重庆地铁1号线车辆噪声分析与改型探讨
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摘 要：重庆地铁1号线车辆在运行过程中存在车辆运行噪声过大的问题，对乘客的乘坐舒适度造成了一定的影响，文章通过对重庆地铁1号线车辆运行过程中的噪声进行分析，针对重庆地区的轨道线路条件，提出了在车辆选型时对车辆噪声进行控制的建议。
关键词：噪声;噪声控制;车辆噪声
中图分类号：U270.16 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）08-0051-03
Abstract： There is a problem of excessive noise in the operation of Chongqing Metro Line 1， which has a certain impact on the comfort of riders. this paper analyzes the noise in the operation of Chongqing Metro Line 1 vehicles. In view of the track line conditions in Chongqing， this paper puts forward some suggestions for controlling the vehicle noise in the vehicle selection.
Keywords： noise; noise control; vehicle noise
引言
重庆地铁1号线是重庆城市轨道交通系统的第一条地铁线路，于2011年7月28日正式开通试运营，是重庆轨道交通线网规划中东、西向交通大动脉。贯穿了市中心主要的交通干道和商业网点， 客流量最大， 且多为地下线。同2005年开通的重庆2号线采用了跨座式单轨车辆相比，重庆1号线采用了钢轮钢轨制式的不锈钢B型地铁车辆。在几年的运行过程中，重庆地铁一号线最为人诟病的问题就是车辆运行噪声过大。
噪声作为一种主要的环境污染，严重威胁着人类的身心健康及生存环境。噪声使人烦恼、精神不能集中，长期会引起失眠、耳鸣、疲劳无力、记忆力衰退等问题。持续不断的高强度噪声甚至会造成听力受损，引起心血管系统、神经系统和消化系统等方面的疾病。城市轨道车辆噪声作为交通噪声的主要组成部分。过大的车辆内部噪声严重影响乘客的舒适度，极易使乘客感到身体疲劳和心情烦躁，造成生理和心理上的伤害。对于长期工作在轨道车辆上的列车驾驶员来说，车辆内部噪声会使他们产生不同程度的耳膜胀痛、轻度头晕以及头痛等，使他们反应迟钝，工作效率降低，严重影响车辆的行驶安全。通过对重庆地铁一号线车辆噪声产生的原因进行分析，探讨减低车辆噪声的车辆改型方案对后续轨道交通线的车辆选型具有一定的现实意义。
1 车辆噪声分析
1.1 噪声检测结果
车辆噪声分为静态噪声和动态噪声，按照《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892-2006）、《铁道车辆内部噪音的测量》（ISO3381-2005）的轨道于2011年对重庆地铁一号线某列车进行现场噪声检测，检测结果如下：
1.2 噪声检测结果分析
根据检测结果可以看出，在静态条件下，车辆的噪声是满足国家标准要求的。根据表2车辆动态噪声检测结果可以看出：
（1）车辆运行速度在50km/h、60km/h时，在各区间司机室内噪声均低于80分贝，满足国家标准要求。当运行速度提高到70km/h时，个别区间司机室噪声超过了80分贝，当运行速度提高到80km/h时，大部分区间司机室噪声超过了80分贝，不满足国家标准要求。
（2）车辆运行速度在50km/h时，大部分区间客室内噪声均低于83分贝，当车辆运行速度在60km/h、70km/h、80km/h时，大部分区段的车辆运行噪声均高于83分贝，不满足国家标准要求。
（3）当车辆运行鹅岭至大坪、大坪至石油路区段在各种运行速度下车辆客室内噪声均低于或等于83dB，满足国家标准要求;当车辆运行在两路口至鹅岭、石油路至歇台子区段车辆客室内噪声较高，最高噪音达94dB。
（4）车辆客室内噪声与车辆运行速度成正比，运行速度越高噪声越大。
1.3 噪声原因分析
深圳地铁3号线采用了和重庆地铁1号线结构类似的B 型不锈钢地铁车，最高运行速度为100km/h，深圳三号线地铁车辆的动态噪声测试结果却是符合国家标准的。
根据规定，对噪声的测试要求在地面线路上进行，选定区间的测试条件应该满足区间曲线半径大于1000m，坡道小于6‰，深圳地铁3号线车辆的噪声测试是满足条件的，而重庆地铁1号线并没有符合测试的条件（曲线半径应大于1500m，坡道应小于3‰）。因此，车辆本身并不是造成重庆地铁1号线车辆运行噪声过大的原因，主要原因在于重庆地铁1号线的线路条件。地铁车辆车内噪声的主要来源于轮轨噪声、车辆动力系统噪声。其中，轮轨噪声是轨道车辆车内噪声的主要噪声源，有一半以上直接或间接地来自轮轨运动导致的噪声。轮轨噪声包括车轮经过不平坦的钢轨接头时的滚动噪声、车轮通过钢轨表面存在局部不连续表面（如钢轨接头、扁疤、辙叉等）产生的冲击噪声以及车轮通过小半径曲线线路上及进入道岔时产生的尖啸噪声。其中，车辆运行时滚动噪声始终存在。
2 车辆改型建议
重庆地铁车辆的噪声源主要来自于轮轨噪声，而由于重庆地区本身地势条件的限制，在后续线路建设上也不太可能为了降低轮轨噪声而不计成本的建成较为平直的轨道线路。因此，控制噪音必须从车辆本身着手。噪声的控制方法包括主动控制和被动控制，地铁车辆的噪声控制通常采用被动控制的方法，针对重庆地铁1号线车辆存在的问题，运营公司和车辆生产厂通过增加吸声材料等方式对车辆进行了改进，取得了一定的效果。但是要想从根本上降低车辆运行噪声，需要在车辆选型的时候就考慮到对噪声的隔离以及减少噪声的产生。 2.1 改用铝合金车体
目前地铁车辆的车体通常采用铝合金和不锈钢两种车体材料，在对两种材料的选用上，主要是是从车身强度、轻量化、耐腐蚀性和寿命周期成本几个方面考虑。综合比较来说，两种材料各有优势，目前重庆地铁1号线车辆采用的是不锈钢车体。新型不锈钢车体采用超低碳（C<0.03%）的SUS301L车辆专用经济不锈钢，通过压延率的不同分成LT、D L T、ST、MT、HT 5个强度级。SUS301L的改性压延状态机械性能代号HT的屈服点在961N/mm2以上，拉伸强度在1275N/mm2以上（超过耐候钢一倍以上）。为了在保证整车强度和刚度的前提下，实现轻量化，不锈钢车体的梁柱板厚仅为0.8～3mm，车体外板厚0.4～1.2mm，采用板梁组合整体承载全焊结构，因此不锈钢车体隔声效果一般。
铝合金车体抗拉强度比不锈钢低，强度为274～352N/mm2，刚度也低于不锈钢，其弹性模量为0.71×10sN/mm2，是不锈钢（2.06×10N/mm2）的1/3。因此，为保证铝合金地铁车辆有足够的承载强度和刚度，车体必须采用大型中空型材及其组合件。为了提高铝合金车体断面系数，增大抗弯刚度，防止板材产生失稳，必须加大板厚，一般取钢板的1.4倍，最小2mm，最大壁厚达到6.5mm。由于铝合金车体材料更厚，结构上采用中空型材，因此其隔声效果显著优于不锈钢车体。
2.2 改用塞拉门
地铁车辆的车门的密封效果对于整车的隔声效果具有一定影响。目前地铁车辆通常采用塞拉门和内藏门两种车门，重庆地铁1号线目前采用了内藏门。内藏门的结构决定车门与车体之间必须保证一定的间隙，因此，内藏门的密封性差。车辆外部产生的噪音很容易通过车门传入车内。而塞拉门的结构可以实现门扇周边密封胶条与车体门框平面的紧密贴合，确保门具有良好的密封性能，从而实现良好的隔音效果。
2.3 改用直线电机转向架
目前的重庆地铁1号线车辆转向架上采用的是旋转电机，电机在转动时本身会产生一定噪声，随着车辆速度的提高，牵引电机也处于高速的转动状态，其噪声增加也会比较明显。
直线电机转向架的原理是固定在转向架的定子（一次线圈）通过交流电流，产生移动磁场，通过相互作用，使固定在道床上的展开转子（二次线圈、通常称为感应板）产生磁场，通过磁力（吸引、排斥），实现轨道车辆的运行和制动。直线电机牵引属于典型的非粘着驱动，不受轮轨之间粘着限制，具有良好的爬坡能力，常规的旋转电机坡度一般不超过30‰～40‰，而直线电机爬坡可达60‰～80‰，且不易受雨雪天气的影響。对于噪声的控制方面，由于不再使用旋转电机，减少了噪声源。此外，直线电机转向架可以采用自导或迫导型径向转向架，使得车辆在通过小曲线半径时，车辆轮缘与轨道之间的挤压、摩擦明显减少，显著减少车辆运行过程中的噪声。
2.4 其他改进措施
车外的噪声主要通过地板和侧墙传到车内，因此可以通过改进车内地板下部的结构，增强其吸声降噪能力，特别是在车内转向架区域的铝蜂窝地板及波纹地板之间再增加吸声材料。此外还可以适当加厚侧墙窗区、端墙、车顶玻璃丝棉的厚度，进而加强其吸声能力。
3 结束语
目前在对地铁车辆选型的时候通常会考虑成本和技术因素，较少考虑车辆的噪声因素。重庆由于地理环境原因，其线路多为小曲线半径，造成车辆在高速运行时轮轨噪声过大，对于乘客的舒适性和驾驶员的工作状态都产生了不良的影响，因而在车辆选型时，选用铝合金车体、直线电机转向架、塞拉门等，兼顾噪声控制要求。
参考文献：
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