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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 低噪聲車輪的輻板屏蔽阻尼裝置
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 目前我國普速鐵路、城市軌道、高速鐵路快速發(fā)展，隨之帶來的噪聲污染成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。本項(xiàng)目針對(duì)這個(gè)難題發(fā)明了低噪聲車輪的輻板屏蔽阻尼裝置，通過在車輪主體上附加屏蔽設(shè)備，控制軌道交通的噪聲。此裝置這種裝置是能有效抑制車輪噪聲輻射，對(duì)車輪噪聲輻射有大幅的衰減，達(dá)10 dB(A)以上，即降低聲能量90%以上。且本發(fā)明對(duì)車輪主體的形狀和結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，因此容易推廣實(shí)施。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著軌道交通技術(shù)的迅猛發(fā)展，鐵路噪聲問題受到廣泛關(guān)注，其帶來的噪聲污染已對(duì)沿線居民、司乘人員和乘客造成較大的影響，據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，大多數(shù)軌道交通現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的噪聲值偏高，需采取有效措施對(duì)其實(shí)施控制。 輪軌噪聲源主要由車輪和鋼軌兩大部分組成。其中車輪噪聲主要集中在輻板區(qū)域，降低鐵路車輪噪聲輻射有兩條途徑：一是根據(jù)聲學(xué)原理，通過車輪外形優(yōu)化設(shè)計(jì)降低車輪噪聲。此種方法有效，但受到力學(xué)設(shè)計(jì)的限制，并且須對(duì)已定型的車輪主體形狀進(jìn)行改變，其推廣應(yīng)用難度很大。二是在結(jié)構(gòu)上附加降噪裝置。如在幅板兩側(cè)安裝噪聲屏蔽板或在轉(zhuǎn)向架下方安裝隔聲裙對(duì)輪對(duì)進(jìn)行部份遮蓋，均能對(duì)噪聲起到一定的屏蔽作用，但并未降低車輪本身的振動(dòng)，其降噪效果有限；還有就是在車輪表面粘貼彈性阻尼約束層，通過降低車輪振動(dòng)來降低噪聲，也有一定的降噪效果，但車輪的高速旋轉(zhuǎn)和復(fù)雜惡劣的行車環(huán)境容易使阻尼約束結(jié)構(gòu)與車輪之間的粘貼層失效，發(fā)生剝離。 輻板屏蔽阻尼裝置針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，為城市軌道車輛、普速列車和高速列車提供一種便捷可行、安全可靠和降噪性能優(yōu)越的低噪聲車輪應(yīng)用措施。此種裝置在結(jié)合“兩端交替錨接的多層粘彈性約束阻尼層處理”這一技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)鐵路車輪噪聲屏蔽板的一種改進(jìn)。 理論計(jì)算表明：附設(shè)輻板屏蔽阻尼裝置可有效降低頻率100Hz~5000Hz頻率范圍的輪軌噪聲。對(duì)300 km/h運(yùn)行情況下的高速列車時(shí)，可對(duì)其100Hz ~ 5000Hz頻率范圍的滾動(dòng)噪聲總輻射聲功率有6.0 ~ 10.0 dB(A)的顯著降噪效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明目的：提供一種列車車輪輻板降噪阻尼設(shè)備，該種屏蔽設(shè)備降噪效果好，不改變車輪主體形狀，推廣實(shí)施容易。 基本思路：由多塊圓環(huán)形的金屬板安裝在車輪輪輞和輪轂之間，將車輪輻射噪聲最主要的區(qū)域－輻板區(qū)域完全覆蓋住，從傳播路徑上阻礙噪聲向周圍空間的輻射。相鄰的兩金屬板之間的粘彈性阻尼層能夠傳遞結(jié)構(gòu)力，當(dāng)車輪在滾動(dòng)過程中發(fā)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)粘彈性阻尼層兩側(cè)的金屬板相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在粘彈性阻尼層形成周期性剪應(yīng)變，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒄駝?dòng)能量，從而抑制屏蔽板及與其相連的車輪輪輞和車輪整體的振動(dòng)，明顯減少車輪的振動(dòng)噪聲輻射。 創(chuàng)新點(diǎn)：a、輻板屏蔽阻尼裝置僅由金屬板、粘彈阻尼層固定在車輪上構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝，方便實(shí)施；在單個(gè)車輪輻板兩側(cè)均安裝本實(shí)用新型的鋁制噪聲屏蔽板之后，車輪總重量?jī)H增加4%左右，約13.0kg；b、輻板屏蔽阻尼裝置是在車輪主體上附加屏蔽設(shè)備，對(duì)車輪主體的形狀和結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性改變，因此容易推廣實(shí)施。 技術(shù)關(guān)鍵：用兩塊中間開孔的半圓形屏蔽板對(duì)接安裝在車輪輪輞和輪轂之間，將車輪輻射噪聲最主要的區(qū)域—輻板區(qū)域完全覆蓋住，從傳播路徑上減弱噪聲向周圍空間輻射。 主要技術(shù)指標(biāo)：理論計(jì)算表明：附設(shè)輻板屏蔽阻尼裝置可有效降低頻率100Hz~5000Hz頻率范圍的輪軌噪聲。對(duì)300 km/h運(yùn)行情況下的高速列車時(shí)，可對(duì)其100Hz ~ 5000Hz頻率范圍的滾動(dòng)噪聲總輻射聲功率有6.0 ~ 10.0 dB(A)的顯著降噪效果。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：在現(xiàn)有車輪結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)該裝置，可廣泛應(yīng)用于城市軌道交通列車、普速列車和高速列車的輪軌噪聲控制中，無需改變已有車輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與技術(shù)性能； 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì): （1）不改變車輪主體形狀，不影響車輪原有的動(dòng)態(tài)性能，保障結(jié)構(gòu)安全、可靠性能，容易實(shí)施推廣；（2）降噪性能優(yōu)越，理論預(yù)測(cè)可提供6.0 ~ 10.0dB的降噪效果，可有效滿足軌道交通對(duì)輪軌噪聲控制的迫切需求。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在2010年底，中國最大列車車輪生產(chǎn)商之一馬鞍山鋼鐵股份有限公司領(lǐng)導(dǎo)層前來西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室，參觀并深入了解了本發(fā)明裝置，提出一致好評(píng)，并就本裝置的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)事宜進(jìn)行了一系列洽談。
作品所處階段
- 本發(fā)明低噪聲車輪的輻板屏蔽阻尼裝置，現(xiàn)技術(shù)已成熟，推廣實(shí)施容易，屬于即將生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利授權(quán)
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 隨著軌道交通技術(shù)的迅猛發(fā)展，鐵路噪聲問題受到廣泛關(guān)注，其帶來的噪聲污染已對(duì)沿線居民、司乘人員和乘客造成較大的影響，據(jù)現(xiàn)有國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，大多數(shù)軌道交通現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的噪聲值偏高，需采取有效措施對(duì)其實(shí)施控制。其中，輪軌噪聲是鐵路噪聲的主要來源，因此，工程實(shí)際對(duì)低噪聲車輪技術(shù)有非常急迫的需求。輻板屏蔽阻尼裝置可廣泛應(yīng)用于城市軌道交通列車、普速列車和高速列車的輪軌噪聲控制中，無需改變已有車輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與技術(shù)性能，具有非常良好的市場(chǎng)推廣前景；按我國十二五鐵路路網(wǎng)規(guī)劃及其對(duì)軌道交通列車及低噪聲車輪的市場(chǎng)需求，預(yù)測(cè)的經(jīng)濟(jì)效益可高達(dá)數(shù)十億。
同類課題研究水平概述
- 輪軌噪聲可以歸納為三類，即：滾動(dòng)噪聲、沖擊噪聲和曲線嘯叫[8]。自20世紀(jì)70年代開始，世界各國鐵路科研工作者從理論研究和試驗(yàn)研究?jī)煞矫鎸?duì)輪軌噪聲開展了大量工作，至今就輪軌噪聲的產(chǎn)生機(jī)理基本達(dá)成了共識(shí)：（1）輪軌滾動(dòng)噪聲是由輪軌接觸表面粗糙度激擾產(chǎn)生的。（2）沖擊噪聲是由車輪或鋼軌表面的局部不連續(xù)性激勵(lì)輪軌系統(tǒng)而產(chǎn)生的。（3）曲線嘯叫是當(dāng)車輛在小半徑曲線線路上運(yùn)行時(shí)，由于輪軌之間發(fā)生粘滑振動(dòng)而產(chǎn)生的強(qiáng)烈窄帶噪聲，具有顯著的高頻純音特性。 一般情況下，對(duì)高速鐵路而言，輪軌噪聲主要體現(xiàn)為輪軌滾動(dòng)噪聲；對(duì)城市軌道交通而言，輪軌噪聲則由輪軌滾動(dòng)噪聲和曲線嘯叫主導(dǎo)。 降低輪軌噪聲的措施主要有4種： （1）粗糙度控制。控制車輪和鋼軌的表面粗糙度，減小輪軌系統(tǒng)激擾，從源頭上降低輪軌系統(tǒng)的振動(dòng)聲輻射。 （2）阻尼車輪措施。由于車輪材料為鋼鐵，輪對(duì)本身阻尼非常小，可對(duì)車輪進(jìn)行阻尼處理，增加其減振效果，抑制車輪振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射，降低輪軌噪聲。 （3）阻尼鋼軌措施。對(duì)鋼軌進(jìn)行阻尼處理，增加其減振效果，抑制鋼軌振動(dòng)所產(chǎn)生的聲輻射，降低輪軌噪聲。 （4）聲屏障措施。從聲傳播途徑上對(duì)車輪和鋼軌局部進(jìn)行屏蔽，阻礙輪軌噪聲向外輻射，以降低輪軌噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響。 車輪方面，輪軌噪聲控制措施主要包括： （1）車輪形狀優(yōu)化； （2）阻尼車輪； （3）彈性車輪； （4）車輪噪聲屏蔽板； 輪軌噪聲源主要由車輪和鋼軌兩大部分組成。其中車輪噪聲主要集中在輻板區(qū)域，降低鐵路車輪噪聲輻射有兩條途徑：一是根據(jù)聲學(xué)原理，通過車輪外形優(yōu)化設(shè)計(jì)降低車輪噪聲。此種方法有效，但受到力學(xué)設(shè)計(jì)的限制，并且須對(duì)已定型的車輪主體形狀進(jìn)行改變，其推廣應(yīng)用難度很大。二是在結(jié)構(gòu)上附加降噪裝置。如在幅板兩側(cè)安裝噪聲屏蔽板或在轉(zhuǎn)向架下方安裝隔聲裙對(duì)輪對(duì)進(jìn)行部份遮蓋，均能對(duì)噪聲起到一定的屏蔽作用，但并未降低車輪本身的振動(dòng)，其降噪效果有限；還有就是在車輪表面粘貼彈性阻尼約束層，通過降低車輪振動(dòng)來降低噪聲，也有一定的降噪效果，但車輪的高速旋轉(zhuǎn)和復(fù)雜惡劣的行車環(huán)境容易使阻尼約束結(jié)構(gòu)與車輪之間的粘貼層失效，發(fā)生剝離。
