贾焕英 熊力 郭涛
新型隔音降噪材料在高速检测车上的应用
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
摘 要：高速检测车是国家科技部863重点课题，详细介绍新型的吸音材料的相关技术参数，对新型材料在高速检测车上的应用进行了全面的分析，并对最终应用结果给出了实际的数据分析。
关键词：高速检测车设备间 声学材料 吸音降噪
序言
高速检测车项目是国家科技部863重点课题（课题编号：2009AA110303），持续运用检测速度为350km/h，其最高试验速度不低于400km/h。列车高速运营过程中，包括轮轨、空调机组以及车内的大型设备，会产生强大的噪音，严重影响列车的舒适性。高速检测车五号车为设备车，由于安装空间的限制，不得已将三个辅助变流器安装在了车内，其工作噪声最高可达112dB,远远超出人体所承受的80dB生理极限，因此需要采取相应措施以减少噪音的传播，为此经过充分论证，开发新型的吸音降噪材料，从噪声的传播途径加以控制，确保整车运行的噪声限值为70dB，设备间过道噪声限值低于78dB。以下就以高速剑车车五号设备车为例，介绍新型隔音降噪材料的应用。
一、新型材料的介绍
针对设备间内的主要噪声源：辅助变流器，空调机组，轮轨的振动及其他设备工作产生的噪音，主要采用四个系列的新型声学材料：A1000、A8000、B2000以及D203系列，来实现隔音降噪的要求。
A1000和A8000系列为高阻尼吸音片，包括A1101、A1200、A1201、A1301及A8501等，主要分布在侧墙和顶盖两大部位；B2000系列为噪音阻隔片，包括B2020和B2020-A等，分布在侧墙和地板区域；D203系列为约束阻尼片，主要应用在管路缠绕上。
1.1 A1000系列高阻尼吸音泡沫片
1.1.1 描述
A1000系列高阻尼吸音泡沫片是一种基于聚醚型聚氨酯泡沫，专门用于铁路客车行业的自粘型高阻尼吸音材料。该系列吸音泡沫具有特殊泡孔结构，中低频吸音特性良好，并具有耐高温，高阻燃性，压敏粘接等特性，适用于铁路各种车辆、工程机械等隔音降噪的需求。以下主要以A1201产品为例，进行论述介绍。
1.1.2产品结构
该产品采用“三明治”复合结构，如下图所示。
图1 A1201产品材料结构示意图
1.1.3性能参数
序号
项目
参数指标
1
面密度
0.8±0.1kg/ m2
2
厚度
20±1mm
3
长期适用温度范围
-40～+150 ℃
4
极限短期耐高温（1h）
200℃
5
阻燃性（DIN 5510）
S3
6
耐湿性
无霉变
表2 A1201产品材料性能参数
图3 A1201吸音特性
1.2 A8000高阻尼吸音泡沫片
1.2.1 描述
A8000是一种基于三聚氰胺泡沫，通过复合特殊阻燃型压敏胶组合而成，专门用于铁路客车行业的自粘型耐高温阻燃吸音泡沫材料。该材料具有良好的吸音特性和优良的阻燃特性和耐高温性、超轻的重量，并具有压敏粘接等特性，适用于铁路各种车辆、工程机械等隔音降噪工程。以下主要以A8501产品为例，进行论述介绍。
1.2.2 产品机构
A8501产品材料结构同样采用“三明治”复合结构。
1.2.3性能参数
A8501在性能参数上与A1201在以下几项参数上不同：
序号
项目
参数指标
1
面密度
0.35±0.05kg/ m2
2
厚度
50±1mm
3
长期适用温度范围
-40～+250 ℃
4
极限短期耐高温（1h）
300℃
5
阻燃性（DIN 5510）
S4
表4 A8501产品材料主要性能参数
图5 A8501吸音特性
1.3. B2000高模量噪声阻隔片
1.3.1 描述
B2000是以EVA（乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）为基体树脂，添加高模量填料通过挤出成型的噪声阻隔片，具有高阻燃性能，适用于铁路车辆、工程机械隔音降噪工程。
1.3.2 性能参数
序号
项目
参数指标
1
面密度
2.0±0.1 g/ m2
2
厚度
2.0mm
3
收缩率
≤0.2%
4
抗裂强度
≥3.0Mpa
5
伸长率
≥200%
6
阻燃性（DIN5510）
S3
7
吸湿率
≤0.1%
8
耐潮湿性
无霉菌生长、无霉烂气味
表6 性能参数
1.3.3传递损失TL
图7 传递损失TL
根据以上新型材料声学材料的吸音特性柱状图可以看出，在频率1250Hz后，各个产品的吸声系数均已达到0.6以上，而传统的吸音材料-玻璃棉，其吸声特性见下图8所示，在频率1250Hz时，达到最高点0.45，其后就慢慢趋于平稳，由此可见，在吸声性能上，该新型材料明显优于传统的玻璃棉吸音材料。
图8 玻璃棉吸声特性
1.4. D203约束阻尼片
1.4.1 描述
D203是基于阻燃型丁基橡胶的自粘型，无反抗性高效约束阻尼片，该产品采用低毒性原材料（无卤素、重金属和矿物棉），可很好的适应周边环境。该阻尼片覆有铝箔贴面，在很大的温度范围内体现出高效的抗振性能。
D203可燃性达到DIN 5510-2，S4级。该隔音片除了具有隔声性能之外，还具有一定的绝热性能。
1.4.2 应用领域
D203广泛的应用于低频振动以及客车，铁路车辆和造船制造业中车体为板梁式构造的中低频噪音控制中，同样适用于建筑厂房的固定设备。
1.4.3技术参数
序号
项目
性能参数
1
外观
黑色乳浆层
2
最大收缩率
2%
3
剥离强度
≥1N/mm
4
耐寒性（-40℃，4h）
无裂纹或剥离层
5
耐热性（110℃，4h）
无下垂或分离
6
防潮性（40℃，95%RH，500h）
无裂纹或剥离层
7
热阻性（5个周期内）
无裂纹或剥离层
8
抗腐蚀测试（盐雾测试，480h）
无腐蚀
9
功耗因数
0.2～0.5
表9 技术参数
1.4.4阻尼性能
D-203阻尼性能根据不同的乳浆层的厚度和基材的材质而定，具体见表10：
类别
乳浆层
基材
功耗因数
D-203-AI-1.0
1.0mm
铝
≥0.25
D-203-AI-1.5
1.5mm
铝
≥0.28
D-203-S-1.0
1.0mm
不锈钢板
≥0.35
D-203-S-1.5
1.5mm
不锈钢板
≥0.50
表10 阻尼性能
二、新型声学材料的应用
根据对各声学材料的结构以及性能的分析，并结合检测车设备间的具体结构状况，声学材料布置区域可划分为以下几大区域，各区域声学材料及其结构具体如下：
2.1 区域1—立墙隔音降噪声学材料布置结构
立墙是由22mm的铝蜂窝板和铝型材矩形梁构成。矩形梁为50x50mm，为满足降噪要求，该部位主要采取两种措施：
2.1.1 铝蜂窝板梁空间处声学材料处理
铝蜂窝板梁空间处采用隔音模块（AW-01）和吸音材A1301，AW-01模块由2层材料构成，总厚度为22mm：第一层为带压敏胶的20mm吸音材料—A1201，第二层为2mm隔音片—B2020；A1301厚度为30mm。
2.1.2铝矩形梁中空处声学材料处理
矩形梁空腔隔音模块CB01由三层材料构成，两层A1000系列吸音泡沫和一层2mm厚的B2020隔音片复合而成，铝矩形梁安装之前，将隔音模块CB01填满整个空腔。确保内置隔音片平面与铝蜂窝板面平行，以达到最好的隔音效果。
2.2 区域2—过道地板隔音降噪声学材料布置结构
过道地板区域采用的声学材料为2mm厚的隔音片B2020和20mm厚的吸音泡沫片A1201，边沿处和端部采用939FR防火密封胶进行密封处理。
地板下部除了吸音材料之外，还安装了防寒材——沥水板（15mm）和玻璃棉（40mm），同样具有一定的隔音降噪效果。
2.3 区域3—过道侧墙和设备间内侧墙声学材料布置结构
侧墙声学材料采用20mm厚的吸音泡沫片-A1201，边沿处和端部采用939FR防火密封胶进行密封处理。
侧墙部位除了吸音材料之外，还安装了防寒材：沥水板（MONIFLEX，15mm）和玻璃棉（20mm），同样具有一定的隔音降噪效果。
2.4 区域4—过道平顶处声学材料布置结构
过道平顶板上布置50mm轻质吸音材料A8501，该材料自带压敏胶，安装方便。
2.5 区域5—设备舱内顶处声学材料布置
在设备间顶盖处上方贴一层50mm厚的轻质吸音材料A8501，以吸收下部设备及上部空调风道等噪声，为确保材料安装长期使用的可靠性，每块吸音片使用4个防寒材栽钉，加强固定的可靠性。
2.6 区域6—门隔音降噪声学材料布置结构
设备间门的密封和隔音性能满足不低于侧墙的性能，采用隔音模块密封，隔音模块由3层材料构成，总厚度为26mm：A1121（12mm）+B2020（2mm）+1121（12mm）
2.7 设备间空调管路侧声学材料布置
空调管道采用包裹方式：15mm高阻尼吸音泡沫+2mm隔音片+10mm防火超细玻璃棉毡（80kg/m3）；空调机组外壳采用夹层填充方式将机组包裹在内：20mm高阻尼吸音泡沫+2mm隔音片+28mm高阻尼吸音泡沫+2mm隔音片。
2.8 设备间金属管路外侧声学材料布置
金属管路外表面采用约束阻尼隔音材料：D203-AL-1.0缠绕处理，厚度为1.5mm，用以吸收气流的流动噪声及振动。
三 新型材料应用效果
按照上述方案执行之后，最终的安装效果见图11，据此对5号设备车的噪声值进行试验分析：
图11 新型材料布置图
没有布置任何新型材料的噪声值大于86dB，见下图12-1，车内噪声总声压级云图，引用了新型吸音材料后的车内噪声总声压级云图见图12-2。
图12-1不使用新型材料的噪声云图 图12-2 使用新型材料的噪声云图
利用检测设备进行分析：在5号车设备间内布置了4个噪声测点，均位于辅变之间的中间位置，两个测点高度在1.7m左右，两个高度在0.5m左右，过道走廊布置一个噪声测点。试验采集动态数据，动态测试是以采集车速为350km/h的数据为依据进行分析的。测试结果如下：
列车在动态工况下，设备间内噪声幅值波动较大，噪声值最高可达120dB，这与辅变、辅变接触器、空调机组等设备的工作状态有关；而设备间外的过道，噪声值为68dB，这说明新型材料在隔音降噪的控制方面起到了积极的作用。
综上所述，所采用的声学材料达到了预期的效果，能够给人提供一个相对舒适的环境，所以此方案可为后续轨道车辆减振降噪的设计提供参考依据。
发表评论