年增刊年!月日机∀#∀∃#车电∀《〕%传动−.//0234 &%∃∋%&()∗+∃+,+#&()−∋11 高速轨道交通减振降噪材料的分析与发展动向6吴驰飞‘,李滨耀杨军:=作者简介吴驰飞7!ΦΘ一<男!Φ9Β年考入东华大学7长华东理工大学材料科学与工程学院上海 9:中国科学院长春应用化学研究所吉林长春! 。。 株洲时代新材料股份有限公司湖南株洲;!又? !:#>? !:Α Β文献标识码=Χ文章编号=!!ΒΔ7 ?ΕΦ;<年至年先后在金泽大学东京农工大学任教现任华东理工大学特聘!ΦΦΦΧ3Γ0ΗΙϑΙΓ3Κ4Ε13ΚΛΜΚ2Γ一/ϑ3ΝΓ3Κ3ΛϑΙ1Ε1Κ.Π4ϑΛ3教授博士生导师2Γ41ΕϑΓ0ΛΜΕΟϑΝΟ!Ι/11ΚΕΓϑ04ΕΓ3Ι/Λ Ε4Γ4ϑΛ3ΡΑ!7∃Οϑ一!0−1ϑ13Γ∗0>ϑ3一ΓΛ气ΣΧΤΥς.3Κ)3ϑ−1ΟΛΛ0ΛΜ,Γ41ΕΓ11Γ3ϑΝ311Ε3Ν)ϑΓΙ43Ω1ΕΙϑ4∃Οϑ3ΗΓΑϑΛΜΙ1ϑ13Π1Γ3ΚΟ孔 1Ο3Λ0ΘΝΗ−ΟΓ3ΝΟϑ 9Λ∃Οϑ3Γ:11Ιϑ1Κ∃Ο12ϑΙ∃ΟΓ3Ν1Ο.3ΧΞΞ0Η%Ε41Ι1ΓΕ1&3Ι4ϑ4.41∃Οϑ3ΨΟ.,ΟΛ.1Ι1Χ1ΓΚ12ΗΓΜΙ1ϑ131∃ΟΓ3Ν1Ο.3ϑ3! ∃Οϑ3Γ:ςϑ0ϑ2#1ΙΤ1Ζ,Γ41Εϑ0#1ΛΛΟ3Λ0舒∃∗4ΚΨΟ.[ΟΛ.∴.3Γ3;!9∃Οϑ3Γ<Χ]Ι4ΕΓ14=>ΓΙ1Κ1Λ3Ωϑ]ΕΓ4ϑΛ3ΙΓ3Κ3ΛΙ1ϑ211ΟΓ3ϑΙ2Λ11.币3ΝΛ3ΟϑΝΟ4ϑ0ϑ[ΓΙΞ11Κ4ΕΙ4Γϑ3]ΓΙϑ14Οϑ3ΓΕ1⊥ϑ3ΝΜΛϑΓΕ0ΙΕΚΓ2Ξϑ3ΝΓ3Γ3ΚΓ>1Ι3ΛΙ1Ε1ϑ.Κ1_ϑΛ3ΛΜΕΟϑΝΟ13Ξ11ΚΕΓΕ!?ΞΕϑ04ΕΓ3ΙΞΛ4ΛΞΕΛΙ1ΚΛΓ3Κ4Ο1.4ϑΛ34Γ.ΙΛΜΙ.1Ο2!?Η[01Κ%1Ι1二1ΟϑΚ1ΙΓΚ32Κ1Ω1Λ0Ξ2ΙΓΙ4ΕΙ4.4ΓΙ⎯飞!ΜΛΟϑΝΟΓ3ΚΙ2Γ0021011.0313_442ΓΞ.ϑΕ140Ζϑ4ΓΟΟϑΝΟΚΓ2Ξϑ3Νϑ。ΟϑΝΟ0ϑΝΟ41ΚΙΛΞΕΛΞΛΙ=0ΜΛ4Ο10Γ41ΕΚΛ23Ι1Ι41ϑΛ1ΕΙ1ΠΕΓΛΞ2ΟαΚ1佣01ΕΓΛΜ侧ΓΚΕ1Κβ1ΗΖΛΚΕΟϑΝΟΙΞ11Κ:ΓΕϑ042Ξ4ΕΓΛ3:4ϑΚΓ2Ξϑ3ΝΓ3Κ3ΛϑΙ1Ε1Κ.14ϑΛ3=ΚΓ2Ξϑ3Ν2Γ41ΕϑΓ0发有关产品+引言随着轨道交通的高速化列车运行所引起的振动!!!振动和噪声的发生及减振降噪的方法振动噪声的产生列车运行时所发生的噪声主要有牵引电机通风噪声会更加剧烈而且高速轨道交通线路要穿越许多城市其振动与噪声不仅给车厢内旅客带来不适而且还严重干扰沿线居民的正常生活甚至影响附近学校科研院所及医院银行等的正常运行机以及压缩机等设备的运转声:轮轨之间的滚动摩擦冲击声:受电弓与接触导线之间的摩擦放电声:国外开发高速轨道交通的经验表明应用减振降=轨道构造物以及地基等发出的辐射声:列车运行时噪产品不仅可减轻车辆轨道电气设备的疲劳磨耗减少维修费用而且还可减少振动与噪声对沿线居民建筑物的影响的气动噪声等!减振降噪原理噪声是以空气为媒体传递振动是通过固体传递为此应积极借鉴国外的成功经验大力研究具有自主知识产权的减振降噪技术及开的虽然两者传递途径不同但都是振动都可以通过隔离或吸收振动来缓和这样减振降噪技术可以分收稿日期 ?Θ一一为隔振吸振隔音吸音;个方面应选择合适的防振方法针对不同的振动基金项目国家高技术研究发展专项经费资助7ΧΧ <例如欲减少牵引电机通风机车电传动 年机以及压缩机等设备的振动噪声及轮轨之间的滚动冲击摩擦噪声通常采用橡胶减振器等弹性连接弹性吊挂的隔振技术较为有效 高速列车减振降噪材料的使用分析振动与噪声都是列车运行时发生的而在车厢内为了减少来自车底下的噪声和气动噪声以及车体振动所辐射的噪声应在不同部位分别采用吸振隔音吸音技术防振消音材料应根据其作用不同而进行设计! 所以对车辆采取减振降噪措施最为有效用了很多减振降噪技术日本在新干线车辆上采图!为?系的降低车内噪减振降噪方法减振降噪最有效的方法是控制振源与声源其次:声的对策随着车速的提高气动噪声将成为主要声源所以减少车辆断面尤为重要:减轻车体重量7如采用铝合金或碳纤复合材料作车厢外壳<可减少地基振动与构造物噪声:提高车轮踏面的光滑度一定程度上是隔断振动与噪声向周围的传递:第防振防音处理 是沿线住宅的高速轨道交通的减振降噪涉及到车辆和线路的设计减振降噪材料的使用及土建施工等可减少车轮滚动噪声但上述各项措施的效果都有一许多领域是一个复杂的系统工程振降噪材料的使用以下主要介绍减定的限度如减少车辆断面了载人数量因此开发性能优良的减振降噪材料的就显得尤为重要高速轨道交通中的减振降噪材料减振降噪材料不但要有良好的吸振性能还必需车厢顶部制振材料安全耐久容易施工便于维修保养轻量少占空间此外也应具备阻燃等性能成本低用减振降噪材料如表!所示表!部位车辆高速轨道交通玻璃≅/∃赢黔升,材吸音材、咸、名>χ密封地板上面制振材料玻晰代入州气,二高速轨道交通系统所用的高分子减振降噪材料产品铝蜂巢壁板聋材料天然橡胶丁苯橡胶三元乙丙橡胶丁基橡胶内侧壁板弹性支网狈四梁内部制振板撅麟铝蜂巢壁板Χ各种防振橡胶各种阻尼材料弹性车轮制振铝蜂巢壁板密封制振材料内侧壁板弹性支承侧梁内部制振板三元乙丙橡胶丁基橡胶丁基橡胶聚氨酷制振车轮制振导电弓架制振弓头轻量车体车辆表面材料线路轨道垫砂石底板混凝土板垫枕垫轨道制振材料氮日本新干线?系车辆的降低车内噪声的对策丁基橡胶聚氨酉旨碳纤复合材料聚氨酉旨聚氯乙烯树脂丁苯橡胶聚氨醋三元乙丙橡胶图! ,振动隔离材料7!<弹性车轮为降低轮轨之间的滚动声和减少车厢内的振动再生橡胶丁苯橡胶再生橡胶丁苯橡胶聚氨酉旨丁苯橡胶丁基橡胶天然橡胶可在内轮与外轮之间放置橡胶弹性车轮但受橡胶耐低弹簧常数联结装置轨道吸音材料透明隔音板干涉型消音材料混凝土板防振体环氧树脂聚碳酸醋树脂丙烯酸醋树脂聚氯乙烯聚丙烯热性耐久性的仅用于速度不高的列车上最近随着高性能橡胶的研制成功国外开始探讨在高速轨道交通上的应用天然橡胶天然橡胶丁苯橡胶再生橡胶交义口橡胶板通道7<橡胶减振器=防振型枕地基振动隔离材料碳纤复合材料氯丁橡胶天然橡胶聚氨酉旨丁基橡胶三元乙丙橡胶氯丁橡胶高速列车用橡胶减振器按其功能可划分为防振支承主要设置在振源与其他构造体之接触导线防振接触导线架轻量接触导线架制振接触导线柱钢管制振材料桥梁非约束型阻尼材料磁性复合阻尼材料碳纤复合材料天然橡胶丁苯橡胶天然橡胶丁苯橡胶再生橡胶丁基橡胶丁基橡胶间隔离来自振源的振动空气弹簧是一种特殊的防振支承它的防振性好容易控制轴承缓冲橡胶 橡胶联轴节主要用于吸收冲击制振钢板免振支承动态吸振器硅橡胶聚氨醋天然橡胶天然橡胶主要用于吸收驱动轴的扭振!动态吸振器主要用于除去特定频率的振动株洲时代新材料股份有限公司目前已能生产列车!增干!吴驰飞李滨耀杨军高速轨道交通减振降噪材料的分析与发展动向用橡胶减振器并在国家ΒΘ 项目的资助下正着手研发高速列车用各种橡胶减振器5 关注其后日本理化学研究所和东京大学教授也相继展开同样的研究但由于其结构复杂成本昂贵很难吸振材料实用化ΦΦ!年末日本组织了开发新的高分子系阻70<吸振车轮弹性车轮主要用于隔离或缓冲轮轨间的冲击但并没有吸收振动尼材料的课题组在较短的时间内发明了一系列高阻尼新材料其性能要高出通常的阻尼材料的好几国外正在研究车轮外侧粘贴阻尼材倍系这种材料是一种有机高分子与小分子的杂化体!ΦΦΦ料的吸振车轮但由于对低频振动的吸收效果并不理想尚未投人使用年;月起他们由单纯的材料开发转向基为防止列车高速运行时阻尼材料础研究年;月又继续开发汽车用阻尼材料年在汽车上得到推广使用脱落而引发事故阻尼涂料的研发变得更为迫切7<阻尼涂料有望于;与此同时重新组织了功能性小分子分散型高分子阻尼材料课题组为便于施工避免列车运行时阻尼材料的脱落日本∃∃&公司研制了一种以聚氯乙烯和增塑剂为主原料的阻尼涂料7ΣΑΤΧ&Τ∋/<7 <要主要从事住宅用减振降噪材料及系统的研发与生为满足军工的需求国内许多研究单位也在十几产该产品已应用在日本新干线电动车组9口系的受电弓架上吸振地板年前就开始了对阻尼材料的研究但这些研究一般都采用互穿聚合物7&/Τ<因其成本较高难于大面积使随着列车的高速化车辆的轻量化变得越来越重日本为了减轻车辆的重量最近生产的新干线电用另一方面最近发展起来的一些生产厂家7如天津东海橡塑无锡中策等<几乎都是外资主导没有自主动车组7如9系<均采用铝制车体车体一旦减轻知识产权综上所述研发具有自主知识产权的高阻则振动更为剧烈所以有必要采取有效的吸振措施尼新材料是很有必要的日本神户制钢公司开发的在上下板及中间的波形板上新型功能性高分子材料的基础研究及其应用开发吸引了很多研究人员别引人注目粘贴阻尼材料的新型车厢地板∋Χ,−∴Χ/)果十分明显!吸振效其中不同性质材料的复合化特5阻尼系数在以上透过噪声下降任何聚合物要想成为材料都必需添加δ Κ>Χ该产品不仅减振降噪效果明显而且隔很多填料包括一些有机小分子物质通常有机小分音隔热效果也非常好5 子的添加量都很少其作用一般只局限于使材料改性以及提高加工性能还没有形成一种真正意义上的有防音车体为了进一步降低车内噪声高速列车的车壳内均填装聚氨酩发泡体并在车壳与装饰材料之间粘贴吸振隔音材料5; 机高分子与小分子的复合最近研究者开始了探索模仿生物材料的结构通过氢键将各种类型的分子组装成一个巨高分子系统工作取得了一些结果但还没有形成完整的理论体系离实用化尚远受电弓架受电弓架设置在车辆的顶部与接触导线滑动接触现在提出的高分子与有机小分子的杂化概念是一种新的有机材料构筑方法为减少接触振动日本铁道综合技术研究所正在该方法通过相分离构造的研制铝制弓头上粘贴阻尼胶带的受电弓架动车组使用阻尼涂料;9系电动态控制和氢键的积极利用形成极性高分子与受阻酚受阻胺等功能性有机小分子的纳米级杂化这种高分子与小分子的杂化材料不但具有阻尼形状记忆新型高阻尼材料的研发阻尼材料能防止或减轻机械振动对部件的破坏自粘接等多种功能:而且对于使用中产生的性能下降和功能丧失具有自修复特性:用完后可利用加热等手段将氢键切断实现各组分的分别回收的研究成果作为在该领域日美专利高聚物作为传统的阻尼材料是利用其玻璃化转变区内的粘弹性中的粘性阻尼部分将吸收的机械能或声能部分地转变为热能散逸掉但其性能的进一步提高已不太可能;!已发表学术论文多篇及 Φ项并在日本的住宅汽车等行业开始应用;因此人们正积极探索新的阻尼材料!ΦΦ!研制新材料的主要技术指标和性能作为新材料研发的努力目标我们提出如下技术国内外研究动向美国宇宙工程研究中心于年提出在压电陶指标=高阻尼型宽温型瓷上外接控制电路将振动的机械能转变为电能再转变为热能即通过能量来减振这一思想引起了世人的材料本身的损耗因子#:Γ砧ε;#Γ砧ε0的温度范围为以上:阻尼性能超过目前的国际先进水平!倍以上机车电传动 年高分子与小分子的杂化体是集多种功能于一身产业化工作的新的弹性体可用作新型阻尼材料高分子系阻尼5重点开展项目材料本身不能用作构造材料它必需粘接在作为振动70<轨道交通橡胶减振弹性元件:体的铁板等构造材料上因此如果阻尼材料本身就7<车厢内制振铝地板:具有粘接性的话则可省去粘接剂以及粘接工序这7 <制振涂料:是阻尼材料设计者长年的梦想在聚丙烯酸脂橡胶和7;<高阻尼发泡吸音材料:氯化聚丙烯树脂的混合物中添加受阻酚不仅可以改7?<高阻尼隔音材料善其阻尼性能而且还显示了比常用的粘接剂好得多 研制采用各种减振降噪技术的示范车辆的粘接性日本在东北新干线上设有静音示范车辆并有意形状记忆材料也是最近材料开发的一个热点识地让国外的和技术专家乘坐以显示其技形状记忆的机理都不外乎是利用分散相的微结晶的术的先进性促进他们的高速轨道交通技术的转让我融解或玻璃化转变由于微结晶融解的再现性较差们是否也可以仿效这种做法呢φ而玻璃化转变又是在一个温度区域内发生的所以还很少看到高分子系形状记忆材料的问世小分子参考文献=富有相内的异种分子间的氢键的解离是固定在某个!γ御船直〔人日本了八儡会志!ΦΦ99,叩<温度处发生可以克服前种材料的不足故高分η〕吉江则彦自动车技术Φ!ΒΦ?,7!<子与小分子的杂化体是一种很有发展前景的形状记η γ见田晃了八工业便览日本了八愉会编Β;;「;γ7日<化忆材料学工业日报一ΦΦΦι0ι9ηγ7日<日刊工业新闻!ΦΦΦι0ι?另外针对使用中因意外原因而导致材料性能下ΤΡ∴Γ「Θγ即ΛΚΧ(∀04Ζς−.3ΚΓΚ(ϑ]Ε4Γϑ3!ΦΦ!!;Θ; 降或功能丧失材料的自修复性也日益受到研究人员【9」住田雅夫高分子!Φ9,;7 <的关注氢的小键连接而成分子富有相不光是热可逆〔Β」吴驰飞日本了八偏会志!9;7!<的物理交联也是机械可逆的物理交联一旦塑性变形发生因氢键的解离会导致高分子与小分子间的相页互7上接第!Β作用暂时消失但随着时间的推移处在橡胶态的<η!9」Ρ3Ν∋∴材料会自动回复到原来的形状最后因氢键的动态重ϑ∗ΛΡ∴ΧΞΞ0ϑ4ϑ3Μ,%Κ2Ξ1ΜΛΙ12ϑ4ϑΞ13Ιϑ3Μϑ0Ζ叮1Οϑ0ης〕Χ∋(ΧΤ∃)−&Τ−#%Α∃#Α%Χ∗组高分子与小分子间又重新结合在一起材料的原∋ΣΤΧ,&∃−&α!!! ΒΦ一! ΦΘ形也就被固定住「Β!〕孟光面向二十一世纪的中国振动工程研究国科协第三十次青年科学家论坛文集电流变技术用—中于振动控制的实今后的工作设想与建议验研究「∃γ北京航空工业出版社!ΦΦ!Θ一;η!Φ〕汪建晓孟光,%3ϑΚΚ1ϑΞΕϑ3ϑΞ0ΟΓΕΓ4Εϑ4ϑΙ3Κ高速轨道交通系统的发展为新材料的应用提供叩Ξ0ϑ4ϑ3ϑ32ΟΓ3ϑ013Νϑ3Εϑ3Ν【ςγς刀Μ,4Εϑ0∋ϑΝ了广阔的市场减振降噪新材料的研发及应用已将成ΚΧ//0ϑΓ4ϑ3/Μ+4Ο&34ϑ44ϑ3ΛΜ,Ο3ϑΓ0)3Νϑ3Εδ为我国否/高速轨道交通能实现跨越式发展的重要课ϑΝ4Ε∗!!?7