动车组风笛噪声适应性调整研究

动车组风笛噪声适应性调整研究

王超飞，丁虹民，刘倩倩

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111）

摘　要：风笛作为动车组安全设备的重要组成部分，是保障动车组安全运营不可或缺的设备。在实际运用中，由于不同车型头型差异导致风笛工作的半封闭声腔环境不同，使本满足铁标要求的低音风笛在其他车型上装用时噪声表现不良。根据前期轨道交通行业专家进行的专项研究结果标明，动车组风笛噪声可通过变更风笛供风压力与进气流量进行调整，并提出了解决办法。考虑到增加调压阀或节流阀会在提高车辆制造成本的同时，还可能会增加风笛故障率。因此本文通过调整风笛进气口接头结构的方法，在不增加任何设备部件基础上，根据不同车型适应性调整进气口接头通径，进而调整风笛工作时的空气流量，达到风笛噪声可调可控，使低音风笛完美适用于不同车型，具有良好的运用价值。

关键词：风笛；噪声；动车组；TB/T；车辆

风笛作为警示发声装置，是指安装在车辆前端，利用压缩空气产生鸣响，用于车辆运行时发声警示，用于车辆同车辆、车辆与工作人员之间的联络信号和险情警示信号的传递，警示车辆周围人员车辆通过。列车在运行过程中的鸣笛噪声过大不仅会对风笛本身造成危害影响其使用功效[1]、影响铁路周围居民与作业人员的身心健康与日常生活[2-3]，还可能会成为制约区域发展的瓶颈因素[4]。欧盟铁路互联互通技术规范（TSI）与中华人民共和国铁道行业标准（TB/T）相关标准中对鸣笛时司机室内和车外的噪声均有严格的要求[5-6]。TSI要求：鸣笛时，在列车前部25m处测点噪声值须为101dB(C)～109dB(C) [7]。TB/T要求：鸣笛时，在列车前部风笛等高5m处测点，高音风笛噪声值需不小于107dB(A)，低音风笛噪声值需为94dB(A)～98dB(A)。

目前国内城际市域动车组用风笛均采用TB/T要求。一套风笛组成含高音风笛、低音风笛各一个，分别为370Hz的高音低频风笛和660Hz的低音高频风笛，均安装于司机室前仓开闭罩内。动车组高音风笛噪声值要求不小于107dB(A)，一般较容易实现；动车组低音风笛噪声值94dB(A)～98dB(A)要求范围较小，风笛试验时易出现噪声稍微超标不易调整问题。为满足TB/T要求，需对现有风笛作适应性改进优化。

1  风笛外形结构与工作原理

动车组不同车型头型差异使风笛工作的半封闭声腔环境不同，且车体、开闭罩阻隔对风笛的工作噪声传递存在较大削弱，致使本满足标准要求的同种型号风笛因车型差异导致风笛噪声不合规。以2023年研发的新能源城际市域动车组风笛测试结果为例，该动车组头车配置2个满足铁标标准的低音风笛，2个风笛的工作压力均为780～880kPa。按TB/T要求进行静态风笛噪声测试，测试示意如图1所示。测试结果显示，四组低音风笛噪声测试平均值均超过98dB(A)，不满足TB/T要求，测试记录见表1。

图1  声级计测试示意

表1  低音风笛单次测试噪声最大值测量记录

动车组风笛安装在司机室前仓开闭罩内，以车体纵向中心线为基准左右对称布置，风笛底座通过螺栓固定在前仓气密墙贯穿孔上，如图2所示。动车组风笛为主风缸直接供风，风笛进气口接头与车体管路连接，由风笛开关控制风笛电磁阀动作，控制气流通断；压缩空气由进气口接头进入风笛内部阀腔体内，腔体内压强瞬间增大迫使发音板变形振动产生噪声，并通过喇叭筒向前传递，动车组风笛工作原理如图3所示。

图2 风笛结构示意

图3 风笛工作原理

2  优化措施

赵艳菊等[8]通过Virtual.lab声学间接边界元方法搭建仿真模型，可对风笛发出的远场声压进行预测，与实测结果基本吻合，做到了通过头车部分结构的建模仿真就可以指导新型动车组的风笛选型及安装位置等方案设计的可能。但此种仿真未考虑到头车开闭罩安装偏差对风笛工作所处的半封闭声腔环境影响，无法精确得到不同头型下的风笛选型与安装位置设计，尤其不适用于低音风笛这种噪声要求范围较小的情况。易晓丹等[9]分析了风笛噪声与工作压力、障碍物阻隔之间的关系，发现总风压在550～954kPa范围内时，低音风笛在600kPa时噪声最小，因此采用在风笛供风气路上增加调压阀的措施，以实现降低风笛噪声的目的。委玉佳等[10]采用在风笛供风气路上增加节流阀的措施，对风笛噪声调整存在很大益处。但此种措施未考虑到增加调压阀、节流阀会对风笛的故障率造成不良影响。

城际市域动车组总风压范围一般为780～880kPa，在进行风笛噪声测试时发现，总风压变化对风笛噪声几乎无影响，测试记录见表2。

表2  不同总风压下低音风笛单次测试噪声最大值测量记录

针对轨道交通行业专家对风笛噪声原理开展的试验研究，发现风笛噪声大小与风笛工作时的空气流量有关，因此考虑将风笛进气口接头内部加工成不同通径的进气孔，通过控制风笛进气流量实现控制风笛噪声的措施，进气口接头如图4所示。

图4 进气口接头外形

3试验验证

3.1  地面试验验证

建立地面试验台进行风笛型式试验。保持风笛供风风压为780~880kPa，在空旷环境下使用计量合格的噪声计在风笛前端5m等高处测量低音风笛噪声，并更换不同通径进气口接头，分别记录三组试验数据。结果显示总风压780～880kPa时风笛噪声与接头体通径在一定范围内呈正相关，选取进气口接头规格0.3～0.9mm通径时的噪声试验结果，如图5所示。试验数据表明，开放空间内通过调整风笛进气流量，可将风笛噪声控制在96~110dB(A)之间，基本满足TB/T要求的“机车、动车低音风笛应能在规定的测点上产生94dB(A)～98dB(A)的声音”。

图5 不同通径接头体风笛噪声测试

本项测试证明，风笛噪声随进气口接头通径变化的这种趋势，可使风笛噪声在一定范围内有效调节。考虑到风笛地面测试环境与风笛实际运用存在较大差异，主要体现在车体与开闭机构对噪声的阻隔作用会大大削弱鸣笛噪声的传递，因此还需在风笛装车后，按照TB/T标准进行整车专项试验验证，

3.2  专项试验验证

选取合适通径的进气口接头，对装车整备后低音风笛进行噪声测试。根据TB/T 3051.2-2016《机车、动车用电笛、风笛 第2部分：风笛》标准要求，保持车辆静置，在距车辆前方 5m 与风笛相同高度处测量低音风笛噪声，测得低音风笛噪声均在94～98dB(A)范围内，测试结果如表3所示。

表3  专项试验低音风笛单次测试噪声最大值测量记录

4结论

风笛噪声测量作为动车组专项型式试验安全设备检查中的一项，对车辆安全运营起着至关重要的作用。本文通过风笛进气口接头通径的适应性调整达到风笛噪声可调可控的方案，不仅满足了TB/T要求，且具有良好的运用价值，对今后动车组设计具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]李龙,温毅,康文凯,等.现代机械设计中减振降噪技术的运用[J].现代制造技术与装备,2023,59(06):138-140.

[2]王谊,何华凤,徐赞.城市轨道交通振动噪声治理技术研究综述[J].城市轨道交通研究,2023,26(06):216-219+224.

[3]田新浩.电力机车司机室的噪声特性研究[J].环境工程,2000(03):36-39+4.

[4]刘兰华. 列车运行引起的高速铁路综合站区噪声问题研究[D].中国铁道科学研究院,2022.

[5]与欧盟铁路系统“机车车辆-机车和客运车辆”子系统有关的互通性技术规范 TSI 1302-2014

[6]机车、动车用电笛、风笛 第2部分:风笛[S] TB/T 3051.2-2016,

[7]铁路设施应用-用于高速列车的外部视听警报设备 第二部分：警报器 BS EN 15153-2-2013

[8]赵艳菊,林鹏,帅仁忠,等.高速动车组风笛远场辐射声预测研究[J].现代商贸工业,2016,37(19):180-181.

[9]易晓丹,何中建,张宝珍.某出口欧洲动车组鸣笛时噪声超标问题分析与验证[J].技术与市场,2023,30(12):41-44.

[10]委玉佳,阳靖,梅劲华.马其顿动车组项目风笛声压调节设计改进[J].技术与市场,2017,24(05):7-8.

第一作者：王超飞（1991—），男，硕士，工程师。

通信作者：丁虹民（1991—），男，硕士，高级工程师。