钢轨和车轮粗糙度对滚动噪声的影响:测量与分析

轮轨粗糙度的特征是表面的波动。当轮子转动时，波动产生特定波长的振动——因此产生噪音。滚动噪声方面，粗糙度的重要波长集中在5mm ~ 500mm范围内，长波振幅为数十微米，短波振幅小于1微米¹．显然，这种粗糙度肉眼是看不见的，会看起来像一个光滑的表面。较长的波长粗糙度激发较低的频率，对滚动噪声不显著;相反，它们与乘坐舒适性和地面振动有关。

从适用标准(分别适用于外部和内部噪音的ISO 3095:2005和ISO 3381:2005)的角度出发，规定了通过直接或间接方法测量钢轨粗糙度的要求。此外,欧洲委员会——通过欧盟铁路局(以前称为欧洲铁路局(ERA)) -包括在2011年评估可接受的小偏差铁路粗糙度要求的新程序。该程序包含在关于跨欧洲常规铁路系统“车辆-噪声”子系统的互操作性技术规范文件(TSI 2011/229/EU)中。后来，在国际标准ISO 3095:2013的更新版本和当前版本的技术规范文件(TSI文件1304/2014)中，它被作为标准添加。这个背景强调了粗糙度分析的重要性。

然而，目前还没有评价砂轮粗糙度的行业标准。然而，有一个建议的分析方法作为ACOUTRAIN欧洲委员会FP7研究项目(货运和客运列车声学性能虚拟认证)。

粗糙度分析和测量的历史是众所周知的cet(中央东部东京)．在世界各大洲的几个国际项目中已经开展了粗糙度测量运动。对记录信号的分析不限于验证获得的粗糙度与标准定义的三分之一倍频归一化波段的极限光谱的比较。结果也用于表征粗糙度对滚动噪声的贡献。

测量和实验数据

图1:钢轨表面分析仪

钢轨表面分析仪用于钢轨粗糙度的测量。该设备有三个带有编码器的位移传感器。分析仪被引导通过可用于测试的轨道，速度低于1m/s。四个通道被记录:来自编码器和三个传感器的信号。这些信号是通过一个分辨率为16位的模数转换器(看到图1）．

砂轮粗糙度的测量设置是非常相似的。在车轮的一侧，垂直于车轮表面放置三个位移传感器。车轮粗糙度在三条平行线上测量，间隔1cm。在轮子的另一边，一个旋转编码器测量移动的距离。测量轮子至少八转图2说明了这种仪器。

图2:测量
轮的粗糙度

分析和结果

一旦获得了所有的数据，下一步就是根据标准和适用文件规定的程序对粗糙度进行分析。图3和4说明分别结果的轨道和车轮粗糙度在测试运动期间在欧洲的一个电力多单元。

图3:钢轨的粗糙度谱与极限谱的比较

图4:车轮处实测位移及对应的波长谱

下一步评估粗糙度对滚动噪声的影响。将得到的波长谱转换为窄带谱，合成相应的三倍频带谱。滚动噪声的相关频率范围与列车速度有关，但被认为在100Hz至5kHz之间。在较高的频率下，噪声的贡献减小，而在较低的频率下，气动噪声占主导地位。此外，a加权曲线在低频时衰减明显。因此，上述频率范围足以进行分析。

图5:光谱图
测量的外
旁通噪音水平

利用在外部测量的记录的通过声压级，可以得到声谱图或时频图。图5显示了在列车速度为80公里/小时时进行的测试的例子。可以看出，能量包含在140Hz-1640Hz的频率范围内，对应的波长范围为0。159和0.014。这一范围与位于0.160m和0.010m之间的归一化三分之一倍频带中获得的粗糙度最大值有关。由此验证了轨迹粗糙度对测量的声压级有直接影响。这种分析是在每个测试速度下对一个通过的噪声测量进行的。

校正后的轨面粗糙度谱计算考虑了一个与测量谱等效的谱，除了在测量谱超过极限的波段，如标准中详细说明的小偏差法。

结合确定的轮轨粗糙度和修正后的轨谱，得到了每个波段的轮轨综合粗糙度。因此，对每个测试速度评估校正过的噪声谱。这个校正过的噪声谱是用一个顺应性的粗糙度谱可能测量到的最小值。

结论和最后评论

在声学测试过程中，钢轨的粗糙度是保证过程的一部分。然而，滚动噪声的评价是一个重要的问题。除钢轨外，还可以对车轮粗糙度进行测量和分析。这两个结果都是有用的工具，用于描述滚动噪声及其对由于火车通过而发出的整体声压级的贡献。

作为铁路测试领域的领导者，CETEST不仅提供测量，还在项目的每个阶段为客户提供分析解决方案和技术诀窍。

工具书类

1. 根据D.汤普森在《铁路噪音与振动》一书中的说法。机制、建模和控制手段'

传记

JES的奥特罗尤加特持有西班牙加泰罗尼亚理工大学机械工程、流体和航空工程博士学位。他负责CETEST在世界范围内开发的声学、噪声和振动研究项目，以及针对不同车型（从轻轨车辆到高速列车）的测试。他在这个领域发表了几篇科学文章。