CN106314466B - 风向自动追踪和进风量自动控制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风向自动追踪和进风量自动控制装置及其方法，控制装置包括导流片、导流片驱动器和控制器，导流片安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，并绕与其导流片转轴摆动，导流片之间通过连杆进行联动，轨道车辆的空调机组的进风口、导流片的安装平面都与车辆运行方向平齐，控制器通过导流片驱动器调节导流片的打开角度，将流经进风口的气流导入进风口。控制装置通过控制方法驱动导流片到达设定打开角度，实现进风量的控制。本发明的有益效果是：可以使轨道车辆高速运行时的气流变化对用于空调、车内新风等进风口的影响降到最小，不需要额外增加能耗或选择更加占用空间的设计，满足轨道车辆在0‑600km/h速度范围内的应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种风向自动追踪和进风量自动控制装置及其方法。
背景技术
轨道车辆(铁路列车、地铁等)一般采用封闭式车厢，尤其是高速运行的高铁车辆，运行时门窗都不可打开，车内的新风系统，空调机组的空气热交换系统等都需要通过进出风口与车外环境进行通风，进出风口一般都开在车体的上部，风口与车体齐平或不明显突出车体，进风的方式一般为机械通风，如通过风机吸入或排除空气。
当高铁列车运行时，运行速度的变化引起车外气流场的变化，高速运行时，车体表面气流场的变化对这些与车体齐平的或与车辆运行方向平行的进风口带来非常不利的影响，进风控制困难，现有的应对措施一般通过加大风机的功率等的方式进行补偿。
通过加大风机的功率的方式进行补偿首先增大了能耗，在低速或停站时又造成风量过大难以调节，增大了车内外的噪音，当车速高或因车体表面气流影响造成进风口风速超或一定值后，原有风机的将无法补偿，如一般的轴流风机通过增大功率的压力补偿范围只有约100Pa，而在车速达到300km/h时车外气流场变化造成压力波动可以达到300Pa以上，风机补偿能力不足，所以需要更换风机的形式，需要采用更大的安装空间的，重新选型设计，增加了成本，带来很多不确定性等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：轨道车辆高速运行时车辆外表面流场变化造成的进风困难。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风向自动追踪和进风量自动控制装置，包括多个相互平行导流片、导流片驱动器和控制器，导流片安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，并绕与其导流片转轴摆动，导流片转轴与其长度方向平行，导流片之间通过连杆进行联动，轨道车辆的空调机组的进风口、导流片的安装平面都与车辆运行方向平齐，控制器通过导流片驱动器调节导流片的打开角度，将流经进风口的气流导入进风口。
为使导流片自动对准气流方向，发挥最大效率，进一步限定，还包括框架和平衡片，导流片可摆动地安装在框架上，并通过框架安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，框架可转动地安装在进风口处并且框架的旋转轴线与车辆运行方向垂直，平衡片的数量为大于等于1，平衡片相对框架固定，并凸出框架表面，平衡片偏向框架的一侧，并相对导流片垂直，流经进风口的气流作用在平衡片上，驱动框架旋转，使导流片面向气流方向。该设计可以满足高铁双向运行以及消除侧向气流的影响，使导流片自动对准气流方向，发挥最大效率。
进一步限定，导流片转轴位于导流片的两端，导流片通过导流片转轴嵌入框架上的轴孔的方式可摆动地安装在框架上。
进一步限定，框架包括外框和固定杆，固定杆的两端固定在外框上，在导流片上具有让位缺口，固定杆通过嵌入该让位缺口的方式与导流片垂直交叉设置，固定杆的与导流片的交叉位置设置有限制导流片打开角度的限位结构，限位结构为限位凹槽，导流片嵌入限位凹槽并在限位凹槽限定的摆动范围内摆动，或者限位结构为限位凸块，导流片嵌入两个限位凸块之间并在两个限位凸块限定的摆动范围内摆动。
进一步限定，导流片驱动器以电机为动力，导流片驱动器固定在框架上或者导流片上。
进一步限定，平衡片固定在固定杆上。
上述风向自动追踪和进风量自动控制装置的第一种控制方法为：首先根据轨道列车的最大运行速度和环境风速通过计算流体动力学软件技术进行计算，计算出导流片的打开角度调节范围，然后，在该导流片的打开角度调节范围内，控制器依据获取的轨道列车的实际运行速度，并经控制算法计算出导流片的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器驱动导流片到达该设定打开角度，实现对导流片的开环控制。
上述风向自动追踪和进风量自动控制装置的第二种控制方法为：首先设定控制目标，然后控制器经控制算法计算出导流片的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器驱动导流片到达该设定打开角度，传感器检测控制目标的实际控制结果并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际控制结果并经控制算法计算，修正导流片的设定打开角度，实现对导流片的闭环控制。
上述风向自动追踪和进风量自动控制装置的第三种控制方法为：首先获得导流片的打开角度与轨道车辆的运行速度之间的对应曲线，然后，控制器根据该对应曲线和获得的轨道车辆的实际运行速度经控制算法计算出导流片的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器驱动导流片到达该设定打开角度，实现对导流片的开环控制。
本发明的有益效果是：可以使轨道车辆高速运行时的气流变化对用于空调、车内新风等进风口的影响降到最小，不需要额外增加能耗或选择更加占用空间的设计，满足轨道车辆在0-600km/h速度范围内的应用要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的第二种控制方法的流程图；
图3是本发明的第三种控制方法的流程图；
图4是本发明的新风压力值为控制目标的流程图；
其中，1.框架，2.导流片，3.连杆，4.固定杆，5.框架转轴，6.平衡片，7.导流片转轴，8.导流片驱动器。
具体实施方式
实施例1：
一种风向自动追踪和进风量自动控制装置，包括多个相互平行导流片2、导流片驱动器8和控制器，导流片2直接安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，并绕与其导流片转轴7摆动，导流片转轴7与其长度方向平行，导流片2之间通过连杆3进行联动，轨道车辆的空调机组的进风口、导流片2的安装平面都与车辆运行方向平齐，控制器通过导流片驱动器8调节导流片2的打开角度，将流经进风口的气流导入进风口。导流片驱动器8以电机为动力，导流片驱动器8固定在进风口上或者导流片2上。
实施例2：
如图1所示，与实施例1相比，区别点在于：该装置还包括框架1和平衡片6，导流片2可摆动地安装在框架1上，并通过框架1安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，框架1可转动地安装在进风口处并且框架1的旋转轴线与车辆运行方向垂直，平衡片6的数量为大于等于1，平衡片6相对框架1固定，并凸出框架1表面，平衡片6偏向框架1的一侧，并相对导流片2垂直，流经进风口的气流作用在平衡片6上，驱动框架1旋转，使导流片2面向气流方向。
具体地，框架1绕框架转轴5进行转动，在框架转轴5和框架之间具有电缆静触环和电缆动触点，电缆动触点相对框架一起转动，电缆静触环相对框架转轴5静止，由控制器的引的电缆沿框架转轴5穿出并与电缆静触环一一电连接，导流片驱动器8引出电缆与电缆动触点一一电连接，电缆静触环和电缆动触点接触电连接，进而实现控制器与导流片驱动器8的电路连接。该方案经是实现控制器与导流片驱动器8的电路连接的一种方式，在现有技术中还有其他连接方式可以实现，再次不在一一进行详细陈述。
导流片转轴7位于导流片2的两端，导流片2通过导流片转轴7嵌入框架1上的轴孔的方式可摆动地安装在框架1上。
框架1包括外框和固定杆4，固定杆4的两端固定在外框上，在导流片2上具有让位缺口，固定杆4通过嵌入该让位缺口的方式与导流片2垂直交叉设置，固定杆4的与导流片2的交叉位置设置有限制导流片2打开角度的限位结构，限位结构为限位凹槽，导流片2嵌入限位凹槽并在限位凹槽限定的摆动范围内摆动，或者限位结构为限位凸块，导流片2嵌入两个限位凸块之间并在两个限位凸块限定的摆动范围内摆动。
导流片驱动器8固定在框架1上或者导流片2上。
平衡片6固定在固定杆4上。在风向快速变化的环境下，带有平衡片6的固定杆4可以根据风向的变化带动框架2做出相应的调整，使导流片2的朝向与气流方向一致，同时导流片可以根据气流速度或需要进行开度的调整，从而获得最有利的进风导流组合，减少进风量的变化。
上述实施例1和2的第一种控制方法为：
首先根据轨道列车的最大运行速度和环境风速通过计算流体动力学软件技术进行计算，计算出导流片2的打开角度调节范围，然后，在该导流片2的打开角度调节范围内，控制器依据获取的轨道列车的实际运行速度，并经控制算法计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，实现对导流片2的开环控制。
为限制导流片2只能在计算出导流片2的打开角度调节范围进行调节，可以通过固定杆4的限位结构进行限制，也可以通过控制器进行限制。
上述实施例1和2的第二种控制方法为：
首先设定控制目标，然后控制器经控制算法计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，传感器检测控制目标的实际控制结果并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际控制结果并经控制算法计算，修正导流片2的设定打开角度，实现对导流片2的闭环控制，设定的控制目标为空调机组的冷凝压力或冷凝温度、新风压力值、空气流量值或者车内外环境温度差。
如图2所示，以设定的控制目标为空调机组的冷凝压力为例：控制器预先设定空调机组的最佳冷凝压力范围，然后控制器经PI算法计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，传感器检测空调机组的的实际冷凝压力并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际冷凝压力并经PI算法计算，修正导流片2的设定打开角度，实现对导流片2的闭环控制。
以设定的控制目标为空调机组的车内外环境温度差为例：
控制器预先设定车内外环境温度最佳温度差范围，然后控制器经PI算法计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，传感器检测车内外环境温度的实际温度差并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际温度差并经PI算法计算，修正导流片2的设定打开角度，实现对导流片2的闭环控制，达到节约空调制冷能耗的目的。
如图3所示，上述实施例1和2的第三种控制方法为：首先获得导流片2的打开角度与轨道车辆的运行速度之间的对应曲线，然后，控制器根据该对应曲线和获得的轨道车辆的实际运行速度经控制算法计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，实现对导流片2的开环控制，控制算法为流体矢量算法。在实施例1中，控制器经控制算法计算出导流片2的设定打开角度时还需要结合轨道车辆的实际运行方向。
如图4所示，以设定的控制目标为车厢内的新风压力值为例：控制器预先设定车厢内最佳新风压力范围，然后控制器经计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，传感器检测到实际新风压力值并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际新风压力值计算出新风量，根据偏差按预定的算法修正导流片2的设定打开角度，实现对导流片2的闭环控制。
当检测的环境温度满足了最大新风运行的条件，控制器经计算出导流片2的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器8驱动导流片2到达该设定打开角度，通过加大车外新风调节车内温度和净化空气，达到节约空调制冷能耗和车内空气品质的目的。
Claims (9)
1.一种风向自动追踪和进风量自动控制装置，其特征是：包括多个相互平行导流片(2)、导流片驱动器(8)和控制器，导流片(2)安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，并绕导流片(2)的导流片转轴(7)摆动，导流片转轴(7)与导流片(2)的长度方向平行，导流片(2)之间通过连杆(3)进行联动，轨道车辆的空调机组的进风口、导流片(2)的安装平面都与车辆运行方向平齐，控制器通过导流片驱动器(8)调节导流片(2)的打开角度，将流经进风口的气流导入进风口，
还包括框架(1)和平衡片(6)，导流片(2)可摆动地安装在框架(1)上，并通过框架(1)安装在轨道车辆的空调机组的进风口处，框架(1)可转动地安装在进风口处并且框架(1)的旋转轴线与车辆运行方向垂直，平衡片(6)的数量为大于等于1，平衡片(6)相对框架(1)固定，并凸出框架(1)表面，平衡片(6)偏向框架(1)的一侧，并相对导流片(2)垂直，流经进风口的气流作用在平衡片(6)上，驱动框架(1)旋转，使导流片(2)面向气流方向。
2.根据权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置，其特征是：所述的导流片转轴(7)位于导流片(2)的两端，导流片(2)通过导流片转轴(7)嵌入框架(1)上的轴孔的方式可摆动地安装在框架(1)上。
3.根据权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置，其特征是：所述的框架(1)包括外框和固定杆(4)，固定杆(4)的两端固定在外框上，在导流片(2)上具有让位缺口，固定杆(4)通过嵌入该让位缺口的方式与导流片(2)垂直交叉设置，固定杆(4)的与导流片(2)的交叉位置设置有限制导流片(2)打开角度的限位结构，限位结构为限位凹槽，导流片(2)嵌入限位凹槽并在限位凹槽限定的摆动范围内摆动，或者限位结构为限位凸块，导流片(2)嵌入两个限位凸块之间并在两个限位凸块限定的摆动范围内摆动。
4.根据权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置，其特征是：所述的导流片驱动器(8)以电机为动力，导流片驱动器(8)固定在框架(1)上或者导流片(2)上。
5.根据权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置，其特征是：所述的平衡片(6)固定在固定杆(4)上。
6.一种基于权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置的控制方法，其特征是：首先根据轨道列车的最大运行速度和环境风速通过计算流体动力学软件技术进行计算，计算出导流片(2)的打开角度调节范围，
然后，在该导流片(2)的打开角度调节范围内，控制器依据获取的轨道列车的实际运行速度，并经控制算法计算出导流片(2)的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器(8)驱动导流片(2)到达该设定打开角度，实现对导流片(2)的开环控制。
7.一种基于权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置的控制方法，其特征是：首先设定控制目标，然后控制器经控制算法计算出导流片(2)的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器(8)驱动导流片(2)到达该设定打开角度，传感器检测控制目标的实际控制结果并反馈给控制器，控制器根据反馈的实际控制结果并经控制算法计算，修正导流片(2)的设定打开角度，实现对导流片(2)的闭环控制。
8.一种基于权利要求7所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置的控制方法，其特征是：设定的控制目标为空调机组的冷凝压力或冷凝温度、新风压力值、车内外环境温度差或者空气流量值。
9.一种基于权利要求1所述的风向自动追踪和进风量自动控制装置的控制方法，其特征是：首先获得导流片(2)的打开角度与轨道车辆的运行速度之间的对应曲线，然后，控制器根据该对应曲线和获得的轨道车辆的实际运行速度经控制算法计算出导流片(2)的设定打开角度，控制器通过导流片驱动器(8)驱动导流片(2)到达该设定打开角度，实现对导流片(2)的开环控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Automatic wind direction tracking and automatic control device and method Effective date of registration: 20191111 Granted publication date: 20180518 Pledgee: New United Group Co., Ltd. Pledgor: Xin Yu track traffic Science and Technology Ltd. Registration number: Y2019980000550 |
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Date of cancellation: 20200303 Granted publication date: 20180518 Pledgee: XIN YU GROUP Co.,Ltd. Pledgor: Xin Yu track traffic Science and Technology Ltd. Registration number: Y2019980000550 |
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Application publication date: 20170111 Assignee: Sou beautiful (Beijing) Technology Development Co., Ltd Assignor: Xin Yu track traffic Science and Technology Ltd. Contract record no.: X2020980000539 Denomination of invention: Automatic wind direction tracking and automatic control device and method Granted publication date: 20180518 License type: Common License Record date: 20200309 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Automatic wind direction tracking and automatic control device and method Effective date of registration: 20200310 Granted publication date: 20180518 Pledgee: XIN YU GROUP Co.,Ltd. Pledgor: NEW UNITED RAIL TRANSIT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000582 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20211119 Granted publication date: 20180518 Pledgee: NEW UNITED GROUP Co.,Ltd. Pledgor: NEW UNITED RAIL TRANSIT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000582 |