基本信息
- 项目名称：
- 低噪声车轮的辐板屏蔽阻尼装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 目前我国普速铁路、城市轨道、高速铁路快速发展，随之带来的噪声污染成为一个严重的社会问题。本项目针对这个难题发明了低噪声车轮的辐板屏蔽阻尼装置，通过在车轮主体上附加屏蔽设备，控制轨道交通的噪声。此装置这种装置是能有效抑制车轮噪声辐射，对车轮噪声辐射有大幅的衰减，达10 dB(A)以上，即降低声能量90%以上。且本发明对车轮主体的形状和结构没有发生实质性改变，因此容易推广实施。
- 详细介绍：
- 随着轨道交通技术的迅猛发展，铁路噪声问题受到广泛关注，其带来的噪声污染已对沿线居民、司乘人员和乘客造成较大的影响，据现有国内标准与规范，大多数轨道交通现场测试的噪声值偏高，需采取有效措施对其实施控制。 轮轨噪声源主要由车轮和钢轨两大部分组成。其中车轮噪声主要集中在辐板区域，降低铁路车轮噪声辐射有两条途径：一是根据声学原理，通过车轮外形优化设计降低车轮噪声。此种方法有效，但受到力学设计的限制，并且须对已定型的车轮主体形状进行改变，其推广应用难度很大。二是在结构上附加降噪装置。如在幅板两侧安装噪声屏蔽板或在转向架下方安装隔声裙对轮对进行部份遮盖，均能对噪声起到一定的屏蔽作用，但并未降低车轮本身的振动，其降噪效果有限；还有就是在车轮表面粘贴弹性阻尼约束层，通过降低车轮振动来降低噪声，也有一定的降噪效果，但车轮的高速旋转和复杂恶劣的行车环境容易使阻尼约束结构与车轮之间的粘贴层失效，发生剥离。 辐板屏蔽阻尼装置针对上述现有技术的缺点，为城市轨道车辆、普速列车和高速列车提供一种便捷可行、安全可靠和降噪性能优越的低噪声车轮应用措施。此种装置在结合“两端交替锚接的多层粘弹性约束阻尼层处理”这一技术基础上，对铁路车轮噪声屏蔽板的一种改进。 理论计算表明：附设辐板屏蔽阻尼装置可有效降低频率100Hz~5000Hz频率范围的轮轨噪声。对300 km/h运行情况下的高速列车时，可对其100Hz ~ 5000Hz频率范围的滚动噪声总辐射声功率有6.0 ~ 10.0 dB(A)的显著降噪效果。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明目的：提供一种列车车轮辐板降噪阻尼设备，该种屏蔽设备降噪效果好，不改变车轮主体形状，推广实施容易。 基本思路：由多块圆环形的金属板安装在车轮轮辋和轮毂之间，将车轮辐射噪声最主要的区域－辐板区域完全覆盖住，从传播路径上阻碍噪声向周围空间的辐射。相邻的两金属板之间的粘弹性阻尼层能够传递结构力，当车轮在滚动过程中发生振动时，带动粘弹性阻尼层两侧的金属板相对运动，在粘弹性阻尼层形成周期性剪应变，将机械能转变为热能而耗散振动能量，从而抑制屏蔽板及与其相连的车轮轮辋和车轮整体的振动，明显减少车轮的振动噪声辐射。 创新点：a、辐板屏蔽阻尼装置仅由金属板、粘弹阻尼层固定在车轮上构成，其结构简单，易于安装，方便实施；在单个车轮辐板两侧均安装本实用新型的铝制噪声屏蔽板之后，车轮总重量仅增加4%左右，约13.0kg；b、辐板屏蔽阻尼装置是在车轮主体上附加屏蔽设备，对车轮主体的形状和结构没有发生实质性改变，因此容易推广实施。 技术关键：用两块中间开孔的半圆形屏蔽板对接安装在车轮轮辋和轮毂之间，将车轮辐射噪声最主要的区域—辐板区域完全覆盖住，从传播路径上减弱噪声向周围空间辐射。 主要技术指标：理论计算表明：附设辐板屏蔽阻尼装置可有效降低频率100Hz~5000Hz频率范围的轮轨噪声。对300 km/h运行情况下的高速列车时，可对其100Hz ~ 5000Hz频率范围的滚动噪声总辐射声功率有6.0 ~ 10.0 dB(A)的显著降噪效果。
科学性、先进性
- 科学性：在现有车轮结构基础上增设该装置，可广泛应用于城市轨道交通列车、普速列车和高速列车的轮轨噪声控制中，无需改变已有车轮结构的设计与技术性能； 技术特点和优势: （1）不改变车轮主体形状，不影响车轮原有的动态性能，保障结构安全、可靠性能，容易实施推广；（2）降噪性能优越，理论预测可提供6.0 ~ 10.0dB的降噪效果，可有效满足轨道交通对轮轨噪声控制的迫切需求。
获奖情况及鉴定结果
- 在2010年底，中国最大列车车轮生产商之一马鞍山钢铁股份有限公司领导层前来西南交通大学牵引动力实验室，参观并深入了解了本发明装置，提出一致好评，并就本装置的产业化生产事宜进行了一系列洽谈。
作品所处阶段
- 本发明低噪声车轮的辐板屏蔽阻尼装置，现技术已成熟，推广实施容易，属于即将生产阶段
技术转让方式
- 专利授权
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着轨道交通技术的迅猛发展，铁路噪声问题受到广泛关注，其带来的噪声污染已对沿线居民、司乘人员和乘客造成较大的影响，据现有国内标准与规范，大多数轨道交通现场测试的噪声值偏高，需采取有效措施对其实施控制。其中，轮轨噪声是铁路噪声的主要来源，因此，工程实际对低噪声车轮技术有非常急迫的需求。辐板屏蔽阻尼装置可广泛应用于城市轨道交通列车、普速列车和高速列车的轮轨噪声控制中，无需改变已有车轮结构的设计与技术性能，具有非常良好的市场推广前景；按我国十二五铁路路网规划及其对轨道交通列车及低噪声车轮的市场需求，预测的经济效益可高达数十亿。
同类课题研究水平概述
- 轮轨噪声可以归纳为三类，即：滚动噪声、冲击噪声和曲线啸叫[8]。自20世纪70年代开始，世界各国铁路科研工作者从理论研究和试验研究两方面对轮轨噪声开展了大量工作，至今就轮轨噪声的产生机理基本达成了共识：（1）轮轨滚动噪声是由轮轨接触表面粗糙度激扰产生的。（2）冲击噪声是由车轮或钢轨表面的局部不连续性激励轮轨系统而产生的。（3）曲线啸叫是当车辆在小半径曲线线路上运行时，由于轮轨之间发生粘滑振动而产生的强烈窄带噪声，具有显著的高频纯音特性。 一般情况下，对高速铁路而言，轮轨噪声主要体现为轮轨滚动噪声；对城市轨道交通而言，轮轨噪声则由轮轨滚动噪声和曲线啸叫主导。 降低轮轨噪声的措施主要有4种： （1）粗糙度控制。控制车轮和钢轨的表面粗糙度，减小轮轨系统激扰，从源头上降低轮轨系统的振动声辐射。 （2）阻尼车轮措施。由于车轮材料为钢铁，轮对本身阻尼非常小，可对车轮进行阻尼处理，增加其减振效果，抑制车轮振动所产生的声辐射，降低轮轨噪声。 （3）阻尼钢轨措施。对钢轨进行阻尼处理，增加其减振效果，抑制钢轨振动所产生的声辐射，降低轮轨噪声。 （4）声屏障措施。从声传播途径上对车轮和钢轨局部进行屏蔽，阻碍轮轨噪声向外辐射，以降低轮轨噪声对周围环境的影响。 车轮方面，轮轨噪声控制措施主要包括： （1）车轮形状优化； （2）阻尼车轮； （3）弹性车轮； （4）车轮噪声屏蔽板； 轮轨噪声源主要由车轮和钢轨两大部分组成。其中车轮噪声主要集中在辐板区域，降低铁路车轮噪声辐射有两条途径：一是根据声学原理，通过车轮外形优化设计降低车轮噪声。此种方法有效，但受到力学设计的限制，并且须对已定型的车轮主体形状进行改变，其推广应用难度很大。二是在结构上附加降噪装置。如在幅板两侧安装噪声屏蔽板或在转向架下方安装隔声裙对轮对进行部份遮盖，均能对噪声起到一定的屏蔽作用，但并未降低车轮本身的振动，其降噪效果有限；还有就是在车轮表面粘贴弹性阻尼约束层，通过降低车轮振动来降低噪声，也有一定的降噪效果，但车轮的高速旋转和复杂恶劣的行车环境容易使阻尼约束结构与车轮之间的粘贴层失效，发生剥离。
