轨道交通装备

过量的噪声和振动将严重影响乘客和轨道交通沿线人们正常的生活、工作和休息、损害身心健康、降低工作效率；另一方面，噪声和振动还可能引起轨道交通系统相应的设备和结构以及周边建筑物和设备的疲劳损坏，缩短有效使用寿命。由此，轨道交通噪声和振动的控制已成为改善乘客舒适性和环境保护的重要内容之一。所以，减小列车的振动和噪声水平、减少轨道交通引起的振动和噪声问题就成为轨道交通车辆制造和系统建设中的十分重要的问题。　　 轨道交通振动与噪声源主要包括：　　 (1) 主要振动源　　 ◆ 列车与结构的动态相互作用；　　 ◆ 车辆动力系统振动；　　 ◆ 轨道结构振动；　　 ◆ 轮轨不平顺；　　 (2) 主要噪声源　　 ◆ 轮轨噪声，包括滚动噪声、冲击噪声、摩擦噪声。　　 ◆ 结构噪声（由于轮轨表面相互作用产生的振动通过轨道、桥梁和地基等传递导致相应结构振动而辐射噪声）；　　 ◆ 车辆动力设备噪声，包括牵引电机、通风机以及压缩机等设备噪声，集电弓噪声；　　 ◆ 车辆运行时的空气动力噪声。　　 针对轨道交通的振动和噪声控制问题，开展过大量的研究工作。主要围绕振源与声源控制、振动传播与声传播控制以及材料和结构控制等三大方面展开研究并采取振动和噪声控制措施。　　 采用弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术，通常可减振降噪达到2-10dBA。　　 用改变车轮结构的方法来改变噪声的发射性能，降低轮轨噪声。国外的有些厂家，例如，德国通过把制动盘放在轮辐上来减少噪声的发射，其试验结果证明对1000Hz以上的噪声有明显的抑制作用，大约可降低噪声5dB左右。　　 采用减振降噪动力驱动系统，例如，运用线性电机驱动及径向转向架。温哥华、多伦多、底特律、大阪等在二十世纪八十年代的轨道交通系统中，采用了线性电机车辆。此外，由于采用径向转向架，车辆能顺利地通过曲线，减少轮轨磨耗和消除常规固定轴距转向架通过曲线时刺耳的尖叫声，所以，噪声比一般车辆降低近20dBA，特别适用于高架轨道交通系统。　　 轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。根据振动理论，轮轨之间的振动噪声与钢轨各部件的质量、刚度以及结构阻尼联系密切。轨道结构的减振降噪，主要是通过改变结构参数来实现的。　　 国外在轨道结构方面已尝试了许多减振降噪措施，主要有：　　 1. 采用焊接长钢轨；　　 2. 采用减振型钢轨；　　 3. 采用减振型扣件；　　 4. 采用减振型轨下基础；　　 5. 采用钢轨打磨技术。　　 这些措施均已被证明具有不同程度的减振降噪效果，适应于环保要求。　　 减振型轨下基础的研究也很有价值。为了适用于不同减振要求，各国都对传统的碎石道床与整体道床作了大量改进研究工作，开发了各种减振型轨下基础。主要有：在碎石道床的基础上，研制了弹性轨枕道床和道碴垫道床，增加道床弹性，有效降低道碴振动，与一般碎石道床相比，其减振效果可达5-15dB。在整体道床基础上，实用技术有短轨枕包套式和弹性长轨枕整体道床。在**新干线的特殊减振地段，采用了防振型板式轨道。在新加坡、香港地铁中，特殊减振地段采用浮置板结构，减振效果非常显著。进行轨道不平顺控制也能获得很好的减振降噪结果。例如，钢轨打磨后，在振动频率为8-100Hz范围内，振动下降4-8dBA，站台上的振动下降5-15dBA。证明了控制轨道不平顺是降低轮轨之间振动与噪声的有效措施。　　 目前，国外高架桥结构大多采用箱形梁形式。据**在山手线对各种构造形式、断面形式和不同跨度的桥梁所进行的对比试验结果，表明控空板形式噪声最低。近年来，新建的巴黎地区快速铁路高架桥和新加坡高架铁道均采用箱形梁。研究箱形梁的减振降噪是国际上在这一领域的热点。　　 吸声桥面和路面研究。高架轨道交通线的桥面是声的反射面，降低桥面的声反射，可以大大降低轨道交通列车通过时的噪声。　　 吸声结构研究。高架轨道交通噪声的各个声源中，桥梁振动的辐射噪声对周边环境，尤其是低楼层噪声敏感区的声环境有较大影响。高吸声、[wiki]安全[/wiki]、美观、易清洗保养是设计吸声结构的要点。　　 声屏障是降低轨道交通运行噪声的有效措施。美国、**、英国、法国、澳大利亚及香港地区，都在交通主干线上修建声屏障并取得了较好的噪声治理效果。　　 声屏障是地面和高架轨道交通采用的最常用的降噪方法。由于轨道交通的横截面通常尺寸紧凑，声屏障已经接近线路的设备限界，列车车身与屏障之间的距离很小，一般小于一米。车身外板的材料通常是不吸声的金属，如果声屏障也用不吸声或吸声系数很小的材料制成，则噪声的声波将在车身和声屏障间的窄弄中来回折射，最后从上方逸出，声屏障的降噪效果就很差，因此不吸声的隔声型声屏障不适合轨道交通。只有吸声系数大于0.8的声屏障才有比较好的降噪效果。　　 声屏障技术应用都比较普遍，现有的吸声型声屏障均为板式结构。频带窄，尤其是低频段吸声系数小，通常吸声系数只有0.5左右，是现有吸声型声屏障（或组合型声屏障的吸声单元）的共同缺点。　　 除此之外，现有吸声型声屏障还存在其他问题。总之，由于交通噪声主要成份分布在100～5kHz，单纯阻性吸声或抗性材料难以在如此宽的频率范围内达到满意的吸声效果，而将研究阻抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向。如何降低成本、厚度、尺寸和重量，提高使用寿命，是新型声屏障研制者的追求。

1 国内轨道交通发展的环境现状近年来，随着快速轨道交通在国内城市综合交通体系中充当客运骨干地位的确立和定位，我国大型、特大型城市的轨道交通规划、建设步人了一个空前的高峰期。目前，全国超过百万人口的城市有34个，除已运营的100多km轨道交通线路外，还有21座城市33条线路、长约650km的轨道交通线路正在筹建或建设中，预计本世纪初30年内，全国运营的轨道交通线路将突破1000km。短时间内，建设、运营如此规模庞大、复杂、综合的轨道交通线路，不仅仅在规划理论、设计或建设技术、新材料、配套设备等方面存在诸多的困难和难题，更重要的是在获得“快速、便捷、大容量”运营线路的同时，轨道交通所带来的诸如振动、噪声、电磁辐射、景观等环境污染问题接踵而至，并对沿线居民、文教、高、精、尖科研院所正常的生活、学习、工作造成很大的影响。在这些污染中，以振动和噪声的危害居首。振动污染已被世界环境组织列为第七大公害。纵观国内外的轨道交通运营史，美国纽约地铁车站的噪声曾高达100-115dB，接近人耳的痛阂 捷克发生了地铁线路四周古教堂因振动产生裂缝、乃至倒塌的恶性事件 我国北京地铁西单车站四周的居民，因无法忍受地铁造成的振动和噪声而进行投诉。凡此种种环境污染事件，不得不引起社会广泛的思考和关注，尤其在“以人为本”的今天，轨道交通的环保问题，已成为健康、可持续发展的首要问题。下面从规划设计、施工、运营等一整套体系出发，分析重点环境污染问题，从而提出实现环保轨道交通的方法和措施。2 城市轨道交通规划设计阶段的环保措施城轨交通的环境污染，主要以建成通车后的振动和噪声污染为主，其次为电磁辐射污染和景观污染等。防治措施通常采用主动和被动两种形式。主动防治即先行分析污染源、污染产生的机理、影响因素，而后对症下药，从污染产生的源头上采用先进的技术设计手段，阻断或削弱污染。2.1 城市轨道交通的振动和嗓声2.1.1 城市轨道交通振动、噪声的特点、产生气理和影响因素城市轨道交通的振动和噪声随着列车运行间隔、运行时间呈现出间歇性和非全天候的特点，其主要产生于轮轨系统和动力系统。列车运行时产生的振动属于随机振动问题，其引起的振波通过结构传到四周地层，进而通过土壤向四面传播，诱发四周结构及建筑物的二次振动。导致振动的主要因素有：轨道不平顺引起的随机性激振源、车轮偏心引起的周期性激振源、车轮通过轨缝、道岔时的瞬间激振源和轮轨碰撞等。噪声分为空气声和固体声，一般通过声源、传播途径和接受点三个方面来分析，除轨轮噪声为线声源外，其余均为点声源。噪声级的强度主要由轨道设置位置确定：地下车内噪声大于地面噪声 高架噪声大于地面噪声。影响噪声的因素主要有：列车速度、轮轨结构、钢轨波磨、钢轨类型、最小曲线半径、车辆设备、活塞风、通风系统、隧道结构及埋深、高架结构振动辐射、集电弓摩擦和列车运行产生的气流噪声等。运营城轨的振动和噪声不是相互独立的，二者之间在某种程度上存在着必然的联系，大部分的运营噪声往往是轮轨相互撞击而产生的，其减振降噪的技术措施，应以控制振动为主，振动减小意味着占噪声主导地位的固体声也随之减小。2.1.2 基于环保的减振降噪规划设计措施在轨道交通路网规划和可行性研究前期，采取的环保措施是：以现场环境调查或环评告为依据，对环境敏感点尽量绕避，对可能的小半径段落尽量采取增大曲线半径的做法，但此两点往往受地形、地物、地质、线路敷设方式、城市规划等条件的制约不易实现。

近年来，随着新能源在轨道交通的应用兴起，[b]氢能正成为轨道交通领域备受关注的技术“新秀”[/b]。业内人士普遍认为，当前，在轨道交通清洁化需求、政策支持等因素推动下，氢能轨道交通正持续升温。[align=center][b][back=#ffff00]满足降碳需求[/back][/b][/align]“氢能轨道交通采用氢能源作为动力，从全产业链角度来看，更加低碳环保。”四川荣创新能动力系统有限公司董事长陈维荣在2023世界氢能青年科学家论坛上指出，“据测算[back=#ffff00][/back]，一列时速160公里的氢能源市域动车，一天跑500公里，一年大概可以减少1万多公斤二氧化碳的排放，减碳效果显著。因此，[b]氢能轨道交通是我国交通领域实现‘双碳’目标的重要手段之一[/b]。”氢能巨大的减碳潜力也获得了更多的政策支持。目前，成都、佛山、张家口、青岛等地在“十四五”规划中明确提出，要把有轨电车、城际交通纳入氢能应用范围中。[align=center][b][back=#ffff00]竞争优势明显[/back][/b][/align]陈维荣指出，氢能轨道交通的核心是以氢能为动力系统，由于避免了传统电气化铁路的接触网、变电所等复杂工程问题，氢能轨道交通的一次性建设成本和全寿命周期运营成本，[b]比传统电气化铁路成本低10%—20%[/b]，有很好的竞争优势。“目前，氢燃料电池已开始在乘用车、客车、物流车等当中推广应用，由于需要布局更多加氢站，短期内难以大规模商业化。相比而言，[b]轨道交通系统的线路相对固定，让氢气的运输和储存更简单[/b]。”陈维荣表示。[b]基于上述应用优势，目前国内外都在积极推进氢能轨道交通的研究和应用。[/b]国内氢能轨道交通发展持续加快，以中国中车、国能集团、中国中铁为主的相关企业瞄准能源转型方向，加快推动燃料电池在氢能轨道交通领域的应用。2023年6月，“宁东号”氢动力机车在中国中车下线，这是目前氢燃料电池装机功率最大的氢动力机车，也是国内首台由内燃机车改造而来的氢动力机车；同年7月，国内首台氢能源地铁施工作业车在湖北襄阳正式下线，与传统燃油作业车相比，该车全生命周期可累计减少碳排放225吨。[b]国际范围内[/b]，法国阿尔斯通、德国西门子、日本丰田等公司都在研发氢能轨道机车；英国和德国等欧洲国家计划在2035年逐步将现有内燃机车替换为氢能机车；马来西亚已完成38列氢能智轨车的全球招标；印度发布了35列氢能列车的招标计划等，这些都为氢能轨道交通发展带来更多机遇。[来源：仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]