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高速受电弓气动噪声特性分析
摘要
随着高速列车的不断发展，受电弓作为列车的重要组成部分之一，其气动噪声对列车的安全、舒适性等方面产生着重要的影响。本文基于现有文献对高速受电弓气动噪声特性进行了系统的分析，包括其噪声的起源、传播路径、特征及其影响因素等方面。通过对受电弓气动噪声的研究，可以优化受电弓的设计、减少噪声对列车及周边环境的影响，提高列车运行的安全性和舒适性。
关键词：受电弓；气动噪声；特性分析；影响因素；优化设计
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofhigh-speedtrains,asanimportantcomponentofthetrain,thepantograph'saerodynamicnoisehasanimportantimpactonthesafetyandcomfortofthetrain.Basedonexistingliterature,thispapersystematicallyanalyzestheaerodynamicnoisecharacteristicsofhigh-speedpantographs,includingtheorigin,propagationpath,characteristics,andinfluencingfactorsofthenoise.Throughtheresearchontheaerodynamicnoiseofthepantograph,thedesignofthepantographcanbeoptimized,theinfluenceofnoiseonthetrainandthesurroundingenvironmentcanbereduced,andthesafetyandcomfortoftrainoperationcanbeimproved.
Keywords:Pantograph;aerodynamicnoise;characteristicanalysis;influencingfactors;optimizeddesign
1.引言
受电弓是高速列车重要的组成部分之一，它负责与送电系统之间的能量传输，并为列车提供动力。然而，在列车高速行驶中，受电弓除了具有传输电能的功能外，同时也是列车运行中一个非常重要的气动噪声源。受电弓气动噪声的产生主要是由空气流动引起的，噪声的传播路径、特征和影响因素也不尽相同。在对受电弓的设计和优化中，因此需要对受电弓气动噪声特性进行深入的分析和研究。
2.受电弓气动噪声的起源
受电弓气动噪声是由气流的湍流运动和冲击产生的。当高速列车行驶时，受电弓通过接触或接近电线，电气能量在两者之间传输，产生气动力。气动力将受电弓带来振动，进而引起空气流动。随着空气的流动，原本平滑的空气流线变成了不规则的涡流，而这些涡流又会撞击在受电弓的零部件上，产生压力变化，从而又会引起空气的波动。这样的气动波动会在空气中传递，形成气动噪声。另外，受电弓摩擦电线也会产生噪声。
3.受电弓气动噪声的传播路径
受电弓的气动噪声主要通过两条途径传播，一条是传导途径，即通过机械途径将声能从受电弓传递到列车表面及车内，另一条是空气传播途径，即通过震动的空气分子在空气中传播。
当受电弓产生振动时，其机械振动通过受电弓机架、受电弓支架等机械部件传递到列车表面，形成响声，这是声压级高的噪声。较小的机械振动则通过车体结构和其他电气部件传递到车体结构内部，传递的声能被车厢框架等部件吸收，形成声量较小的噪声。
另一方面，气动噪声的空气传播途径主要分为两种方式，一种是通过车辆周围的空气直接传播，另一种是通过车厢侧窗的开缝等细小孔洞进入车厢内传播，主要形成声压级较低的噪声。
总的来说，不同传播途径的影响因素也不相同，运行速度、车间距、受电弓的跨距等是影响气动声传播的主要因素；车体结构、车轮、支承系统、绝缘构件等则是影响声传导的主要因素。
4.受电弓气动噪声的特征
受电弓气动噪声是由中高频噪声和低频噪声组成的，中高频噪声主要是由于圆形头和收流板的气流湍流运动产生，而低频噪声则是由于受电弓与架线系统的交互作用和受电弓的机械振动引起的，而低频噪声更难于控制。
基于现有文献，受电弓气动噪声的频率分布范围通常为10Hz至20kHz，峰值频率在50Hz至400Hz之间，受电弓平均声压级为75至85dB(A)。当列车速度增加时，受电弓的气动噪声也会随之增加。在高速列车中，气动噪声占整个列车噪声的比例很大，是主要的噪声源之一。
5.受电弓气动噪声的影响因素
气动噪声是由多种因素共同作用所引起的，通过研究这些影响因素，可以帮助设计工程师优化设计方案，减少气动噪声的产生。
a.受电弓结构
受电弓的结构是一个重要的影响因素，包括圆形头、收流板