对轮轨振动和噪声的大量研究表明，轮轨噪声是轨道交通噪声的主要来源，一般情况下，车轮噪声主要分布在1.5-2kHz到5kHz频段，而钢轨辐射的噪声主要分布在500Hz到2kHz的频段。在列车运行速度比较低的情况下，例如城市轨道交通，钢轨噪声对总噪声级的贡献占主要地位。

       根据结构力学，增大结构的阻尼能有效吸收结构振动能量，抑制结构振动。钢轨是低阻尼结构，极易振动和发声。由于钢轨的阻尼很小，增加钢轨的阻尼，可以有效抑制钢轨的振动，即在钢轨两侧的轨颚、轨腰和轨底上面设置由高阻尼材料和约束层构成的阻尼复合板，以在很宽频域内增加钢轨阻尼，减小钢轨的振动加速度，及表面声辐射，对降噪起着关键作用。

       科而泰公司创造性地研发出了迷宫式约束阻尼结构，申请并获得了多项专利，并将其应用于钢轨和车轮，取得了世界领先的减振降噪效果。迷宫式阻尼钢轨可以大幅吸收消耗振动能量，有效地降低轨道所产生的振动及噪音。该种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，比动力吸振器（TMD）具有宽频带减振效果，对高频噪声如曲线嚣叫、制动嚣叫效果更好。

        青岛科而泰公司委托委托上海同济大学声学研究所进行约束阻尼钢轨降噪效果测试，根据对上海地铁吴中路车辆段同一条曲线轨道普通钢轨和迷宫式约束阻尼钢轨两个区段的对比测试结果，降噪效果为：1、轨侧测点直接测量钢轨本身的辐射噪音。用该点反映阻尼钢轨的测试结果更合理。若以该点为评价参考点，降噪效果最大可达20到30dB(A);2、阻尼钢轨对曲线啸叫有很好的降噪效果，在距钢轨外侧2米处的两个测点的测试结果都表明，降噪效果可达6到10dB(A)。

       阻尼结构分为自由阻尼和约束阻尼，首先用于钢轨减振降噪的是自由阻尼，即在钢轨上喷涂一定厚度的固体阻尼材料。由于自由阻尼没有约束，钢轨的振动又很大，阻尼材料随钢轨的振动而随波逐流，只是拉伸、压缩和弯曲，阻尼层的耗能作用很小，对钢轨的振动抑制不大，只有阻尼层的厚度达到板厚的一定比例之后方能略为有效，因此自由阻尼多用于轿车、航天航空领域的薄板结构。   相比之下约束阻尼就更有效，也就是在阻尼层表面再设置一层刚度比阻尼层刚度大很多的材料，钢轨振动变形时，由于约束层与钢轨的变形不一致，就会强迫阻尼层发生剪切变形，而剪切变形能够提供较高的阻尼。因此目前国外多采用约束阻尼。常用的阻尼材料为高阻尼聚氨酯或高阻尼橡胶，约束材料为压弯板材，如钢板或铝板，科而泰公司的第一代约束阻尼钢轨技术就属于这种约束结构（见图2.1），其特点是结构简单，成本低。   由于阻尼是通过产生与振动方向相反、以剪切为主的阻力来消耗钢轨振动能量，其减振降噪性能和阻尼作用面积成正比，单层约束阻尼结构中阻尼作用面积受钢轨尺寸的限制，有效工作面积有限，约束板的约束刚度不足，所以其能实现的减振降噪作用也十分有限，需要阻尼性能很好的阻尼材料才能达到一定效果。因此这种阻尼结构虽在德国、奥地利和日本曾有应用，但应用并不普遍。

图2.1 科而泰公司的第一代约束阻尼钢轨 

针对普通单层约束阻尼结构的缺点，科而泰公司在研究国内外阻尼钢轨和各种阻尼材料的基础上，研发出了一种迷宫式约束阻尼结构，并申请相关专利。迷宫式约束阻尼结构由联结板和约束板及两者之间的阻尼层组成，联结板与约束板上设有相互配合的、实心或空心的凹凸结构或翅片，构成蜿蜒曲折的迷宫式阻尼腔室，阻尼腔室内充满高性能的阻尼材料，联结板的表面形状同待粘贴的钢轨表面的形状一致，通过高强度、高刚性粘结胶粘贴在钢轨的非工作表面。迷宫式约束阻尼钢轨如图2.2所示。

图2.2 迷宫式约束阻尼钢轨的结构    

当钢轨振动时，振动通过刚性的粘结胶传至联结板，试图带动约束板一起振动，由于约束板的刚度较高，造成约束板与联结板的变形不一致，强迫阻尼层发生剪切变形，从而吸收消耗振动能量，有效地降低了轨道所产生的振动，提高了车轮和轨道的使用寿命。由于振动为噪声之源，噪声也大幅降低，尤其是一般方法很难消除的一次噪声，减轻了钢轨噪声对周围的影响。这种阻尼减振对于各种频率都有较好的减振效果，因此具有宽频带减振效果，对高频噪声如曲线嚣叫、制动嚣叫效果更好。    与普通单层约束阻尼结构相比，迷宫式约束阻尼钢轨技术具有如下优点：1、约束阻尼板采用迷宫式结构，阻尼面积大于粘贴表面；2、约束板的凹凸可以采用矩形或梯形等抗弯刚度较高的截面，在同样材料用量时抗弯刚度较高，约束作用强； 3、阻尼层可以垂直于主要振动模态的振动表面设置，阻尼力臂和阻尼力矩显著增加，耗能作用加强（见图2.3）。4、在同样尺寸和附加重量时，迷宫式约束阻尼结构产生的阻尼远高于普通单层约束阻尼结构，性价比更高。

由于阻尼材料一般流动性很差，现场涂刷施工速度太慢，况且阻尼材料对温度、湿度比较敏感，风霜雨雪雾露天气均不能施工，现场施工质量不易控制。科而泰公司经过反复试验，又成功开发出了与迷宫式约束阻尼结构相匹配的预制复合工艺。其特点是，阻尼材料的灌注在工厂进行，并借助阻尼材料将联结板和约束板固化联结为一体，制成迷宫式约束阻尼板，也称迷宫式降噪阻尼板，简称阻尼板，这种工艺施工效率高，质量稳定，且不受气候限制。现场只需用粘结胶粘贴阻尼板，施工速度快。迷宫式约束阻尼钢轨和车轮均可采用工厂化预制复合工艺，然后在配套厂、工场或现场粘贴。既可以在新钢轨和新车轮上粘贴，也可以在已运行的轨道上或车轮上加贴。迷宫式降噪阻尼板由阻尼材料、联结板和约束板组成，阻尼板与钢轨和车轮的粘结采用粘结胶，所选用的材料满足钢轨和车轮工作条件：钢轨和车轮的动载很大，振动能量大，且工作温度范围大，一般在－20～＋70°C之间，所选用的阻尼材料和粘接材料在该温度范围内具有足够的粘接强度、韧性和良好的阻尼特性；粘结胶具有足够的刚性，以传递振动；钢轨和车轮暴露在外，阻尼材料和粘接材料必须具有耐水、耐油性。迷宫式降噪阻尼板采用双组份高阻尼聚氨酯（HDPUR）作为阻尼材料，该阻尼材料已有十几年的成功应用经验，温度性能稳定，可适应各种恶劣条件，抗老化，而且阻尼比高。HDPUR阻尼材料主要由无溶剂聚氨酯、填料和助剂组成，在使用前将双组分充分混合均匀，在半小时内流动性较好，可以涂刷、喷涂灌注施工。该阻尼材料正常工作温度为-20°C至+70°C，超出这一范围仍可正常工作，只是高温时阻尼性能略有下降。HDPUR阻尼材料具有阻燃、无毒、环保、附着力强、不开裂、无固化收缩、无溶剂、无污染和施工方便等特点。约束板采用钢板和铝合金挤出型材。铝合金约束板虽然成本较高，但精度高、比重轻、外形美观、耐腐蚀、寿命长，无需检修更换。铝合金与钢轨或车轮采用高强度增韧环氧粘结胶粘结，其抗拉剪强度达14Mp以上。

        一般将阻尼板粘贴在轨腰和轨底，轨腰连续设置，在轨底一般避开扣件设置，采用专门强化的阻尼材料和约束板也可以在扣件下连续设置。针对铁路运营安全第一的要求，为了使阻尼板粘接牢固，不脱落，除了采用高强度的粘接胶外，还另外设置了两道安全防线：1)阻尼板侧板边缘采用弹性和韧性极好的弹性粘结胶粘结；2)阻尼板分为侧板、翼面板和底板，分别粘贴于轨腰、翼板上表面和底板下面。三种阻尼板在横断面上相互锁紧。这样可以做到，在正常使用条件下阻尼板不剥离；即使粘结胶意外剥离，阻尼板也不会脱落、没有专用工具无法取下。迷宫式约束阻尼结构的设计寿命可达20年以上，一般大于钢轨和车轮的使用寿命。

       在现有工程项目实施过程中，就约束阻尼钢轨对列车安全运营的影响进行了相关试验和评估。相关试验和至今的运行实践表明：1)阻尼板和粘结胶的强度和耐冲击性能卓越，用18磅大锤对阻尼板的侧板和底板锤击十几次，只能把阻尼板砸出塑性凹坑或砸扁，但不会剥离。特意反复敲击使粘结胶剥离后，由于约束板在横断面上采用互锁设计，阻尼板仍然取不下来。2)阻尼板位于超声探伤波束之侧面和底面，加贴阻尼板后对探伤波束没有干扰，对探伤结果没有影响。3)阻尼板对信号传输没有影响。4)约束阻尼钢轨一般无需松动扣件，不改动钢轨的传力链，因此不影响钢轨的承载静刚度和承载安全，仅对钢轨的阻尼特性有有利影响。

       1)清除轨腰、轨翼面和底面的铁锈，以保证粘接强度；2)称量并搅拌阻尼胶和粘结胶；3)在钢轨和约束阻尼复合板的内表面涂刷粘结胶；4)粘贴约束阻尼复合板，并相互扣紧，最后加上固化锁紧夹子；

       1)在高架直线段上，时速50km/h时，迷宫式约束阻尼钢轨翼板和轨腰的加速度降低了2-7dB(A)，受桥梁二次噪声和车轮噪声的掩盖影响，实测A声级降噪效果为2-3dB(A)，从频域来看，高频区效果更好，最高可达5.4dB(A)。2)在地面曲线段，由于曲线嚣叫强烈，迷宫式约束阻尼钢轨的降噪效果更为显著，A声级降噪效果可达5～12dB(A)， 在吴中路特定条件下加贴阻尼板后曲线嚣叫完全消失。由于钢轨表面辐射噪声降低最高达21~33dB（A），可以预见，如果车辆噪声能进一步降低，降噪效果还会进一步提高。从频域来看，噪声频率越高，降噪越明显，最高可达50dB。3)从约束阻尼减振降噪的原理来推断，车辆进站的制动嚣叫机理与曲线嚣叫机理相似，采用迷宫式约束阻尼钢轨也将十分有效。4)至今的试验和运营实践表明，该技术对景观和运营没有任何负面影响，牢固、美观，不改动承传力链，设有多道安全措施，安全可靠，已达到工程实用水平，既可以在新钢轨上使用，也可以对既有钢轨进行改造。5)该技术对强振下的各种中厚板振动部件能够提供足够的阻尼，有效抑制其振动和发声，是约束阻尼结构在性能上的飞跃和原理上的创新，具有广阔的推广应用前景。