火车车轮阻尼器的降噪性能分析及其改进技术研究

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轨道交通包括城市内的地铁、轻轨列车和城市间的快速列车,轨道交通与其他的交通形式相比有着非常明显的优势,如运量大、占地少、污染少等。但是随着轨道交通的快速化,其带来的噪声污染也越来越严重,给人们的生活生产带来了很大的消极影响。轨道交通噪声中一个非常突出的噪声类型为轮轨噪声,本论文就是研究如何用车轮阻尼器来减小轨道交通的轮轨噪声问题。
　　利用ANSYS软件建立车轮有限元模型对其进行模态分析,求解得到车轮的固有频率以及模态振型。由此分析车轮在5000Hz以内的频率范围内主要振动振型为踏面的径向振动以及踏面和辐板的轴向振动,故阻尼器安装后主要控制踏面及辐板的振动会获得良好的减振效果;利用LMS振动测试设备对车轮以及安装了原有阻尼器的车轮进行模态测试,得到车轮准确的固有频率和模态阻尼比,验证了车轮有限元分析的正确性,通过对比测试得到的固有频率、模态阻尼比和频响函数,阻尼比显著增加,固有频率发生偏移,得知阻尼器的作用原理为带有阻尼的动力吸振器。
　　利用LMS振动测试仪器、ANSYS软件和Virtual.Lab软件对车轮进行振动特性及噪声辐射特性分析。分析车轮安装阻尼器前后测试得到的频响函数得知400Hz~1500Hz的低频段内振动峰值增加;分析车轮踏面响应点轴向、径向振动响应规律得知0~2500Hz内踏面的轴向位移幅值大;从车轮振动模态贡献量分析结果中得知,车轮在500Hz~1300Hz、1800Hz~2300Hz、4300Hz~46300Hz范围内的模态振型对车轮振动贡献量最大,在阻尼器的设计时着重控制低频段内的振动;从车轮的声场辐射特性分析结果可知,车轮辐板、踏面、以及二者的结合处声压值在很宽的频率范围内比较大;通过辐射声场的板块贡献量分析知车轮的踏面和辐板向外辐射噪声最多,因此阻尼器设计时主要控制车轮踏面、辐板及二者结合处的振动;结合车轮使用安全性要求确定阻尼器安装位置为车轮踏面辐板结合处。
　　根据前面分析得到的参数,并将阻尼器按照带阻尼的动力吸振器减振原理进行改进,确定阻尼器的作用频带、安装位置,同时分析阻尼器的质量、刚度、阻尼等参数对阻尼器降噪效果的影响,然后将各个参数进行优化组合对阻尼器进行改进。在实验室条件下对安装了改进后阻尼器的车轮进行振动响应测试以及噪声辐射水平测试,验证改进后的阻尼器比原来的阻尼器降噪效果提升了10dB。

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作者
朱学治;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科机械设计及理论
授予学位硕士
导师姓名陈照波;
年度 2013
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 U270.16;
关键词
轨道交通; 轮轨噪声; 车轮阻尼器; 降噪性能; 改进技术;

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