????軌道交通系統(tǒng)在給人們的、生產(chǎn)活動帶來便利的同時,也正在成為新的和振動的發(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和污染,而且隨著人們對質(zhì)量要求的日益提高,也越來越引起公眾的關注。另外,在高科技生產(chǎn)、醫(yī)院和科研機構(gòu)等單位中,其日常使用的高精密儀器對周圍環(huán)境振動的敏感程度也日益增加,這也對新的振動污染源的設防提出了更高的要求。因此,控制軌道交通的振動和對環(huán)境的污染,已經(jīng)成為領域亟待研究和解決的重要問題。本文試從車輛構(gòu)造、軌道結(jié)構(gòu)、輪軌關系以及橋梁結(jié)構(gòu)等角度對軌道交通可采用的技術措施進行了綜合闡述。
1??軌道交通振動與噪聲的來源
??????國內(nèi)外研究表明,軌道交通的主要振動源為:機車車輛動力系統(tǒng)的振動,通過車輪與軌道結(jié)構(gòu)的動態(tài)相互作用,引起軌道結(jié)構(gòu)的振動;這些振動通過地基又傳給周圍的建筑物。車輪和鋼軌長期相互作用都會產(chǎn)生磨耗,輪子可能失圓或產(chǎn)生扁疤,鋼軌可能會產(chǎn)生波浪形磨耗。狀態(tài)不良的輪軌相互作用會使振動加劇。
??????軌道交通的主要噪聲源為:機車車輛動力設備運行時產(chǎn)生的噪聲,包括牽引電機、、、受電弓等設備噪聲,車輛行進過程中空氣動力摩擦噪聲,輪軌界面相互作用產(chǎn)生的滾動、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為3～5ｃｍ的短波浪型磨耗,車輛通過時產(chǎn)生的噪聲特別大);輪軌界面相互作用產(chǎn)生的振動通過軌道、橋梁和地基等傳遞導致相應結(jié)構(gòu)振動而輻射的噪聲。
2　城市軌道交通的綜合措施
2.1　車輛的措施
??????1)對機車車輛動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動部件進行轉(zhuǎn)子動力學設計,使系統(tǒng)的工作頻段遠離共振區(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)振動和噪聲。
??????2)在機車車輛上使用新型減振器,能有效地降低振動和噪聲。目前在國內(nèi)外的城市軌道交通中,金屬-橡膠復合減振器是應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)具有獨特的粘彈行為,不僅可以象鋼彈簧一樣通過彈性形變來吸收、儲存沖擊能量,而且還可以通過分子鏈相對運動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鍵部分。以少量具有納米片層結(jié)構(gòu)的有機改性蒙脫土與橡膠進行插層納米復合,可顯著降低材料的疲勞生熱,延緩疲勞破壞過程,從而改善橡膠的強度、耐蠕變、耐疲勞和耐老化等綜合性能,使減振器的質(zhì)量和機車車輛的舒適性、安全性得到較大的提高。
??????除金屬-橡膠復合減振器外,目前國際上開始將自適應(有源/半有源)電/磁流變液減振器用于車輛的懸架系統(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/磁場作用下急劇變化的特性而制成的新型振動控制元件。電/磁流變液在無外場作用下為流動良好的液體狀態(tài),而在強電/磁場作用下,短時間(毫秒級)內(nèi)其粘度可增加一到兩個數(shù)量級以上,并呈現(xiàn)類似固體的力學性能,而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的,一旦去掉電/磁場后,又變成可流動的液體。這些特點使電/磁流變液裝置成為電氣控制與機械系統(tǒng)之間的簡單、安靜而且響應迅速的中間裝置。
??????3)在車輛動力驅(qū)動系統(tǒng)中應用直線電機技術,可省去齒輪箱等一系列傳動機構(gòu),減少了許多噪聲源,噪聲水平比一般車輛可降低大約10ｄＢ(Ａ)。
??????4)采用徑向轉(zhuǎn)向架能避免車輪在鋼軌上的蠕動,使車輛能順利地通過曲線,減少輪軌磨耗和消除常規(guī)轉(zhuǎn)向架通過曲線時的尖叫聲,因而噪聲比一般車輛降低近20ｄＢ(Ａ)。
??????5)采用彈性車輪、充氣橡膠車輪、阻尼車輪及彈性踏面車輪等技術,通常可減振降噪2～10ｄＢ(Ａ)。
??????6)用改變車輪結(jié)構(gòu)的方法來改變噪聲的發(fā)射性能,可降低輪軌噪聲。如德國通過把制動盤放在輪心上來減少噪聲,試驗結(jié)果證明對1ｋＨｚ以上的噪聲大約可降低5ｄＢ(Ａ)。