高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統及使用方法
2024-01-28 00:22:15 1
專利名稱：高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統及使用方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬系統及其使用方法，具體涉及一種高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統及使用方法。
背景技術：
近年來，隨著高鐵的迅猛發展，高速列車在運行過程中乘客的舒適性的問題是相繼高速列車運行速度、服役可靠性、運行安全性研究之後的一個重要的課題。該問題得到了高度重視，需要深入的進行研究。但在研究過程中，有許多問題急需解決，如高速列車舒適性模擬試驗技術、舒適性評價理論、舒適性的提升優化技術等。高速車體內溫度、溼度、壓力波動混合模擬方法就是研究高速列車客室內溫溼度、壓力波動三個物理參數的變化對乘客舒乘坐舒適性影響的一個試驗系統，屬於高速列車舒適性模擬試驗技術的範疇。據鐵道部 《中長期鐵路網規劃》綱要，到2020年，全國高速鐵路的運營裡程達到12萬公裡以上，屆時有一千列高速列車同時運行在路網中。可見，有關高速列車的舒適性研究的市場空間不言而喻，有關高速車體內溫溼度、壓力波動混合模擬方法及其模擬系統將有著廣泛的市場需求。
目前，有關室內環境的溫溼度模擬方法比較成熟和完善，可以實現一般氣候條件下的溫溼度模擬，也能實現高溫低溼、低溫高溼等特殊氣候環境的模擬。其模擬的手段採用工業空調機組、除溼機、加溼機相結合的技術手段，採用先調溫、後調溼的調整策略。
許多國家先後建立了各類不同規模的環境模擬設備，以適應兵器、航空和航天產品的發展。如美國NASA詹森空間中心的大型空間環境模擬設備，維也納國際車輛研究試驗中心的機車和車廂靜態壓力環境試驗設備，英國皇家陸軍科學研究院車輛環境試驗室和日本筑波空間環境模擬艙等，這些大型環境模擬設備都包括氣體壓力模擬功能。這些壓力試驗設備主要是靜態壓力模擬試驗，沒有涉及到壓力的瞬間波動問題。
機車車輛客室內部的溫溼度模擬試驗技術主要考慮空氣的溫度因素，調節的手段主要設備以空調為基礎，對溼度的調節能力十分有限，對溼度的模擬有待進一步研究，需要增加專門的溼度調節設備。車內壓力波動的產生是機車車輛在高速運行環境下的特有產物，低速作用下空氣作用十分微小，壓力波動主要是出現在高速列車進出隧道、交匯過程。 目前關於高速環境下高速列車的壓力波動模擬方法和試驗裝備，相關車輛廠正在研究中。
有關高速車體客室內溫溼度、壓力波動同時混合模擬方法和試驗設備國內外未報導，已有模擬方法主要考慮單個因素的模擬，無法同時完全模擬高速車體客室內溫度、溼度和壓力波動三個參數。發明內容
本發明要解決的技術問題是現有技術中沒有高速車體客室內溫度、溼度和壓力波動混合模擬系統的問題。
本發明的技術方案為高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，它主要由3控制系統、與該控制系統相連接的檢測系統、車體客室及與車體客室內連通的溫溼度調節系統、壓力調節系統構成。
進一步地，所述檢測系統由與控制系統相連接的位於車體客室內的溫度傳感器、 溼度傳感器、壓力傳感器構成。
進一步地，所述溫溼度調節系統由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、溼度控制設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。
進一步地，所述壓力控制系統主要由依次連接的第一壓力穩定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩定閥構成。
進一步地，所述壓力控制系統主要由依次連接的第一壓力穩定閥、進口電動比例控制閥、空調機組、溼度調節設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩定閥構成。
優選地，所述第一壓力穩定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩定閥後還設有第三手動截止閥。
進一步地，所述控制系統為計算機，其分別與空調機組、溼度調節設備相連接。
進一步地，所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥相連接。
基於上述模擬系統，本發明還提供了一種高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統的使用方法，它包括a.向計算機輸入期望模擬的溫度、溼度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節空調機組，由計算機判斷車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行本步驟；d.調節溼度控制設備，由計算機判斷車體客室內的溼度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重複執行步驟e。
本發明與現有技術相比具有如下優點(1)充分考慮了空氣壓力、溫度、溼度三個物理參數之間關聯關係，溫度變化對溼度變化影響大，溼度變化對溫度變化影響小，溫溼度變化對壓力波動影響作用時間短，壓力波動變化對溫溼度變化作用時間長的根本特點。採用了混合模擬的方法，採用先調溫度、再調節溼度、最後調節壓力波動的調節順序，實現空氣在特定溫溼度條件下的壓力波動模擬。溫溼度調節系統和壓力調節系統共用車體自身的進風風道和出風風道，與單因素模擬方法相比較，系統的試驗環境更接近實際車內的環境，充分利用高速列車風道分風的均勻性，該模擬方案技術經濟性高，模擬效果好。
(2)本發明能夠模擬再現高速列車在實際運行中可能存在的溫度大小、溼度大小、 各種特性的壓力波。能夠建立起三個物理參數所有特性集與舒適性的關係，在此基礎上為客室內空氣三參數對舒適性影響的評價標準，進一步為舒適性的提升優化設計、材料的選型等都有著重要的指導意義。必將實現高速列車乘坐的舒適性，為乘客提供一個環境優美、 身心健康的乘坐環境，可見其理論意義、實際意義都十分重大。
圖1為實施例1的混合模擬系統的結構框圖； 圖2為實施例2的混合模擬系統的結構框圖；圖3為控制策略框圖； 圖4為期望壓力波形圖； 圖5為試驗結果的壓力波形圖。
具體實施方式
實施例1混合模擬系統的構建如圖1所示，高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，它由控制系統、與該控制系統相連接的檢測系統、車體客室及與車體客室內連通的溫溼度調節系統、壓力調節系統構成。
檢測系統為與控制系統相連接的位於車體客室內的溫度傳感器、溼度傳感器、壓力傳感器構成。這樣就能實時檢測出車體客室內的相關參數並傳輸給控制系統。
溫溼度調節系統由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、溼度控制設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。進風風道和出風風道採用車體本身的風道。
壓力控制系統主要由依次連接的第一壓力穩定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩定閥構成。
為了便於控制氣流及在不使用時保護系統，第一壓力穩定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩定閥後還設有第三手動截止閥。
控制系統採用計算機，其分別與空調機組、溼度調節設備相連接。這樣就能通過計算機統一控制溫度和溼度。
為了能控制壓力，所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥相連接。
實施例2混合模擬系統的構建如圖2所示，本實施例與實施例1基本相同，其不同點在於壓力控制系統中進口電動比例控制閥後接入空調機組、溼度調節設備然後再進風風道。當然，就不需要設置第二手動截止閥了。
實施例3混合模擬系統的使用如圖3所示，在上述構建的混合模擬系統的基礎上，通過下面的策略進行模擬a.向計算機輸入期望模擬的溫度、溼度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節空調機組，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行本步驟；d.調節溼度控制設備，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的溼度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷傳感器檢測到的車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重複執行步驟e。
實驗結果向計算機輸入以下參數期望溫度20°C，期望溼度60%，期望的壓力波形如圖4所示。
得到的試驗結果為試驗溫度21°C，試驗溼度61. 3%，試驗結果的壓力波形如圖5 所示。
可見，該模擬系統的能夠滿足廣義舒適度模擬試驗平臺關於溫溼度、壓力波動的試驗需要。
權利要求
1.高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於它主要由控制系統、 與該控制系統相連接的檢測系統、車體客室及與車體客室內連通的溫溼度調節系統、壓力調節系統構成。
2.根據權利要求1所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述檢測系統由與控制系統相連接的位於車體客室內的溫度傳感器、溼度傳感器、壓力傳感器構成。
3.根據權利要求1所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述溫溼度調節系統由依次連接的進口氣動碟閥、空調機組、溼度控制設備、進風風道、 車內客室、出風風道、出口氣動碟閥構成。
4.根據權利要求3所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述壓力控制系統主要由依次連接的第一壓力穩定閥、進口電動比例控制閥、第二手動截止閥、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩定閥構成。
5.根據權利要求3所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述壓力控制系統主要由依次連接的第一壓力穩定閥、進口電動比例控制閥、空調機組、溼度調節設備、進風風道、車內客室、出風風道、出口電動比例控制閥、第二壓力穩定閥構成。
6.根據權利要求4或5所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述第一壓力穩定閥前還設有第一手動截止閥，所述第二壓力穩定閥後還設有第三手動截止閥。
7.根據權利要求6所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述控制系統為計算機，其分別與空調機組、溼度調節設備相連接。
8.根據權利要求7所述的高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統，其特徵在於所述計算機還連接有PID控制器，計算機通過PID控制器分別與進口電動比例控制閥、 出口電動比例控制閥相連接。
9.高速車體客室溫溼度和壓力波動混合模擬系統的使用方法，其特徵在於它包括a.向計算機輸入期望模擬的溫度、溼度和壓力波；b.打開進口氣動碟閥和出口氣動碟閥；c.調節空調機組，由計算機判斷車體客室內的溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行本步驟；d.調節溼度控制設備，由計算機判斷車體客室內的溼度、溫度是否與期望值相同，若相同進入下一步，若不同則重複執行步驟C和d ；e.通過控制器控制進口電動比例控制閥、出口電動比例控制閥、進口氣動碟閥和出口氣動碟閥，由計算機判斷車體客室內的壓力值是否為期望壓力值，若相同結束試驗，若不同則重複執行步驟e。
全文摘要
本發明公開了一種高速車體溫溼度和壓力波動混合模擬系統及使用方法，它主要由控制系統、與該控制系統相連接的檢測系統、車體客室及與車體客室內連通的溫溼度調節系統、壓力調節系統構成。本發明能夠模擬再現高速列車在實際運行中可能存在的溫度大小、溼度大小、各種特性的壓力波。能夠建立起三個物理參數所有特性集與舒適性的關係，在此基礎上為客室內空氣三參數對舒適性影響的評價標準，進一步為舒適性的提升優化設計、材料的選型等都有著重要的指導意義。
文檔編號G01M17/08GK102507220SQ201110298470
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者丁建明, 伍川輝, 農漢彪, 劉璐, 林建輝, 陳春俊 申請人:林建輝