地铁用内燃调车机车噪声测试与分析

马 帅， 李连凯， 隆孝军

(中车资阳机车有限公司 研发部， 四川资阳 641300)

随着城市轨道交通行业的快速发展，用于救援、维护及调车作业的内燃机车已经成为轨道交通行业中不可或缺的移动装备。司机室作为司乘人员主要工作场所，其工作环境的好坏将直接影响司乘人员的身心健康和工作效率，同时，司机室噪声也已成为内燃机车性能评定的重要指标之一。因此，了解内燃机车噪声特性，对内燃机车降噪设计，提高司机室的舒适度有着重要的指导意义[1-5]。

1 噪声测试

1.1 测试设备

噪声测试采用传声器阵同步测试系统，该系统主要由计算机、丹麦BBM多通道数据采集分析仪、B&K公司4189型传声器、杭州爱华仪器公司AWA6221B型校准器、声学支架等组成。

1.2 测点布置

测试对象为地铁用内燃调车机车(以下简称机车)，测试标准参照GB/T 3450-2006《铁道机车和动车组司机室噪声限值及测量方法》。测试机车上部分为4个室，由左至右依次为Ⅰ端司机室、辅助室、动力室、Ⅱ端司机室，各室共计设置16个测试点，其中两端司机室测试点距司机室地板高度为1.5 m，其余测试点距走廊地板高度为0.5 m，具体位置如图1所示。

1.3 测试步骤

试验地点选择空旷的场地，场地周围相对安静，避免环境噪声对试验的影响。试验开始前需对每个传声器进行校准，将采样率设置为32 768 Hz。试验过程中，机车处于定置状态，柴油机分别运转为750 r/min、1 000 r/min、1 200 r/min 、1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min共计6个工况，每个工况测试时间为90 s。

1-Ⅰ端司机室主司机座椅左侧;2-Ⅰ端司机室中部;3-Ⅱ端司机室座椅中部;4-Ⅱ端司机室后墙左门;5-Ⅱ端司机室后墙中部;6-Ⅱ端司机室后墙右门;7-空压机左侧;8-小柴油机发电机组右侧;9-小柴油机发电机组左侧;10-冷却装置右侧;11-冷却装置左侧;12-柴油机右侧;13-柴油机左侧;14-辅助发电机左侧;15-动力室左侧入口门;16-动力室右侧入口门。图1 测试点分布示意图

2 测试结果及分析

2.1 不同工况下各测试点噪声声压级对比

机车定置状态下，柴油机不同转速下各测试点噪声的A计权声压级如表1所示。

根据表1中各测试点声压级测试结果可知，各测试点声压级随柴油机转速的增加而升高，且在柴油机转速为2 100 r/min时各测试点声压级达到最大，其中越靠近柴油机的测试点声压级越大，测试点12、13声压级最高达113.6 dB(A)。同时，动力室内测试点12、13、14、15、16在同一工况下的声压级非常接近，这是由于声波在密闭的室内经多次反射叠加形成了混响场造成的，这对噪声源的判定造成一定的影响，但可知噪声源与柴油机运行转速具有相关性。

2.2 不同工况下机车声压级等高云图对比

根据传声器阵采集到的机车内部声压信号，绘制各个工况下机车等频带声压级的等高云图，如图2所示。

表1 不同工况下各测试点噪声声压级 dB(A)

图2 不同工况下机车声压级等高云图

图中黑线方框为机车位置，蓝色点为测点位置。

从声压级等高云图可知，各工况下噪声的发散与传播趋势基本一致，且以动力室为中心，主要沿机车左右两侧横向传播。说明机车运用过程中，动力室是噪声产生的源头位置，并具有沿动力室两侧壁瓦楞百叶窗垂直方向向外传播的趋势。

2.3 两端司机室噪声对比

不同工况下Ⅰ端和Ⅱ端司机室声压级对比如图3所示，Ⅰ端司机室在各种工况下，测试点1、2声压级均低于78 dB(A)的国家标准限值[6]，而Ⅱ端司机室在柴油机转速为1 500 r/min、1 800 r/min、2 100 r/min时，测试点3、4、5、6声压级均超78 dB(A)的限值。同时，Ⅰ端司机室各工况下声压级均低于Ⅱ端司机室，噪声值相差约10 dB(A)左右。这是由于机车受内部设备配置和外部限界尺寸的限制，机车总体设备布置无法实现对称布置，使得距离动力室较近的Ⅱ端司机室噪声比Ⅰ端司机室高。

2.4 Ⅱ端司机室噪声频谱对比

对机车不同工况下Ⅱ端司机室内测试点4、5、6做1/3倍频程的频谱分析如图4所示。从频谱图可知，不同工况下测试点的噪声频谱曲线趋势基本一致，具有较好的相关性，说明3个测试点主要噪声源相同。

从频谱图来看，频谱基本上由3段组成：低频段200 Hz以下，中频段300～1 000 Hz，高频段以2 000 Hz为中心，其中峰值出现在500～700 Hz附近，且测试点4的频谱一般比测试点5、6稍大，表明动力室的噪声源离测试点4较近。同时，Ⅱ端司机室的3个测试点在50～100 Hz频段存在较大峰值，并随转速变化，说明随着柴油机转速的提高，噪声源对Ⅱ端司机室的影响愈加剧烈，且噪声源与柴油机转速有强相关性。

图3 不同工况下Ⅰ端司机室和Ⅱ端司机室噪声对比

图4 不同工况下测试点噪声频谱图

2.5 噪声源分析

由于动力室主要设备为柴油机、变速箱和与变速箱相连的启动电机，为确定影响Ⅱ端司机室的主要噪声源，分别测试动力室内柴油机与变速箱连接和断开两种状态下，Ⅱ端司机室各测试点不同状态下噪声的1/3倍频程频谱对比。以测试点4为例，不同状态下噪声频谱对比如图5所示。

柴油机与变速箱断开前后，对测试点4谱值影响较大，波动为4 dB(A)左右，但对谱结构影响不大，说明司机室噪声的下降，仅是由于动力室总体噪声降低所导致。当柴油机断开与变速箱连接后，从谱结构可知，声压级下降的频段为200 Hz以下的低频段，说明柴油机-变速箱连接存在的振动耦合效应，所产生的低频结构噪声对Ⅱ端司机室内部总体噪声有贡献。柴油机与变速箱断开后，测试点4的声压级最高为87.6 dB(A)，仍高于标准要求的78 dB(A)，且测试点4的噪声值随柴油机转速的增加而增加，说明柴油机的工作噪声是影响Ⅱ端司机室的主要噪声源，且噪声值高达110 dB(A)以上，频率在300～1 000 Hz的中频段。

图5 不同工况下测试点4噪声频谱图

3 机车内部噪声的改进措施

(1)对动力室的改造：动力室间壁、侧墙、顶棚、地板等位置喷涂6～8 mm阻尼浆，并在间壁、侧墙、顶棚附着厚度为50 mm的吸声隔热复合块，最后用厚度为1 mm的多孔板进行封装，阻止动力室噪声的对外传播。

(2)对变速箱的改造：加强变速箱安装座下梁的刚度，同时合理选配弹性联轴节，降低低频结构噪声对司机室的影响。

(3)对司机室的改造：调整司机室内部阻尼浆和吸声材料厚度，并对进入司机室的管路、线缆等空洞和缝隙进行封堵，对司机室门窗的加强密封，控制噪声通过司机室的缝隙传入车内。

(4)增加隔声间壁的改造：动力室与司机室之间增加50 mm结构墙，采用2 mm钢板中间填充吸声材料，并于与司机室后墙间隔100 mm，减少动力室噪声对司机室的影响。

4 结束语

通过对地铁用内燃调车机车室内噪声的测试和分析，可以得出如下结论：

(1)柴油机的工作噪声是造成Ⅱ端司机室超标的主要噪声源，同时柴油机-变速箱系统所产生的低频结构噪声对司机室总体噪声也有贡献。

(2)司机室噪声峰值主要分布在200 Hz以下的低频段，300～1 000 Hz的中频段以及以2 000 Hz为中心的高频段，在500～700 Hz处出现峰值。

(3)Ⅰ端司机室较Ⅱ端司机室距离动力室更远，且Ⅱ端司机室紧邻动力室，使得Ⅱ端司机室比Ⅰ端司机室各工况下噪声值高10 dB(A)左右，以后设计中应合理设置机车总体布局，控制噪声源对司机室的影响。