本實用新型涉及一種風(fēng)向自動追蹤和進(jìn)風(fēng)量自動控制裝置。

背景技術(shù)：

軌道車輛(鐵路列車、地鐵等)一般采用封閉式車廂，尤其是高速運行的高鐵車輛，運行時門窗都不可打開，車內(nèi)的新風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組的空氣熱交換系統(tǒng)等都需要通過進(jìn)出風(fēng)口與車外環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)，進(jìn)出風(fēng)口一般都開在車體的上部，風(fēng)口與車體齊平或不明顯突出車體，進(jìn)風(fēng)的方式一般為機(jī)械通風(fēng)，如通過風(fēng)機(jī)吸入或排除空氣。

當(dāng)高鐵列車運行時，運行速度的變化引起車外氣流場的變化，高速運行時，車體表面氣流場的變化對這些與車體齊平的或與車輛運行方向平行的進(jìn)風(fēng)口帶來非常不利的影響，進(jìn)風(fēng)控制困難，現(xiàn)有的應(yīng)對措施一般通過加大風(fēng)機(jī)的功率等的方式進(jìn)行補(bǔ)償。

通過加大風(fēng)機(jī)的功率的方式進(jìn)行補(bǔ)償首先增大了能耗，在低速或停站時又造成風(fēng)量過大難以調(diào)節(jié)，增大了車內(nèi)外的噪音，當(dāng)車速高或因車體表面氣流影響造成進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速超或一定值后，原有風(fēng)機(jī)的將無法補(bǔ)償，如一般的軸流風(fēng)機(jī)通過增大功率的壓力補(bǔ)償范圍只有約100Pa，而在車速達(dá)到300km/h時車外氣流場變化造成壓力波動可以達(dá)到300Pa以上，風(fēng)機(jī)補(bǔ)償能力不足，所以需要更換風(fēng)機(jī)的形式，需要采用更大的安裝空間的，重新選型設(shè)計，增加了成本，帶來很多不確定性等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：軌道車輛高速運行時車輛外表面流場變化造成的進(jìn)風(fēng)困難。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種風(fēng)向自動追蹤和進(jìn)風(fēng)量自動控制裝置，包括多個相互平行導(dǎo)流片、導(dǎo)流片驅(qū)動器和控制器，導(dǎo)流片安裝在軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口處，并繞與其導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸擺動，導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸與其長度方向平行，導(dǎo)流片之間通過連桿進(jìn)行聯(lián)動，軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口、導(dǎo)流片的安裝平面都與車輛運行方向平齊，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器調(diào)節(jié)導(dǎo)流片的打開角度，將流經(jīng)進(jìn)風(fēng)口的氣流導(dǎo)入進(jìn)風(fēng)口。

為使導(dǎo)流片自動對準(zhǔn)氣流方向，發(fā)揮最大效率，進(jìn)一步限定，還包括框架和平衡片，導(dǎo)流片可擺動地安裝在框架上，并通過框架安裝在軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口處，框架可轉(zhuǎn)動地安裝在進(jìn)風(fēng)口處并且框架的旋轉(zhuǎn)軸線與車輛運行方向垂直，平衡片的數(shù)量為大于等于1，平衡片相對框架固定，并凸出框架表面，平衡片偏向框架的一側(cè)，并相對導(dǎo)流片垂直，流經(jīng)進(jìn)風(fēng)口的氣流作用在平衡片上，驅(qū)動框架旋轉(zhuǎn)，使導(dǎo)流片面向氣流方向。該設(shè)計可以滿足高鐵雙向運行以及消除側(cè)向氣流的影響，使導(dǎo)流片自動對準(zhǔn)氣流方向，發(fā)揮最大效率。

進(jìn)一步限定，導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸位于導(dǎo)流片的兩端，導(dǎo)流片通過導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸嵌入框架上的軸孔的方式可擺動地安裝在框架上。

進(jìn)一步限定，框架包括外框和固定桿，固定桿的兩端固定在外框上，在導(dǎo)流片上具有讓位缺口，固定桿通過嵌入該讓位缺口的方式與導(dǎo)流片垂直交叉設(shè)置，固定桿的與導(dǎo)流片的交叉位置設(shè)置有限制導(dǎo)流片打開角度的限位結(jié)構(gòu)，限位結(jié)構(gòu)為限位凹槽，導(dǎo)流片嵌入限位凹槽并在限位凹槽限定的擺動范圍內(nèi)擺動，或者限位結(jié)構(gòu)為限位凸塊，導(dǎo)流片嵌入兩個限位凸塊之間并在兩個限位凸塊限定的擺動范圍內(nèi)擺動。

進(jìn)一步限定，導(dǎo)流片驅(qū)動器以電機(jī)為動力，導(dǎo)流片驅(qū)動器固定在框架上或者導(dǎo)流片上。

進(jìn)一步限定，平衡片固定在固定桿上。

本實用新型的有益效果是：可以使軌道車輛高速運行時的氣流變化對用于空調(diào)、車內(nèi)新風(fēng)等進(jìn)風(fēng)口的影響降到最小，不需要額外增加能耗或選擇更加占用空間的設(shè)計，滿足軌道車輛在0-600km/h速度范圍內(nèi)的應(yīng)用要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明；

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的第二種控制方法的流程圖；

圖3是本實用新型的第三種控制方法的流程圖；

圖4是本實用新型的新風(fēng)壓力值為控制目標(biāo)的流程圖；

其中，1.框架，2.導(dǎo)流片，3.連桿，4.固定桿，5.，6.平衡片，7.導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸，8.導(dǎo)流片驅(qū)動器。

具體實施方式

實施例1：

一種風(fēng)向自動追蹤和進(jìn)風(fēng)量自動控制裝置，包括多個相互平行導(dǎo)流片2、導(dǎo)流片驅(qū)動器8和控制器，導(dǎo)流片2直接安裝在軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口處，并繞與其導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸7擺動，導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸7與其長度方向平行，導(dǎo)流片2之間通過連桿3進(jìn)行聯(lián)動，軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口、導(dǎo)流片2的安裝平面都與車輛運行方向平齊，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8調(diào)節(jié)導(dǎo)流片2的打開角度，將流經(jīng)進(jìn)風(fēng)口的氣流導(dǎo)入進(jìn)風(fēng)口。導(dǎo)流片驅(qū)動器8以電機(jī)為動力，導(dǎo)流片驅(qū)動器8固定在進(jìn)風(fēng)口上或者導(dǎo)流片2上。

實施例2：

如圖1所示，與實施例1相比，區(qū)別點在于：該裝置還包括框架1和平衡片6，導(dǎo)流片2可擺動地安裝在框架1上，并通過框架1安裝在軌道車輛的空調(diào)機(jī)組的進(jìn)風(fēng)口處，框架1可轉(zhuǎn)動地安裝在進(jìn)風(fēng)口處并且框架1的旋轉(zhuǎn)軸線與車輛運行方向垂直，平衡片6的數(shù)量為大于等于1，平衡片6相對框架1固定，并凸出框架1表面，平衡片6偏向框架1的一側(cè)，并相對導(dǎo)流片2垂直，流經(jīng)進(jìn)風(fēng)口的氣流作用在平衡片6上，驅(qū)動框架1旋轉(zhuǎn)，使導(dǎo)流片2面向氣流方向。

具體地，框架1繞框架轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行轉(zhuǎn)動，在框架轉(zhuǎn)軸5和框架之間具有電纜靜觸環(huán)和電纜動觸點，電纜動觸點相對框架一起轉(zhuǎn)動，電纜靜觸環(huán)相對框架轉(zhuǎn)軸5靜止，由控制器的引的電纜沿框架轉(zhuǎn)軸5穿出并與電纜靜觸環(huán)一一電連接，導(dǎo)流片驅(qū)動器8引出電纜與電纜動觸點一一電連接，電纜靜觸環(huán)和電纜動觸點接觸電連接，進(jìn)而實現(xiàn)控制器與導(dǎo)流片驅(qū)動器8的電路連接。該方案經(jīng)是實現(xiàn)控制器與導(dǎo)流片驅(qū)動器8的電路連接的一種方式，在現(xiàn)有技術(shù)中還有其他連接方式可以實現(xiàn)，再次不在一一進(jìn)行詳細(xì)陳述。

導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸7位于導(dǎo)流片2的兩端，導(dǎo)流片2通過導(dǎo)流片轉(zhuǎn)軸7嵌入框架1上的軸孔的方式可擺動地安裝在框架1上。

框架1包括外框和固定桿4，固定桿4的兩端固定在外框上，在導(dǎo)流片2上具有讓位缺口，固定桿4通過嵌入該讓位缺口的方式與導(dǎo)流片2垂直交叉設(shè)置，固定桿4的與導(dǎo)流片2的交叉位置設(shè)置有限制導(dǎo)流片2打開角度的限位結(jié)構(gòu)，限位結(jié)構(gòu)為限位凹槽，導(dǎo)流片2嵌入限位凹槽并在限位凹槽限定的擺動范圍內(nèi)擺動，或者限位結(jié)構(gòu)為限位凸塊，導(dǎo)流片2嵌入兩個限位凸塊之間并在兩個限位凸塊限定的擺動范圍內(nèi)擺動。

導(dǎo)流片驅(qū)動器8固定在框架1上或者導(dǎo)流片2上。

平衡片6固定在固定桿4上。在風(fēng)向快速變化的環(huán)境下，帶有平衡片6的固定桿4可以根據(jù)風(fēng)向的變化帶動框架2做出相應(yīng)的調(diào)整，使導(dǎo)流片2的朝向與氣流方向一致，同時導(dǎo)流片可以根據(jù)氣流速度或需要進(jìn)行開度的調(diào)整，從而獲得最有利的進(jìn)風(fēng)導(dǎo)流組合，減少進(jìn)風(fēng)量的變化。

上述實施例1和2的第一種控制方法為：

首先根據(jù)軌道列車的最大運行速度和環(huán)境風(fēng)速通過計算流體動力學(xué)軟件技術(shù)進(jìn)行計算，計算出導(dǎo)流片2的打開角度調(diào)節(jié)范圍，然后，在該導(dǎo)流片2的打開角度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，控制器依據(jù)獲取的軌道列車的實際運行速度，并經(jīng)控制算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的開環(huán)控制。

為限制導(dǎo)流片2只能在計算出導(dǎo)流片2的打開角度調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以通過固定桿4的限位結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制，也可以通過控制器進(jìn)行限制。

上述實施例1和2的第二種控制方法為：

首先設(shè)定控制目標(biāo)，然后控制器經(jīng)控制算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，傳感器檢測控制目標(biāo)的實際控制結(jié)果并反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋的實際控制結(jié)果并經(jīng)控制算法計算，修正導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的閉環(huán)控制，設(shè)定的控制目標(biāo)為空調(diào)機(jī)組的冷凝壓力或冷凝溫度、新風(fēng)壓力值、空氣流量值或者車內(nèi)外環(huán)境溫度差。

如圖2所示，以設(shè)定的控制目標(biāo)為空調(diào)機(jī)組的冷凝壓力為例：控制器預(yù)先設(shè)定空調(diào)機(jī)組的最佳冷凝壓力范圍，然后控制器經(jīng)PI算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，傳感器檢測空調(diào)機(jī)組的的實際冷凝壓力并反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋的實際冷凝壓力并經(jīng)PI算法計算，修正導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的閉環(huán)控制。

以設(shè)定的控制目標(biāo)為空調(diào)機(jī)組的車內(nèi)外環(huán)境溫度差為例：

控制器預(yù)先設(shè)定車內(nèi)外環(huán)境溫度最佳溫度差范圍，然后控制器經(jīng)PI算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，傳感器檢測車內(nèi)外環(huán)境溫度的實際溫度差并反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋的實際溫度差并經(jīng)PI算法計算，修正導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的閉環(huán)控制，達(dá)到節(jié)約空調(diào)制冷能耗的目的。

如圖3所示，上述實施例1和2的第三種控制方法為：首先獲得導(dǎo)流片2的打開角度與軌道車輛的運行速度之間的對應(yīng)曲線，然后，控制器根據(jù)該對應(yīng)曲線和獲得的軌道車輛的實際運行速度經(jīng)控制算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的開環(huán)控制，控制算法為流體矢量算法。在實施例1中，控制器經(jīng)控制算法計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度時還需要結(jié)合軌道車輛的實際運行方向。

如圖4所示，以設(shè)定的控制目標(biāo)為車廂內(nèi)的新風(fēng)壓力值為例：控制器預(yù)先設(shè)定車廂內(nèi)最佳新風(fēng)壓力范圍，然后控制器經(jīng)計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，傳感器檢測到實際新風(fēng)壓力值并反饋給控制器，控制器根據(jù)反饋的實際新風(fēng)壓力值計算出新風(fēng)量，根據(jù)偏差按預(yù)定的算法修正導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，實現(xiàn)對導(dǎo)流片2的閉環(huán)控制。

當(dāng)檢測的環(huán)境溫度滿足了最大新風(fēng)運行的條件，控制器經(jīng)計算出導(dǎo)流片2的設(shè)定打開角度，控制器通過導(dǎo)流片驅(qū)動器8驅(qū)動導(dǎo)流片2到達(dá)該設(shè)定打開角度，通過加大車外新風(fēng)調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度和凈化空氣，達(dá)到節(jié)約空調(diào)制冷能耗和車內(nèi)空氣品質(zhì)的目的。