CN101734259B - 货车脱轨智能制动停车装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的货车脱轨智能制动停车装置，其结构包括三通、球阀和主要由三轴加速度传感器、单片机、存储器、驱动电路、自保持先导电磁阀和高能量小型锂电池组成的智能型阀门，所述三通的两端串接在列车风管上，球阀与三通的第三端连接，智能型阀门的进风口与球阀的另一端连接，智能型阀门的排风口与大气相通。当列车开动后，车底垂直方向的加速度达到6g或横向加速度达到3g后，说明该节货车已经脱轨而被车头拖着在枕木上作上下颠簸前进时，智能型阀门的自保持先导电磁阀则由关闭变成开通，经实际测试，一辆60节货车从车尾的电磁阀开通到车头紧急制动时间约为4秒，所以能有效避免因部分货车脱轨而发展成翻车等重大事故的发生。适合在各种铁道货车上安装使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种制动装置，特别是一种能监测铁道货车车辆运行情况并能在脱轨时进行紧急制动的装置，属于铁路车辆领域。
背景技术
目前，由于经济和技术原因，我国只有极少火车路轨段安装了脱轨监测装置，全国线路安装脱轨监测装置几乎是不可能的，而车装脱轨制动停车装置因货车没有电源，只能采用机械式原理，存在判据单一，精度差，可靠性差，不可记录数据，寿命短，安装困难，不适合恶劣环境，费用高等一系列问题。所以只在少量的货车上试装，并已停产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有货车在脱轨时缺乏紧急制动装置或机械式紧急制动装置的不足之处，设计一种体积小，重量轻，耗电量小，自动化程度高，能在货车脱轨后及时将列车管与大气相通而紧急停车的货车脱轨智能制动停车装置。
本发明的货车脱轨智能制动停车装置，其结构包括三通、球阀和智能型阀门，所述三通的两端串接在列车风管上，球阀的一端与三通的第三端连接，智能型阀门的进风口与球阀的另一端连接，智能型阀门的排风口与大气相通。
所述智能型阀门包括三轴加速度传感器IC1、单片机IC2、存储器IC3、驱动电路、电磁阀F1和高能量小型锂电池，电磁阀F1的进风口为智能型阀门的进风口，电磁阀F1的出风口为智能型阀门的出风口，所述三轴加速度传感器IC1的第12脚为信号输出端经电阻与单片机IC2的第2脚设为信号输入端连接，单片机IC2的第13脚设为信号输出端经驱动电路与电磁阀F1的电磁线圈连接，存储器IC3的第4、5、6、7、23和24脚分别与单片机IC2的第37、36、35、34、11和12脚连接，由三轴加速度传感器IC1的输出信号在单片机IC2中与事先设定的三个方向的阈值比较，当达到设计阈值时，单片机IC2的输出信号经驱动电路使电磁阀F1的进风口与出风口由关闭变为开通而使列车风管排风制动，并将加速度数据存储在存储器IC3中。
所述驱动电路包括1个四电压比较器IC4，2个P沟道场效应管Q1和Q2、2个N沟道场效应管Q3和Q4组成的H桥式电路，所述IC4的6脚和11脚接单片机IC2的13脚，IC4的4脚和9脚经电阻接单片机IC2第30脚并经阀复位开关K1接电源正极，IC4的第1、2脚分别接Q1和Q2的栅极，IC4的第13、14脚分别接Q3和Q4的栅极，Q1和Q2的源极接电源正极，Q3和Q4的源极接电源负极，Q1和Q3的漏极接电磁阀F1电磁线圈的一端，Q2和Q4的漏极接电磁阀F1电磁线圈的另一端。
为了节约用电，可在货车停运期间处于待机状态，可增设一个气压式开关，所述气压式开关的进气孔与电磁阀的进气腔或列车风管连通，气压式开关的常开式触点开关K2串接在单片机IC2的第18脚与电源正极之间。
为了进一步节约用电，所述智能型阀门的三轴加速度传感器IC1选用ADXL346、MMA7260型或EXP8X、KXP9X、SCA3000、SMB380系列的超低功耗三轴加速度传感器，单片机IC2选用ATMEGA162或PIC16F88X型低功耗单片机，IC3选用AT45DB041或AT45DB161型存储器，IC4选用LM339或IR2339、AN1339、SF339型四电压比较器，Q1和Q2选用IRFR5305或IRFU5305、IRF7706、IRFR6215、IRFR9024型P沟道场效应管，Q3和Q4选用IRFR3706或IRFU3706、IRFU3709、IRF8513PbF型N沟道场效应管，电磁阀F1选用自保持先导电磁阀。
本发明的货车脱轨智能制动停车装置，由于选用三轴加速度传感器，微处理器芯片，自保持先导电磁阀和高能量锂电池，采用微处理器芯片监测三轴加速度，在多个方向达到振动阈值后计算能量密度作为判断依据，因此大大提高了判断的准确性，克服了机械式脱轨监测装置的所有缺点。又由于采用低功耗元器件，自保持先导电磁阀和高能电池，使装置可做到在成本只有机械式1/3的情况下的使用寿命能达到8-10年，具有体积小，安装简单，防水处理效果好和使用寿命长等优点，适合在我国各地区包括在恶劣环境下运行的货车上安装使用。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明中的智能型阀门的主要电路结构示意图。
具体实施方式
附图非限制性公开了本实用新型的一个具体实施例，结合附图作进一步描述如下。
参见附图1，图中的1是货车底部的列车风管，2是三通，3是球阀，4是智能型阀门，4-1是高能量小型锂电池，4-2是电路模块，4-3是电磁阀的进风口，4-4是电磁阀线圈，4-5是电磁阀的排风口。本发明的货车脱轨智能制动停车装置，其结构主要包括三通2、球阀3和智能型阀门4，所述三通2的两端串接在货车底部的列车风管1上，球阀3的一端与三通2的第三端连接，智能型阀门4的进风口4-5与球阀3的另一端连接，智能型阀门4的排风口4-5与大气相通。
智能型阀门的电路模块4-2上的主要电路结构如图2所示，所述智能型阀门包括三轴加速度传感器IC1、单片机IC2、存储器IC3、驱动电路、电磁阀F1和高能量小型锂电池，电磁阀F1的进风口为智能型阀门的进风口，电磁阀F1的出风口为智能型阀门的出风口，所述三轴加速度传感器IC1的第12脚为信号输出端经电阻与单片机IC2的第2脚设为信号输入端连接，单片机IC2的第13脚设为信号输出端经驱动电路与电磁阀F1的电磁线圈连接，存储器IC3的第4、5、6、7、23和24脚分别与单片机IC2的第37、36、35、34、11和12脚连接，由三轴加速度传感器IC1的输出信号在单片机IC2中与事先设定的阈值比较，当达到设计阈值时，单片机IC2的输出信号经驱动电路使电磁阀F1的进风口与出风口由关闭变为开通而使列车风管排风制动，并将加速度数据存储在存储器IC3中。
所述驱动电路包括1个四电压比较器IC4，2个P沟道场效应管Q1和Q2、2个N沟道场效应管Q3和Q4组成的H桥式电路，所述IC4的6脚和11脚接单片机IC2的13脚，IC4的4脚和9脚经电阻接单片机IC2第30脚并经阀门复位开关K1接电源正极，IC4的第1、2脚分别接Q1和Q2的栅极，IC4的第13、14脚分别接Q3和Q4的栅极，Q1和Q2的源极接电源正极，Q3和Q4的源极接电源负极，Q1和Q3的漏极接电磁阀F1电磁线圈的一端，Q2和Q4的漏极接电磁阀F1电磁线圈的另一端。
为了节约用电，可在货车停运期间处于待机状态，可增设一个气压式开关，所述气压式开关的进气孔与电磁阀的进气腔或列车风管连通，气压式开关的常开式触点开关K2串接在单片机IC2的第18脚与电源正极之间。
为了进一步节约用电，所述智能型阀门的三轴加速度传感器IC1选用ADXL346、MMA7260型或EXP8X、KXP9X、SCA3000、SMB380系列的超低功耗三轴加速度传感器，单片机IC2选用ATMEGA162或PIC16F88X型低功耗单片机，IC3选用AT45DB041或AT45DB161型存储器，IC4选用LM339或IR2339、AN1339、SF339型四电压比较器，Q1和Q2选用IRFR5305或IRFU5305、IRF7706、IRFR6215、IRFR9024型P沟道场效应管，Q3和Q4选用IRFR3706或IRFU3706、IRFU3709、IRF8513PbF型N沟道场效应管，电磁阀F1选用自保持先导电磁阀。
工作时，打开球阀3，列车风管1中的风压使自保持先导电磁阀关闭，自保持先导电磁阀的进风口与出风口关闭，列车风管中的风压不外泄，列车可正常运行，此时的气压式开关的常开式触点开关K2因有列车风管中的风的压力而接通，使单片机IC2由停运期间的省电模式的待机状态变为正常工作状态，当列车开动后，如车底垂直方向的加速度达到6g(59米/秒2)或横向加速度达到3g(30米/秒2)后，说明该节货车已经脱轨而被车头拖着在枕木上作上下颠簸前进时，三轴加速度传感器IC1的输出信号在单片机IC2中与事先设定的阈值比较，当达到设定阈值时，单片机IC2的输出信号经驱动电路使电磁阀F1动作，电磁阀的进风口与出风口则由关闭变为开通而使列车风管排风制动，经实际测试，一辆60节货车从车尾的电磁阀开通到车头紧急制动时间约4秒，所以能有效避免因部货分车脱轨而发展成翻车等重大事故的发生。因该电磁阀选用的是自保持先导电磁阀，该阀只需一个80ms宽的脉冲电压即可转换阀门状态，并在下一次反向脉冲电压到来前能一直保持该状态，所以能相当省电，而下一次反向脉冲电压可用手按压一次阀门复位按钮开关K1，给四电压比较器IC4的第4脚和9脚一个正脉冲，即可使H桥式电路中的Q1和Q4由导通变为截止、Q2和Q3由截止变为导通，使电磁阀F1线圈两端有一个反向脉冲电压即可使阀由开通变回到截止而恢复正常工作。IC3为存储芯片，用于存储在单片机IC2向驱动电路输出制动信号后的加速度数据，设计成可记录多次，作为事故分析用。当列车长时间停置时，则气压式开关因无风压，使常开式触点开关K2开路，单片机IC2的第18脚因无电压而使电路进入省电模式。又因电路中的元器件都采用了低功耗元器件，使整机工作电流不到200微安。再加上选用自保持先导电磁阀和高能量小型锂电池，使装置可在免维护情况下的使用寿命长达8-10年，适合在我国各地区包括在恶劣环境下运行的货车上安装使用。
Claims (4)
1.一种货车脱轨智能制动停车装置，包括三通和球阀，其特征在于还包括一个智能型阀门，所述三通的两端串接在列车风管上，球阀的一端与三通的第三端连接，智能型阀门的进风口与球阀的另一端连接，智能型阀门的排风口与大气相通，所述智能型阀门包括三轴加速度传感器IC1、单片机IC2、存储器IC3、驱动电路、电磁阀F1和高能量小型锂电池，电磁阀F1的进风口为智能型阀门的进风口，电磁阀F1的出风口为智能型阀门的出风口，所述三轴加速度传感器IC1的第12脚为信号输出端经电阻与单片机IC2的第2脚设为信号输入端连接，单片机IC2的第13脚设为信号输出端经驱动电路与电磁阀F1的电磁线圈连接，存储器IC3的第4、5、6、7、23和24脚分别与单片机IC2的第37、36、35、34、11和12脚连接，由三轴加速度传感器IC1的输出信号在单片机IC2中与事先设定的三个方向的阈值比较，当达到设计阈值时，单片机IC2的输出信号经驱动电路使电磁阀F1的进风口与出风口由关闭变为开通而使列车风管排风制动，并将加速度数据存储在存储器IC3中。
2.如权利要求1所述的货车脱轨智能制动停车装置，其特征在于所述驱动电路包括1个四电压比较器IC4，2个P沟道场效应管Q1和Q2、2个N沟道场效应管Q3和Q4组成的H桥式电路，所述IC4的6脚和11脚接单片机IC2的13脚，IC4的4脚和9脚经电阻接单片机IC2第30脚并经阀复位开关K1接电源正极，IC4的第1、2脚分别接Q1和Q2的栅极，IC4的第13、14脚分别接Q3和Q4的栅极，Q1和Q2的源极接电源正极，Q3和Q4的源极接电源负极，Q1和Q3的漏极接电磁阀F1电磁线圈的一端，Q2和Q4的漏极接电磁阀F1电磁线圈的另一端。
3.如权利要求2所述的货车脱轨智能制动停车装置，其特征在于还包括一个气压式开关，所述气压式开关的进气孔与电磁阀的进气腔或列车风管连通，气压式开关的常开式触点开关K2串接在单片机IC2的第18脚与电源正极之间。
4.如权利要求1或2或3所述的货车脱轨智能制动停车装置，其特征在于所述智能型阀门的三轴加速度传感器IC1选用ADXL346、MMA7260型或EXP8X、KXP9X、SCA3000、SMB380系列的超低功耗三轴加速度传感器，单片机IC2选用ATMEGA162或PIC16F88X型低功耗单片机，IC3选用AT45DB041或AT45DB161型存储器，IC4选用LM339或IR2339、AN1339、SF339型四电压比较器，Q1和Q2选用IRFR5305或IRFU5305、IRF7706、IRFR6215、IRFR9024型P沟道场效应管，Q3和Q4选用IRFR3706或IRFU3706、IRFU3709、IRF8513PbF型N沟道场效应管，电磁阀F1选用自保持先导电磁阀。
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