CN109187059A - 整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法 - Google Patents

整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法 Download PDF

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李新
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Abstract

整车半消声室环境下的轨道车辆结构传声路径试验测试方法属于声学试验技术领域，该方法按照列车外形尺寸建造足以容纳被测车型的整车半消声室，将处于整备状态下的轨道车辆单节车厢置于整车半消声室中，利用现有对结构振动噪声成分的传递路径分析方法对转向架噪声源对客室车厢所产生的结构振动噪声成分及其传递路径进行分析。本发明避免了结构传声测试现场环境中低频噪声对于测试结果的影响，并确切给出了整车半消声室自由场偏差值的技术验收标准以及客室车厢内心噪声采样点的相对于具体局部的最佳位置参数，从而使结构传声路径试验可以获得最佳的试验结果。

Description

整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法
技术领域
本发明属于声学试验技术领域，应用于轨道交通车辆声学研究，具体涉及一种整车半消声室环境下的轨道车辆结构传声路径试验测试方法。
背景技术
整备状态下的列车是指具有全部设备和功能的，准备出厂投入运营之前的完整列车。
城铁和高铁车辆上实测数据表明，整备状态下的列车在轨道上高速运行时，客室车厢内的车辆噪声成分中的结构振动噪声占比很大。结构振动噪声属于范围在0-1000Hz中低频噪声区，其是指因转向架与轨道接触引发的车身、受电弓等结构振动而产生的以弹性波形式在车体结构中传播的噪声成分。
如图1所示，列车的车头包括驾驶室1和客室车厢2，其二者的下方分别对应设有一个独立的驾驶室转向架3和客室转向架4，为了降低客室车厢2内的结构振动噪声，有必要研究轨道车辆的结构传声路径，用以作为消除噪声设计的参考依据。
现阶段有关轨道交通车辆的结构传声路径的试验地点主要是在车间或者在实际线路轨道上进行测量，使其转向架与轨道之间产生震动，并在客室车厢2内设置噪声采样点A，使噪声采样点A恰位于客室转向架4的质心正上方，从而获取以驾驶室转向架3和客室转向架4为主的整个车体的各种结构振动噪声成分的总和数据。这样的测试方式比较简单经济，但是试验过程中不可避免的受到环境因素的影响，例如：车间中施工及相邻轨道的运行车辆产生的低频振动及周围环境的噪声，针对这些问题，有必要在背景噪声低并且有独立的隔振系统的环境中进行车辆结构传声路径试验。
此外，轨道交通车辆的结构传声路径的试验也是噪声测量领域公知的成熟方法，其通过在转向架与车体连接位置附近的转向架上布置力锤激励点，在转向架与车体连接位置附近的车体上布置加速度传感器，从而模拟由转向架传递到车体上的振动信号，并通过在已知方位的噪声采样点上采集声音信号，从而依据数学方程计算推知转向架与车体连接部位的结构传声路径数据信息。其数学公式如式(1)所示：对于列车客室车厢空间结构中的任意一点，其所接收到的实际结构传递噪声Ps可以表示为多个传递路径噪声量的累加之和：
式(1)中为任意一个结构激励点i到噪声采样点的振动噪声传递方程，其表示1牛顿的力在噪声采样点产生的噪声；其分子中的Fi表示声源激振点处的激振力，激振力的大小通过力锤中的传感器测量可知，并成为已知量；分母中的Ps表示噪声采样点所检测到的实际噪声声压值。
然而，由于列车转向架的结构非常复杂，其在实际运转过程中的主要噪声源种类和位置均不得而知，因此，前述成熟的结构振动噪声成分的传递路径分析方法目前尚无法在转向架噪声源对客室车厢所产生的结构振动噪声成分及其传递路径分析领域获得应用。
发明内容
为了解决现有轨道车辆的结构传声路径测验方法是使整备状态的列车静置在车间或者在实际线路轨道上进行测试，在此过程中，试验结果会受到车间中施工及相邻轨道的运行车辆产生的低频振动及周围环境的噪声的影响，以及由于列车转向架的结构非常复杂，其在实际运转过程中的主要噪声源种类和位置均不得而知，因此，现有成熟的结构振动噪声成分的传递路径分析方法目前尚无法在转向架噪声源对客室车厢所产生的结构振动噪声成分及其传递路径分析领域获得应用的技术问题，本发明提供一种整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法，其包括如下步骤：
步骤一：按照列车外形尺寸建造足以容纳被测车型的整车半消声室；
步骤二：将处于整备状态下的列车置于步骤一所示的整车半消声室中；
步骤三：在客室车厢的端墙位置设置车厢端部声学遮挡板，声学遮挡板的隔声量高于60dB，吸声系数小于0.1；
步骤四：沿客室车厢的中轴线在距离客室地板上方H的高度平面上布置一个中心噪声采样点B，并沿客室车厢的中轴线在中心噪声采样点B两侧距离为L的位置分别布置左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q；中心噪声采样点B位于客室转向架的几何中心线上；
步骤五：逐一完成多个结构激励点i到各个噪声采样点的振动噪声传递方程的试验数据采集，其具体包括如下子步骤：
步骤5.1：将客室转向架上的C、D、E、F和G五个连接部位对应设为五个结构激励点，并在这五个连接部位分别做好对应的大写字母标记；
步骤5.2：选择步骤5.1所述五个结构激励点中的连接部位C，用力锤按照给定的固定锤击频率和锤击力敲击连接部位C附近的转向架结构，并在车厢内完成敲击时噪声采样点P、B、Q的实际结构传递噪声Ps的数据采集，此过程中，由带有计时器、速度传感器、加速度传感器和受力应变片的传感器冲击力锤完成力锤敲击力Fi的数据采集，进而完成连接部位C对应的结构传声路径的试验测试，并求得与连接部位C相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤5.3：按照与步骤5.2完全相同的方法，分别完成步骤5.1所述D、E、F和G四个连接部位分别对应的结构传声路径的试验测试，进而分别求得与D、E、F和G四个连接部位各自相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤六：按照公知的结构传声路径分析方法完成对中心噪声采样点B所接收到的实际结构传递噪声的传递路径分析：
中心噪声采样点B的实际结构传递噪声Ps由公式(1)表示为几个结构传声路径的噪声量的累加之和：
式中振动噪声传递方程的相关数据均由步骤5.2分别求得；
步骤七：按照与步骤六完全相同的方法，分别完成左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q的实际结构传递噪声的传递路径分析；
步骤八：将由步骤六和步骤七所求得的各个结构激励点对应的振动噪声传递方程进行对比，作为分析结构传声路径的依据，进而完成整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法。
本发明的有益效果是：该方法将处于整备状态下的轨道车辆单节车厢置于整车半消声室中，使之处于背景噪声低、周围无声学反射的良好声学环境中，真实有效的避免了结构传声测试过程中现场环境对于测试结果的影响。
附图说明
图1是现有在户外环境下对客室车厢内的噪声采样点A进行结构振动噪声成分测验时的噪声采样点布局原理示意图；
图2是本发明整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法的噪声采样点的布局原理示意图；
图3是本发明多个结构激励点在转向架上布置位置的原理示意图；
图4是本发明整车半消声室的结构示意图；
图5是本发明整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法的应用示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明的整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法包括如下步骤：
步骤一：如图4所示，按照列车外形尺寸建造足以容纳被测车型的整车半消声室5，整车半消声室5包括隔震地板5-1和侧壁及棚顶5-2，侧壁及棚顶5-2到被测车车体外壁的距离均大于5m；整车半消声室5的截止频率不大于50Hz；整车半消声室5的固有频率不高于3.57Hz，对50Hz激振频率的隔振效率不小于99％；整车半消声室5的背景噪声参数需满足如下条件：
所述整车半消声室空调通风系统关闭状态下的背景噪声不大于15dB(A)；整车半消声室空调通风系统开启状态下的背景噪声不大于25dB(A)；
所述整车半消声室自由场偏差值需同时符合《JJF1147-2006》及《ISO3745》对自由场偏差值的要求，即：整车半消声室所允许的自由场偏差值应同时满足下述倍频程参数表1的全部参数指标：
表1
1/3倍频程/Hz 整车半消声室允许偏差/dB
≤630 ±2.5
800–5000 ±2.0
≥6300 ±3.0
步骤二：将处于整备状态下的列车置于步骤一所示的整车半消声室5中；
步骤三：在客室车厢2的端墙位置设置车厢端部声学遮挡板6，声学遮挡板6隔声量需高于60dB，吸声系数小于0.1；
步骤四：如图2所示，沿客室车厢2的中轴线在距离客室地板2-1上方H＝1.5m高度的平面上布置一个中心噪声采样点B，并沿客室车厢2的中轴线在中心噪声采样点B两侧距离为L＝2m的位置分别布置左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q；中心噪声采样点B位于客室转向架4的几何中心线上；
步骤五：逐一完成多个结构激励点i到各个噪声采样点的振动噪声传递方程的试验数据采集，其具体包括如下子步骤：
步骤5.1：如图3所示，将客室转向架4上的C、D、E、F和G五个连接部位对应设为五个结构激励点，并在这五个连接部位分别做好对应的大写字母标记；
步骤5.2：如图5所示，选择步骤5.1所述五个结构激励点中的连接部位C，用力锤按照给定的固定锤击频率和锤击力敲击连接部位C附近的转向架结构，并在车厢内完成敲击时噪声采样点P、B、Q的实际结构传递噪声Ps的数据采集，此过程中，由带有计时器、速度传感器、加速度传感器和受力应变片等传感器的丹麦B&K公司生产的8206-002型冲击力锤完成力锤敲击力Fi的数据采集，进而完成连接部位C对应的结构传声路径的试验测试，并求得与连接部位C相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤5.3：按照与步骤5.2完全相同的方法，分别完成步骤5.1所述D、E、F和G四个连接部位分别对应的结构传声路径的试验测试，进而分别求得与D、E、F和G四个连接部位各自相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤六：按照公知的结构传声路径分析方法完成对中心噪声采样点B所接收到的实际结构传递噪声的传递路径分析：
中心噪声采样点B的实际结构传递噪声Ps可以由公式(1)表示为几个结构传声路径的噪声量的累加之和：
式(1)中振动噪声传递方程的相关数据均由步骤5.2分别求得；
步骤七：按照与步骤六完全相同的方法，分别完成左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q的实际结构传递噪声的传递路径分析；
步骤八：将由步骤六和步骤七所求得的各个实际激励点对应的振动噪声传递方程进行对比，作为分析结构传声路径的依据，进而完成整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法。

Claims (3)

1.整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一：按照列车外形尺寸建造足以容纳被测车型的整车半消声室(5)；
步骤二：将处于整备状态下的列车置于步骤一所示的整车半消声室(5)中；
步骤三：在客室车厢(2)的端墙位置设置车厢端部声学遮挡板(6)，声学遮挡板(6)的隔声量高于60dB，吸声系数小于0.1；
步骤四：沿客室车厢(2)的中轴线在距离客室地板(2-1)上方H高度的平面上布置一个中心噪声采样点B，并沿客室车厢(2)的中轴线在中心噪声采样点B两侧距离为L的位置分别布置左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q；中心噪声采样点B位于客室转向架(4)的几何中心线上；
步骤五：逐一完成多个结构激励点i到各个噪声采样点的振动噪声传递方程的试验数据采集，其具体包括如下子步骤：
步骤5.1：将客室转向架(4)上的C、D、E、F和G五个连接部位对应设为五个结构激励点，并在这五个连接部位分别做好对应的大写字母标记；
步骤5.2：选择步骤5.1所述五个结构激励点中的连接部位C，用力锤按照给定的固定锤击频率和锤击力敲击连接部位C附近的转向架结构，并在车厢内完成敲击时噪声采样点P、B、Q的实际结构传递噪声Ps的数据采集，此过程中，由带有计时器、速度传感器、加速度传感器和受力应变片的传感器冲击力锤完成力锤敲击力Fi的数据采集，进而完成连接部位C对应的结构传声路径的试验测试，并求得与连接部位C相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤5.3：按照与步骤5.2完全相同的方法，分别完成步骤5.1所述D、E、F和G四个连接部位分别对应的结构传声路径的试验测试，进而分别求得与D、E、F和G四个连接部位各自相对应的振动噪声传递方程的试验数据；
步骤六：按照公知的结构传声路径分析方法完成对中心噪声采样点B所接收到的实际结构传递噪声的传递路径分析：
中心噪声采样点B的实际结构传递噪声Ps由公式(1)表示为几个结构传声路径的噪声量的累加之和：
式中振动噪声传递方程的相关数据均由步骤5.2分别求得；
步骤七：按照与步骤六完全相同的方法，分别完成左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q的实际结构传递噪声的传递路径分析；
步骤八：将由步骤六和步骤七所求得的各个结构激励点对应的振动噪声传递方程进行对比，作为分析结构传声路径的依据，进而完成整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法。
2.如权利要求1所述的整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法，其特征在于：步骤一所述整车半消声室(5)包括隔震地板(5-1)和侧壁及棚顶(5-2)，侧壁及棚顶(5-2)到步骤二所述整备状态下的列车车体外壁的距离均大于5m；整车半消声室(5)的截止频率不大于50Hz；整车半消声室(5)的固有频率不高于3.57Hz，对50Hz激振频率的隔振效率不小于99％；整车半消声室(5)的背景噪声参数需满足如下条件：
所述整车半消声室空调通风系统关闭状态下的背景噪声不大于15dB(A)；整车半消声室空调通风系统开启状态下的背景噪声不大于25dB(A)；
所述整车半消声室自由场偏差值需同时符合《JJF1147-2006》及《ISO3745》对自由场偏差值的要求，即：整车半消声室所允许的自由场偏差值应同时满足下述倍频程参数表1的全部参数指标：
表1
1/3倍频程/Hz 整车半消声室允许偏差/dB ≤630 ±2.5 800–5000 ±2.0 ≥6300 ±3.0
3.如权利要求1所述的整车半消声室环境下轨道车辆结构传声路径试验测试方法其特征在于：所述中心噪声采样点B距离客室地板(2-1)的高度值H均为1.5米，左侧噪声采样点P和右侧噪声采样点Q到中心噪声采样点B的水平距离L值为2米。
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