一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓的制作方法

本发明属于轨道列车装备技术领域，具体为一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓。

背景技术：

近年来，我国高速铁路事业蓬勃发展，从家喻户晓的“和谐号”高速列车到最新研制的“复兴号”，高速列车的运行速度进一步提升，与此同时，高速列车产生的噪声越来越大。据高速列车噪声统计分析发现，当高速列车行驶速度超过300km/h时，气动噪声将在高速列车所有噪声中占据主导地位，而高速列车受电弓部位是高速列车主要的气动噪声源之一，高速列车受电弓气动噪声传到车内会影响车内乘客的乘坐舒适度，传到车外会给沿线周边环境带来严重的噪声污染。

受电弓由多种细长圆柱杆件组成。高速列车在行驶过程中，垂直于速度方向的受电弓杆件切割流场在杆件表面造成脉动压力而产生气动噪声，其中受电弓弓头是造成高速列车受电弓气动噪声的主要噪声源。目前国内针对降低高速列车受电弓气动噪声采取了很多措施，例如部分学者在受电弓上加装导流罩，从而遮蔽受电弓以降低气动噪声，但是该方法中的导流罩自身会成为比较严重的噪声源，且严重影响受电弓结构稳定性与电力功能特性；部分学者通过减少受电弓杆件数量的方式来降低气动噪声，但该方法会破坏受电弓的结构稳定性；还有部分学者对受电弓杆件的截面进行优化，取得一定的降噪效果，但杆件截面尺寸复杂，不便于工业应用，有待进一步研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，包括弓角、弓头支架、接触碳滑板、支架杆、上臂杆、下臂杆、底架和绝缘子，所述绝缘子设置在底架底部，所述下臂杆的一端设置在底架上，所述上臂的一端铰接在下臂杆的另一端，所述弓头支架铰接在上臂的另一端，所述碳滑板设置在弓头支架的两端，所述弓角固定在碳滑板的两端，所述支架杆设置在弓头支架上，且设置在碳滑板之间。

优选地，所述支架杆为环状波纹结构。

优选地，所述支架杆包括若干环状波纹单元体，相邻环状波纹单元体间距为4-8mm，波纹深度为1-4mm。

优选地，所述支架杆横截面为椭圆形。

优选地，所述支架杆椭圆形横截面长短轴比例为2：1，长轴沿着受电弓运行方向。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1)本发明能够有效降低高速列车行驶过程中受电弓弓头部位的气动噪声，增加车内乘客的乘坐舒适度，降低给沿线周边环境带来的噪音；

2)本发明未改变常用受电弓的结构，无需在受电弓自身安装额外部件，保证了受电弓结构稳定性与电力功能特性不受影响，满足最佳弓网受流要求；

3)本发明受电弓杆件表面仿生结构制造工艺简单，易于实现，且仿生结构不会增加任何污染排放。

附图说明

图1为本发明的一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓的结构示意图；

图2为图1中所示受电弓的支架杆；

图3为图2中所示支架杆表面a部放大示意图；

图4为图3中b-b截面视图；

其中：1.弓角，2.弓头支架，3.接触碳滑板，4.支架杆，5.上臂杆，6.下臂杆，7.底架，8.绝缘子；4-1.若干环状波纹单元体；

w--支架杆波纹凹槽单元体相邻波峰间距，h--支架杆波纹凹槽单元体槽深。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，包括弓角1、弓头支架2、接触碳滑板3、支架杆4、上臂杆5、下臂杆6、底架7和绝缘子8，所述绝缘子8设置在底架7底部，所述下臂杆6的一端设置在底架7上，所述上臂5的一端铰接在下臂杆6的另一端，所述弓头支架2铰接在上臂5的另一端，所述碳滑板3设置在弓头支架2的两端，所述弓角1固定在碳滑板3的两端，所述支架杆4设置在弓头支架2上，且设置在碳滑板3之间。

进一步的实施例中，所述支架杆4为环状波纹结构，对来流起整流与控制边界层分离的作用，可以显著降低气动阻力和气动噪声。一方面能够对碳滑板2产生的漩涡进行抑制，另一方面能够对支架杆6来流进行整流，控制边界层的分离和涡流的产生，从而有效减少杆件表面的脉动压力，降低气动噪声。

如图2、图3所示，进一步的实施例中，所述支架杆4包括若干环状波纹单元体4-1，相邻环状波纹单元体4-1间距w为4-8mm，波纹深度h为1-4mm。

进一步的实施例中，所述支架杆4横截面为椭圆形，椭圆面的中心在一条直线上。

如图4所示，进一步的实施例中，所述支架杆4椭圆形横截面长短轴比例为2：1，长轴沿着受电弓运行方向。

本发明根据贝类的波纹凹槽结构对高速列车受电弓杆件外形进行优化，设计出表面为环状波纹结构，横截面为椭圆面的低噪声高速列车受电弓支架杆，能够高速来流进行整流，控制边界层的分离和涡流的产生，从而有效降低气动噪声。

技术特征：

1.一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，其特征在于，包括弓角(1)、弓头支架(2)、接触碳滑板(3)、支架杆(4)、上臂杆(5)、下臂杆(6)、底架(7)和绝缘子(8)，所述绝缘子(8)设置在底架(7)底部，所述下臂杆(6)的一端设置在底架(7)上，所述上臂(5)的一端铰接在下臂杆(6)的另一端，所述弓头支架(2)铰接在上臂(5)的另一端，所述碳滑板(3)设置在弓头支架(2)的两端，所述弓角(1)固定在碳滑板(3)的两端，所述支架杆(4)设置在弓头支架(2)上，且设置在碳滑板(3)之间。

2.根据权利要求1所述的基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，其特征在于，所述支架杆(4)为环状波纹结构。

3.根据权利要求1或2所述的基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，其特征在于，所述支架杆(4)包括若干环状波纹单元体(4-1)，相邻环状波纹单元体(4-1)间距(w)为4-8mm，波纹深度(h)为1-4mm。

4.根据权利要求1所述的基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，其特征在于，所述支架杆(4)横截面为椭圆形。

5.根据权利要求4所述的基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，其特征在于，所述支架杆(4)椭圆形横截面长短轴比例为2：1，长轴沿着受电弓运行方向。

技术总结
本发明公开了一种基于仿生结构的低噪声高速列车受电弓，包括弓角、弓头支架、接触碳滑板、支架杆、上臂杆、下臂杆、底架和绝缘子，所述绝缘子设置在底架底部，所述下臂杆的一端设置在底架上，所述上臂的一端铰接在下臂杆的另一端，所述弓头支架铰接在上臂的另一端，所述碳滑板设置在弓头支架的两端，所述弓角固定在碳滑板的两端，所述支架杆设置在弓头支架上，且设置在碳滑板之间。本发明基于仿生结构对受电弓弓头杆件形状进行改进有效地控制了弓头气动噪声，保证了受电弓结构稳定性与电力功能特性不受影响，减轻了高速列车受电弓气动噪声对周边环境的干扰。

技术研发人员：孙芮;刘晨;周如心;宋同月;伏筱堃;曹从咏
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2020.09.11
技术公布日：2020.12.11