????軌道交通系統(tǒng)在給人們的、生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)便利的同時(shí),也正在成為新的和振動(dòng)的發(fā)生源。尤其是在密集的居住區(qū)、商業(yè)中心和工業(yè)區(qū),軌道交通體系已經(jīng)造成了不可忽視的振動(dòng)和污染,而且隨著人們對(duì)質(zhì)量要求的日益提高,也越來(lái)越引起公眾的關(guān)注。另外,在高科技生產(chǎn)、醫(yī)院和科研機(jī)構(gòu)等單位中,其日常使用的高精密儀器對(duì)周?chē)h(huán)境振動(dòng)的敏感程度也日益增加,這也對(duì)新的振動(dòng)污染源的設(shè)防提出了更高的要求。因此,控制軌道交通的振動(dòng)和對(duì)環(huán)境的污染,已經(jīng)成為領(lǐng)域亟待研究和解決的重要問(wèn)題。本文試從車(chē)輛構(gòu)造、軌道結(jié)構(gòu)、輪軌關(guān)系以及橋梁結(jié)構(gòu)等角度對(duì)軌道交通可采用的技術(shù)措施進(jìn)行了綜合闡述。
1??軌道交通振動(dòng)與噪聲的來(lái)源
??????國(guó)內(nèi)外研究表明,軌道交通的主要振動(dòng)源為:機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng),通過(guò)車(chē)輪與軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)相互作用,引起軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng);這些振動(dòng)通過(guò)地基又傳給周?chē)慕ㄖ铩＼?chē)輪和鋼軌長(zhǎng)期相互作用都會(huì)產(chǎn)生磨耗,輪子可能失圓或產(chǎn)生扁疤,鋼軌可能會(huì)產(chǎn)生波浪形磨耗。狀態(tài)不良的輪軌相互作用會(huì)使振動(dòng)加劇。
??????軌道交通的主要噪聲源為:機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲,包括牽引電機(jī)、、、受電弓等設(shè)備噪聲,車(chē)輛行進(jìn)過(guò)程中空氣動(dòng)力摩擦噪聲,輪軌界面相互作用產(chǎn)生的滾動(dòng)、沖擊和摩擦所產(chǎn)生的噪聲(輪軌產(chǎn)生的磨耗使噪聲加大,特別是鋼軌表面波長(zhǎng)為3～5ｃｍ的短波浪型磨耗,車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪聲特別大);輪軌界面相互作用產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)軌道、橋梁和地基等傳遞導(dǎo)致相應(yīng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)而輻射的噪聲。
2　城市軌道交通的綜合措施
2.1　車(chē)輛的措施
??????1)對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),使系統(tǒng)的工作頻段遠(yuǎn)離共振區(qū)(臨界轉(zhuǎn)速區(qū))和不穩(wěn)定區(qū),盡量避免電磁耦合激發(fā)振動(dòng)和噪聲。
??????2)在機(jī)車(chē)車(chē)輛上使用新型減振器,能有效地降低振動(dòng)和噪聲。目前在國(guó)內(nèi)外的城市軌道交通中,金屬-橡膠復(fù)合減振器是應(yīng)用最為廣泛的減振降噪裝置。這是由于橡膠在很寬的溫度范圍內(nèi)具有獨(dú)特的粘彈行為,不僅可以象鋼彈簧一樣通過(guò)彈性形變來(lái)吸收、儲(chǔ)存沖擊能量,而且還可以通過(guò)分子鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)而大幅度地消耗能量。然而,橡膠件既是減振降噪的主要部分,也是影響使用壽命的關(guān)鍵部分。以少量具有納米片層結(jié)構(gòu)的有機(jī)改性蒙脫土與橡膠進(jìn)行插層納米復(fù)合,可顯著降低材料的疲勞生熱,延緩疲勞破壞過(guò)程,從而改善橡膠的強(qiáng)度、耐蠕變、耐疲勞和耐老化等綜合性能,使減振器的質(zhì)量和機(jī)車(chē)車(chē)輛的舒適性、安全性得到較大的提高。
??????除金屬-橡膠復(fù)合減振器外,目前國(guó)際上開(kāi)始將自適應(yīng)(有源/半有源)電/磁流變液減振器用于車(chē)輛的懸架系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架系統(tǒng),以有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的阻尼或剛度特性。電/磁流變液減振器是利用電/磁流變液的粘度在電/磁場(chǎng)作用下急劇變化的特性而制成的新型振動(dòng)控制元件。電/磁流變液在無(wú)外場(chǎng)作用下為流動(dòng)良好的液體狀態(tài),而在強(qiáng)電/磁場(chǎng)作用下,短時(shí)間(毫秒級(jí))內(nèi)其粘度可增加一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,并呈現(xiàn)類似固體的力學(xué)性能,而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的,一旦去掉電/磁場(chǎng)后,又變成可流動(dòng)的液體。這些特點(diǎn)使電/磁流變液裝置成為電氣控制與機(jī)械系統(tǒng)之間的簡(jiǎn)單、安靜而且響應(yīng)迅速的中間裝置。
??????3)在車(chē)輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用直線電機(jī)技術(shù),可省去齒輪箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu),減少了許多噪聲源,噪聲水平比一般車(chē)輛可降低大約10ｄＢ(Ａ)。
??????4)采用徑向轉(zhuǎn)向架能避免車(chē)輪在鋼軌上的蠕動(dòng),使車(chē)輛能順利地通過(guò)曲線,減少輪軌磨耗和消除常規(guī)轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的尖叫聲,因而噪聲比一般車(chē)輛降低近20ｄＢ(Ａ)。
??????5)采用彈性車(chē)輪、充氣橡膠車(chē)輪、阻尼車(chē)輪及彈性踏面車(chē)輪等技術(shù),通?？蓽p振降噪2～10ｄＢ(Ａ)。
??????6)用改變車(chē)輪結(jié)構(gòu)的方法來(lái)改變?cè)肼暤陌l(fā)射性能,可降低輪軌噪聲。如德國(guó)通過(guò)把制動(dòng)盤(pán)放在輪心上來(lái)減少噪聲,試驗(yàn)結(jié)果證明對(duì)1ｋＨｚ以上的噪聲大約可降低5ｄＢ(Ａ)。