安装轮辐降噪板自动控制系统探究

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摘要：高铁轮辐降噪板是自动压接系统基于轮辐降噪板专用压头的基础之上进行开发的设备，以伺服电机、控制面板为基础的辅助型降噪系统，通过压力、温度等参数作用于伺服电机，保证轮辐降噪板在与轮辐压接过程中的压接质量，使降噪板最大化吸收摩擦振动而产生的噪声，采用标准化、模块化的通用元配件，其应用范围可在装有轮辐的一切装置设施上。

关键词：自动化；自动降噪系统；伺服电机

0引言

随着社会的发展，智能电气控制系统不断升级，利用计算机对信息进行处理，从而减少运行过程的出错率，保证系统的准确性与高效性。在计算机控制系统中，在手动轮辐降噪板专用压头设备的基础之上进行改进，设计以伺服电机、控制面板为基础的辅助型降噪系统———高铁轮辐降噪板自动压接系统。高铁轮辐降噪板自动压接系统是将降噪板贴附在轮轨上，使降噪板更好的吸收振动产生的噪声，目前高铁在为人们带来便捷的同时，由于在高速运转时造成的噪声。严重危害人们的生活质量。因此为了保证轮辐降噪板在与轮辐压接过程中的压接质量，系统充分考虑轮辐降噪板自动压接系统工作的环境和工艺流程的具体要求。

1高铁轮辐降噪板自动压接系统的研究

1.1系统的整体结构

高铁轮辐降噪板自动压接系统由控制器、滑枕、芯体、安装底座、浮动座、滚轮支座、伺服电机、齿轮以及测量元件组成（图1）。系统的连接顺序为：控制器与伺服电机相连，滑枕与机床床身连接，芯体从上至下依次是同轴的活塞部、轴肩部和第一导向部，安装底座与滑枕连接，内部设有容置腔，开口处设有与容置腔密封连接的柔性密封垫，容置腔内设有传压介质，活塞部的上顶面与密封垫接触连接，浮动座与安装底座和第一导向部可上下滑动连接，其中第一导向部上套设有碟簧，碟簧的上端与轴肩部相抵，下端与浮动座相抵，滚轮支座一端与浮动座连接，另一端设有滚压轮，滚压轮与滚轮支座可转动连接[1]，伺服电机一端与控制器相连，另一端与浮动座相连，齿轮通过销轴连接浮动座与滚轮支座，测量元件与容置腔相连通，用于测量传压介质的压力，高铁轮辐降噪板自动压接系统还包括压环与安装底座固定连接，传压介质为甘油，导向柱包括螺纹部，螺纹部设于所述第二导向部的上端，阻挡部设于第二导向部的底端；螺纹部与安装底座连接[1]。浮动座与滚轮支座通过铰轴连接。浮动座与滚轮支座通过伺服电机驱动齿轮转动，使滚轮任意角度转动（滑枕垂直进给至压力表显示预先确定值）朝车轮内部方向（沿X轴正向）滚压，完成后再回到轮辐中间位置继续下刀朝车轮外部方向（沿X轴负向）滚压完成整个压装过程[1]。

1.2控制系统的工作原理

控制系统流程如图2所示。高铁轮辐降噪板自动压接系统自动化部分工作原理：首先压力可以通过压力表的数值进行显示，或者是通过压力识别传入到控制系统，通过启动控制系统接收数据再将压力反馈于伺服电机，伺服电机依靠脉冲来进行定位，通过轮辐轮廓驱动齿轮，让滚轮支座自由转动，从而进行自动调节一定角度，保证滚压轮与轮辐表面垂直，使得高铁轮辐降噪板的压接质量得到保证，能够更好的进行降噪功能；其次，在研究该装置的同时，考虑到季节变换对于温度影响较大，而温度对于高铁轮辐的压接质量影响较大，故该装置具有检测外界温度，控制系统可以自动修正压接力的大小，大大提高轮辐降噪板的压接质量。

1.3系统创新与改进

高铁轮辐降噪板自动压接系统浮动座和滚轮支座则通过主销定位，利用控制系统操纵伺服电机驱动齿轮转动让滚轮支座自由转动，提高了滚轮的灵活性；轮辐降噪板自动压接系统采用设置测量元件和控制器等技术，极大程度上解决测量误差较大的问题，实现精准测量滚轮与轮辐降噪板之间的接触作用力[2]，并且引入轮辐降噪板压力标定方法，多次测量获取标定系数的平均值将接触作用力控制在设定范围之内，而且随着温度的变化，控制系统可以自动修正压接力的大小，进一步保证轮辐降噪板的压接质量的技术效果。为了保证轮辐降噪板在与轮辐压接过程中的压接质量，系统充分考虑轮辐降噪板自动压接系统工作的环境和工艺流程的具体要求。保证系统正常工作的前提下，大可能的使系统的结构更加的简单，优化相关元配件，使之更加标准，提高系统的工作准确率，保证压接的质量，利用伺服电机和相关控制系统，在该电气设备的工作过程中，保证数据的准确性可以传输到相关元配件上，可以减低工作人员的劳动强度。

2高铁轮轨噪声的产生分析

2.1高铁噪声的产生

高铁噪声主要由5部分组成，分别为轮轨噪声、车体结构噪声、受电弓与集电系统噪声、车体空气动力噪声和桥梁结构构造物产生噪声。而该项目主要研究轮轨噪声（图3），其中高铁噪声来源主要是“轮轨振动噪声”，是高铁在沿轨道运行过程中，其中轮轨相互作用，车轮在横向与竖向上，由于运动而产生相互摩擦，产生振动。高铁噪声振源种类复杂，大致分为3个类型：空气传达噪声、车外对车体的穿透噪声、轮轨与桥梁构造物的振动产生的辐射性噪声[3]。空气传达噪声，由各种各样的噪声源发出，进而通过空气的传播媒介从车窗、车门缝隙、各种排气设备口传入到车内；车外对车体的穿透噪声是由各种车外以及轮轨振动传过车体的材料从而进入车体；轮轨与桥梁构造物的振动产生辐射性噪声，辐射性噪声由轮轨、桥梁构造物、机电系统、空调系统等各种振动激励源通过车体的结构将振动能量传递至车厢内部，进而激发车厢结构振动，产生声源辐射[3]。高铁轮轨噪声分布如图4所示，高铁噪声频率等级如图5所示。高速动车组最显著的噪声来源于5点：①轮轨滚动噪声：轮轨的表面比较粗糙，轮轨与车轮和轨道结构之间产生振动，从而发出刺耳的噪声；②轨枕通过频率和车轮缺陷导致的参数激振：当转向架固定轴距与轨枕间距两者接近倍数关系时，会对车内噪声产生显著影响；③高铁组弓网噪声、空腔、转向架区域、车间连接处等的气动噪声；④由于高铁速度快，车身的外表面与外界湍流的气流进行摩擦从而产生噪声；⑤高铁的动力控制系统、空调控制系统、进排气装置等一些辅助设备的噪声[5]。

2.2高铁噪声的影响

列车通过时的综合噪声为L：L=10lg（10LR/10+10LS/10+10LP/10+10LA/10）[4]（1）式中L为列车通过时的综合噪声，LR为轮轨噪声，LS为结构噪声，LP为受电弓噪声，LA为车体空气动力噪声。由此看出，轮轨噪声主要由轮轨振动产生，因此为了保证列车的平稳行驶，列车的车轮、钢轨表面都要求打磨得光滑平顺[5]。然而随着服役时间的增加，车轮的磨损、钢轨的竖/纵/横向变形、钢轨的擦伤及剥离等病害的出现不可避免。车轮或轨道表面的平顺性无法保证时，列车在行驶期间会出现颠簸现象，车轮和钢轨受迫发生弹性振动，这种弹性振动辐射至空气中就变成噪声。轮轨滚动噪声会随着车速的提高而不断增强，因此在高速列车领域的研究中受到较多关注与重视。振幅与列车运行速度关系如图6所示。

3高铁轮辐降噪板自动压接系统的应用

高铁轮辐降噪板自动压接系统可有效提高轮辐降噪板在轮辐上的安装质量，保证安装合格率提高在80%以上，高铁轮辐降噪板自动压接系统具有很高的经济价值与社会价值，利用高铁轮辐降噪板自动压接系统安装降噪板打破传统的降噪方式，从根源解决噪声，比起在轨道两侧设置隔声屏障，种植植被等传统的减噪措施而言，该系统更具有广泛的应用性。

4结束语

项目的主要研究结果是保证轮辐降噪板的安装质量的前提下如何更省事省力，利用伺服电机与自动化系统的结合保证轮辐降噪板的降噪高效性，从而充分发挥轮辐降噪板吸收振动频率达到降噪功能，有效的吸收振动，降低噪声，提高轮辐降噪板的降噪效果。

参考文献

［1］陈磊，张燕红.降低高铁轮轨噪音的研究［J］.装备制造技术，2021（9）：219-221，232.

［2］陈磊，张燕红.一种可控轮辐降噪板专用压头的研究和应用》［J］.装备制造技术，2021（7）：258-260.

［3］吴新红.高速动车组广义舒适度关键技术分析》［J］.城市轨道交通研究，2018，21（6）：1-5，26.

［4］吴莹.轮轨激励下北京地铁头车车内噪声计算及贡献度分析［D］.长沙：中南大学，2007.

［5］毕凯.卧铺动车组隔声降噪优化设计技术［J］.城市轨道交通研究，2017（2）：68-71.

作者:陈磊 张燕红 单位:山东华宇工学院