[发明专利]基于动力学相似的地铁隧道模型试验台及其测试方法

摘要

本发明属于地铁隧道实验台技术领域，涉及基于动力学相似的地铁隧道模型试验台及其测试方法。包括隧道模块、驱动模块、测量模块和支撑模块；多个隧道模块顺次连接，固定在支撑模块上；驱动模块固定在支撑模块上，位于隧道模块的内部；所述的测量模块安装在隧道模块的外壁；本发明不但能够满足活塞风在边壁处风速、风压的测试，还能测得指定位置列车车速的大小；可根据具体的场地、环境变化，均可进行参数变换使其满足相似条件；在结合动力学相似理论后，对动力学相似模型地铁行车系统进行测试，来预测原型地铁行车系统的活塞风气流特性和流动规律，降低实验成本，缩短实验周期。

主权项

1.一种基于动力学相似的地铁隧道模型试验台测试方法，其特征在于，该试验台包括隧道模块(1)、驱动模块(2)、测量模块(3)和支撑模块(4)；多个隧道模块(1)顺次连接，固定在支撑模块(4)上；驱动模块(2)固定在支撑模块(4)上，位于隧道模块(1)的内部；所述的测量模块(3)安装在隧道模块(1)的外壁；所述的支撑模块(4)，包括支撑地基板(401)、支撑横梁(402)、支撑平板(403)和深沟球轴承(404)；所述的支撑地基板(401)固定在底面上；所述的支撑横梁(402)为Z字形结构，两个支撑横梁(402)对应固定在支撑地基板(401)上，支撑横梁(402)的两端设有深沟球轴承(404)；所述的支撑平板(403)固定在支撑横梁(402)上；所述的驱动模块(2)，包括带轮A(201)、主动轴(202)、联轴器(203)、驱动电机(204)、同步带(205)、从动轴(206)和带轮B(207)；所述的驱动电机(204)固定在支撑横梁(402)的一端；所述的主动轴(202)通过深沟球轴承(404)固定在支撑横梁(402)的一端，主动轴(202)通过联轴器(203)与驱动电机(204)相连，主动轴(202)通过键与带轮A(201)配合；所述的从动轴(206)通过深沟球轴承(404)固定在支撑横梁(402)的另一端，从动轴(206)通过键与带轮B(207)配合；驱动电机(204)带动主动轴(202)转动，从而带动带轮A(201)和带轮B(207)转动；所述的同步带(205)通过螺钉与列车模型(102)底部的中间位置固接，同步带(205)在带轮A(201)和带轮B(207)的带动下运动，从而带动列车模型(102)直线运动；所述的隧道模块(1)，包括光轴(101)、列车模型(102)、滑块(103)和隧道边壁模型(104)；所述的光轴(101)固定在支撑平板(403)上，滑块(103)与光轴相配合，列车模型(102)底部的两侧位置与滑块(103)的上端通过螺钉固接，通过螺钉的联结滑块与列车模型可看成一个整体，列车模型便可通过滑块在光轴上进行滑动；所述的隧道边壁模型(104)为底面开口的筒型结构，罩在光轴(101)、列车模型(102)和滑块(103)上，隧道边壁模型(104)固定在支撑平板(403)上，多个隧道边壁模型(104)顺次相连，组成长度可调的隧道模块(1)；所述的隧道边壁模型(104)侧壁和顶壁上有开孔；所述的测量模块(3)，包括光电开关A(301)、微差压传感器A(302)、风速变送器A(303)、风速变送器B(304)、微差压传感器B(305)和光电开关B(306)；所述的微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)固定在两个隧道边壁模型(104)侧壁的开孔上，微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)上设有两个接头；隧道边壁模型(104)内的活塞风通过导管引出，与微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)的一个接头相连，进行风压测量；微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)的另一个接头通过导管与大气相通；微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)记录的数据实时与测试仪器进行传送；所述的风速变送器A(303)和风速变送器B(304)分别固定在两个隧道边壁模型(104)侧壁的开孔上，位于微差压传感器A(302)和微差压传感器B(305)旁；所述的光电开关A(301)和光电开关B(306)分别固定在两个隧道边壁模型(104)顶壁的开孔上；所述的试验台的测试方法，包括以下步骤：步骤一：选定列车行车系统，记录下原型隧道和列车的参数；步骤二：通过原型列车系统的参数，确定实验用的列车模型系统参数；建立隧道内模型活塞风风速与原型隧道内活塞风风速相似比可得式(27)：其中，λ_p为压力相似比；ε_1m、ε_1p分别为隧道模型、隧道原型入口局部损失系数，ε_2m、ε_2p分别为隧道模型、隧道原型出口局部损失系数，d_m、d_p分别为隧道模型、隧道原型的隧道水力直径，l_m、l_p分别为模型、原型的隧道长度，l_0m、l_0p分别为模型列车、原型列车从车头到车尾的长度，v_m、v_p分别列车为隧道模型、隧道原型的行驶的车速大小，v_0m隧道模型内活塞风风速，v_0p为隧道原型内活塞风风速，λ_v为车速相似比，λ_v0为隧道内活塞风风速相似比，λ_p为隧道原型的沿程阻力系数，λ_m为隧道模型的沿程阻力系数，α_m为隧道模型阻塞比，α_p为隧道原型阻塞比；步骤三：按照步骤二中确定的列车模型系统的参数，制造加工实验用的列车模型；步骤四：对已加工好的列车模型的系统进行测试，包括隧道边壁处风压测试、隧道边壁活塞风风速测试和列车车速测试；在驱动电机的带动下，带轮带动同步带运转，列车模型以指定速度随着同步带在隧道模块内做直线运动；1)活塞风对隧道边壁风压测试2)隧道边壁处活塞风风速测试3)模型列车在隧道内运行速度测试；步骤五：通过对列车模型系统进行活塞风风速、风压测试所得的测试结果，预测原型列车系统的动力学特性。