浅谈地铁列车噪声测量与分析

浅谈地铁列车噪声测量与分析

香海杰 广州地铁集团有限公司 510000

【摘要】地铁列车噪声是一个由来已久的问题，本文对地铁列车噪声产生的原因、噪声的测量步骤和噪声结果分析进行梳理总结，对各同行针对地铁列车噪声来源分析和剖析具体原因具有一定的指导意义。

【关键词】噪声测量；分析

1.地铁列车噪声产生的原因

地铁列车车轮与轨道的接触方式为刚性摩擦，所以列车在轨道上行驶会产生频率较高的振动及噪声。尤其是列车在通过曲线或不良地段时，轮轨摩擦产生的振动及噪声更为明显。

列车通过小半径曲线时产生的频率较高的刺耳的“吱吱”声为列车与轨道的摩擦噪声。其产生的根本原因为列车在通过曲线时，为补偿内外轨车轮行驶的距离差，在车轮踏面上设有斜度，由于踏面是具有一定锥度的圆锥形，内侧踏面直径大于外踏直径，因此当列车通过曲线时，虽然外轨比内轨长，但因离心力的关系，轮对偏向外轨运行，使得外侧车轮滚动长度比内侧车轮大，利用轮径大小以适应内外轨长短不同的特点，避免车轮在轨面上产生滑动，而使车辆顺利通过曲线。实际上在曲线区段，尽管车轮踏面设置合理，车辆仍然不能以纯滚动通过曲线，这正是产生摩擦噪声的根本原因。

根据《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892-2006 ）要求，地下行驶的地铁列车司机室噪声限值为80dB，客室内的噪声限值为83dB。列车车厢内噪声产生的原因除车载设备产生的噪声外，主要是轮轨摩擦噪声。。

图1 鱼骨分析图

2.测量列车噪声引用的文件及标准

噪声测试报告按照 《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892-2006）执行。

测试的物理量：A计权声压 或瞬时的暴露A声压级 ，并通过暴露声级计算列车噪声等效声级。计算的公式如下：

（1）

式中： —等效声级，单位分贝（dB）；

—规定的时间间隔，单位为秒，s；

—噪声瞬时A计权声压，单位为帕，Pa；

—基准声压，

当A计权声压用A声级 （dB）表示时，则计算公式如下：

（2）

城市轨道交通系统中地铁和轻轨列车噪声等效声压级 的最大容许限值应符合下表的要求。

表1列车噪声等效声级 最大容许限值 单位：dB

3.测量术语及定义

3.1声压：p

瞬时总压和静压之间的差值。

3.2 声压级：Lp

其中p 是声压，空气声学中的基准值是 。

3.3 AF 加权最大声压级

A加权声压级的最大值，在使用时间加权F(fast)测量时间间隔T 过程中确定。

4.4 A加权等效连续声压级

根据下面公式给出的A 加权等效连续声压级

其中：

是A 加权等效连续声压级，单位dB；

T 是测量时间间隔，单位s；

是在运行时间t 时，A 加权瞬时声压，单位Pa；

是基准声压；p0=20μPa。

4. 测量人员要求

4.1 噪声测量人员配置标准

噪声测量作业需要2-3名技术人员

4.2 安全注意事项

4.2.1 作业前作业负责人必须对所有作业人员进行安全讲话，强调安全关键点；

4.2.2作业负责人检查所用工器具，材料状态是否完好；

4.2.3所有参与测量的人员须严格听从现场作业负责人的指挥。

5. 测量使用设备及要求

5.1全线噪声测量

测试分析系统包括：

（1）美国NI数据采集仪；

（2）德国Head公司DATaRec 4 DIC24数据采集仪；

（3）噪声采用Nor140便携式声级计和GRAS声传感器。

本次测试所用设备清单如表2所示。

表2测试仪器汇总表

5.2司机室和轨旁噪声测量

测量仪器包括：AWA6291型实时信号分析仪、SV104噪声剂量计，其中AWA6291型实时信号分析仪用以测量司机室噪声，SV104噪声剂量计用以测量轨旁噪声。

5.3 CAT钢轨波磨测量仪

CAT钢轨波磨测量仪主要用以钢轨波磨测量，测量数据用以后续分析使用。

6. 测量布点要求

6.1车厢噪声测试

车厢噪声测点布置如图2所示，共布置11个声传感器，其中头车司机室（测点1）和尾车司机室（测点11）为了保证测试的密闭性，采用便携式声级计进行测量（Nor140）。头车、尾车和中间车分别采用4通道NI数据采集仪和Gras传声器进行数据采集。测试采用行车期间不间断数据采集，采样频率为25000Hz。司机室内测量时，声传感器置于司机室中部，距离地板高度1.2米，方向朝上。客室内测量时，声传感器置于客室纵轴中部，距地板高度1.2米位置，方向朝上。

图2噪声测点布置图

6.2司机室噪声测试

测试采用行车期间不间断数据采集，采样频率为20000Hz。司机室内测量时，测量仪人工放置于司机室中部，距离地板高度1.2米，方向朝上。

6.3轨旁噪声测试

轨旁噪声测点布置在隧道行车方向右侧的隧道壁上，每条曲线布置1个声传感器，测试采用行车期间不间断数据采集，采样频率为8000Hz。

6.4轨道波磨测量

使用CAT波磨测量小车对钢轨顶面波浪形磨耗进行测量，确认波磨长度和深度。

7. 测量流程

①对广全线左右线车内、司机室进行噪声测量，通过本次测试，分析列车通过不同区段时，车厢内及司机室内的噪声情况。

②对全线测量结果进行分析，挑选出超噪声标准的区段，组织技术员、技师多次登乘该区间，确定现场实际超噪声标准的里程范围。

③使用噪声频谱仪对现场实际超噪声标准的地段进行多次登乘测量司机室噪声及轨旁不间断噪声测量。

④使用CAT波磨小车对现场实际超噪声标准区段的钢轨进行波磨测量。

⑤得出数据后进行分析整理。

8. 分析流程

本次分析流程以某地铁运营线路噪声测量为例。

8.1根据全线测量结果，利用A计权数值分析得出噪声大的区间位置，结果如图3所示：

图3 A计权声压级

根据全线测量结果，初步分析得出全线噪声大的区间位置位置。

8.2根据全线测量结果，对噪声大的地段进行具体里程的司机室和轨旁噪声频谱测量，其结果如图4、5所示：

图4 司机室噪声频谱测量 图5 轨旁噪声频谱测量

根据频谱测量结果，分析得出曲线噪声频谱峰值均位于500~1000Hz范围内。

8.3根据频谱测量结果，对噪声大的地段的钢轨使用CAT波磨小车进行波磨测量，分析噪声声源，分析情况如图6所示：

图6 曲线波磨频率分析

根据分析结果可知由轨道波磨引起的噪声频率在277~452Hz范围内。

9. 分析结论

根据数据分析可得，XX线路噪声较大的区间主要位于区间曲线部分，主要噪声频谱位于500~1000Hz的范围内，钢轨波磨测量得出的由波磨引起的噪声频谱位于278~451Hz范围内，即XX线路主要噪声源非钢轨波磨引起。

参考文献：

2. 《城市轨道交通列车噪声限值和测量方法》（GB 14892-2006）

3. 《GB 50157-2013 地铁设计规范》

4. 《ISO 3095-2005 铁路设施.声学.有轨车辆发出的噪音测量》

5. 《ISO 3381-2005 铁路设施 声学 有轨车辆车内的噪声》