????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。本文試從車輛構造、軌道結構、輪軌關系以及橋梁結構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,通過車輪與軌道結構的動態(tài)相互作用,引起軌道結構的振動;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構振動而輻射的噪聲。
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構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,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)用改變車輪結構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,試驗結果證明對1ｋＨｚ以上的噪聲大約可降低5ｄＢ(Ａ)。