一种气源生成装置及包含其的风压试验系统的制作方法

本发明属于隧道防护门检测技术领域，具体涉及一种气源生成装置及包含其的风压试验系统。

背景技术：

近年来，我国铁路建设高速发展，不断缩短着各个区域间的“时间距离”。随着铁路行车速度的提高，对基础设施的建设标准要求也随之提高，而铁路隧道作为铁路基建的重要组成部分，在铁路线路穿越天然高程障碍或平面障碍过程中扮演着十分重要的作用。

根据铁路隧道应用环境及需求的不同，其设置形式也各有不同，如单洞单线隧道、双洞单线隧道、单洞双线隧道等。在铁路隧道内，当列车运行通过时，由于列车截面积与隧道截面积之比较大，且隧道长度较长，列车运行速度较快，因而列车会在隧道内产生较大侧向风压的“活塞效应”。而在铁路隧道中，通常设置有放置设备的洞室、横通道(连通双洞隧道)、紧急疏散通道等，且上述通道或洞室上往往设置有隧道防护门，以起到防火、抗爆、防止设备损坏及保障人员安全等作用。在隧道防护门的应用过程中，由于隧道防护门在隧道中受到正负活塞风的作用，造成门体与隧道连接部位正负应力的变化，当正负应力变化超过其疲劳极限时，容易造成隧道防护门连接处的破坏，甚至使得门体掉落至轨道侧，严重影响隧道内的行车安全，造成不必要的损失。

根据中南大学在2011年以国家自然科学基金项目(51008310)《高速铁路隧道内接触网系统气-固耦合振动机理及风致疲劳试验研究》和铁路总公司开发项目《高铁铁路空气动力学效应对隧道附属设施有关技术标准的研究》中的研究内容，通过数值计算，可对列车在隧道内运行时，隧道内的压力变化、列车风速度分布进行论证。研究结果表明，对于350km/h的单洞双线隧道，其隧道内的正负活塞风风压可在+10kpa至-10kpa之间变换。

在现有技术中，为充分保证铁路隧道的安全运营和隧道防护门的使用寿命，往往需要对隧道防护门的固定形式和结构性能进行优化设计，并对优化设计后的隧道防护门进行结构性能试验，以确保隧道防护门的结构性能可充分满足在隧道中的应用。在隧道防护门的结构性能试验中，风压试验是隧道防护门需要进行的一项重要试验，其试验结果往往可反映出隧道防护门在活塞风作用下的应用状态和寿命周期，对隧道防护门的结构及布置设计有着极好的指导意义；目前，对于隧道防护门的风压试验，基本只能依托现场测试，不仅存在一定的安全隐患，而且其试验样本量较小、测试条件较为单一，很难将试验结果类比应用，存在较大的局限性，制约了隧道防护门的安全应用。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种气源生成装置及包含其的风压试验系统，可有效模拟隧道防护门在隧道中应用时受活塞风作用时的应用环境，实现隧道防护门的风压试验，提升隧道防护门风压试验的准确性，为隧道防护门的结构设计与匹配安装提供依据，保证隧道防护门应用的稳定性和安全性。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种气源生成装置，用于防护门组件风压试验过程中正风压工况和负风压工况的生成，包括本体，其特征在于，还包括腔体往复执行件和驱动组件，

所述本体内具有呈长条形的密封腔，所述腔体往复执行件为形状与该密封腔横截面相同的板状结构，其对应设置在所述密封腔中并可将该密封腔分隔为相互独立的第一气腔和第二气腔，所述驱动组件对应所述腔体往复执行件设置，其可对应驱动所述腔体往复执行件在所述密封腔内沿长度方向往复移动；且

所述本体的一侧开设有连通所述第一气腔的第一接口和第二接口，其另一侧开设有连通所述第二气腔的第三接口和第四接口，继而四个接口上分别对应连接有管路，即第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，所述第一管路可用于连通第一储气罐，所述第三管路可用于连通第二储气罐，且所述第二管路和所述第四管路分别连通大气；以及

对应所述管路设置有单向阀组件，其包括设置在所述第一管路上的第一单向阀，设置在所述第二管路上的第二单向阀，和设置在所述第三管路上的第三单向阀，以及设置在所述第四管路上的第四单向阀；其中，所述第一单向阀进气口连通所述第一气腔，所述第二单向阀的进气口连通大气，所述第三单向阀的出气口连通所述第二气腔，且所述第四单向阀的进气口连通所述第二气腔；继而通过所述腔体往复执行件在所述密封腔中的移动，可实现所述第一储气罐中正风压工况的生成和所述第二储气罐中负风压工况的生成。

作为本发明的进一步改进，所述本体的一侧对应所述密封腔开设有导槽，并在所述导槽中对应所述腔体往复执行件设置有滑块；

所述导槽的轴线平行于所述密封腔的长度方向，所述滑块对应匹配嵌入所述导槽中，并可沿所述导槽的轴线往复移动，且所述腔体往复执行件的一端固定连接在所述滑块的侧壁上，以通过所述滑块的往复移动带动所述腔体往复执行件在所述密封腔中的往复移动。

作为本发明的进一步改进，在所述导槽和所述密封腔之间开设有通槽，并对应设置有穿过所述通槽的连杆，且所述连杆的两端分别固定连接所述腔体往复执行件的一侧和所述滑块的侧壁面。

作为本发明的进一步改进，在所述密封腔的侧壁面上对应所述通槽开设有密封导槽，并在所述连杆和所述腔体往复执行件之间对应设置有可嵌入该密封导槽并将所述通槽与所述密封腔隔开的密封滑块；

所述密封滑块呈长条形板状结构，所述密封导槽的结构与之对应匹配，继而所述腔体往复执行件的一侧连接在所述密封滑块上，且所述连杆的端部对应连接所述密封滑块。

作为本发明的进一步改进，所述驱动组件包括旋转件、往复件和电机；其中，

所述往复件对应设置在所述滑块背离所述密封腔的一侧端面上，其包括沿环向间隔90°设置于所述滑块端面上的四个行程导槽，所述行程导槽包括两个沿环向间隔一定距离的凸起；

所述旋转件对应所述往复件设置，其包括与所述电机的输出轴同轴连接的连轴，和设置于所述连轴背离所述电机一端上的两个摆臂，两所述摆臂之间呈90°设置，并分别以端部连接所述连轴，且其长度方向平行于所述滑块的端面，以及各所述摆臂背离所述连轴的一端端面上对应所述往复件设置有滚轮，继而两所述滚轮可对应匹配相邻的两所述行程导槽，并可通过所述连轴的转动带动所述滑块往复移动。

本发明的另一个方面，提供一种风压试验系统，其包含所述的气源生成装置，其特征在于，

包括第一储气罐、第二储气罐、三位四通电磁换向阀和夹装机构；其中，

所述第一储气罐与所述第一管路对应连通，所述第二储气罐与所述第三管路对应连通，并使得所述第一单向阀的出气口连通所述第一储气罐，且所述第三单向阀的进气口连通所述第二储气罐；

所述三位三通电磁换向阀设置于所述夹装机构和两储气罐之间，其具有两个进气口和两个出气口，两所述进气口分别以第一气路和第二气路对应连通所述第一储气罐和所述第二储气罐，且两所述出气口分别以第三气路和第四气路对应连通所述夹装机构中防护门组件两侧的气压空腔，以在所述防护门组件两侧形成对应的风压工况，从而完成所述防护门组件的风压试验。

作为本发明的进一步改进，所述第一气路和/或所述第二气路上设置有电磁开关阀，以实现对应管道的连通或者断开。

作为本发明的进一步改进，所述第三气路和/或所述第四气路上设置有控制压力阀，以对应控制所述防护门组件两侧风压工况的大小。

作为本发明的进一步改进，对应所述第一储气罐和所述第二储气罐分别设置有压力变送器，以实时监测对应储气罐中的风压工况。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的气源生成装置，其通过对应设置具有密封腔的本体，在密封腔中对应设置腔体往复执行件，并对应腔体往复执行件设置可驱动其往复运动的驱动件，且对应在密封腔两侧开设对应的接口，以及设置对应的管路和单向阀组件，由单向阀组件控制密封腔中气体的走向，从而可进行两储气罐中气体的压缩或者抽真空，有效实现了隧道防护门正负风压工况的生成，保证了防护门风压试验过程中的风压工况的准确控制，提升了风压试验的准确性，保证了风压试验过程中风压工况的稳定，减少了风压试验的误差；

(2)本发明的气源生成装置，其通过设置由往复件、旋转件和电机组成的驱动组件，有效实现了滑块及腔体往复执行件的往复驱动，驱动组件的设置简便，控制简单，准确性高，能充分保证两储气罐中风压工况的对应生成和控制，简化了气源生成装置的控制过程，提升了气源生成装置的工作效率；

(3)本发明的气源生成装置，其通过对应腔体往复执行件设置密封滑块和密封导槽，有效保证了密封腔与导槽的隔开，提升了密封腔的密封性，保证了气源生成装置的工作效率，缩短了风压试验的试验周期，降低了防护门风压试验的成本，也确保了气源生成装置的安全使用；

(4)本发明包含气源生成装置的风压试验系统，其通过设置气源生成装置、两个储气罐、三位四通电磁换向阀等组件，分别在两个储气罐中形成了正风压工况和负风压工况，并通过三位四通电磁换向阀对应将风压工况传递到了夹装机构中的防护门组件两侧，有效实现了防护门组件任意单侧端面或者两侧端面上的风压试验，有效模拟了隧道防护门在隧道中应用时受风压作用的情形，确保了风压试验方案的多样性和试验结果的准确性；

(5)本发明包含气源生成装置的风压试验系统，其通过在三位四通电磁换向阀与两储气罐之间设置电磁开关阀，以及在三位四通电磁换向阀与夹装试验台之间对应设置控制压力阀，不仅实现了防护门组件两侧对应气路的通断控制，还实现了风压工况压力的准确控制，不仅增加了试验方案的多样性，还进一步确保了风压试验的准确性，减少试验过程中的试验误差；

(6)本发明包含气源生成装置的风压试验系统，其通过将气源生成装置、压力变送器、电磁开关阀、三位四通电磁换向阀、电磁开关阀等阀体对应接入控制系统中，由控制系统对应控制对应装置或阀体的工作状态，并监测各阀体的工作状态和相应机构内的风压大小，有效实现了风压试验系统中气压工况的准确监测和实时调节，确保了风压试验控制的准确性，缩短了隧道防护门风压试验的试验周期，提高了风压试验的效率，降低了风压试验的成本；

(7)本发明的气源生成装置及包含其的风压试验系统，其结构简单，控制简便，能有效实现风压试验过程中正负风压工况的生成，进而准确模拟隧道防护门在隧道中受活塞风作用下的各种应用状态，试验方案的可选择性强，试验结果的准确性高，为隧道防护门的结构设计与匹配安装提供依据，减少隧道防护门在应用过程中的失效或者脱落，保证铁路隧道运行的安全性和稳定性，避免不必要的经济损失，具有极好的应用推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中气源生成装置的立体结构示意图；

图2是本发明实施例中气源生成装置的结构侧视图；

图3是本发明实施例中气源生成装置的本体剖视图；

图4是本发明实施例中气源生成装置的驱动组件的旋转件结构示意图；

图5是本发明实施例中腔体往复执行件、滑块和密封滑块的匹配关系示意图；

图6是本发明实施例中包含气源生成装置的风压试验系统连接示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.气源生成装置，101.本体，102.密封腔，1021.第一气腔，1022.第二气腔，103.腔体往复执行件，104.密封滑块，105.密封导槽，106.驱动组件，1061.滑块，1062.导槽，1063.往复件，1064.旋转件，1065.电机，1066.联轴器；2.储气罐，201.第一储气罐，202.第二储气罐；3.防护门组件，4.夹装机构；5.单向阀组件，501.第一单向阀，502.第二单向阀，503.第三单向阀，504.第四单向阀；6.电磁开关阀，7.三位四通电磁换向阀，8.控制压力阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明优选实施例中针对隧道防护门的风压试验设置有如图6中所示的风压试验系统，其中，风压试验系统包括可产生正/负风压工况的气源生成装置1和储气罐2，并对应设置有连接储气罐2与夹装机构4的三位四通电磁换向阀7。

进一步地，优选实施例中的气源生成装置1如图1～5中所示，其包括本体101、腔体往复执行件103和驱动组件106；其中，本体101内包括呈长条形的密封腔102，腔体往复执行件103为形状与密封腔102横截面相同的板状结构，其对应设置在密封腔102内，并将密封腔102分隔为第一气腔1021和第二气腔1022，进而腔体往复执行件103可在密封腔102中沿腔体轴线往复移动，以对应改变第一气腔1021和第二气腔1022的大小。

进一步地，优选实施例中对应腔体往复执行件103设置有驱动组件106，用于驱动腔体往复执行件103的往复移动，其包括滑块1061、对应密封腔102设置于本体101一侧的导槽1062和电机1065，其中，滑块1061对应匹配嵌入导槽1062中，腔体往复执行件103的一侧与滑块1061通过连杆固定连接，相应地，对应连杆在密封腔102与导槽1062之间开设有轴线平行于所述导槽1062轴线的通槽，即连杆横向穿过通槽，并以两端对应连接滑块1061和腔体往复执行件103，继而滑块1061在导槽1062中的往复滑动可带动腔体往复执行件103在密封腔102中的往复滑动。

进一步优选地，如图5中所示，优选实施例中在腔体往复执行件103和滑块1061之间还设置有密封滑块104，并在密封腔102的侧壁上对应密封滑块104开设有密封导槽105，密封导槽105的宽度大于通槽的宽度，即密封滑块104的宽度大于连杆的宽度，继而密封滑块104对应嵌入密封导槽105中，并可将通槽与密封腔102对应隔开，以充分保证密封腔102的密封性；进一步地，优选实施例中的密封导槽105长度大于通槽的长度，并使得滑块1061运动到导槽1062一端时，其另一端的通槽与密封腔102之间可仍旧可以由密封滑块104隔开，从而保证密封腔102的密封性。

进一步地，优选实施例中的驱动组件106在电机1065与滑块1061之间设置有往复件1063和旋转件1064，优选实施例中的往复件1063固定设置在滑块1061背离密封腔102的一侧端面上，其如图1中所示，包括与滑块1061端面平行设置并与滑块1061侧端面固定连接的板体，和间隔90°沿环向设置在板体端面上的四个行程导槽，各行程导槽优选由设置在板体端面上的一对凸块组成，进而在板体的端面上沿环向设置有八个凸块，相邻两凸块之间间隔有一定距离，且之间间隔有一个凸块的两凸块之间间隔90°设置。

进一步地，优选实施例中的旋转件1064如图4中所示，其包括连轴和设置在连轴一端的两个摆臂，两摆臂之间间隔90°设置，且两摆臂的末端分别设置有滚轮，两摆臂的轴线平行于往复件1063的板体端面，且滚轮的轴线垂直于上述板体端面，进而旋转件1064的两摆臂可对应与往复件1063的行程导槽匹配，如图1中所示；进一步地，连轴的另一端通过联轴器1066对应连接电机1065的输出转轴，进而电机1065的输出转轴转动可对应带动连轴转动，并进而由旋转件1064驱动往复件1063往复运动，即带动滑块1061在导槽1062中往复移动，从而实现密封腔102中两气腔的调节控制。

进一步地，优选实施例中的本体101上分别对应第一气腔1021和第二气腔1022设置有两个气路接口，如图2和图3中所示，即本体101上对应设置有四个气路接口，具体包括设置在本体101一侧并可连通第一气腔1021的第一接口和第二接口，以及设置在本体101另一侧并可连通第二气腔1022的第三接口和第四接口。

进一步地，对应本体101的密封腔102设置有储气罐2，其包括对应第一气腔1021设置的第一储气罐201和对应第二气腔1022设置的第二储气罐202。进一步地，优选实施例中的第一接口通过第一管路对应连通第一储气罐201，且第一管路上对应设置有第一单向阀501，第一单向阀501的进气口连通第一气腔1021，其出气口连通第一储气罐201，使得第一管路中的气体只能从第一气腔1021流向第一储气罐201，而无法从第一储气罐201流向第一气腔1021；同时，对应第二接口设置有连通大气的第二管路，第二管路上对应设置有第二单向阀502，第二单向阀502的进气口连通大气，出气口连通第一气腔1021，使得第二管路中的气体只能从大气流向第一气腔1021，而无法从第一气腔1021流向大气。

相应地，第二储气罐202通过第三管路对应连通第三接口，且第三管路上对应设置有第三单向阀503，其进气口连通第二储气罐202，出气口连通第二气腔1022，使得第三管路中的气体只能从第二储气罐202流向第二气腔1022，而不能从第二气腔1022流向第二储气罐202；进一步地，在第四接口上对应设置有连通大气的第四管路，第四管路上设置有第四单向阀504，其进气口连通第二气腔1022，出气口连通大气，使得第四管路中的气体只能从第二气腔1022流入大气，而无法从大气流入第二气腔1022。

进而通过气源生成装置1中腔体往复执行件103的往复移动，可对应完成如下过程：

过程一：腔体往复执行件103由左向右直线移动，即第一气腔1021的空间增大，第二气腔1022的空间减小。此时，气体通过第二单向阀502进入第一气腔1021中，且第二气腔1022中的气体通过第四单向阀504排入大气中，此时第一单向阀501、第三单向阀503中无气体通过。

过程二：腔体往复执行件103由右向左直线移动，即第一气腔1021的空间减小，第二气腔1022的空间增大。此时，第一气腔1021中的气体通过第一单向阀501流入第一储气罐201中，且第二储气罐202中的气体通过第三单向阀503被抽入第二气腔1022中，即向第一储气罐201中压缩气体，且对第二储气罐202抽真空，从而在第一储气罐201中形成正压工况，在第二储气罐202中形成负压工况。

进一步优选地，分别对应第一储气罐201和第二储气罐202设置有压力变送器，以事实显示两储气罐的压力值，实现对两储气罐风压工况的实时监控；进一步地，对应夹装机构4和两储气罐设置有三位四通电磁换向阀7，其包括左位、右位和停止位，即三位，且其包括四个接口：两个进气口和两个出气口，其中两个进气口分别与第一储气罐201和第二储气罐202对应连通，且两个出气口分别通过管道连通夹装机构4中防护门组件3的a、b两侧气压空间，即实现四通。

进而三位四通电磁换向阀7可进行如下三种状态的切换：

状态一：三位四通电磁换向阀7处于左位，防护门组件3的a侧产生吸力，b侧产生压力。以此来模拟隧道防护门负风压工况。

状态二：三位四通电磁换向阀7处于右位，防护门组件3的a侧产生压力，b侧产生吸力。以此来模拟隧道防护门正风压工况。

状态三：三位四通电磁换向阀处于停止位，隧道防护门夹装机构4不工作。

通过上述状态的切换，可对应实现隧道防护门正、负风压工况的交替模拟，完成防护门组件3的风压试验。

进一步优选地，在三位四通电磁换向阀7与第一储气罐201、第二储气罐202之间的管道上分别设置有电磁开关阀6，通过控制对应的电磁开关阀6，可实现对应管路与三位四通电磁换向阀7的连通，从而可实现防护门组件3单侧受风压作用和双侧受风压作用状态的切换，并保证防护门夹装机构4的使用安全。进一步优选地，分别对应三位四通电磁换向阀7与夹装机构4之间的两管道上设置有控制压力阀8，即在连通防护门组件3a、b两侧气压空间的管路上设置有控制压力阀8，其可控制进入防护门组件3两侧的风压工况大小，实现风压工况的准确控制。

进一步优选地，对应气源生成装置1、三位四通电磁换向阀7、电磁开关阀6和控制压力阀8等设置有控制系统，使得上述装置或阀体对应接入控制系统中，继而由控制系统统一实现对应装置或者阀体的监测、控制，以及实现各阀体之间的联动控制，从而实现两储气罐中气压工况的精确控制，实现防护门组件3两侧风压工况的对应调节，完成风压试验工况的精确调节。

进一步地，利用本发明优选实施例中的风压试验系统进行风压试验时，可对应进行防护门组件3的变形测试和抗疲劳测试，其中，变形测试主要用于检测隧道防护门在压力差逐步递增达到一定数值的风压作用下，相对面法线挠度值(角位移值)；抗疲劳检测主要用于检测隧道防护门在一定压力差交替正负冲击作用下，抵抗损坏和功能障碍的能力。同时，风压试验系统还可进行单向试验和双向试验，其中，单向试验指的是对隧道防护门的加压过程中始终为正压或者负压，不存在正负风压工况的切换，其工作过程大体为：预备加压+(检测加压+稳压)(循环)+结束；而双向试验指的是隧道防护门的加压过程中涉及正负风压的交替切换，其工作过程大体为：预备加压+(检测正向加压+稳压+检测反向加压+稳压)(循环)+结束。

具体地，风压试验系统可通过如下过程进行试验：

首先，将防护门组件3的门体对应按照其实际安装方式牢固安装于隔墙内，保证门体不出现倾斜或者变形，并确保门体可正常开启和锁闭，且确保隔墙固定在夹装机构4内时，门体301处于锁闭状态；

其次，检查对应管路是否工作异常，确定第一储气罐201、第二储气罐202、气源生成装置1是否处于正常工作状态；若正常，可进行下一步操作，若不正常，则对应采取调节措施；对准备完成的风压试验系统进行预备加压，控制气源生成装置1对应生成相应的风压工况，使两储气罐内处于规定的压力环境下；

再次，通过控制系统调节对应的控制阀，实现防护门组件3两侧气压的调节；最后，检测夹装试验台中气路空间内的气压是否正常，并根据试验需要进行稳压或者保压的过程，继而通过对应阀体的控制，实现作用于防护门组件3上的气压工况的调节和稳压。

循环进行上述过程，完成防护门组件3的风压试验。

利用本发明优选实施例中的风压试验系统进行隧道防护门风压试验时，根据(tb10020-2017)《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》中的规定，定义隧道防护门的试验空间截面尺寸为3000mm×2000mm，试验空间厚度为10mm，即单面试验空间的体积为0.06m³，且定义周期一年内活塞风的作用次数为20万次。而且，在350km/h单洞双线隧道中，隧道的风压为+10kpa至-10kpa之间。进一步地，利用本发明优选实施例中的风压试验系统进行风压试验时，假设试验一次的周期为2s，约5天即可完成20万次试验，大大缩减了隧道防护门试验的周期，提升了隧道防护门风压试验的效率，降低了风压试验的成本。

本发明中的气源生成装置及包含其的风压试验系统，其通过优选设置气源生成装置的结构，结合单向阀组件的对应设置，有效实现了两储气罐中正负风压工况的生成与维持，且通过对应设置三位四通电磁换向阀、电磁开关阀、控制压力阀等组件，有效实现了夹装机构中防护门组件的风压试验。本发明中的气源生成装置，其结构简单，控制简便，控制准确性高，能有效生成防护门风压试验过程中的正/负风压工况，保证风压工况的生成、调节、控制的准确性，且三位四通电磁换向阀、电磁开关阀和控制压力阀等组件的设置，有效实现了夹装机构中防护门组件两侧风压工况的准确控制和切换，有效模拟了隧道防护门在隧道中应用时受单侧风作用、双侧风作用、单侧风交替作用、双侧风交替作用等受力环境，保证了风压试验方案的多样性，提升了隧道防护门风压试验的准确性，减少了试验的误差，缩短了试验的周期，降低了风压试验的成本，为隧道防护门的结构设计与匹配安装提供了依据，减少了隧道防护门在应用过程中的失效或者脱落，保证了铁路隧道运行的安全性和稳定性，避免了不必要的经济损失，具有极好的应用推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。