很大的影响，在低速区域较低的范围内，主要以轮轨噪声为主导，其能量集中在800～2 500 Hz频率范围。而空气动力噪声则主要表现于地铁列车高速运行的情况下。
牵引噪声主要来源于牵引电机系统产生的噪声和冷却系统的风扇等设备运行产生的噪声。轮轨噪声则是最主要的铁路噪声源，其强烈地依赖于车轮和轨道表面的质量。轮轨噪声可以分成三类：滚动噪声、撞击噪声和啸叫声。
气动噪声强烈地依赖于地铁列车的运行速度，随车速以601～801 gv的幅度规律增加。当地铁列车进入隧道时，隧道内空气受到地铁列车头部活塞效应的造成强烈压缩，在隧道内产生压力波，从而使隧道内的空气动力噪声明显增大。
1.2 车内振动和噪声源
由于地铁列车车体结构较为复杂，车体中的噪声传递是很难分类去研究的，对其激励原理和响应因果原理也很难进行描述。所有影响车外声-振的声振源也同样会影响到车内的振动和噪声。地铁车体内部的噪声是各种机电设备噪声与外部入射声共同作用的集合，设备噪声主要是由车载空调、风机、空气压缩机、主变压器、主变流器等引起的噪声，外部入射声主要有轮轨噪声、空气动力噪声等。同时，车外的脉动压力也经常会引起车厢内部的气动噪声。
2 地铁列车噪声预测方法
2.1 预测方法
图1 车内噪声测点布置示意图
4 地铁减振降噪技术
振动和噪声的控制不仅是列车本身声学设计的问题，它还是一门复杂的现代技术，与车体轻量化设计、气密性研究、转向架设计、轮轨摩擦、线路质量、振动、隔声、减振结构和材料的选择、动力设备的设计安装等息息相关，并涉及到理论力学、流体力学、材料力学、空气动力学等学科，还涉及到摩擦阻尼技术、模态分析、能量分析、随机信号分析等新技术。国外地铁列车在声学技术的要求上已经比较规范，要求比较高，尤其在采用新材料、新结构方面来防治噪声、加强密封性的工程设计上比较成熟，也取得了一些研究成果。我国在近期才开
始全面发展地下铁道交通，在这方面的工作起步不久，技术和产品上还不十分配套。
4.1 地铁列车减振降噪
地铁列车高速运营产生的振动和噪声问题受到众多学者的关注。研究表明，噪声源主要由结构传递进入车内，在速度提高后，由于受气动噪声和集电系统噪声的影响，随着速度的提升，辐射噪声在高频范围内出现明显增长。当地铁列车提速运行，随着轮轨噪声贡献量的减小，空气动力噪声成为最主要的噪声。如果空气动力噪声不能减小，则地铁列车的噪声不会全局性地减小。当车速较大时，地铁列车声源的试验是十分困难的，因为这些声源通常是随机噪声，对这些声源的研究需要采用恰当的方法统计和处理。
4.2 轮轨减振降噪
目前，在地铁线路中减振降噪最常用的方式是在轨枕和轨道之间采用隔振设备，这样既可以保护轨枕，又可以减少振动和噪声。为了减小线路噪声的辐射，在轨道上安装铁路阻尼设备、减振扣件和新型的阻尼材料，线路上的减振扣件除了能减小直接噪声外，也能间接地减小由于表面不平而引起的噪声辐射。目前，广州地铁主要运用的减振扣件有从一号线起使用的GJ-Ⅲ型减振扣件、克隆蛋减振扣件，三至五号线中使用的先锋扣件和近期在四、六号线中使用较多的浮轨减振扣件。
车轮噪声的控制则主要是对车轮进行阻尼处理。轮对本身的阻尼是非常小的，实践中通过各种形式的轮对阻尼装置，减小车轮的噪声辐射水平。
综合上述研究现状，在工程应用中，目前多是单一采用减振降噪设备的办法，以弥补结构声-振设计方面的不足。如果将噪声治理集成于早期的设计阶段，则可以大大减少制造和营运成本。对于地铁列车的声-振特性，目前主要还在实验测试阶段。在声源特性的研究、结构声学设计（如双层加肋板结构、单层加肋板结构+内饰板结构、双层铝型材结构等）和隔振降噪方面技术储备明显不足，制约了地铁铁道交通的声学设计发展。
5 结束语
总的来说，地铁列车的声-振设计要从系统整体的角度进行综合考虑，将声学设计运用到列车结构及轮轨设计的每一个环节。加强对声源特性的研究与对结构声学设计和隔振降噪方面技术的认识，进而将噪声治理在早期的设计阶段做好，减少制造和采购减振设备的费用。从源头减小振动和噪声是减振降噪最有效的方式，同时，加强城市地铁的噪声控制及预测的规范和立法，是减小地铁列车噪声污染的有力保障。
参考文献
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〔编辑：王霞〕
Subway Train Vibration and Noise Source Analysis and Vibration and Noise Reduction Measures
Wu Gang
Abstract： The vibration and noise subway train involves multiple disciplines， is a whole system works. Train vibration and noise control research first need to understand the mechanism of noise and noise sound unit contribution to understand the characteristics of all the vibration and noise， noise control and predict further strengthen metro locomotives， subway trains to reduce noise pollution. Describes the generation principle subway train vibration and noise sources， is now listed subway train noise prediction methods， measurement techniques and train noise vibration and noise reduction technology.
Key words： subway train； vibration； noise measurement； vibration and noise reduction