CN114274781A - 一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，包括上臂杆、下臂杆和弓头滑板，所述上臂杆和下臂杆的外壁均包覆有多孔介质材料包覆圈，所述弓头滑板的水平平直段的后侧安装有多孔介质材料板。本申请的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，不仅建筑降噪效果好，而且能大幅抑制列车运行中受电弓系统的振荡特性，达到稳定弓网接触及优化受流效果。
Description
技术领域
本发明涉及受电弓杆件减阻降噪技术领域，具体涉及一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置。
背景技术
列车提速带来的气动阻力与噪声污染成为铁路高速化发展进程中一个亟待解决的问题，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。组成受电弓的各个部件包含几何外形不同的杆件，包括圆柱杆件、渐变截面圆柱杆件等。圆柱绕流问题广泛存在于航天航空、铁路运输等领域，包含复杂的流动机理。现有研究表明，受电弓系统是高速列车阻力与噪声的重要组成部分。当列车速度达到300km/h以上时，机械噪声退居其次，气动噪声成为列车最主要的噪声源。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。
多孔介质材料流动控制作为一种被动流动控制方法，在圆柱绕流流动控制及减阻降噪方面已经开展了广泛的研究。现有研究表明，将多孔介质材料涂覆在圆柱表面或将多孔介质阻隔板放置在圆柱下游，可以改变尾流流动结构、抑制非定常振荡特性，在减阻降噪方面具有显著的效果。同时，多孔介质材料具有渗透性，气流可在多孔介质域中流动。控制装置所受到的直接气流冲击明显减少，有利于控制装置的结构稳定性。
目前多孔介质材料在受电弓系统上的流动控制应用研究十分少见，甚至是空白状态，且受电弓系统组成结构复杂，不同部件减阻降噪具有其特定的使用约束和应用条件。因此，有必要针对受电弓杆件结构探索多孔介质材料的不同使用形式，为后续工程应用奠定理论基础并提供有价值的参考。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，以便提高受电弓杆件的减阻降噪效果，并能大幅抑制列车运行中受电弓系统的振荡特性，达到稳定弓网接触及优化受流效果。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，包括上臂杆、下臂杆和弓头滑板，所述上臂杆和下臂杆的外壁均包覆有多孔介质材料包覆圈，所述弓头滑板的水平平直段的后侧安装有多孔介质材料板。
进一步，所述多孔介质材料包覆圈的两端设置有限位器。
进一步，所述多孔介质材料包覆圈的厚度与臂杆的直径比为1:10。
进一步，所述多孔介质材料包覆圈的材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂。
进一步，当多孔介质材料包覆圈为金属材质时，其由两个半圆环拼装构成，并且通过螺栓对接的方式与臂杆包覆装配；当多孔介质材料包覆圈为非金属材质时，其与臂杆胶粘固定。
进一步，所述弓头滑板的后侧开设有安装槽，所述多孔介质材料板安装在安装槽处。
进一步，所述弓头滑板的直径与多孔介质材料板的宽度比为2:3。
进一步，所述弓头滑板的直径与多孔介质材料板的厚度比为5:1。
进一步，所述多孔介质材料板的材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂。
进一步，当多孔介质材料板为金属材质时，其通过螺栓与安装槽可拆卸装配；当多孔介质材料板为非金属材质时，其与安装槽胶粘固定。
本发明的有益效果：
A.减阻效果
运用多孔介质材料后，圆柱后侧分离区面积增大，涡脱落被推向圆柱下游，导致圆柱背风侧压力抬升，阻力减小。多孔介质材料包覆圈对上、下臂杆的包覆可带来单杆件减阻20％左右，多孔介质材料板对弓头滑板可带来单杆件减阻15％左右，预计受电弓系统整体减阻率可达到8％左右。
B.抑制非定常振荡特性
运用多孔介质材料可以稳定杆件后侧的流动分离，升力波动显著抑制。多孔介质材料包覆圈对上、下臂杆包覆可带来单杆件升力振荡减小90％左右，多孔介质材料板对弓头滑板可带来单杆件升力振荡减小95％左右，预计受电弓系统整体升力振荡减小率可达到60％左右。
C.降噪效果
由于多孔介质材料稳定了流动分离，并抑制了升力波动，可带来总声压级的峰值下降。多孔介质材料包覆圈对上、下臂杆包覆可带来单杆件远场噪声下降不低于15dB左右，多孔介质材料板对弓头滑板可带来单杆件远场噪声下降不低于20dB左右，预计受电弓弓杆系统整体远场噪声下降不少于10dB左右。
总之，本发明将多孔介质材料运用于受电弓杆件上，区别于以往的对受电弓表面结构特征改变。不同形式的多孔介质材料可以带来较好的减阻效果与明显的降噪效果。并且本发明使用的多孔介质材料便于安装拆卸与维护保养，避免了对受电弓杆件表面特征的修改，降低了制造难度，具有良好的工程适用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明优选实施例的立体结构示意图；
图2为本发明优选实施例的主视图；
图3为本发明优选实施例的俯视图；
图4为本发明优选实施例的右视图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
如图1-4所示，本实施例的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，包括上臂杆1、下臂杆2和弓头滑板3，所述上臂杆1和下臂杆2的外壁均包覆有多孔介质材料包覆圈4，所述多孔介质材料包覆圈4的两端设置有限位器，所述弓头滑板3的水平平直段的后侧安装有多孔介质材料板5。
所述多孔介质材料包覆圈4的的周向厚度均匀，其厚度与臂杆的直径比为1:10；其材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂；当多孔介质材料包覆圈4为金属材质时，其由两个半圆环拼装构成，并且通过螺栓对接的方式与臂杆包覆装配；当多孔介质材料包覆圈4为非金属材质时，其与臂杆胶粘固定。
所述弓头滑板3的后侧开设有安装槽，所述多孔介质材料板5安装在安装槽处；所述弓头滑板3的直径与多孔介质材料板5的宽度比为2:3；所述弓头滑板3的直径与多孔介质材料板5的厚度比为5:1。所述多孔介质材料板5的材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂；当多孔介质材料板5为金属材质时，其通过螺栓与安装槽可拆卸装配；当多孔介质材料板为非金属材质时，其与安装槽胶粘固定。
本申请的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，针对不同受电弓杆件的特定使用功能，采取适当的多孔介质材料的应用方式，对于只有连接与支撑功能的受电弓上、下臂杆，采取多孔介质材料包覆的形式；对于具有受流功能的弓头滑板，将多孔介质板水平安装在弓头滑板平直段的后侧，避免改变弓网接触特性和影响其受流稳定性。预计在受电弓上、下臂杆以及弓头滑板采用不同的多孔介质应用方式可以为整个受电弓系统带来不少于8％的减阻效果及不低于10dB的降噪效果，并能大幅抑制列车运行中受电弓系统的振荡特性，达到稳定弓网接触及优化受流效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，包括上臂杆(1)、下臂杆(2)和弓头滑板(3)，其特征在于：所述上臂杆和下臂杆的外壁均包覆有多孔介质材料包覆圈(4)，所述弓头滑板的水平平直段的后侧安装有多孔介质材料板(5)。
2.根据权利要求1所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述多孔介质材料包覆圈(4)的两端设置有限位器。
3.根据权利要求2所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述多孔介质材料包覆圈(4)的厚度与臂杆的直径比为1:10。
4.根据权利要求3所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述多孔介质材料包覆圈(4)的材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂。
5.根据权利要求4所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：当多孔介质材料包覆圈(4)为金属材质时，其由两个半圆环拼装构成，并且通过螺栓对接的方式与臂杆包覆装配；当多孔介质材料包覆圈(4)为非金属材质时，其与臂杆胶粘固定。
6.根据权利要求5所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述弓头滑板(3)的后侧开设有安装槽，所述多孔介质材料板(5)安装在安装槽处。
7.根据权利要求6所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述弓头滑板(3)的直径与多孔介质材料板(5)的宽度比为2:3。
8.根据权利要求7所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述弓头滑板(3)的直径与多孔介质材料板(5)的厚度比为5:1。
9.根据权利要求8所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：所述多孔介质材料板(5)的材质为金属材质或非金属材质，其中金属材质为铝制纤维、泡沫铝或烧结铜，非金属材质为陶瓷材料、工程塑料或光敏树脂。
10.根据权利要求9所述的基于多孔介质材料的受电弓杆件减阻降噪装置，其特征在于：当多孔介质材料板(5)为金属材质时，其通过螺栓与安装槽可拆卸装配；当多孔介质材料板(5)为非金属材质时，其与安装槽胶粘固定。
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