铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有效控制

2015-12-02刘畅

环球市场信息导报 2015年26期

刘畅

铁路车辆盘形制动尖叫噪声的有效控制

刘畅

Point

为了能够有效地控制列车在制动过程中的噪音分贝，可以通过利用相关的线性波形图来探讨制动过程列车与轨道的接触情形。利用NAS TRAN系统还原列车制动过程中各个直接反映部分的工作情形，展示直观的制动工作状态。图像中，作用表面的力可以选择利用线性弹簧力，那么制动过程中的摩擦力就可以用相关系数与弹簧力的乘积来表示。然后利用He ss法对该表达式进行求根过程，然后通过根的表现形式，可以得到列车在驻车制动的过程中噪声的变化情况。相关数据显示，影响列车驻车制动噪声的主要因素有三个，分别是摩擦系数、转向以及闸片托的尺寸，而在实际中，前两项是固定的，难以进行改变，因此只能通过改变闸片托的尺寸来对噪声进行控制。

列车驻车制动产生的噪音频率主要集中在500～20000Hz段，而恰好这一段的噪声最为让人难以接受，从上个世界50年代开始，就不断地有相关的人士致力于空间噪声频率的研究工作，而经过历代前辈的不断摸索，逐渐总结出了一套相对较为完善的控声系统。试验表明，列车在主动过程中噪声急剧增长的主要原因在于制动过程使得列车与轨道之间的摩擦存在剧烈的变化，而针对于摩擦运动的分析主要是结合有限元法构建模型并利用Hess法对该表达式进行求根过程，通过对根的分析研究，可以有效地得到摩擦的变化形式。利用这一方法，可以有效地得出噪声变化与摩擦运动稳定性的关系，此外，该方法还可以用于对车辆的制动颤振情形的探讨。

1.铁路车辆盘形制动曲线半径时的轮轨接触模型

车辆在弯道行使的过程中，前外侧轮与轨道之间会沿轨道切线的方向形成一个角度，这一角度可以称之为冲角。影响冲角的主要因素是机车的转动方向大小以及弯道的半径，前者与冲角大小呈正相关的关系，后者与冲角呈负相关的关系。弯道半径较小时，前轮冲角一般大于零，但是后轮的冲角却受机车车速的限制，后轮冲角一般视情况而定。这种情况下机车前轮的运动状态一般不会出现较大的变化，但是后轮的运动会出现波动。为了研究方便，文章中选择理想状态，认为后轮运动状态稳定。

在前轮冲角大于零的情况下，而列车又恰好在半径较小的弯道运行时，受到轨道的限制，列车前轮在运动过程中无法和轨道外侧形成法向切线，换句话说就是列车并不是在过道径向的垂线方向行驶，也就使得列车与轨道的摩擦出现变化，而当变化过于剧烈时，就会造成噪声变化。有数据显示，车轮与轨道之间的摩擦噪声绝大部分来自于车轮踏面与轨道的接触面。因此想要针对性的研究造成噪声变化，就需要利用相关的方式建立全新的分析模型，在模型中还原车轮踏面与轨道的接触面的运行状态，以此来对造成变化的影响因素进行分析探讨，利用该模型，可以设定一下几种状态：第一，列车主动过程接触面之间摩擦变化比噪声波形的传播相比，可以忽略不计。第二，驻车制定的过程中认定车轮均属于抱死状态，不存在滚动，因此摩擦系数只与车身自重以及轨道情况有关。第三，机车车轮与轨道接触面积保持不变接。第四，摩擦力可以理想认为摩擦系数与机车自重的乘积。

2.铁路车辆盘形制动有限元分析

根据以上的假定，可以有效地对机车与轨道路面的摩擦状态进行分析研究，利用方程式求根的方式，根据得出根的正负情况与运动状态的关联分析法，可以得到当该根为正值的时候，机车与轨道之间的摩擦就会出现剧烈的变化，驻车制动的噪声也会逐渐变大。同时这一变化也出现极大的波动，这就是导致噪声变化剧烈的主要因素。此外，在两大模型之间处于相互靠近的状态时，波形的变化可能会逐渐的同步，最终可能会完全耦合，两个不同的模型出现同步的情形，也就是说达到了有限元。

研究表明，摩擦系数是影响机车与轨道之间摩擦噪声变化的主要因素。在摩擦系数较小的状态下，如果模型求得的根大于零，但是其绝对值又相对偏小时，此种状态下，机车与轨道之间摩擦产生的噪声则在允许的范围内，而不至于让人难以接受。但是当轨道的摩擦系数逐渐变大时，构件的理想模型所得到的解也会逐渐变化，其绝对值也会随着增大，摩擦产生的噪声尖叫频率也会不断的增加。对于上述可能产生的有限元，一旦机车的运行达到这样的一个状态，系统的运行就会因为共振变得不可预测，实际的运动状态会发生急剧的变化，就使得噪声尖叫的频率出现较大的波动幅度。于是可以认为出现有限元，就能直接表明列车的运动处于不稳定的状态，而此时，噪声的尖叫频率就会出现大幅度的波动。综上所述，摩擦系数是影响机车与轨道之间摩擦噪声变化的主要因素，而减小摩擦系数可以有效的控制噪声分贝。

3.基于摩擦系数的铁路车辆盘形制动尖叫噪声控制

现阶段控制噪声的主要措施有种多样，并且也成了一套完善的、有针对性的降低噪声的体系，当然其最终的效果也是存在差异。降低噪声的主要措施有：(1)添加缓冲装置，可以有效的降低机车与轨道的冲击，如弹性踏面车轮的使用；(2)对轨道系统进行一定的调控，利用对轨道构造的革新，例如各个组成部分的刚度等进行适当的调节，以此来降低噪声；(3)减小摩擦系数，上述分析表明，摩擦系数是影响机车与轨道接触噪声的主要因素，也是可调范围内最为关键的因素，减小摩擦系数对控制噪声有显著的效果。(4)阻断噪声的传播途径，例如声屏障等，是目前采用较多的城市控声手段。目前效果最为显著的无疑是减小轨道的摩擦系数，例如刷图润滑油等，可以有效地减小摩擦系数达到控制噪声的目的。