内燃机车外场辐射噪声优化设计

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1机车整体布局及声源分布

机车整体布置如图1所示，主要分为上下两部分：上部由车体和它的附属设备组成；下部由位于两端的转向架和位于中部的燃油箱组成。机车设计采用模块化将机车划分为5个室；从前到后依次为司机室、辅助室、电气室、动力室和冷却室。其中主要设备声源有：柴油机排气口、冷却塔、电阻制动器、空调机和空压机等。

2主要声源特性

在柴油机满负载运行，空压机、冷却风扇和空调风机以最大转速运行工况下，机车的主要设备声源的总声功率水平见表1所示。根据表1所示，在柴油机满负载运行时，由于空压机及空调风机的噪声水平远远低于另外三个声源的水平（相差超过了10dB，根据声学理论，两个声源的噪声水平相差10dB，则两个声源叠加的结果为最大声源的噪声水平），因此，在计算机车外场噪声水平时，忽略空压机及空调风机噪声的影响，只分析柴油机排气口、冷却塔、电阻制动器的噪声水平。由于声源为声功率或平均声压级，且整车噪声测量的距离为15m（距离较长），因此声源可以简化都采用单极子声源进行模拟。在柴油机满负载运行时，柴油机排气、冷却塔、电阻制动器这三个主要的噪声源的声功率谱如图2所示。

3外场辐射噪声分析

参考标准《AS2377-2002声学-轨道车辆噪声的测量方法》，根据试验过程中的布点位置进行模拟如图3所示，进行内燃机车外场噪声仿真。采用LMSVirtual.LabAcoustics软件，建立机车外场噪声仿真模型，用直接边界元法分析低频噪声，射线声学法分析高频噪声，以求解机车外场辐射噪声场分布。声学仿真模型如图4所示。根据机车的边界元模型及射线声学的模型，对机车的外场辐射噪声进行全频段求解。如图5所示。从图6可以看出，在A、B、L点，冷却塔噪声源对总噪声值的影响较大；在C、D、J、K点，冷却塔和电制动器的噪声影响相差不大；在机车尾部，即E、F、G、H、I点，电制动器的噪声对总噪声值的影响较大。因此，如果要降低测点噪声，应该以降低电制动器噪声为主，冷却塔噪声为辅。根据客户要求，在柴油机满负载运行工况下，距离机车15米处的外场噪声限值为85dBA。如果要求各测点噪声水平小于85dBA，则电制动器噪声水平需至少降低5dBA，冷却塔噪声水平需至少降低3dBA。可以通过设备供应商改进结构降低噪声源噪声，或是增加消音器降低噪声。在降低电制动器和冷却塔噪声后，各声源对机车外场测点总噪声的贡献量见图7，测点总噪声值已满足要求。

4仿真与试验

降噪前噪声仿真值与测试值的对比见表2。从表2可以看出，仿真值与试验值趋势基本吻合，除了K点差异值较大，其余测点误差在2dB之内。A点噪声值最小，判断是因为在机车车头15m远处，距离噪声源最远。D、J点噪声值较大，判断是因为受到柴油机和电制动器影响较大。

5展望

（1）机车外场辐射噪声模拟分析过程中，在机车满负荷运转的情况下，C-E、I-J点的测点位置噪声明显超过了指标要求值85dBA。满负荷工况下，机车后端部是噪音超标的高风险区域。（2）为减弱机车外场辐射噪声对周边环境的影响，要依据机车整体布局，需对机车各个部件噪声要求有所提高。在以上分析过程中，发现超标噪声值主要集中在机车后端部，修订了电阻制动装置与冷却风扇的噪声值要求。

在利用LMS软件开展机车外场辐射噪声的数值仿真分析过程中，为达到要求，除重新修订主要外购件技术指标外，机车整体设计和设备布局也采取了有针对性的改进措施，取得了较好的效果。该数值分析方法的应用为机车设计工作增添了一份保障，也将会为后续的开发项目积累一些应用经验，相信通过后续的试验验证和深化应用，该方法定会日臻成熟并被广泛应用。

参考文献

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作者:高文捷 管敏玮 徐培武 单位:中车戚墅堰机车有限公司