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1、261效果。钢轨吸振器是阻尼弹簧结合的振动系统，吸振器吸收和消散振动能量。吸振器用夹子固定在钢轨上，根据要求优化吸振器，在某一频率范围可把振动能转化为热能，从而降低钢轨的振动。1钢轨振动阻尼吸振器钢轨振动阻尼器可降低轮轨啸叫声，但有些学者认为，这与轮轨产生啸叫声的理论相悖，因为啸叫声主要是由车轮发出的，而钢轨的啸叫声成分相对要小得多。但使用钢轨振动阻尼器可减小钢轨振动噪声的辐射。当车辆轮滚过钢轨顶面时，由于钢轨腹板的厚度较薄，轨腰产生振动，这一振动向空气辐射，从而产生噪声。为了最大限度地减小钢轨腹板振动引起的噪声，在钢轨腹部粘贴减振橡胶，一般是在钢轨腹部粘上钢板后再粘上一钢板，以增加振动质量，
2、起到衰减作用。要求使用高阻尼橡胶，从而增大振动衰减作用，达到降噪目的。轨道阻尼是在钢轨两侧的轨颚、轨腰和轨底上面设置由高阻尼材料和约束层构成的阻尼复合板。高阻尼材料有液体和固体阻尼材料两大类，具有较高的损耗因子，可达30%50%，而一般橡胶只有2%5%左右的损耗因子。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，即宽频带减振效果。根据模拟试验结果和国外有关资料显示，钢轨减振对于直线段滚动噪声可降低36dBA，对于曲线路段啸叫噪声可以降低912dBA。粘贴式钢轨振动阻尼吸振器如图9-32所示，其原理是利用与轨腰粘接的橡胶、钢板，起到吸振作用，阻止轨腰振动的噪声辐射。申通公司对钢轨吸振器的减振降噪性
3、能进行了试验，在上海轨道交通3号线中山公园站铺设了试验段，如图9-33所示。测试结果表明，使用阻尼的钢轨对道床、基础的振动没有影响；但阻尼钢轨对钢轨的垂向振动加速度减低27. 4%28.1%。在频率315 Hz以下，阻尼钢轨没有明显降噪效果，在500Hz以上侧面阻尼钢轨降噪效果为06.6dB；在侧面加底面阻尼钢轨降噪效果为07.6dB，声级测试结果噪声降低为34. 5dB。 图9-32钢轨振动阻尼吸振器图 图9 33上海3号线中山公园站线路设置的钢轨阻尼吸振器试验段262 2悬挂式钢轨吸振器吸振器是调谐的弹簧一质量机械振荡器，根据吸振器装置点的共振频率，吸振器产生较高的机械阻抗，从而降低振动响
4、应。如将吸振器调谐至与系统共振频率相一致，原先较大的共振就会分解成两个较小的共振。在吸振器中的阻尼材料吸收调谐频率区段的振动能量，而且阻尼材料具有较宽的频率影响范围，使用后能有效地降低系统的振幅。2000年，美国国家研究院交通运输研究部(TRANSPORTATION RESEARCHBOARD, NATIONAL RESEARCH COUNCIL，USA)对车轮吸振器和钢轨吸振器的效果进行了试验研究。钢轨吸振器如图9-34所示，车轮吸振器如图9-35所示。图9-34有砟轨道上的钢轨振动吸振器图9-35 VSG车轮吸振器美国铁路在RE115钢轨上安装吸振器后，发现由于吸振器质量的影响，钢轨的模态
5、频率发生变化。但安装吸振器后，钢轨的振动衰减率增大。在直线区段安装吸振器后同时发现，安装吸振器后，由于吸振器铁板的振动，使得车底和轨道旁的噪声增大。未装吸振器、车轮安装吸振器、钢轨安装吸振器、车轮和钢轨都安装吸振器，但噪声相差不大，在某些频率，安装吸振器后的噪声反而增大。但列车通道后，噪声的衰减很快。曲线轨道安装吸振器可有效降低钢轨的横向振动速度，从而较为有效地降低列车通过曲线时的啸叫噪声( Rail squeal noise)。安装车轮吸振器后，在频率大于1 000Hz的钢轨横向振动频率反而增大，但安装钢轨吸振器后，频率大于50 Hz的钢轨横向振动频率都明显下降。安装钢轨吸振器后，在低频区段
6、，噪声强度基本不变，在频率2002 500Hz范围内，轮轨噪声明显下降，频率大于2 500Hz的噪声反而有所增大。综合分析钢轨吸振器的性能与其结结构形式，认为悬挂式钢轨吸振器安装方便，成本较低，但由于其性能所致，一般在曲线轨道上使用较为合适。3钢轨调谐质量阻尼系统欧洲铁路在采取减振降噪措施时，采用调谐质量阻尼系统(Tuned Mass-Dampe-TMD),如图9-36所示。在采用此种吸振器时，一种是在钢轨全长是粘贴，另一种是只在两钢轨支点当中0. 30. 4m长度粘贴。调整吸振器的质量和橡胶弹性，可改变吸振器的固有频率，起到调谐作用；当钢轨振动时，引起吸振器振动，并利用吸振器的阻隔尼吸收振动
7、能量，从而达到减振的目的。欧洲铁路使用的TMD调谐频率为800Hz，质量17. 5kg/m，损失系数o35。Corus公司产生了两种钢轨调谐吸振器，如图9-37所示，一种是粘贴在钢轨上，也分钢轨全长粘贴和分段粘贴；另一种是用专用夹具安装，还有是用弹簧夹具安装，如图9-38所示。在法国高速铁路上对此调谐吸振器做了试验，试验结果如图9-39所示，从图9 39中可知，安装了钢轨调谐吸振器后的线路，噪声明显下降，达56dB。德国铁路的试验结果如图9-40所示，从图9-40中可知，采用Corus钢轨调谐吸振器后，当频率为6003 000Hz时，降噪效果最263好，最大降噪达7dBA。除法国和德国外，在其
8、他国家也对Corus钢轨调谐吸振器进行了试验，钢轨噪声可降6dBA左右，综合噪声可降3dBA左右图9-36 TMD钢轨吸振器 图9-37 Corus公司的TMD钢轨 图9-38 用弹簧夹固定Corus钢轨调谐吸振器图9-39法国SNFC试验结果 图9-40德国铁路的试验结果（ICE列车）比利时布鲁塞尔大学的材料和建筑力学系对双层调谐钢轨阻尼器(Double Tuned RailDamper-DTRD)进行了研究，并在法国铁路上做了试验，如图9-41所示。DTRD的设计目的是为了减小钢轨的铰一铰振动频率(Pinned-pinned frequency)，此频率范围为5002 500Hz。为达到此
9、目的，减振器的作用力与钢轨的运动方向相反。DTRD的特征频率与钢轨的铰一铰振动频率相一致。DTRD的垂向特征模态响应的力最大，从而可有效地提高DTRD的垂向减搌效果。 图9-41 双层调谐钢轨阻尼器(Double Tuned Rail Dampe-DTRD) 1钢板；2一黏弹性接触表面；3一两个橡胶块（用汽车轮胎再生橡胶制造）；4-两个螺栓；5-两块铁板；6一钢轨 钢轨与橡胶块之间用黏弹性材料黏结，调谐器质量9kg264四、无砟轨道道床铺设吸音材料对于整体道床轨道结构，在轨道上铺设吸音材料的效果较好， 9-42所示。有砟轨道结构的噪声比无砟轨道结构的噪声要高45dB。但吸音材料铺设在轨道上容易
10、积累脏污物。铺设吸音材料有3种：铺设密度为14. 6kg/m2的玻璃纤维板；喷射吸音混凝土；铺设一薄层道砟。图9-42 轨道上铺设吸音板五、重型轨和无缝线路理论研究和实验表明，采用60km/g重型钢轨，可降低钢轨的振动频率，从而降低钢轨的振动强度，钢轨辐射的噪声水平相应下降。研究表明，60kgm钢轨的振动强度比50kg/m钢轨低10%。无缝线路消灭的普通钢轨接头，大大提高轨道的平顺性，从而降低轮轨冲击引起的振动和噪声。据欧美国家资料介绍无缝线路可降低噪声2lOdBA，我国资料介绍可降低噪声23dBA。六、钢轨打磨及轨面摩擦系数控制轮轨噪声由车轮、钢轨和轨枕噪声共同组成。法国对车轮、钢轨和轨枕所
11、发出的噪声强度进行了研究。研究表明，不同的轮轨接触点位置，车轮和轨道部件的噪声辐射强度也不一样，虽然噪声总声功率相接近，但不同的轨道状态，钢轨的垂向、横向产生的声功率就不一样。基于这一情况，在轨道管理中，应考虑使得轮轨有一合理的接触光带，对噪卢辐射功率较大部位采取措施，以使降噪措施发挥最佳效果。1钢轨打磨车轮和钢轨表面不可能绝对平顺，而对于铁路管理部门需要考虑的是如何降低轮轨表面的粗糙度。德国铁路对不同线路区段的轨道进行轨面粗糙度测量，由于轨面粗糙度对轮轨噪声相当敏感，所以对粗糙度的测量精度要求也相当高。 保持轨道几何形位和轨道部件处于良好的状态，使轨道动力性能较佳，则也可降低列车运行时引起的
12、振动和噪声。美国FRA编写的轮轨噪声控制手册(Wheel/Rail Noise ControlManual)中，对钢轨打磨对噪声的影响作了详细的分析。 钢轨波磨引起一种特别声调的滚动噪声。钢轨波磨引起的噪声听起来像吼叫声（隆隆声），所以称为“轮轨吼叫”。波磨产生的噪声比正常滚动噪声大得多。当钢轨存在波磨时，列车通过时的噪声值要增大515dB。用1/3倍频或窄带功率谱分析，可得波磨引起的噪声有较宽的频带，并有一峰值。噪声功率谱的第一峰值位于500Hz处，也是波磨功率谱的功率峰值位置(相当于波磨的波长为0. 05m)，第二峰值位于1 000Hz处。所以通过对噪声的窄带功率谱分析，可确定波磨的波长或
13、轨面的周期性不平顺。如果列车速度较高，就有可能产生辁轨接触脱离而导致冲击噪声。对列车通过波磨轨道段和钢轨打磨以后轨道段的车辆内噪声进行分析，结果如图9-27所示。从图9-27中可明显看出列车速度在106km/h时，钢轨未打磨地段的功率谱峰值位于265 400Hz和600Hz处，而钢轨打磨地段的噪声功率谱在400Hz和600Hz处的峰值就较小（但打磨后峰值在1400Hz处就较突出，此时要考虑轮对或轨道的共振引起的峰值）。国内外的研究资料表明，钢轨打磨后，在振动频率为8100Hz范围内，振动噪声下降48dBA，站台上的振动噪声下降515dBA。欧洲铁路联盟( UIC)研究用磨块对钢轨打磨，称为声学
14、打磨(Acoustic Grinding)。声学打磨钢轨不同于一般打磨，一般打磨主要是去除轨面疲劳层和钢轨表面损伤、改善轮轨接触条件、减小轮轨冲击荷载和提高行车平稳性等，而声学打磨除了这些要求外，另外一个主要目的是为了降低轮轨滚动噪声，所以对钢轨表面光滑度要求较高。由于对光滑度要求较高，用传统的砂轮打磨难以达到这一要求，所以欧洲铁路采用摆动磨块打磨轨面，图9-43是德国Schweerbau公司生产的GWM 550钢轨打磨机。图9-43德国Schweerbau公司生产的GWM 550钢轨打磨机事实上，钢轨使用一段时间后，轨面就会出现各种形式的损伤，打磨钢轨的目的之一就是去掉些损伤，从而防止这些损
15、伤的发展，延长钢轨的使用寿命，图9-44a）是钢轨打磨后的状态，从图中可知，轨面相当平滑，而且磨削的沟槽与钢轨纵轴线平行。钢轨使用一段时间后，轨面仍相当光滑，光带宽度与位置均匀一致，如图944b）所示。 图9-44打磨后的轨面a) 刚打磨后的轨面b）打磨后运行一段时间后的轨面 266对打磨前后的噪声进行测试，结果表明噪声强度下降lOdBA左右，如图9-45所示。图9 45摆动打磨钢轨前后轮轨噪声强度的对比旋转砂轮打磨钢轨时，砂轮摩擦钢轨，产生很大的噪声，对于如上海轨道交通3号线这样的线路，如晚上11：00以后打磨钢轨，必然会对环境产生较大的影响，而摆动磨块打磨钢轨时，其噪声要低得多。2钢轨表面摩擦系数控制美国Kelsan公司和加拿大科学院地面运输技术研究所对轮轨摩擦系数与噪声之间醛系进行了研究。在试验时采用水基涂料，当涂料粘附在轨面上干燥后，形成一层薄膜，使得轨之间的摩擦系数达0.30.35，认为这一摩擦系数不会影响到列车的牵引与制动要求。图9-46为对轨面的摩擦系修正后，地铁线路的噪声1/3倍频图对比。从图9-46中可，在摩擦系数修正前，平均噪声强度都较大，频卒在500Hz左右处有较高的噪声强度。图9-46中虽然没有明显的啸叫噪声频率峰值，但在列车运行中仍可明显听到较强的轮轨啸叫噪声。当轨面摩擦系数修正后，在较
