CN113602300A - 一种受电弓下沉平台包覆结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受电弓下沉平台包覆结构，包括顶面包覆板，顶面包覆板盖合在列车顶部的受电弓下沉平台处，顶面包覆板与列车的车顶流线化过渡；顶面包覆板部分包覆受电弓下沉平台，形成用于容纳受电弓的受电弓收纳槽。对于下沉平台高度较大的车型，顶面包覆板采用与车顶齐平的形式，并设置倾斜包覆板；对于下沉平台高度较小的车型，顶面包覆板采用向上凸起的外凸包覆板，且不设置倾斜包覆板。本发明的受电弓下沉平台包覆结构能够有效地降低受电弓系统的气动阻力和气动噪声，提升列车受电弓区域的空气动力学性能。

Description

一种受电弓下沉平台包覆结构

技术领域

本发明涉及铁路运输设备技术领域，具体而言，涉及一种受电弓下沉平台包覆结构。

背景技术

随着列车速度提高，气动阻力和气动噪声问题突显，对列车能耗和乘客舒适性提出了很大的挑战。急剧增加的阻力和噪声已经严重限制了高速列车提速，减阻降噪成为了高铁提速、节能、舒适性等进一步发展的必然要求。

列车头车、尾车、转向架、车体连接处及受电弓等部位是列车空气阻力的重要来源，由8节CRH3型车组成的动车组在明线、无侧风、车速为350km/h的运行条件下，受电弓系统气动阻力占列车总气动阻力的12％，因此对受电弓系统做减阻降噪优化意义显著。

现有受电弓系统的减阻降噪研究可以概括为3个方面：一是受电弓结构外形的优化、二是受电弓周围的导流罩设计、三是受电弓安装方式的优化，包括安装位置优化、受电弓基座下沉等。以基座下沉为例，该类方法体现出了更好的减阻降噪效能与工程可实现性，目前已应用于我国部分和谐号、复兴号以及京张高铁等诸多平台。

但是需要指出的是，受电弓平台下沉虽然能减少高速列车的总阻力和噪声，但是下沉平台自身所形成的腔体结构也带来了流动失稳、高速流冲击、腔内噪声等复杂流动问题，并且随着平台下沉，列车表面的边界层变薄导致摩擦阻力上升，同时也存在平台自身的压差阻力。现有的列车受电弓下沉平台的结构如图1所示。此外，受列车高度及客室空间限制，下沉平台的尺寸、形式需要受到一定制约。因此，面向下一代高速列车更高减阻降噪需求，有必要进一步挖掘受电弓平台下沉模式的优化空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种受电弓下沉平台包覆结构，该受电弓下沉平台包覆结构能够降低受电弓系统的气动阻力和气动噪声，提升列车受电弓区域的空气动力学性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种受电弓下沉平台包覆结构，包括顶面包覆板，顶面包覆板盖合在列车顶部的受电弓下沉平台处，顶面包覆板与列车的车顶流线化过渡；顶面包覆板部分包覆受电弓下沉平台，形成用于容纳受电弓的受电弓收纳槽。

进一步地，顶面包覆板靠近受电弓收纳槽的部分向上凸起，向上凸起的部位与顶面包覆板的其他部位流线化过渡。

进一步地，受电弓收纳槽呈“T”字型，包括用于容纳受电弓的底座的底座容纳部和用于容纳受电弓的臂杆的臂杆容纳部，底座容纳部和臂杆容纳部相连通。

进一步地，顶面包覆板上于臂杆容纳部远离底座容纳部的一端处设有细微锯齿结构。

进一步地，还包括倾斜包覆板，倾斜包覆板的上端与顶面包覆板靠近受电弓收纳槽的一侧相连接，倾斜包覆板的下端与受电弓下沉平台的底面相连接。

进一步地，顶面包覆板为铝合金板。

进一步地，列车顶部于受电弓下沉平台的一端处设有下沉搭接台，顶面包覆板的一侧安装在下沉搭接台上，下沉搭接台的下沉高度与顶面包覆板的厚度一致。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的包覆结构，通过设置顶面包覆板，可大幅削弱高速气流对受电弓的底座及下沉平台腔体内壁的直接冲击效应，降低底座及下沉平台腔体区域的压力脉动。

(2)本发明的包覆结构设计符合列车平顺化设计的思想，使气流能够更加平顺地经过受电弓区域，有效缓解流动失稳与振荡，减小受电弓的气动阻力。

(3)本发明的包覆结构中，顶面包覆板能够阻挡底座及下沉平台腔内区域的气动噪声往外传播，提高乘客的舒适性，降低对高速列车沿线的环境噪声污染。

(4)本发明的包覆结构采用轻型材料，可以实现车顶轻量化设计。

(5)本发明的包覆结构中，车体和包覆板的连接方式符合平顺化设计原则，能够使气流顺畅地通过车顶；包覆板锯齿可以诱发涡流，避免高速气流直接冲击车体，有效减小气动噪声。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的列车顶部受电弓下沉平台的结构示意图。

图2为本发明实施例1的受电弓下沉平台包覆结构安装后的结构示意图。

图3为本发明实施例1的包覆结构的结构示意图。其中，(1)为端视图，(2)为俯视图，(3)为立体图。

图4为本发明实施例1的包覆结构与列车顶部的拆解图以及拆解图中A处和B处的局部放大图。

图5为包覆与不包覆本发明实施例1的包覆结构时受电弓系统区域的表面压力对比图。

图中，上方列车包覆，下方列车不包覆。

图6为包覆本发明实施例1的包覆结构时的列车气动阻力脉动图。

图7为未包覆本发明实施例1的包覆结构时的列车气动阻力脉动图。

图8为本发明实施例2的受电弓下沉平台包覆结构安装后的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、顶面包覆板；2、受电弓收纳槽；3、细微锯齿结构；21、底座容纳部；22、臂杆容纳部；100、受电弓下沉平台；110、下沉搭接台；200、受电弓；210、底座；220、臂杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于直接的连接，而是可以通过其他中间连接件间接的连接。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

实施例1：

参见图2、图3和图4，一种本发明实施例的受电弓下沉平台包覆结构，该包覆结构主要包括顶面包覆板1，该顶面包覆板1盖合在列车顶部的受电弓下沉平台100处，并且该顶面包覆板1与列车的车顶流线型过渡；该顶面包覆板1部分包覆列车顶部原有的受电弓下沉平台100，形成用于容纳受电弓200的受电弓收纳槽2。

上述的受电弓下沉平台包覆结构，在列车的受电弓下沉平台100的边缘处连接顶面包覆板1，利用该顶面包覆板1部分包覆列车顶部原有的受电弓下沉平台100，形成受电弓收纳槽2，并且该顶面包覆板1与列车的车顶保持流线型过渡，受电弓200可升降地安装在该受电弓收纳槽2内。该包覆结构能够在高速列车运行时，改善受电弓200在升弓和降弓状态下周围的流场；大幅削弱高速气流冲击受电弓200的底座210与受电弓下沉平台100腔体内壁；有效缓解底座210与下沉平台腔内区域的压力变化；并且包覆结构设计符合列车平顺化设计的思想，使气流能够更加平顺地经过受电弓200区域，减少了流动失稳与振荡的可能性，有效减小了受电弓200的气动阻力；该包覆结构能够阻挡受电弓200的底座210及下沉平台腔内区域的气动噪声往外传播，提高乘客的舒适性，并降低对高速列车沿线的环境噪声污染。

在本实施例中，参见图2、图3和图4，顶面包覆板1与列车的车顶保持水平高度一致，与列车车顶融为一体。这种形式的顶面包覆板1主要适用于列车的受电弓下沉平台100的高度较大时的情形，在此情况下受电弓收纳槽2具有足够的深度来容纳受电弓200。

具体地，参见图2、图3和图4，受电弓收纳槽2呈“T”字型，包括用于容纳受电弓200的底座210的底座容纳部21和用于容纳受电弓200的臂杆220的臂杆容纳部22，该底座容纳部21和臂杆容纳部22相连通。如此设置，包覆结构的外形基本贴合降弓状态的受电弓200，但留出了受电弓200升弓与降弓的空间，不会形成干涉。受电弓下沉平台100的腔体形状在包覆后呈现了“T”型槽状，但是腔体形状并不局限于“T”型槽，可以根据需要进一步优化形状。进一步地，还可以对受电弓200的结构进行简化，将部分复杂受电弓200结构采用近似体替代，部分绝缘子等附属部件被去除。

需要说明的是，受电弓收纳槽2的宽度至少应该能够容纳受电弓200，并且在受电弓200升起或收合时不会对受电弓200造成干涉。在满足上述要求的情况下，受电弓收纳槽2的具体宽度可根据实际情况进行设置。

具体来说，在本实施例中，顶面包覆板1采用铝合金板，与现有的列车车体顶部材料类似。铝合金板为轻型材料，有利于实现车体轻量化目标。

在本实施例中，受电弓下沉平台100的边缘处设有下沉搭接台110，顶面包覆板1的一侧通过螺丝固定安装在该下沉搭接台110上，下沉搭接台110的下沉高度与顶面包覆板1的厚度一致，保证车体和顶面包覆板1的平顺过渡。顶面包覆板1上于臂杆容纳部22远离底座容纳部21的一端处设置有细微锯齿结构3，可以诱发涡流，避免高速气流直接冲击车体，有效减小气动噪声。

对本实施例的包覆结构的减阻效果进行测试，采用IDDES模型的数值仿真手段，以三节车编组的动车组为计算模型，受电弓200为升弓状态，设定列车以时速400km/h高速运行。

图5为包覆与不包覆受电弓系统区域的表面压力对比图。由图5可见，受电弓200区域的正压负压区域都显著减少，包覆结构有效阻挡了高速气流直接冲击受电弓200的底座210与下沉平台腔体内壁，大幅削弱了压力的幅值。涡流发展也被包覆结构抑制，涡流强度也因此下降，气动力的波动幅度也得以有效降低。

图6和图7为包覆与不包覆时的高速列车气动阻力脉动对比图。由图6和图7可见，中间车、受电弓200和尾车的气动阻力都有不同程度的下降，中间车气动阻力下降幅度甚至达到了23.9％，高速列车总阻力下降幅度达到了6.1％，各车的气动阻力波动程度也有不同程度地降低，以中间车和受电弓200区域最为明显。

由此可见，本实施例的受电弓下沉平台包覆结构可以有效缓解高速气流对受电弓200的冲击，降低高速列车的气动阻力。考虑到压力脉动是噪声源的类型之一，受电弓200压力脉动的减小将有效降低该区域的气动噪声水平。

实施例2：

参见图8，一种本发明实施例的受电弓下沉平台包覆结构，该受电弓下沉平台包覆结构的主要结构与实施例1相同，该包覆结构与实施例1相比，主要区别在于：顶面包覆板1的结构与实施例1不同。

在实施例1中，顶面包覆板1与列车顶面的车体保持齐平；而在本实施例中顶面包覆板1采取包覆板外凸的形式，即顶面包覆板1靠近受电弓收纳槽2的部分向上凸起，而且向上凸起的部位与顶面包覆板1的其他部位流线化过渡，其结构参见图8所示。该顶面包覆板1整体上为外凸包覆板。

本实施例的受电弓下沉平台包覆结构主要适用于受电弓下沉平台100的高度较小的部分车型。在这些车型中，由于受电弓下沉平台100的原有高度较小，导致平面型的顶面包覆板1(如实施例1)无法完全覆盖住受电弓平台内部件。采用本实施例的外凸形式的顶面包覆板1，可以很好地适应这部分车型的需求，很好地遮盖住受电弓平台内部件，起到有效地降低底座及下沉平台腔体区域的压力脉动，减小受电弓200的气动阻力的作用。

总体而言，采用本发明的受电弓下沉平台包覆结构，列车高速运行时，在升弓和降弓状态下受电弓200周围的流场都会得到改善。其一是顶面包覆板1可大幅削弱高速气流对受电弓200的底座210及下沉平台腔体内壁的直接冲击效应，降低底座210及下沉平台腔体区域的压力脉动；其二是该包覆结构设计符合列车平顺化设计的思想，使气流能够更加平顺地经过受电弓200区域，有效缓解流动失稳与振荡，减小受电弓200的气动阻力；其三是顶面包覆板1能够阻挡底座210及下沉平台腔内区域的气动噪声往外传播，提高乘客的舒适性，降低对高速列车沿线的环境噪声污染。

此外，本发明的包覆结构采用铝合金板，可以实现车顶轻量化设计。车体和包覆板的连接方式符合平顺化设计原则，能够使气流顺畅地通过车顶。包覆板锯齿可以诱发涡流，避免高速气流直接冲击车体，有效减小气动噪声。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，包括顶面包覆板(1)，所述顶面包覆板(1)盖合在列车顶部的受电弓下沉平台(100)处，所述顶面包覆板(1)与列车的车顶流线化过渡；所述顶面包覆板(1)部分包覆所述受电弓下沉平台(100)，形成用于容纳受电弓(200)的受电弓收纳槽(2)。

2.根据权利要求1所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，所述顶面包覆板(1)靠近所述受电弓收纳槽(2)的部分向上凸起，向上凸起的部位与所述顶面包覆板(1)的其他部位流线化过渡。

3.根据权利要求1所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，所述受电弓收纳槽(2)呈“T”字型，包括用于容纳所述受电弓(200)的底座(210)的底座容纳部(21)和用于容纳所述受电弓(200)的臂杆(220)的臂杆容纳部(22)，所述底座容纳部(21)和所述臂杆容纳部(22)相连通。

4.根据权利要求3所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，所述顶面包覆板(1)上于所述臂杆容纳部(22)远离所述底座容纳部(21)的一端处设有细微锯齿结构(3)。

5.根据权利要求1所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，还包括倾斜包覆板，所述倾斜包覆板的上端与所述顶面包覆板(1)靠近所述受电弓收纳槽(2)的一侧相连接，所述倾斜包覆板的下端与所述受电弓下沉平台(100)的底面相连接。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，所述顶面包覆板(1)为铝合金板。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的受电弓下沉平台包覆结构，其特征在于，列车顶部于所述受电弓下沉平台(100)的一端处设有下沉搭接台(110)，所述顶面包覆板(1)的一侧安装在所述下沉搭接台(110)上，所述下沉搭接台(110)的下沉高度与所述顶面包覆板(1)的厚度一致。

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