第41卷第2期2021年4月
铁道机车车辆
RAILWAY LOCOMOTIVE&CAR
Vol.41No.2
2021
Apr.
速度350km/h双层动车组动车降噪设计
鄢桂珍，潘光亮，郭建强
（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111）
摘要根据速度350km/h双层动车组动车的平断面特点，分析了其对噪声传播和控制的影响，提出下层客室地板、牵引变流器间为降噪设计重点区域，同时上层地板需开展撞击声隔声优化设计，以避免上层人员走动对下层乘客舒适性的影响。针对这些降噪需求，从车体型材声学断面优化、阻尼结构、变流器间
吸隔声设计、上层地板减振等方面进行了降噪设计和整车噪声仿真，实现了预期控制目标。
关键词双层动车组动车；降噪设计；型材优化；撞击声隔声
中图分类号：U270.1+6文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2021.02.07
双层客车具有载客量大，人均能耗低的优势，能够满足繁忙线路运能提升需求，也符合轨道车辆低碳环保的发展趋势。国外动车组发展过程中，双层动车组是一个重要的发展方向，并且有广泛的运营经验，其中投入运营最多的是法国阿尔斯通TGV双层动车组，累计交付近200列［1］。除此以外，还有日本的E1和E4双层动车组、庞巴迪的IR200双层动车组等。我国国内生产的“新曙光”号、“神州”号、“庐山”号以及“金轮”号双层动车组，均为内燃动力集中双层动车组，最高运营速度180km/h［2-3］，基于动力分散技术的双层电力动车组，在国内还是空白。随着京沪高铁等繁忙线路客流攀升，研制载客量更大的速度350km/h双层动力分散动车组已非常迫切，而作为整车重要性能指标的车内声学舒适度是双层动力分散动车组急需解决的重要课题。CRH380A和谐号、CR400复兴号动车组研制过程中的噪声控制技术研究，为双层动车的降噪设计提供了良好的基础［4-6］。
根据速度350km/h双层动车组动车的平断面特点，提出噪声控制重点区域，基于CR400复兴号动车组的噪声研究基础，采用声学正向设计技术，完成动车组的动车整车降噪设计及仿真预测。
1速度350km/h双层动车组动车结构
速度350km/h双层动车组动车在车辆平面布置、断面结构、设备布置等方面与单层动车组存在较大差异，如图1所示，其中车厢中部区域为客室区域。这些结构差异会影响噪声源和噪声传递路径，进而影响降噪方案设计，主要表现在断面增大带来气动噪声增加、下层客室与轮轨噪声源更近导致传入客室的轮轨噪声和气动噪声增加、牵引变流器车内布置产生的电磁噪声、上层客室旅客走路声可能影响下层乘客声学舒适性等4个方面。
1.1断面增大带来气动噪声增加
双层动车组动车车体高度比CR400复兴号动车组增大450mm，比CRH380A和谐号动车组增大800mm，如图2所示。随着断面增大，气动阻力和噪声均增大。相比CRH380A和谐号动车组，CR400复兴号动车组断面增大后，中低频噪声明显增加，如图3所示。
1.2下层客室与轮轨噪声源更近
客室区域，双层动车组动车下层客室下沉，下层地板更接近轨道，原设备舱区域约1m的高度空间变成下层客室旅客乘坐区域。单层动车组地
板
图1单层和双层布置对比
文章编号：1008-7842（2021）02-0037-05
鄢桂珍（1966-）女，高级工程师（修回日期：2020-09-09）
铁道机车车辆第41卷
下方声源为设备舱内噪声，由于有密封式设备舱的隔声效果，噪声源较小。双层动车组的下层地板外部声源为轮轨和气动噪声叠加声源，这种车辆平面布置和断面变化，导致下层地板外部噪声源增大约9dB （A ），如图4所示。
1.3牵引变流器车内布置产生电磁噪声
由于双层动车组没有设备舱，牵引变流器安装
于车厢内端部区域，如图5所示。牵引变流器工作时的电磁噪声、冷却系统噪声和振动成为车厢内直接声源，将影响通过台和客室端部噪声。
1.4上层客室走路声可能影响下层乘客声学舒适性
双层动车组要求上下层客室车内噪声水平相
当，上层客室地板主要起承载作用，对上层客室地板隔离上下层客室噪声相互传递没有特殊要求，但是上层客室内的乘客在客室活动产生的噪声，
如高跟鞋走路、小孩跑跳、提放行李/物品落地等对地板的瞬时冲击产生的噪声，可能会对下层乘客的乘坐舒适性有一定影响，需要对上层客室地板的撞击声隔声量进行评估和优化设计。
2
降噪设计与验证
2.1
隔声设计理论
高速动车组车辆断面结构一般为“车体型材+
吸声隔声材+内饰板”的双层板结构。双层板的
构造形式“板—中间夹层（空气或吸声材）—板”相当于一个“质量—弹簧—质量”弹性系统，其隔声特性曲线如图6所示。
双层板共振频率f 0计算公式如下：
f 0=
其中，M 1、M 2为两层板的面密度，kg/m 2；ρ为空气密度，kg/m 3，常温下为1.18kg/m 3；c 为声速，常温下为344m/s ；d 为两板间空气层厚度，m 。
为降低双层板的共振频率，可提高M 1和M 2的面密度，同时增大两层板之间的空气层厚度。
当外界声波的频率与双层板系统的固有频率一致时，双层板就会产生共振，此时，声能量很容易穿透双层板，使隔声下降，在隔声特性曲线上形
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成一个低谷。双层板结构也会产生吻合效应，
它
图4
增加设备舱前后客室地板下表面噪
声
图5变流器车内安装位
置
图6双层板隔声特性曲线[7]
图2
美国科幻电影
车体断面高度对
比
图3
气动噪声对比
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第2期速度350km/h双层动车组动车降噪设计
的临界频率f c取决于两层板各自的临界频率，当两
层板由相同材料构成，且M1＝M2时，两临界频率
相同，使得吻合谷凹陷加深；当两板的材料不同或
M1≠M2时，隔声特性曲线将有2个低谷，但凹陷的
深度较浅。
图6中，阴影区域表示双层板构造的隔声性能
优于同等质量的单层板部分。若f0往低频移动，阴
影区增大，反之则减少。因此，共振频率的位置对
双层板的隔声性能有很大的影响。另外在设计时
应当采用材料不同的两层板，或使M1≠M2，这样两
板的临界频率互相错开，使吻合谷变浅。
2.2型材优化
动车组车体结构为双层铝合金挤压型材，断面
结构包括上面板、下面板和中间筋板组成，如图7
所示。型材面板和筋板厚度、筋板角度等参数对
型材隔声量均有影响［8］。
双层动车下层客室区地板靠近钢轨，外部声源大，对结构隔声量要求更高。以隔声量为目标，综合考虑结构面密度、刚度、厚度等参数限制，进行型材断面声学综合寻优设计，最终得到几种型材断面的优化方案参数见表1，各种结构对应的隔声量曲线如图8所示。
综合考虑型材刚度、面密度以及隔声量结果，选定型材3进行样件试制，并在混响室内测试其隔声量。试验结果与仿真结果见图9所示，从图中可以看出，在大于300Hz以上频段，仿真结果与试验结果频谱曲线吻合度较好。因为型材刚度较大，一阶模态频率大于300Hz，所以仿真计算的隔声量在低于300Hz的结果误差较大。
2.3阻尼优化
对型材结构进行阻尼处理，是进一步提高隔声量的有效方式。双层动车组车体型材阻尼处理前后的隔声量曲线如图10所示。从图中可以看出，型材阻尼处理后，隔声量提高约3dB。由于阻尼的增加，对改善因结构共振导致的声传播效果较好，因此隔声量曲线上，1250Hz和2000Hz处因吻合频率导致的隔声量低谷改善显著，而800Hz 以下频段，主要是隔声“质量定律”起作用，因此隔声量提升较小。
2.4内饰板隔声优化
地板区域内饰结构因考虑到承重的要求，质量分配相对较大，主要从改变内饰板件结构本身进行隔声
优化，重点对比了铝蜂窝结构、软木结构和复合隔声地板结构的面密度和隔声量差异，随着面密度的提高，隔声量在整个频段明显提高如图11所示。
因考虑自重，内饰顶板本身的面密度不易
太图9型材隔声量仿真计算与试验结
果图7型材结构示意图
表1铝型材参数优化列表
型材
总厚度/mm 上面板/mm 角度/（°）下面板/mm 型材1
75
4
45
4
型材2
75
3
60
4.5
型材3
70
3
60
4
型材4
65
3
60
4
型材5
一路走好天堂安息句子60
3
60
4
图8隔声量仿真计算结果
39
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大，主要从阻尼优化角度进行优化，如图12所示，可根据不同区域降噪需求进行阻尼结构选择。
2.5牵引变流器间隔声优化
为降低牵引变流器噪声向车内传递，将原车体
结构向内延伸到通过台走廊位置，形成一个相对独立的空间，将牵引变流器隔离在车体密封结构之外，形成牵引变流器设备间。变流器设备间的墙壁结构，从外向内依次为“穿孔铝板+型材+内
电信宽带加速饰板”的“一重两轻”3层墙结构，墙与墙之间填充吸声材料以增加声能损耗，隔声性能如图13所示。
2.6上层地板撞击声隔声优化
为减小上层客室旅客活动带来的地板撞击声
对下层乘客的影响，设计了带有中间减振层的上层客室地板断面结构。按照GB/T 19889.5和GB/T
19889.7的测试方法，分别进行了实验室和现车测试。
实验室测试规范化撞击声压级测试现场如图14所示。针对初步方案撞击声导致的声压级较大问题，提出在地板布和承重型材间增加减振材料的优化方案，改进后的结构，规范化撞击声压级可降低3dB ，如图15所示。
3整车噪声仿真预测
整车噪声仿真预测采用统计能量法。该方法
根据车外噪声源分布和车辆结构特性，设置不同的子系统。CR400“复兴号”动车组线路试验过程中，对轮轨区、车体表面、设备舱底部、车顶等区
域
图10型材及表面加阻尼隔声效
果
图11
不同内饰地板隔声量差
异
图12内饰顶板隔声量优
让子弹飞赵铭片段
化
图13变流器间墙壁隔声
量
图14
上层地板撞击声隔声测试
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分别布置了传声器，测试获得了实际的噪声源数据，以此为基础确定双层动车组动车噪声源特性，进行车内噪声预测，获得车内声场分布如图16所示。
从图16可以看出，变流器间内噪声较高，对通过台噪声有一定影响，但整个客室区域的噪声较低，且声场分布均匀，满足设计指标要求。
4结束语
在充分分析双层动车组动车结构特点对噪声
影响的基础上，开展针对性的降噪设计，并通过试验和仿真对方案进行优化。整车噪声仿真预测结果表明，在轻量化和有限空间尺寸约束下，降噪设计结构，达到了整车噪声预期目标。由于目前尚
不具备线路运行试验条件，具体实施效果有待进一步的试验验证。参考文献
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40-42，71.
Noise Reduction Design of 350km/h Double Deck EMU
YAN Guizhen ，PAN Guangliang ，GUO Jianqiang
（CRRC Qingdao Sifang Co.,Ltd.,Qingdao 266111Shandong,China ）
Abstract ：According to the plane section characteristics of 350km/h double deck EMU,its influence on noise transmission and control is analyzed.It is proposed that the floor of lower passenger compartment and traction converter room are the key areas of noise reduction design.Meanwhile,the upper floor needs to carry out the optimization design of impact sound insulation,so as to avoid the impact of upper level personnel walking on the comfort of lower level passengers.Aiming at these noise reduction requirements,noise reduction design and vehicle noise simulation are carried out from the aspects of acoustic section optimization of car body profile,damping struc⁃ture,sound absorption and sound insulation design between converters,and vibration reduction of upper floor.
Key words ：double deck EMU ；noise reduction design ；profile optimization ；impact sound
insulation
图15
上层地板撞击声隔声曲
线
图16客室噪声仿真计算结果
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