CN101263032A - 气动紧急制动保障模块 - Google Patents

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Abstract

一种气动紧急制动保障模块包括：高容量输送阀，其在第一位置连接至可变负载中继阀的输出、在第二位置连接至紧急制动气压源。计时储气缸与该高容量输送阀的先导端口通信。止回阀/阻止门电路在双止回阀和该可变负载中继阀的输出之间提供并行连接，使得来自该可变负载中继阀的气流通过充气阻止门，而去往该可变负载中继阀的气流通过放气阻止门。

Description

气动紧急制动保障模块
技术领域
众所周知，在制动控制领域中，现代列车制动控制系统典型地使用中央控制器单元来控制包括列车的轨道车辆的制动。位于引导机车中的列车操作员控制列车的制动手柄或类似装置，以如期望地使用和松开各轨道车辆上转向架(truck)或转向架(bogies)的制动。典型地，由驾驶室(cab)控制单元处理来自制动手柄的输入并将其传送至中央控制器单元。响应于这些和其它输入，中央控制器单元以气动信号、或电信号、甚或气动和电信号的形式沿列车线发出制动命令信号至各轨道车辆。根据接收到的特定制动命令信号的指示，各轨道车辆的制动设备使用或松开制动。中央控制器单元沿气动列车线或电动列车线发送制动命令信号至各轨道车辆。
背景技术
根据所考虑的列车类型，各轨道车辆上的制动设备可包括专用的气动设备或者电和气动相结合的(即电气动)设备。在那些以轨道车辆上的电气动制动设备为特征的列车中，各轨道车辆典型地包括本地控制系统，其结构和操作在制动控制领域是熟知的。各轨道车辆上的本地控制系统接收制动命令信号以及各种其它信号，并响应于该信号根据制动控制领域内熟知的原理直接控制电气动设备。特别地，本地控制系统产生电信号，该电信号打开或关闭供应压力至制动缸或从制动缸放出压力的各种阀。各轨道车辆上的制动因此作用和松开。
前面章节所讨论的现有制动控制系统典型地提供常用制动、紧急制动以及车轮滑动控制功能。本地控制系统包括基于微处理器的装置，其执行常用制动控制、有限制的紧急制动控制以及车轮滑动控制。与各转向架上的制动相关联的是制动缸控制单元(Brake Cylinder Control Unit，BCCU)，其基于来自本地控制单元的气动和/或电输入控制制动缸压力。它提供了常用和紧急制动缸压力控制以及车轮滑动制动缸压力调制。BCCU具有集成的磁力阀和换能器，并由本地控制单元监视并控制这些磁力阀和换能器。BCCU的主要功能元件为可变负载中继阀(Variable Load Relay Valve，VLRV)，其提供受控的气动压力至制动缸。VLRV的输出为在其先导压力(pilot pressure)控制端口的压力和指示车辆负载的输入的函数。先导压力在常用制动时控制制动缸压力。例如，压力与速度以及车辆重量有关。在紧急情况下，为了紧急停止而控制VLRV的先导压力端口，其可包括调制制动缸压力以最小化车轮滑动。典型地，用于常用制动和紧急制动的先导压力命令源不同，且它们由受控于本地控制系统的紧急磁力阀(Emergency Magnet Valve，EMV)来选择。
在本发明之前，车轮滑动时紧急制动压力的减少是由硬件电子保障计时器来抑制(防止)或监视的。参见名称为“制动保障模块(Brake AssuranceModule)”的美国专利申请No.5,735,579。根据气动制动组件和车轮滑动控制组件的结构，在没有足够的制动作用周期的情况下，使用电子硬件保障计时器通常不足以避免制动减少的周期的延长。抑制车轮滑动控制通常导致车轮滑动，并且在延长的停止距离情况下才能锁住车轮。随着系统安全的重要性日益增加，以及对所有制动模式中的车轮保护的需求也日益增加，因此根据本发明的气动制动保障模块变得必要，且易于配置及分析。而且，根据本发明的气动制动保障模块将：
1.确保使用紧急制动；
2.提供紧急制动模式的已知可靠性分析；
3.提供一种方式，其允许紧急制动的车轮滑动保护功能用于固定有限的时段；
4.提供一种非电子的方法，以强加紧急制动至所需程度；以及
5.允许软件控制的复合式紧急制动模式以及车轮滑动控制式紧急制动模式。
发明内容
简单地，根据本发明，提供了一种气动制动缸控制电路中的改进，其中气动制动缸控制电路用于控制加压气体向制动缸的供应。该电路具有加压气体的主来源以及至制动管的连接，其中的压力在紧急情况时下降。加压气体的主来源和制动管可为同一个。可变负载中继阀提供适当的制动压力给制动缸。可变负载中继阀受控于来自常用制动控制源或紧急制动控制源的先导压力以及指示负载的输入，其中由紧急磁力阀选择常用制动控制源或紧急制动控制源。
根据本发明的改进包括气动紧急制动保障模块，其包括在第一位置连接至该可变负载中继阀的输出、在第二位置连接至紧急制动气压源的高容量输送阀。该高容量输送阀在该第二位置上被偏置，以在该紧急制动气压源(紧急储气缸)和该制动缸之间提供通信。该高容量输送阀被超出该先导压力端口上的预设先导压力的压力推动至该第一位置。
该高容量输送阀的先导压力端口上的压力受控于输送阀先导压力电路，其包括计时储气缸、双止回阀(check valve)、以及止回阀/阻止门电路(chokecircuit)。该计时储气缸与该高容量输送阀的先导端口通信。该双止回阀具有与该计时储气缸以及先导端口通信的输出端口。该双止回阀具有连接至该紧急制动控制源(制动管)的一个输入以及通过止回阀/阻止门电路连接至该可变负载中继阀的输出的另一个输入。这样，该双止回阀的输出将与具有较高压力的输入端口通信。该止回阀/阻止门电路在该双止回阀和该可变负载中继阀的输出之间提供并行连接，使得来自该可变负载中继阀的气流通过充气阻止门，而去往该可变负载中继阀的相反气流通过放气阻止门(dissipationchoke)。这样，如果该双止回阀的任一输入具有超出克服该高容量输送阀的偏置所需的先导压力的压力，则将保持该可变负载中继阀和该制动缸之间的通信；但是，如果该双止回阀的两个输入的压力均下降至低于克服该偏置所需的先导压力，则在该储气缸通过该止回阀/阻止门电路放气至所述低于克服该偏置所需的先导压力的压力程度(pressure level)所花费的时段之后，该高容量输送阀将该紧急制动气压源(例如，紧急储气缸)设置为与该制动缸通信。
根据优选实施例，所述止回阀/阻止门电路具有与所述充气阻止门串联的止回阀，且所述充气阻止门的容量比放气阻止门的容量大。
根据优选实施例，选择该预设的先导压力、该高容量输送阀的相应偏置和该计时储气缸容积，以在该高容量输送阀连接紧急制动气压源之前提供至少一秒的延时。
附图说明
从以下参考附图进行的详细描述中，更多的特征和其它目的及优点将变得清楚，其中：
图1为运输车辆上示例性制动系统的非常简化的示意图，其中可实现本发明的改进；以及
图2为制动缸控制电路的示意图，其中可实现根据本发明一个实施例的气动紧急制动保障模块。
具体实施方式
参考图1，运输车辆在每一端具有连接器10，其机械连接相邻的车辆并提供制动管以及电列车线的连接。制动管可为用于实现制动的气动压力源。它被用来沿着列车提供气动传输信号至制动系统。制动管，与电列车线一起，实现电和气动相结合的(电气动)制动控制。
如图1所示，运输车辆具有两套制动缸12、14，一套用于各转向架，用于启动例如盘式制动器的制动器，与各车轮轴相关联。每套制动缸均受控于制动缸控制单元(Brake Cylinder Control Unit，BCCU)16、18。这些BCCU响应于由本地控制系统20产生的常用制动命令和紧急制动命令，其中所述BCCU在一些实现中为本领域中公知的摩擦制动控制单元和制动管控制单元的功能。例如，本地控制系统20对沿列车线来自引导机车中的中央控制器单元的电信号和气动信号作出响应。如图1所示，由制动管32对若干本地储气缸充气。
在一备用结构中，主储气缸管与制动管并行运行。各种储气缸，常用储气缸22、紧急储气缸26、以及控制储气缸30，均从主储气缸管充气。在这种情况下，制动管仍传送紧急停止信号。对图1的讨论是用于提供本发明公开的内容可运行的背景，而并无限制本发明范围的意图。
现在参考图2，其中示出了具有气动紧急制动保障模块40的BCCU的一个示例。BCCU的中心为可变负载中继阀(variable load relay valve，VLRV)42，其主要功能是为其各自转向架提供电气动摩擦的常用制动控制、紧急制动控制、以及车轮滑动控制。VLRV 42的可变压力输出受控于其先导压力端口43的先导压力。在正常的运行条件下，响应于来自本地控制系统的电常用控制信号，由先导控制阀44提供先导压力。先导控制阀还被用来实现车轮滑动控制。当紧急磁力阀(Emergency Magnet Valve，EMV)46被电信号移位时，紧急制动和备份气动控制的常用制动受控于由本地控制系统产生的气动控制信号。
虽然不期望在任何控制模式(包括紧急制动或车轮滑动控制制动)下，VLRV 42上用于紧急停止的引导压力不施加制动压力至制动缸，但紧急制动保障模块将根据本发明实现为自动防故障系统。本发明的主要目的是提供一种独立的方法，以确保紧急压力可用。这个模块被设计为气动的，并具有用于分析需求的已知可靠性组件以及简单操作模式。气动保障模块的使用与电子软件控制的压力装置相独立，所述电子软件控制的压力装置需要满足适应性的车轮滑动控制规范。本发明确保，当在紧急制动情形下同时允许复合式动态制动以及车轮滑动控制时，施加紧急制动缸压力。控制以下时段，该时段中在启动紧急制动之后允许调制可用制动缸压力。此外，在紧急制动情形中，当制动控制压力(有意或无意地)被释放延长的时段时，该模块确保施加紧急制动压力。
高容量输送阀(HCTV)50确定紧急制动输出将来自紧急储气缸(在一些系统中，间接地通过紧急单元)还是VLRV 42。使HCTV 50在这个位置偏置，以从紧急储气缸提供紧急制动输出。该阀执行用以实现紧急制动保障控制的命令。
制动管连接至双止回阀52的一个输入端。出气口58连接至计时储气缸54和HCTV 50的先导端口56。这样，计时储气缸将正常地被充气至达到制动管的压力；并且，制动管的压力比克服HCTV 50上偏置所需的压力大得多时，VLRV 42处于制动缸压力的控制下。在制动管压力下降时的紧急情形下，储气缸中以及HCTV 50先导端口上的压力与VLRV 42通过止回阀/阻止门电路60的输出相等，其中止回阀/阻止门电路60连接至双止回阀的另一个输入端口。即使VLRV 42的输出为大气压，HCTV 50的先导端口上的压力仍将足够高到将阀保持在连接至VLRV 42的正常操作位置，直到储气缸放气至低于克服该偏置所需的压力的压力。这提供了计时或延时函数，该函数依赖于放气阻止门62的尺寸、计时储气缸54的容积、VLRV 42输出的平均压力以及克服HCTV 50上偏置所需的最小先导压力。
止回阀/阻止门电路60被配置为具有两个平行通道。放气阻止门62在一个通道上。在另一个通道中的为止回阀64，其允许气流从VLRV流到充气容积和充气阻止门66。这样，在车轮滑动控制中，计时储气缸可在提高制动缸压力的时段被再次充气，该提高制动缸压力的时段在减少制动缸压力的时段之间。因此，正常的车轮滑动控制将不会使HCTV上的偏置被克服。充气阻止门66调节充气气流速率，该充气气流速率基于回流进计时储气缸54的气体速率来决定如何重置气动计时器。基于紧急制动分析，选择(配置)计时储气缸的容积、充气阻止门66的尺寸、放气阻止门62的尺寸以及HCTV50的制动压力偏置来满足期望的需求。这些选定的值用于确定容许的制动松开时间、容许的制动压力减少量(程度)以及当施加制动压力时重置计时器的速率。
当制动管压力的损失启动紧急情形且如果控制压力不足时，气动计时器将立即开始计时。只要制动控制压力变得可用(没有被释放)或只要制动管压力变得可用(不处于紧急制动情形下)，计时器可被重置。一旦启动了紧急情形，无论制动压力的控制方法如何，在制动压力被释放一段延长的时段时，计时器将计时结束。
如图2所示，可从同一个来源，或者从其中紧急制动压力与已调制压力完全分开的独立储气缸，得到已调制的制动控制压力(VLRV的输出)和紧急程度制动压力。在同一个来源的情况下，控制压力将被拆分，使得一个分支受控于制动/车轮滑动模块，而另一个分支直接与HCTV 50相连。
仅作为示例，在下表中列出该气动制动保障模块的优选实施例的某些参数的范围。
表格
  参数   最大值   最小值
制动缸压力   67磅/平方英寸462×104帕斯卡   55磅/平方英寸379×104帕斯卡
  紧急制动管压力   0磅/平方英寸   0磅/平方英寸
储气缸容积   90立方英寸1.47×10-3立方米   90立方英寸1.47×10-3立方米
充气阻止门尺寸   0.160英寸4.064×10-3米   0.160英寸4.064×10-3米
放气阻止门尺寸   0.060英寸1.52×10-3米   0.060英寸1.52×10-3米
用以克服HCTV上偏置的先导压力   25磅/平方英寸172×104帕斯卡   25磅/平方英寸172×104帕斯卡
  当双止回阀的输入均为大气时提供的延时   3.46秒   2.7秒
  完全再充气储气缸容积的时间   0.40秒   0.36秒
已如专利法所要求详细并具体地描述了本发明，并将在所附权利要求书中阐明欲为专利特许证所保护的范围。

Claims (3)

1.在一种用于控制加压气体向制动缸的供应的气动制动缸控制电路中，所述电路具有在紧急情况下下降的加压气体源(制动管)和具有可变负载中继阀，该气动制动缸控制电路的输出被提供给该制动缸，所述可变负载中继阀受控于表示车辆负载的输入以及来自由紧急磁力阀选择的常用制动控制源或紧急制动控制源的先导压力，其改进包括：
气动紧急制动保障模块，其包括：
高容量输送阀，其在第一位置连接至所述可变负载中继阀的输出、在第二位置连接至紧急制动气压源，该高容量输送阀在该第二位置上被偏置以在紧急制动气压和该制动缸之间提供通信，该高容量输送阀被先导端口上的预设先导压力推动至该第一位置；以及
输送阀先导压力电路，其包括：
计时储气缸，其与该高容量输送阀的该先导端口通信；以及
双止回阀，其具有与该储气缸以及该高容量输送阀的先导端口通信的输出端口，该双止回阀具有连接至所述加压气体源(制动管)的一个输入，该双止回阀具有通过止回阀/阻止门电路连接至该可变负载中继阀的该输出的另一个输入，使得该双止回阀的输出将与其具有较高压力的输入端口通信，
所述止回阀/阻止门电路在该双止回阀和该可变负载中继阀的该输出之间提供并行的连接，使得来自该可变负载中继阀的气流通过充气阻止门，而去往该可变负载中继阀的相反气流通过放气阻止门，
借此，如果该双止回阀的任一输入具有超出克服该高容量输送阀的偏置所需的该先导压力的压力，则将保持该可变负载中继阀和所述制动缸之间的通信；并且，如果该双止回阀的两个输入的压力均下降至低于克服该偏置所需的先导压力，则在该储气缸通过该止回阀/阻止门电路放气至所述低于克服该偏置所需的先导压力的压力程度所花费的时段之后，该高容量输送阀将该紧急制动气压源设置为与该制动缸通信。
2.如权利要求1所述的改进，其中该止回阀/阻止门电路具有与该充气阻止门串联的止回阀，且该充气阻止门的容量比该放气阻止门的容量大。
3.如权利要求1所述的改进，其中选择该预设的先导压力、该高容量输送阀的相应偏置和该储气缸容积，以在该高容量输送阀连接该紧急制动气压源之前提供至少一秒的延时。
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