城市轨道交通减震降噪技术发展现状演示教学Word文件下载.docx
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空气动力噪声：
车体与空气摩擦而产生的噪声；
集电系统噪声：
由受电弓和电线相互摩擦引起的噪音；
构造物二次噪声：
列车振动引起桥梁、隧道或周围建筑物的二次振动而产生的噪声。
1我国城市区域环境振动标准
城市轨道交通环境振动防治作为环境保护产业的一部分，在城市轨道交通环境建设，以及经济与环境协调可持续发展方面具有重要而独特的意义。
为贯
彻《中华人民共和国环境保护法》，控制环境振动污染，我国制定了相应的环境振动标准。
现行《地铁设计规范》［2］规定，地铁振动污染防治设计应符合国家现行《城市区域环境振动标准》，环境评价预测超标地段应采取减振措施，以满足国家环境保护及相关规范要求。
近年来，我国许多城市进行了大规模的城市轨道交通和基础设施建设，出现了一些新的城市轨道交通振动源和振动问题，而人们对城市环境要求更为严格，尤其是在夜间，对于地铁运行产生的振动响应更为敏感。
研究发现，即使振动水平处于65dB“特殊住宅区”振动限值之下，人们仍能感到振动并产生厌恶感；
当振动水平处于62dB以下时，大部
分居民感觉不到振动。
现行《城市区域环境振动标准》中的一些计权方式和测量方法严重滞后于相关学科研究发展。
为此，国家环境保护部科技标准司组织修订《环境振动标准》（征求意见稿）。
修订后其紧密结合国际现行标准，体现了以人为本的社会发展要求。
2我国城市轨道交通轨道减振现状特征
目前，我国城市轨道交通轨道减振领域现状特征是需求总量大、产品种类
多、占全线比例高、减振要求复杂。
2.1产品种类多
轨道减振技术的通常做法是在组成轨道的各个刚性部件之间插入弹性层，按插入位置的不同可分为扣件减振、轨枕减振和道床减振。
弹性层所处的位置越靠下，悬浮的质量就越大，越能获得较好的减振效果。
根据减振效果的不同，《地铁设计规范》（征求意见稿）［5］将减振措施分为一般减振措施、中等减振措施、高等减振措施和特殊减振措施4个等级。
（1）一般减振措施。
2012年4月正式实施的北京市地方标准《地铁噪声与振动控制规范》［6］对Z振级插入损失作出定义：
在其他条件相同的情况下，使用减振措施与使用普通扣件（DT-W2）线路，隧道壁Z振级之间的差值记为△VLZmax;
单位为分贝，dB。
这里提到的普通扣件即一般减振措施，其主要作用是固定钢轨，以及在列车运行时为轨道提供必要的缓冲，包括广泛应用于北京城市轨道交通的DT-W2型和DT-VD2型扣件、在上海地铁与北京地铁普遍使用的WJ-2型扣件及广州地铁普遍使用的单趾弹簧扣件。
（2）中等减振措施。
中等减振措施的减振能力（即使用减振措施与普通扣件线路隧道壁Z振级插入损失）为5〜10dB，常用的中等减振措施主要有双刚度剪切型轨道减振器扣件（川型、W型轨道减振器扣件）、压缩型轨道减振器扣件（ALT.1扣件、Lord扣件）、Vanguard扣件、弹性短轨枕和弹性长枕式等。
（3）高等减振措施。
高等减振措施的减振能力为10〜15dB，主要减振原理是在轨枕下或道床下铺设弹性垫层，形成质量弹簧体系，通过增加参振质量，降低轨道结构的自振频率，从而得到较好的减振效果。
高等减振措施有梯形轨枕轨道结构和纵向轨枕轨道结构，以及橡胶浮置板道床和固体阻尼钢弹簧浮置
板道床等。
梯形轨枕由PC制成的纵梁和钢管制成的横向联结杆构成，轨枕下放置弹性垫层起缓冲减振作用，目前广泛应用于我国地铁；
纵向轨枕利用横向混凝土纵梁代替梯形轨枕的混凝土钢管结构。
国内外常用的橡胶浮置板道床有整体支撑、线性支撑与点支撑等支撑形式。
橡胶浮置板道床减振材料除了传统的橡胶材料外，还包括阻尼橡胶材料及聚氨酯微孔弹性材料，其减振性能和工作年限与材料性质密切相关。
图1梯形轨枕轨道结构
图2纵向轨枕轨道结构
（4）特殊减振措施。
液体阻尼钢弹簧浮置板道床（见图3）是城市轨道交通行业内公认减振性能最好的轨道形式，是现行唯一的特殊减振措施。
液体阻尼钢弹簧浮置板道床利用液体阻尼钢弹簧隔振器支撑钢筋混凝土道床板，形成一个高质量、低刚度的“质量-弹簧”系统，其固有频率为5〜7Hz,减振能力在15dB以上。
液体阻尼钢弹簧浮置板道床成本和工程造价很高，不具备大面积铺设条件，目前大多应用于线路近距离下穿建筑物，以及对减振要求较高的古建筑、研究机构、医院、博物馆和音乐厅等场所。
图3液体阻尼钢弹簧浮置板道床
2.2占全线比例高
近年来，新建城市轨道交通线路各等级减振措施区段占总线路比例逐步升高，这与人们对控制地铁振动产生的环境影响需求密不可分。
2.3要求复杂
现代城市是人们学习、生活、工作、休闲、疗养的综合功能区，密集的轨道交通线网不可避免地对城市功能建筑产生环境振动影响。
因此，要将敏感目标Z振级控制在标准限值内，并对低频段振动控制提出严苛的复杂要求。
《环境振动标准》（征求意见稿）颁布实施后，轨道减振应用范围将调整，原采用中等或高等减振措施的地段，将采用高等或特殊减振措施，以满足综合功能区振动限值，高等级减振措施所占全线比例将会继续增加。
3现阶段我国城市轨道交通轨道减振存在的问题
3.1轨道减振产品设计缺乏技术储备目前，我国城市轨道交通轨道结构的设计总体沿用铁路轨道结构设计标准。
而城市轨道交通减振型轨道结构设计仅注重产品自身的技术性能，缺乏对整个减振型轨道结构系统性能的认识，特别是在稳定性和耐久性方面，不能满足铁路轨道设计标准要求，造成投入运营后因轨道结构稳定性差、耐久性低、刚度不连续等问题引起轨道病害频发。
轨道减振设计单位缺乏必要的技术储备，对轨道减振原理认识不够全面和深刻。
部分设计人员陷入了轨道刚度越低减振性能越好的误区，未认识到质量、刚度、阻尼等指标的合理匹配，使大量低刚度减振扣件使用后导致钢轨非正常波磨严重。
轨道减振设计单位在引进、消化吸收国外轨道减振产品时，过分依赖研究单位的技术和生产厂商的制造经验，缺少对我国城市轨道交通运营特点和施工质量等国情的考虑，并未将产品制造、施工与维护纳入设计阶段进行全过程分析，致使先锋扣件、减振器扣件、弹性短轨枕等许多国外成熟的轨道减振产品在我国应用中出现各种问题。
3.2缺乏统一的轨道减振产品评价体系和认证机构城市轨道交通轨道工程的
标准与规范是轨道设计、施工、验收和维修养护的重要依据。
我国在制定轨道减振产品标准工作上尚未建立统一、完善的检测与评价方法，权威性和前瞻性的
城市轨道交通减振产品标准体系尚未形成。
相关技术标准和产品认证体系及机构缺失，且无严格的市场准入制度，导致新型减振产品往往没有经过严格质量检验和性能评定即投入使用。
由于缺乏对运营线路采取减振措施后的评估方法和标准，轨道减振工程是按普通整体道床轨道工程竣工进行验收，没有考核减振设计的关键指标，无法通过标准化工作验证轨道工程是否满足减振设计要求。
3.3环境评价工作局限性
我国于2003年颁布实施《中华人民共和国环境影响评价法》，提出轨道交通线网规划和建设项目需要开展环境影响评价工作。
环境评价报告结论是轨道
减振设计和选型依据，目的是确保列车运行引起的环境振动不会引起沿线居民的投诉，满足国家环境保护部对轨道
交通项目环境保护批复要求。
我国《环境影响评价技术导则一一城市轨道交通》采用经验链式公式作为环境振动预测计算方法，由于全国各地地质差异及沿线建筑物结构动力特性千差万别，经验链式公式得出的环境评价预测值与实际环境振动值偏差较大；
线路及沿线敏感
目标环境振动要求发生变化时，补充环境评价工作不到位，造成轨道减振设计选型与实际环境振动要求脱节，线路运营后振动超标问题严重。
4城市轨道交通轨道减振发展趋势
4.1加强轨道工程整体安全性
利用轨道系统解决环境振动问题的同时，不应忽视轨道稳定性及耐久性。
在经济允许情况下，建议优先选用安全等级与减振效果好的道床减振形式。
为了提高线路平顺性，线路中相同的轨道减振等级宜采取相同的减振形式，全线减振轨道形式不宜超过3种。
减振地段应建立长效检测机制，跟踪产品减振效果，掌握轨道减振产品使用年限和维护周期等，确保轨道减振效果与行车安全。
4.2建立轨道减振产品评价体系和认证机构
研究制定我国城市轨道交通技术政策和标准规范，尽快改变目前城市轨道交通标准化工作滞后现状。
开展轨道减振产品减振性能认定研究工作，统一产品减振性能测试方法及减振性能评价指标，划分轨道减振产品减振等级，确定减振产品适用范围，以适应环境评价工作及对振动频谱有特殊要求的振动敏感目标需要。
建立行业认可的城市轨道交通轨道产品认证检验机构和城市轨道交通减振产品的市场准入制度，督促生产厂商加大研发投入，优化轨道减振产品性能，重视自主创新，促进我国自主知识产权的轨道减振产品和产业链发展，降低
轨道工程建设成本。
4.3研究切合实际的环境振动预测方法
精确预测地铁引起的环境振动方法应从理解振动传播方式出发，全面考虑振源特性（车辆、轨道类型、隧道结构）、地层特性（岩土类型、线路埋深、水平距离）、建筑物动力特性（整体固有频率、各层楼板结构的局部振动特性）对振动产生和传播影响，可以通过现场原位测试得到振源与敏感建筑物内振动响应传递函数，结合实测的地铁运营振源数据，预测地铁运营引起的敏感建筑物振动响应
5.城市轨道减震降噪的新技术
5.1车轮降噪技术
5.1.1弹性车轮
弹性车轮能明显降低轮轨噪声，主要是通过橡胶能吸收高频振动、降低冲击，并使轮轨问的摩擦得到改善。
同时，弹性车轮降低簧下质量，致使轮轨冲击动作用降低，也是弹性车轮运行噪音降低的重要原因。
另外，采用刚性车轮时，由于轮箍在轨道上滚动而出现的噪声会通过轮心的膜片作用而大大强化，并以体噪声的形式传至车体，而采用弹性车轮时，该噪声可以被橡胶层隔绝，弹性车轮结构参见图4所示。
图4弹性车轮结构图
采用弹性车轮后，踏面垂向激励下弹性车轮的噪声比刚性车轮可降低4.4dB。
经对比分析，刚性车轮辐射的噪声总功率中主要成分是由幅板辐射的，而弹性车轮采用橡胶弹性元件将轮箍和轮心隔开，轮箍的振动经过弹性元件的衰减作用后传至轮心，高频成分得到了消除或削弱，因此可以大大减少由幅板辐射的噪声。
虽然弹性车轮比整体车轮能降低IOdB（A）〜20dB（A），但一般只适合轴重较低（10t左右）的轻轨车辆，对于地铁车辆效果并不明显，而且结构复杂，造价高，在地铁车辆中通常不建议采用。
5.1.2降噪阻尼器
目前，国内地铁车辆通常在车轮上采用层叠式宽频降噪消音器。
如图5,此种
消音器为一种三明治结构，三层钢板和两层高阻尼特种橡胶，然后用不锈钢空心铆钉铆接。
它利用弹粘性橡胶作为弹性元件，它的弹性力为非线性，因此能起到吸收多个频峰振动的作用。
层叠式降噪阻尼器结构简单，安装方便，通常安装在采用踏面制动装置的转向架车轮上。
图5消音器结构图图6消音器安装图
经实测试证明，S形幅板车轮安装消音器后降噪量可以达到15.30dB，降噪效果明显。
5.1.3降噪阻尼环
针对安装轮盘制动城轨车辆车轮结构特点，通常在车轮上可安装降噪阻尼环。
通过相关模态分析，车轮沿径向变形有越来越大的趋势，因此，在满足车轮强度要求时，阻尼环安装在车轮变形较大的位置降噪效果会更好。
降噪阻尼环如图7,为钢制开口圆环结构，其尺寸和机械性能参数与车轮模态相匹配，通过压缩安装在车轮轮辋内侧槽内，圆环通过本身弹性紧贴轮辋，并采用特殊设计的高阻尼弹性连接件封闭其接口，确保阻尼环在长周期使用下的良好降噪性能，同时确保应用时的安全可靠性，安装效果图见图&
降噪阻尼环使用过程
中不需要更换零件，免维护。
车轮降噪阻尼环在车轮发生振动时，通过阻尼环与车轮轮辋之间摩擦产生界面阻尼耗能，能起到抑制车轮径向和横向模态振动的作用，减少车轮向外辐射噪声，从而获得良好的降噪效果。
图7降噪阻尼环安装图图8降噪阻尼盘安装机
5.1降噪阻尼盘
车轮降噪阻尼盘的降噪机理是基于粘弹阻尼材料降噪技术，采用约束阻尼
层结构，利用高耗能阻尼材料来减振降噪。
降噪阻尼环安装方式参见图9,降
噪阻尼盘由钢质约束层和阻尼材料层组成，各层通过高性能压敏胶与车轮幅板粘接在一起。
由于车轮轮缘最外位置是车轮行驶时振动最大的位置，因此，降噪阻尼盘的设计尽量靠近边缘，如果阻尼盘有翻边部分来约束振动，则具有更好的降噪效果。
车轮降噪阻尼盘为钢板整体冲压成型，复合阻尼材料粘接在车轮上，复杂形状成型较难，因此，降噪盘更适于直幅板车轮。
直幅板车轮安装阻尼盘后降噪量可达13.95dB,降噪效果明显，安装降噪盘在整个频率范围内都有比较明显的降噪作用，尤其在800Hz-5000Hz中高频之间降噪效果最好，在3150Hz时可达20dB。
5.2迷宫式约束阻尼器
阻尼车轮由钢质车轮本体、联结板、阻尼层和约束板组成。
联结板的表面为曲面，和车轮的内表面相配合，通过高强度粘结胶和车轮内表面粘贴在一起，其上部结构为凸凹结构。
约束板的外表面为平面，内表面也为凸凹结构，
扣在联结板之上与联结板一起构成迷宫式结构空腔，空腔内填充阻尼材料，即组成迷宫式约束阻尼车轮。
车轮、联结板和约束板的模型和相互关系图5所
示。
通过加贴约束阻尼板增加其阻尼，降噪效果很好。
通过滚振试验显示，车轮加贴迷宫式约束阻尼板后噪音降低7dB。
5.3轨道降噪措施
通过对钢轨增加阻尼、抑制钢轨振动，采用约束阻尼在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，降低轮轨噪音。
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、实心或空心的凸凹结构
或翅片，构成蜿蜒曲折的阻尼空腔，阻尼空腔内充满高性能的阻尼材料，连接体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上。
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。
相关单位在上海地铁10号线进行了对比试验，分别测试了未安装阻尼板和已安装阻尼板的两个区段，以及同一测点加贴阻尼板
前后等几种工况，测试数据见图10。
图9迷宫式约束车轮图10阻尼钢轨噪音测试对比表
5.4扣件类减振措施
常见的减振扣件有先锋（Vnguard）扣件、轨道减振器、洛德
（Lord）扣件、Z系列扣件等
（
（1）先锋扣件在轨头下颚及轨腰支撑钢轨，钢轨呈悬空状态，利用悬空钢轨和轨座底板缝隙，解决振动和噪声控制问题。
因其独特的设计理念，同其他高弹性扣件相比，其减振效果具有明显优势，可达12〜16?
?
dB。
缺点是
其静刚度较低，施加荷载后轨道垂向变形较大，轨距控制能力较差。
（2）轨道减振器又称为科隆蛋（Cologne-egg，为硫化粘结型扣件，利用橡胶剪切变形
提供弹性。
一般应用于减振要求较高的地段。
轨道减振器轨道结构减振效果在9?
dB左右。
（3）洛德扣件也是硫化粘结型，由2块上下黏贴在一起的铁垫板及弹条扣压件组成，利用橡胶压缩变形提供弹性。
洛德扣件在国外应用较广泛，但因为橡胶与铁垫板采用硫化工艺，不易更换，国内应用较少。
（4）Z系列扣件将洛德扣件的橡胶硫化工艺改为组合式安装工艺，即橡胶
垫板与铁垫板分开，可适时更换橡胶，铁垫板可重复利用。
洛德扣件与Z系列
扣件减振效果均为5〜6?
dB。
5.5轨枕类减振措施
弹性轨枕分为弹性长轨枕和弹性短轨枕。
弹性短轨枕结构包括：
混凝土短
轨枕、橡胶套靴、块下橡胶垫板。
因其结构较简单、施工方便，工程造价较
低，在我国城市轨道交通应用较广泛。
其减振效果为10〜12?
但弹性短
轨枕减振有如下弱点：
对地质要求高；
轨距保持能力差；
轨距和轨底坡调整困难；
养护更换困难；
橡胶包套易进水，减振性能下降；
弯道钢轨波磨严重。
目前广州地铁已发现因橡胶老化、橡胶套靴减薄而出现的短枕吊空现象。
上海地铁则因为软土地基隧道结构局部不均匀沉降引起了短枕吊空。
弹性长轨枕所采用的轨枕与一般混凝土轨枕相同，通过在轨枕端部、枕端两侧和枕下3个方向
设置弹性垫层，构成减振箱。
弹性长轨枕质量较弹性短轨枕大，因此，其减振效果相对更好，目前在日本应用较多。
5.6道床类减振措施
道床类减振措施主要采用质量-弹簧系统，基本原理是在轨道上部建筑与基础之间插入一固有频率远低于激振频率的线性谐振器，通过质量-弹簧系统的惯
性运动，将列车运营产生的振动进行较大衰减后，再传递给隧道主体结构，达到减振目的。
梯形轨枕轨道系统属于轻型质量-弹簧系统；
梯形轨枕由预应力纵梁和钢管制的横向连接杆构成，在其下面和侧面分别安装底部防振垫、侧面缓冲垫，并利用防振垫、缓冲垫支承在钢筋混凝土台座上。
目前在北京4、5号线
及广州地铁中有应用。
减振效果8?
一般道床类减振措施专指浮置板道床，包括钢弹簧浮置板和橡胶浮置板道床。
橡胶浮置主要为预制浮置板，按照橡胶支座支承方式可分为整体支承、线性支承、分布式支承3种（图6）。
橡胶浮置板可以满足10〜15?
dB的中档减振要求。
缺点是橡胶支承块隐藏于浮置板下面，很难调平、检修和更换，尤其是无法从浮置道床侧面或顶面检修；
橡胶本身阻尼太小，不能有效吸收浮置板的振动能量，对于软土地基及人们较敏感的振源低频部分隔振效果并不理想；
此外，橡胶对材料和工艺要求高，易老化，寿命有限，更换橡胶支承块对列车运营和市民的出行影响较大。
广州地铁曾采用分布式支承的预制浮置板；
国内有一定应用的道床隔振垫属于整体支承橡胶浮置板。
钢弹簧浮置板道床隔振技术由隔而固（GERB）公司于10年前引入中国。
该技术通过钢弹簧隔振器将轨道及浮置板与底部及侧面结构相隔离，两者之间仅通过隔振器相接，使隔振器上部结构所受的车辆动扰力通过隔振器传递到结构底部。
与橡胶浮置板相比，钢弹簧浮置板的主要优点是固有频率低，隔振效果
好，隔振寿命长，方便维修。
其隔振效果达18〜35?
dB，可采用现场浇筑或预制短板现场拼装方案，适应不同减振等级与施工进度要求，目前基本在国内各城市地铁中均有应用。
5.7减振措施对比
钢弹簧浮置板是目前公认的效果最好的技术。
北京《地铁噪声与振动控制措施应用规范》在编制过程中，对北京市城市轨道交通线路常用的减振措施进行了实地测量，利用插入损失将轨道减振器、梯形轨枕、先锋扣件、钢弹簧浮置板与普通DT-VI2扣件进行比较，得到各减振措施的修正量。
钢轨波磨使得
轨道结构振动加强，噪声增大，减振地段的减振效果也会迅速降低，甚至放大振动。
根据调查，各种减振措施中，只有普通道床及钢弹簧浮置板轨道没有产生过钢轨波磨现象。
浮置板道床是目前全国特殊减振地段首选措施。
一般情况下减振措施的选用应满足减振目标值并考虑3?
dB以上的裕量，具体分级规定见表
表1
减振揩施
DT-VI2扣件
孰道
岷振器
轨耗
先桂扣件
淨S6
修正量
-9
一14
-22
6•国外振动与噪声的主要控制措施
由于直线电机轨道交通坡度较大、曲线半径较小，使得其运营条件相对苛刻距离居民、办公场所较近，而轮轨接触为主要的振源及噪声源，因此对轨道结构的减振降噪要求较高。
此外，由于直线电机牵引系统对感应板与电机间的气隙控制要求较高，而轨道的平顺性对气隙的控制影响又较大，因此这对轨道结构的减振提出了更高的要求。
以加拿大及日本的直线电机轨道交通轨道结构方面的减振降噪措施为例分析如下。
6.1加拿大
加拿大温哥华直线电机地铁采取了多种减振降噪措施。
除了常规的采用径向转向架结构、弹性车轮结构、声屏障技术、桥上两侧的短墙结构以外，轨道上
的主要措施有：
采用较为平整、不易变形的无碴轨道；
采用可动心轨道岔结构；
减振型的高弹性扣件（如空心式轨下胶垫、双层胶垫式垫板结构等）、高弹性的PANDROL扣件等;
铺设了无缝线路结构；
采用了伸缩调节器结构等。
加拿大肯士顿试验线正在研制新型的轨道减振结构方式。
肯士顿试验线上的新型连接一起
（枕减振型轨道结构式）。
这种结构的优点是感应板与轨面一起变形，对感应板与直线电机的气隙保持、减缓轨面动力不平顺的影响是非常有利的，同时也可以采
用刚度较小的减振型轨下材料。
这种结构的特点是将减振与良好的气隙控制技术较好地结合起来。
6.2日本
以日本的福岗3号线为例，在振动与噪音控制方面采取了多种措施，除了在车辆制造方面采用双层铝车外皮中间填充吸音材料，车窗、车辆连接处密封，使用弹性车轮等措施外，在轨道方面也采用了大量的减振措施。
主要的措施有：
采用无缝
线路结构及伸缩调节器结构，减少了接头冲击等作用；
钢轨定期打磨及涂油；
为了便于保证施工的精度，采用了长枕埋人式轨道结构，提高了线路的初始平顺性；
使用了弹性较好的扣件及垫板结构，还有一些防止螺栓松脱的部件；
全线铺设了浮置式弹性轨枕整体道床结构等。
道岔区采用合成树脂轨枕结构，提高了轨道的弹性和平顺性，且易于施工。
在曲线及岔区采用了较短的感应板结构，较好地适应了轨道结构的线型，又避免了可能的牵引偏转造成的列车振动及噪声的加大。
还有其他的一些措施，此处略。
6.3轨道结构减振降噪措施的主要研究思路
由上述的分析可知，直线电机轨道交通，轨道结构必须采用一些特殊的减振降噪措施，才能降低振动与噪声对周围环境的影响，延长轨道结构的使用寿命保证列车的安全、舒适的运行。
因此，尽管我国在直线电机轨道交通方面才刚刚起
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