بررسي كارايي روش هيبريد كنترل فعال و غيرفعال در كاهش نوفه جيغ چرخ قطار

Application of hybrid active and passive control method for wheel squeal noise suppression

جيغ چرخ[i] قطار، يكي از آزاردهنده‌ترين نوفه‌هاي راه‌آهن است كه هنگام عبور قطار از قوس‌هاي با شعاع كم ايجاد مي‌شود. تا به امروز روش‌هاي مختلفي براي كاهش يا حذف اين نوفه ارائه شده است، كه تمامي آنها با محدوديت‌هايي روبه‌رو بوده‌اند. در اين مقاله با تركيب دو روش كنترل ديترينگ[ii] به‌وسيله عملگرهاي پيزوالكتريك چندلايه ميله‌اي[iii] روي ريل و افزايش ميرايي چرخ به‌وسيله چسباندن وصله پيزوالكتريك متصل به مدار شانت[iv]، راهكاري هيبريد كنترل فعال و غيرفعال براي حذف نوفه جيغ چرخ در يك بازه فركانسي گسترده ارائه شده است. براي بررسي عملكرد راهكار پيشنهادي، يك مدل جامع و تأييد شده نوفه جيغ چرخ قطار در حوزه زمان شامل ديناميك خط و چرخ و نيروهاي غيرخطي تماس به‌كار گرفته شده است. سپس مدل براي اضافه كردن اثر هم‌زمان كنترل ديترينگ به ريل و تغيير ديناميك چرخ به‌روزرساني شده است. مدار شانت درنظر گرفته شده از نوع رزونانسي شامل يك مقاومت و سلف است، كه امكان افزايش ميرايي در يك فركانس خاص را مي‌دهد. عملگرهاي متصل به چرخ به دو گروه تقسيم شده‌اند و مدارهاي شانت هر گروه براي ايجاد ميرايي در فركانس‌هاي مورد نظر طراحي شده‌اند. براساس نتايج به‌دست آمده راهكار پيشنهادي به خوبي توانسته تراز فشار صوت[v] جيغ چرخ را در تمامي فركانس‌ها كاهش دهد و ميانگين تراز فشار صوت كاهش يافته به 15 دسي‌بل مي‌رسد.

Wheel squeal noise is one of main annoying noise through railways that it is occurred when train passing tight curves. Different noise reduction methods are applied for this problem, but each one has limitations. In this paper, a hybrid method is proposed that comprises an active dithering control on rail using piezoelectric stack actuators and increasing wheel modal damping by attaching shunted piezoelectric patches on it. An experimentally validated transient wheel squeal noise is used for investigation proposed method. The model includes linear dynamics of railway track and wheel-set and nonlinear contact forces. The dithering control on rail, applying high frequency and low amplitude signal, is designed for wheel squeal noise suppression on low frequencies. The shunt circle is resonant type that can be adjusted on specific frequency and causes maximum damping. The modal damping on two modes is increased by dividing attached piezoelectric patches on two group with dedicated shunt circles. The results show proposed method significantly reduce sound pressure level of wheel squeal noise on all frequency domain.