專利名稱：低氣動噪聲的集電器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在列車頂部的能適合高速運(yùn)行的改進(jìn)的低氣動噪聲集電器裝置。特別是本發(fā)明的目的在于可穩(wěn)定產(chǎn)生于集電器裝置上的氣動升力。
在本說明書中，術(shù)語“前、后”是指與列車的行進(jìn)方向相應(yīng)的前、后方向。
通常所用的安裝在列車頂部的以便從下方與接觸導(dǎo)線相接觸，以此將電流引入列車內(nèi)部的集電器裝置一般為架式的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通過一個由菱形框架組件構(gòu)成的鉸接機(jī)構(gòu)來支承一個其頂面設(shè)有與接觸導(dǎo)線相接觸的接觸條的集電器裝置，這樣就使集電器裝置可上下運(yùn)動。然而，架式集電器裝置有一個缺點(diǎn)，即當(dāng)運(yùn)行速度超過200km/h時，所產(chǎn)生的氣動噪聲級增大，引起鐵路沿線的噪聲。
因此，與上述的架式結(jié)構(gòu)不同，日本實(shí)用新型公開5-25902號(日本專利申請3-80695號)公開了一種低氣動噪聲的集電器裝置100(下文中稱之為“傳統(tǒng)裝置”)，如圖21所示，它由集電器110以及用來支承集電器110的柱狀支承部分120組成。集電器110的截面為橢圓形或氣體動力學(xué)形狀。圖21表示了依照上述專利申請的傳統(tǒng)裝置100的外形。
傳統(tǒng)裝置100的集電器110由接觸條130和集電頭111組成。接觸條130與接觸導(dǎo)線相接觸，而集電頭則具有設(shè)置在其頂面上的接觸條130。朝著集電頭111的一端錐形伸出的每個角狀部分112與集電頭111制成一體，一個平滑的、橢圓形或氣體動力學(xué)形狀的表面作為一個整體構(gòu)成了集電頭111的側(cè)視截面形狀。接觸條130的安裝方式使它能夠通過彈簧140或類似物精確地上下彈性運(yùn)動。在正常情況下，接觸條130與集電頭111的頂面平齊或者略微高出一點(diǎn)。
傳統(tǒng)裝置100的支承部分120由運(yùn)動部分121和底座部分122構(gòu)成。運(yùn)動部分121可上下運(yùn)動，其頂端連接到集電器110的底面上。底座122垂直安裝在列車頂部，并且與運(yùn)動部分121的一個升降機(jī)構(gòu)(未示出)相配合。在圖21所示的例子中，支承部分120是圓柱形的。但在某些情況下，其俯視圖中的形狀可以是橢圓或氣體動力學(xué)形狀，以列車的前后方向?yàn)槠淇v向。
在這種結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)裝置100中，采用與架式集電器裝置相同的方式，在列車運(yùn)行時使集電器110的接觸條130以適當(dāng)?shù)慕佑|壓力與接觸導(dǎo)線相接觸，以此向列車供電，與架式集電器裝置相比較，在傳統(tǒng)裝置100中，由于集電頭111的側(cè)視截面形狀為橢圓或氣體動力學(xué)形狀，這就有可能降低列車運(yùn)行時所產(chǎn)生的氣動升力。此外，集電器110和支承部分120被加大尺寸，以此增加它們相對于氣流的寬度，因而起到使氣動噪聲的頻率向低頻段移動的作用，在低頻段中聽覺對噪聲不那么敏感。
集電器裝置通常是在與接觸導(dǎo)線保持接觸的情況下基本上連續(xù)地向列車供電，然而，在列車高速運(yùn)行時，常常會擔(dān)心出現(xiàn)“脫離接觸”的現(xiàn)象，也就是接觸導(dǎo)線由于與集電器裝置相接觸而可能會振動，于是兩者之間的接觸狀況可能受到影響而出現(xiàn)間隙，在某些情況下“脫離接觸”可能會頻繁發(fā)生。如果發(fā)生這種情況的頻率超出允許的限度，就無法向列車提供所需的電力，列車的正常運(yùn)行就會受到干擾。脫離接觸常常還伴隨出現(xiàn)火花放電，其結(jié)果，接觸導(dǎo)線和接觸條可能受到局部摩損或熔損。更嚴(yán)重的是，在主電路中產(chǎn)生異常電壓造成絕緣損壞。還可能產(chǎn)生例如電波干擾等諸多的問題。因此，一般來說，集電器裝置要通過彈簧或類似物使它與接觸導(dǎo)線可靠接觸，以避免接觸不良。
另外，在列車運(yùn)行時，集電頭111受到向后的風(fēng)的作用，因而一種與行進(jìn)方向相應(yīng)的，稱之為“氣動升力”的垂直向上的力便作用在集電器110上。因此，考慮到氣動升力的存在，使集電器110壓到接觸導(dǎo)線上的彈簧力必須調(diào)整為一適當(dāng)?shù)闹?。如果接觸力過大，會加劇接觸導(dǎo)線的摩損或損壞，相反，如果接觸力太小，就會頻繁發(fā)生接觸不良，造成輸入電流不穩(wěn)定。
然而，在傳統(tǒng)的裝置100中，由于列車運(yùn)行時所產(chǎn)生的氣動升力的值是不穩(wěn)定的，這就難以在集電器110和接觸導(dǎo)線之間保持適當(dāng)?shù)慕佑|狀態(tài)。因此，傳統(tǒng)裝置難以實(shí)際應(yīng)用。作用于傳統(tǒng)裝置的集電器110的氣動升力值為何不穩(wěn)定其理由如下ⅰ)由于柱狀支承部分的尺寸較大，氣流在集電器底面處是劇烈的紊流。
ⅱ)為了降低所產(chǎn)生的氣功噪聲的頻率，加大了集電器的尺寸。然而，其結(jié)果是支承部分承受大量的不穩(wěn)定的紊流氣流。
ⅲ)集電器的集電頭的截面形狀為橢圓或氣體動力學(xué)形狀。然而這種形狀導(dǎo)致這樣一個問題當(dāng)集電頭受到由下方傾斜向上的氣流時，就會產(chǎn)生很大的氣動升力。而且根據(jù)氣流沖擊集電器的沖擊角的不同，氣動升力數(shù)值顯著地增加或減小。因此，氣流以不穩(wěn)定的沖擊角沖擊集電器的底面，就會使氣動升力產(chǎn)生明顯的變化。
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)用的低氣動噪聲的集電器裝置。它克服了傳統(tǒng)裝置所存在的上述缺陷。這里所提供的低氣動噪聲的集電器裝置(下文中簡單地稱之為本發(fā)明裝置)具有一個集電器和一個用于支承所述集電器中央部分的底面的柱狀支承部分。集電器由與接觸導(dǎo)線相接觸的接觸條以及集電頭組成。集電頭具有安裝著所述接觸條的頂面。該裝置的特征在于集電器中央部分的截面形狀是矩形，每一側(cè)部的截面形狀具有朝著前后方向的外凸部分。
集電器中央部分的截面形狀是由接觸條和集電頭來確定的。當(dāng)接觸條在前后方向上的寬度遠(yuǎn)小于集電頭的頂面在前后方向上的寬度時，集電頭中央部分的截面形狀被制成矩形。這樣，集電器的中央部分也是矩形。
當(dāng)接觸條在前后方向上的寬度大致等于集電頭的頂面的寬度時，集電器中央部分的截面形狀是通過接觸條的頂面、集電頭的底面和前后表面而形成矩形。
集電器的每一個側(cè)部的截面形狀可由集電頭的形狀來確定。較為理想的是，截面形狀為某種氣體動力學(xué)形狀。例如，一種具有在前后方向上外凸的弧形或橢圓形部分的形狀一種具有在前后方向上外凸面的弧形或橢圓形部分，以及具有與弧形或橢圓形相鄰的錐形部分的形狀;一種具有在前后方向上外凸的修成圓角的多邊形形狀;等等。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該裝置的特征在于，集電器中央部分的截面面積小于每一側(cè)部的截面面積。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，該裝置的特征在于，沿著列車的行進(jìn)方向朝著前后方向延伸的分流板設(shè)置在支承部分的每一側(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明的主要方向，集電器中央部分的截面形狀為矩形，這就有可能減小由支承部分周圍的紊流而產(chǎn)生的負(fù)作用。矩形截面具有這一特征即便氣流的傾斜角發(fā)生變化，氣動升力的值也會保持基本恒定。因此，集電器中央部分的這種截面形狀易于承受集電器支承部分造成的氣流紊流。因而就有可能在氣流對集電器的沖擊角不穩(wěn)定的情況下，消除集電器中氣動升力的變化。
由于在集電器的側(cè)部氣流紊流很小，側(cè)部的截面形狀制成在前后方向上外凸的，以便降低氣動噪聲。然而應(yīng)當(dāng)注意，取決于側(cè)部截面采取何種確定的形狀，作用于集電頭的氣動升力值會有一定程度的變化。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，中央部分的截面面積小于每一側(cè)部的截面面積，這就易于承受集電器支承部分造成的氣流紊流，因而可以消除紊流的負(fù)作用。在這種情況下，集電器中央部分采取氣體動力學(xué)形狀或橢圓形狀即可滿足要求。當(dāng)然，也可以根據(jù)本發(fā)明的主要方面采用矩形的截面形狀。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，設(shè)置一對分流板從支承部分沿前后方向延伸，因而降低了支承部分處的氣流阻力，圍繞支承部分表面的是平穩(wěn)的氣流，避免了紊流的產(chǎn)生。其結(jié)果，可以減少從下方?jīng)_擊集電器的氣流量，避免產(chǎn)生氣動升力。
附圖簡要說明。


圖1A是一透視圖，表示了本發(fā)明第一實(shí)施例的完整裝置。圖1B是其俯視圖。圖1C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖2A是一透視圖，表示了本發(fā)明第二實(shí)施例的完整裝置。圖2B是其俯視圖。圖2C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖3A是一透視圖，表示了本發(fā)明第三實(shí)施例的完整裝置。圖3B是其俯視圖。圖3C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖4A是一透視圖，表示了本發(fā)明第四實(shí)施例的完整裝置。圖4B是其俯視圖。圖4C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖5A是一透視圖，表示了本發(fā)明第五實(shí)施例的完整裝置。它對圖1所示的裝置進(jìn)行了改動。圖5B是其俯視圖。圖5C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖6A是一透視圖，表示了本發(fā)明第六實(shí)施例的完整裝置，它對圖2所示的裝置進(jìn)行了改動。圖6B是其俯視圖。圖6C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖7A是一透視圖，表示了本發(fā)明第七實(shí)施例的完整裝置，它對圖3所示的裝置進(jìn)行了改動。圖7B是其俯視圖。圖7C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖8A是一透視圖，表示了本發(fā)明第八實(shí)施例的完整裝置，它對圖4所示的裝置進(jìn)行了改動。圖8B是其俯視圖，圖8C是其集電頭中央部分的截面視圖。
圖9A是一透視圖，表示了本發(fā)明第九實(shí)施例的完整裝置。圖9B是其俯視圖。
圖10A～圖10E表示本發(fā)明裝置所采用的集電頭側(cè)部截面形狀的各種變化形式。
圖11表示為了確定本發(fā)明裝置對氣動升力的穩(wěn)定效果而進(jìn)行的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的主要條件。圖11A是其主視圖。圖11B是其側(cè)視圖。
圖12表示在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中使用的，與本發(fā)明裝置相應(yīng)的集電頭模型。圖12A是其俯視圖。圖12B是其主視圖。圖12C是其側(cè)視圖。
圖13表示在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中使用的，與傳統(tǒng)裝置相應(yīng)的集電頭模型。圖13A是其俯視圖。圖13B是其主視圖。圖13C是其側(cè)視圖。
圖14是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線。方框符號和實(shí)心黑圈符號分別表示與本發(fā)明裝置和傳統(tǒng)裝置相對應(yīng)的數(shù)值。
圖15是列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中所使用的本發(fā)明裝置。該實(shí)驗(yàn)用來確定本發(fā)明裝置對氣動升力的穩(wěn)定效果。圖15A是其主視圖，圖15B是其俯視圖。
圖16是列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果曲線。方框符號和實(shí)心黑圈符號分別表示與本發(fā)明裝置和傳統(tǒng)裝置相應(yīng)的數(shù)值。
圖17表示在列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中所使用的形狀為基本形狀的集電頭。該實(shí)驗(yàn)是為了確定本發(fā)明裝置的集電頭形狀與氣動升力值之間的關(guān)系。圖17A是其俯視圖。圖17B是其放大的側(cè)視圖。
圖18表示在列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中所使用的某一形狀的集電頭，它的中央部分的寬度減小了。該實(shí)驗(yàn)是為了確定本發(fā)明裝置的集電頭形狀與氣動升力值之間的關(guān)系。圖18A是其俯視圖。圖18B是其放大的側(cè)視圖。
圖19表示在列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中所使用的某一形狀的集電頭，其每一側(cè)部的前后緣上的弧形部分的曲率半徑增大了。該實(shí)驗(yàn)是為了確定本發(fā)明裝置的集電頭形狀與氣動升力值之間的關(guān)系。圖19A是其俯視圖，圖19B是其放大的側(cè)視圖。
圖20表示在列車實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中所使用的某一形狀的集電頭。它的中央部分的寬度減小了，而且每一側(cè)部的前后緣上的弧形部分的曲率半徑增大了。該實(shí)驗(yàn)是為了確定本發(fā)明裝置的集電頭形狀與氣動升力值之間的關(guān)系。圖20A是其俯視圖。圖20B是其放大的側(cè)視圖。
圖21是日本實(shí)用新型申請5-25902號中描述的傳統(tǒng)裝置。圖21A是局部的主視圖，圖21B是其局部的側(cè)視圖，圖21C是其俯視圖。
現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明的不同實(shí)施例。圖1表示了本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置1。其中，圖1A是裝置H的透視圖。圖1B是俯視圖，圖1C是集電器1的垂直截面視圖。
本發(fā)明的裝置H由集電器1和在集電器1的底部中央進(jìn)行支承的支承部分4組成。集電器1包括一個集電頭2以及一個嵌在集電頭2頂面中央的接觸條3。角狀部分2C從集電頭2的兩側(cè)延伸出去，以便在接觸導(dǎo)線的側(cè)線和主線之間形成調(diào)勻的間隙，接觸條3的安裝使得它能夠通過彈簧5或類似物與集電頭2相配合的精確地上下運(yùn)動。
本實(shí)施例的特征在于，集電器1的集電頭2其中央部位在沿前后方向的截面中的形狀為矩形。矩形的優(yōu)點(diǎn)是能夠消除隨著氣流沖擊角度的變化而發(fā)生的氣動升力的變化，例如一個沖擊角度。因此，通過將集電頭2中央部分2a制成矩形的截面，由于支承部分4造成的氣流紊流的負(fù)作用基本上不作用于集電器1，這樣，作用于集電器1的氣動升力就可保持恒定。因而就易于保持一適當(dāng)?shù)耐庾饔昧κ菇佑|條3壓在接觸導(dǎo)線上，從而避免接觸不良。
另外，集電頭2的各個側(cè)部2b的截面形狀依照氣體動力學(xué)成形，如橢圓形或類似形狀，這有利于減小氣動噪聲。
還有，接觸條3隨著與接觸導(dǎo)線的接觸而逐漸摩損，與此同時，集電頭2的上表面通常也隨著與接觸導(dǎo)線的接觸而摩損。但在本實(shí)施例中，由于集電頭中央部分2a的截面形狀為矩形，即便摩損很大程度后，截面的矩形形狀也沒有變化。也就是說，本發(fā)明的集電器裝置H具有這樣的優(yōu)點(diǎn)即便集電器1的上表面因與接觸導(dǎo)線的接觸而摩損，控制氣動升力變化的控制作用仍可得以保證。圖2表示了一個實(shí)施例，其中，集電器1的集電頭2的中央部分2a上有多個切去部分2d，它是通過分別將中央部分的前后部切除，切成等寬而形成的，這樣，中央部分2a的截面就成為矩形。在本實(shí)施例的集電器裝置H中，除了矩形截面的作用外，還由于集電頭中央部分2a的截面面積很小，因此由支承部分4所造成的氣流的負(fù)作用可被進(jìn)一步抑制。此外，在這個實(shí)施例中，集電頭2側(cè)部2b的截面形狀由橢圓的一部分構(gòu)成，在前后方向上是外凸的，因此減輕了氣動噪聲。圖3表示了另一個實(shí)施例，它改變了集電器1的集電頭2中央部分2a在前后部上的切去部分的形狀。也就是說，如俯視圖3B所示，集電頭2中央部分2a的前后部被切成一個很淺的V形，這樣，中央部分2a的截面就成為矩形而且減小了截面面積。在這個實(shí)施例中，集電器1的集電頭中央部分2a的截面面積被制成小于側(cè)部2b的截面面積，以消除由支承部分4產(chǎn)生的氣流的負(fù)作用。中央部分2a的截面形狀并非一定要求是矩形，例如，如圖4所示，可以把中央部分2a的截面形狀制成橢圓或類似的形狀，其截面面積小于側(cè)部2b的截面面積。在本實(shí)施例中，最好將集電頭2制成一個單件的整體結(jié)構(gòu)。在第一至第四實(shí)施例中，接觸條3在前后方向上的寬度遠(yuǎn)小于集電頭2在前后方向上上的寬度。如圖5至圖8中所示，可以將前述結(jié)構(gòu)改變成這種結(jié)構(gòu)，即接觸條3的寬度基本上等于集電頭2在前后方向上的寬度。這樣，集電頭1的幾乎全部的頂表面面積都由接觸條3占據(jù)。正是由于這種變化，即便接觸條3因與接觸導(dǎo)線的接觸而被摩損，仍能夠使它長時間地保持與接觸導(dǎo)線之間的可靠接觸。圖9表示一個實(shí)施例，其中，一對分別沿前后方向延伸的分流板6設(shè)置在本發(fā)明集電器裝置H的支承部分4的各側(cè)面上。通過設(shè)置這對分流板6和6，降低了支承部分4的氣流阻力，因而可消除氣流的紊流。也就是說，作用于集電頭2底側(cè)的氣流的穩(wěn)定性能得到提高，因而消除了作用于集電頭1的氣動升力的改變。
另外，圖9所示本發(fā)明集電器裝置H的集電器1的形狀與傳統(tǒng)集電器裝置100(見圖21)的集電器形狀相同。如果第一至第四實(shí)施例(見圖1至圖4)所述的集電器1形狀應(yīng)用于本實(shí)施例，就可以進(jìn)一步穩(wěn)定氣動升力。本發(fā)明集電器裝置H的集電頭2的側(cè)部2b的截面形狀可以有多種變化。圖10表示了其各種實(shí)施例。圖10A表示了集電頭2側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的截面積形狀。更具體說，截面形狀可由弧形部分、橢圓部分或其它任何所需的曲線部分所組合構(gòu)成。
圖10B表示了集電頭2側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的截面形狀，該形狀僅由弧形部分構(gòu)成。
此外，如圖10C所示，集電頭2側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的截面形狀由弧形部分p、以及鄰近弧形部分p的錐形部分q和r所構(gòu)成。這就可以確保顯著地降低氣動噪聲。
另外，如圖10D所示，還可以將集電頭2側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的截面形狀制成在前后方向上外凸的多邊形(整個的截面形狀為八角形)。而且還可以采用將多邊形的角修圓這種形狀。多邊形的棱的數(shù)量實(shí)際上不受限制。為了確認(rèn)依照本發(fā)明而獲得的穩(wěn)定氣動升力的效果，使用一個真實(shí)尺寸的模型進(jìn)行下述的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。如圖11A所示，在實(shí)驗(yàn)中，集電頭模型20的兩端支承在兩個支柱50和50上，支柱的頂面都設(shè)有載荷傳感器40和40。如圖11B所示，風(fēng)f沿著與集電頭模型20的頂面和底面平行地方向吹入。隨之使一個與支承部分相應(yīng)的圓柱30靠近集電頭模型20的底面中央，由此測出作用于載荷傳感器40的垂直載荷的變化并計算出氣動升力系數(shù)。氣動升力沿著垂直向上的方向作用于模型20。
如圖12所示，相應(yīng)于本發(fā)明的集電頭模型20的外形尺寸為長度L為900mm，寬度W為138mm，厚度D為32mm。在中央部分的前后部分別設(shè)有長300mm(S)和寬24mm(T)的切去部分22和22。側(cè)部的前后緣21和21分別設(shè)有半橢圓形的曲線表面。
另一方面，在圖13中是一個相應(yīng)于傳統(tǒng)集電器裝置的集電頭模型23，其長度(1)為900mm，寬度(w)為138mm，厚度(d)為38mm，它的前后緣24和24制成錐形表面。
相應(yīng)于支承部分的圓柱30(見圖11)的直徑Φ是145mm，實(shí)驗(yàn)的風(fēng)速為27米/秒。
氣動升力的測定是在集電頭模型20或23與圓柱30之間的距離δ分別為無限大(相應(yīng)于沒有圓柱30的情況)、60mm和15mm時進(jìn)行。由于這個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，垂直載荷的變化是由載荷傳感器40測定的，因此排除了集電器20與圓柱30相互接觸(即δ=0)這種情況。
圖14表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如圖14的曲線所示，當(dāng)沒有圓柱30時，作用于各模型的氣動升力的數(shù)值基本沒有區(qū)別，然而，當(dāng)圓柱30距集電頭模型60mm時，開始出現(xiàn)氣流紊流的負(fù)作用，相應(yīng)于傳統(tǒng)裝置的集電頭模型23的氣動系數(shù)增加到0.11。與此相反，在相應(yīng)于本發(fā)明的集電頭模型20中，無論距圓柱30的距離δ為60m或15mm，氣動系數(shù)總為零。這應(yīng)理解為由于圓柱30的存在而造成的氣流紊流，其影響是很小的。然后，將本發(fā)明的裝置和傳統(tǒng)的裝置安裝在列車的頂部，在這種情況下測定向前和后退運(yùn)行中氣動升力的不同。假若列車的外形在前后方向上是對稱的，而且集電器裝置基本上是安裝在列車的對稱軸上，那么可以理解，在列車運(yùn)行的前后方向上氣動升力基本不會有變化。然而事實(shí)上列車通常不會有準(zhǔn)確的對稱形狀，而且集電器裝置不會準(zhǔn)確安裝在列車的對稱軸上，因此，根據(jù)運(yùn)行方向，氣流沖擊集電器裝置的狀況就會改變，結(jié)果，在前后運(yùn)行方向中的氣動升力數(shù)值就會有變化。
在實(shí)驗(yàn)中，如圖15所示，集電器裝置1由集電器1和用來支承集電頭2的底部中央的支承部分4組成，集電器1由集電頭2和接觸條3構(gòu)成，集電頭2具有一個由前后部上的切去部分2d而形成的矩形截面的中央部分2a。該裝置被安裝在列車的頂部60上。設(shè)置在列車頂部60上的載荷傳感器40通過導(dǎo)線70連接到集電頭2的底面。當(dāng)列車在接觸條3不與接觸導(dǎo)線相接觸的狀態(tài)下運(yùn)行時所產(chǎn)生的氣動升力由載荷傳感器40測定并且計算出氣動升力系數(shù)。另外，在傳統(tǒng)的裝置中，集電頭2上未設(shè)置上述的切去部分。
對實(shí)驗(yàn)中所采用的集電器1來說，裝有接觸條3的集電頭2的長度L為800mm，包括角狀部分2c在內(nèi)的長度M為1630mm集電頭2的寬度W為165mm，在集電頭的中央部分2a上的切去部分2d的長度S是300mm，寬度T是15mm。氣動升力系數(shù)的值是在列車以275km/h的時速在2.6km的距離上沿前后兩方向運(yùn)行時測出的氣動升力的平均值而計算出的。
圖16表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如該曲線所示，可以看出，與傳統(tǒng)的裝置相比較，本發(fā)明的裝置在列車前后方向運(yùn)行時所產(chǎn)生的氣動升力(系數(shù))的變化是很小的。消除氣動升力的變化對于穩(wěn)定集電器裝置與接觸導(dǎo)線之間的接觸狀態(tài)是非常重要的。如果象傳統(tǒng)的裝置那樣，列車前后方向運(yùn)行時產(chǎn)生很大的氣動升力變化，使集電器裝置壓向接觸導(dǎo)線的壓力就很難調(diào)整，這將導(dǎo)致很多問題，例如接觸不良。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的裝置，即便由于諸如運(yùn)行方向等因素發(fā)生變化而引起氣流狀態(tài)的改變，作用于集電器的氣動升力的變化仍然很小。因此，與接觸導(dǎo)線之間的接觸狀態(tài)就保持穩(wěn)定，這就可以不再擔(dān)心例如接觸不良等諸多問題。盡管本發(fā)明的目的在于消除集電器裝置上氣動升力的變化，不必多言，氣動升力的數(shù)值當(dāng)然是越小越好。例如，在前述的實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)1中所采用集電器裝置H中，最好是使在320km/h速度下所產(chǎn)生的氣動升力降至10kgf以下。
因此，進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以便了解本發(fā)明集電器裝置所采用的集電頭中央部分的寬度以及側(cè)部截面形狀是如何影響氣動升力數(shù)值的。
在實(shí)驗(yàn)中，采用了如圖17～20所示的四種集電頭2。具體說來，圖17所示的集電頭2為基本形狀，它大致相同于實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)1中所用的集電頭。其外形尺寸為總長L是800mm，寬度W1是165mm，中央部分2a上的切去部分2d的長度S為300mm，中央部分的寬度Y1是135m，側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的截面形狀分別由曲率半徑R1為3mm的弧形p以及與弧形p相鄰的錐形部分q和r(它們的張角θ約為40°)所構(gòu)成。
在圖18所示的集電頭2中，中央部分2a的寬度Y2小于圖17所示集電頭基本形狀的寬度，Y2為120mm。
在圖19所示的集電頭2中，構(gòu)成側(cè)部2b的截面形狀一部分的弧形p的曲率半徑R2增大到8mm。從加工方面來說，寬度W2減至150mm左右。
圖20所示的集電頭2具有兩處與圖18、19所示集電頭的不同點(diǎn)。具體來說，圖17所示集電頭的基本形狀改為這樣的形狀;中央部分2a的寬度Y2為120mm，弧形p的曲率半徑R2以及每個側(cè)部2b的前后緣2b-1、2b-2的寬度W2分別為8mm和大約150mm。
氣動升力的測定基本上按照與實(shí)際運(yùn)行實(shí)驗(yàn)1相同的方式進(jìn)行。這些數(shù)據(jù)是在以275km/h的速度穿越空曠區(qū)域和隧洞，前后方向運(yùn)行過程中對參數(shù)進(jìn)行測定而獲得的。測出的結(jié)果列于表1。
表1 氣動升力實(shí)驗(yàn)結(jié)果
如表1的結(jié)果所示，仍舊采用圖17所示具有基本形狀的集頭2時(實(shí)驗(yàn)號1)，可算出在以320km/h的速度運(yùn)行在空曠區(qū)域時，氣動升力值有可能降至10kgf以下。然而在隧洞中運(yùn)行時，所產(chǎn)生的氣動升力就超過了10kgf。因此，如果象圖18所示的集電頭那樣增大切去部分2d(實(shí)驗(yàn)號2)，使得中央部分2a的寬度減小，就可以使所產(chǎn)生的氣動升力減小大約30%。
而且可以看出，象圖19所示集電頭2那樣(實(shí)驗(yàn)號3)，通過增大側(cè)部2b的每一前后緣2b-1、2b-2的弧形p的曲率半徑，就可以在空曠區(qū)域運(yùn)行時抑制氣動升力的產(chǎn)生。
隨后可以發(fā)現(xiàn)，按照圖20的集電頭(實(shí)驗(yàn)號4)，它將圖18、19的變化之處結(jié)合到一起。通過將這些變化之處簡單地結(jié)合到一起，就產(chǎn)生出大大超出預(yù)期范圍的對氣動升力的明顯的抑制作用。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于能夠抑制在列車運(yùn)行時作用于集電器裝置的氣動升力的變化，因而將集電器裝置壓在接觸導(dǎo)線上的作用力會是穩(wěn)定的。因此，正是由于易于在集電器裝置和接觸導(dǎo)線之間保持一種適當(dāng)?shù)慕佑|狀態(tài)。因而不會象傳統(tǒng)裝置那樣，時刻擔(dān)心將集電器裝置壓在接觸導(dǎo)線上的壓力可能過大而使接觸導(dǎo)線損壞，或者擔(dān)心壓力可能太小以至頻繁發(fā)生接觸不良。
通過正確地改變集電頭中央部分的寬度以及側(cè)部的截面形狀，也可以顯著地減小所產(chǎn)生的氣動升力。
在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以改變本發(fā)明的各種細(xì)節(jié)。另外，對本發(fā)明各個實(shí)施例的上述描述僅僅是用來進(jìn)行說明，而不是對由所附權(quán)利要求及其等同內(nèi)容所確定的本發(fā)明進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種低氣動噪聲的集電器裝置，具有一個集電器和一個用于支承所述集電器中央部分的底面的柱狀支承部分，集電器由與接觸導(dǎo)線相接觸的一個接觸條以及一個集電頭構(gòu)成，集電頭具有安裝著所述接觸條的一個頂面，所述裝置的特征在于，所述集電器中央部分的截面形狀是矩形，每一側(cè)部的截面形狀具有朝著前后方向的外凸部分。
2.如權(quán)利要求1的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，所述接觸條在前后方向上的寬度遠(yuǎn)小于集電頭頂面在前后方向上的寬度，集電頭中央部分的截面形狀為矩形。
3.如權(quán)利要求1的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，接觸條在前后方向上的寬度大致等于集電頭頂面的寬度，集電器中央部分的截面形狀是由接觸條的頂面、集電頭的底面和前后表面構(gòu)成的矩形。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于集電頭的每一側(cè)部的截面形狀采用氣體動力學(xué)形狀。
5.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，集電頭的每一側(cè)部的截面形狀包括在前后方向上外凸的弧形或橢圓形。
6.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，集電頭的每一側(cè)部的截面形狀包括在前后方向上外凸的弧形或橢圓形，以及與所述弧形或橢圓形相鄰的錐形。
7.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，集電頭的每一側(cè)部的截面形狀包括在前后方向上從截面中外凸的多邊形。
8.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的一種低氣動噪聲的集電器裝置，其特征在于，集電頭的每一側(cè)部的截面形狀包括在前后方向上從截面中外凸的多邊形，所述多邊形被修成圓角。
9.一種低氣動噪聲的集電器裝置，具有一個集電器和一個用于支承所述集電器中央部分的底面的柱狀支承部分，集電器由與接觸導(dǎo)線相接觸的接觸條以集電頭構(gòu)成，集電頭具有安裝著所述接觸條的頂面，所述裝置的特征在于，所述集電器中央部分的截面面積小于每一側(cè)部的截面面積。
10.一種低氣動噪聲的集電器裝置，具有一個集電器和一個用于支承所述集電器中央部分的底面的柱狀支承部分，集電器由與接觸導(dǎo)線相接觸的接觸條以及集電頭構(gòu)成，集電頭具有安裝著所述接觸條的一個頂面，所述裝置的特征在于，在支承部分每側(cè)設(shè)有沿列車的行進(jìn)方向朝前后方向延伸的分流板。
全文摘要
為降低列車運(yùn)行時作用于集電器的氣動升力的變化，提供一種低氣動噪聲的集電器裝置。集電器(1)具有一個集電頭(2)，集電頭頂面嵌有接觸條(3)。集電器中央部分(2a)的截面形狀為矩形，每一側(cè)部的截面形狀沿前后方向外凸。矩形截面能夠在氣流沖擊角度變化時使氣動升力基本保持恒定。這種截面形狀易于承受氣流的紊流作用，可以在氣流沖擊角不穩(wěn)定的情況下抑制氣動升力的變化。每一側(cè)部(2b)的截面形狀是朝著前后方向外凸的，以此降低氣動噪聲。
文檔編號B60L5/20GK1104964SQ94108619
公開日1995年7月12日 申請日期1994年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月22日
發(fā)明者日高秀登, 巖本謙吾, 野口裕弘, 宮村元博, 矢島誠一, 堺井稻生 申請人:西日本旅客鐵道株式會社