CN103189251B - 用于自动压缩空气制动器的控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动压缩空气制动器的控制阀，用于根据在列车的已连接的主空气管道(6)中的压力(L)与所储存的参考压力(A)之间的压力差在至少一个已连接的制动缸(4)中形成制动缸压力(C)，所述控制阀包括主体部件(1)、管路部件(3)和支座(2)，其中主体部件(1)包括以下部件：控制活塞(7)，所述控制活塞在一侧由参考压力(A)加载，在另一侧由控制压力(S)和至少一个压缩弹簧(13)加载；平衡活塞(8)，所述平衡活塞由制动缸(4)的压力(C)与至少一个压缩弹簧(20)相反地加载；以及双座阀(10)，在所述双座阀中通过控制活塞(7)的靠近经由活塞杆(16)打开进气阀(103)，并且通过控制活塞的远离打开排气阀(101)，其中进气阀(103)位于从储气容器(5)朝制动缸方向的空气路径中，排气阀(101)位于从制动缸(4)到周围环境(O)的空气路径中，其中，从储气容器(5)经由打开的进气阀(103)的空气路径的横截面至少与在所述至少一个制动缸中存在最大可能的压力和容积的情况下用于实现最短的标准的制动时间所需的横截面是相同大小的。

Description

用于自动压缩空气制动器的控制阀
技术领域
本发明涉及一种用于自动压缩空气制动器的控制阀，用于根据在一个列车的贯通的主空气管道中的压力和所储存的由主空气管道中的压力导出的参考压力之间的压力差形成制动缸压力。
背景技术
本发明的使用领域为轨道车辆制造业。轨道车辆多数都具有自动的压缩空气制动器，其中在主空气管道中的压力从正常运行压力出发的下降引起制动缸压力的形成，从主空气管道中的下降的压力到上升的制动缸压力的传递功能及相反的传递功能由控制阀来完成。
此外，该控制阀还具有其它功能，这些功能与用所存储的压缩空气对空间进行填充、封闭和排气，与制动缸压力的确定的静态特征曲线的调节，以及与在主空气管道中作为压力大小编码的信号的传输的加速相关联。最后还有这样的功能，在主空气管道内的压力快速和强烈地变化时保证制动缸中的压力只有渐进的变化，以便限制车辆上所出现的冲击以及限制列车内部的纵向力。
在Asadtschenko,V.R的专业书籍:Avtomatitscheskije Tormosapodvishnogo Sostawa sheleznogo Transporta(俄语),Moskau 2002第71页开始的内容中介绍了控制阀的一般原理。控制阀通常安装在阀支座上，必要的压缩空气连接利用在阀支座上的相关接口来实现。用于控制压力S(滑阀室-压力)和参考压力(A)的空腔位于阀支座内部。这里控制阀由主体部件和管路部件组成。制动缸压力的产生由主体部件负责，而管路部件产生控制压力S。两种压力A和S用于主体部件的控制，其中压力A在制动器作用时形成正常运行压力、即在行驶状态下主空气管道中的原始压力的基准值，而压力S形成在制动期间在主空气管道中的当前压力的经时间校正的参考值。
主体部件的最重要的组成部分是控制活塞、作用在控制活塞上的压缩弹簧、用于所连接的制动缸的通风和排气的集成的双座阀以及平衡活塞，由制动缸压力克服两个可调节的压缩弹簧的力使所述平衡活塞运动。
在制动时，主空气管道1中的压力L下降。相应地在控制活塞上存在的控制压力S也下降，而相对的参考压力A基本上保持不变。控制活塞所形成的克服压缩弹簧的运动导致进气阀打开。此外来自蓄存器的压缩空气经由控制活塞的钻成空心的活塞杆的横孔到达进气阀并通过进气阀到达制动缸。
所建立的制动缸压力C这样来确定，即平衡活塞在所形成的制动缸压力C的作用下沿相同的方向退让，直至进气阀再次关闭。这种情况何时发生，取决于在平衡活塞上的压缩弹簧。所述弹簧可以进行不同的调整，以便使控制阀与空载，半载和满载的车辆相适配。
在控制活塞的确定的行程下，对横孔的有效的横截面进行节流，从而减慢制动缸压力的上升速度。其目的在于，仅允许制动缸压力以这样的速度上升，即能够避免在列车中出现危险的纵向力。
上述解决方案的缺点在于，只有在存在确定的最高压力和确定的制动缸容积的情况下，所述节流才是最佳的。如果例如对于具有4.2bar的最高压力以及直径为14英寸，行程为100mm的制动缸的满载车辆的填充图线进行优化，则横孔的节流作用在最高压力为3.2bar时就会太低，在将控制阀用于双倍数量的制动缸时该节流效果又过高。
在快速制动时，制动缸填充时间与制动缸容积和制动缸最大压力的不相关性也可以称为统一作用(Einheitwirkung)。没有统一作用的控制阀的缺点是，它们不能广泛地使用。
另外还有这样的缺点，在活塞杆确定的行程下，必须封闭压力从蓄存器入流的孔，为此密封件要在较大的横孔或数量大的横孔上移动。此时会出现密封件的较严重的磨损，为了实现孔的对于密封件可接受的棱边状态，还会产生附加的制造费用。
由SU988617给出了这种控制阀的变型。在此，其特点尤其在于，使用附加的控制活塞，所述控制活塞与公知的控制活塞以及附加的压缩弹簧一起作用。这样设置的目的是提高活塞杆运动的可靠性。除了上面所述的功能以外，它还有这样的功能，即在制动开始后关闭对主空气管道进行附加排气的通道，此时希望在关闭的时刻在参考压力的差异方面有确定的精度。此外可以看到，对来自蓄存器的压力的流动的节流通过活塞杆中同轴的孔实现。已经说明的缺点通过该变型并不能消除，这也不是该变型所要达到的目的。
另一种变型记载在RU 2180628中。它涉及对主空气管道进行附加的排气的通道的关闭功能，为此现在提供了单独的组件。在节流方面也使用横孔，密封件在所述横孔上滑过。所述的缺点在该解决方案中依然没有触及。
如果控制阀与中继阀相组合，制动缸填充时间与节流和制动缸容积以及确定的最大压力的关系的相关性方面的缺点原则上可以消除。这里节流在中继阀中作用在不变的预调节容积上，该预调节容积将其中的压力变化传递到制动缸上，只要在确定的极限之内，这与其容积无关。这例如记载在本申请人的出版物IEC00.25中。
这种情况下的缺点是，还需要附加的中继阀，由此会产生相应的结构上的开支。
由专利文献DD239166已知，在不带有中继阀的三压力-控制阀上实现统一作用，其中在三压力-控制阀的与主空气管道相连接的空腔的上游连接对制动缸填充和排空时间起决定作用的喷嘴。这个解决方案的缺点是，来自调节空腔中的空气可能流入主空气管道，由此可能引起在主空气管道中信号传输的不利的延缓。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种控制阀，其中制动缸的填充时间在确定的界限内与制动缸的容积和最高压力无关并且避免了附加的中继阀的必要性。
本发明实现一种用于自动压缩空气制动器的控制阀，用于根据在列车的已连接的主空气管道中的压力与所储存的参考压力之间的压力差在至少一个已连接的制动缸中形成制动缸压力，所述控制阀包括主体部件、管路部件和支座，其中主体部件包括以下部件：控制活塞，所述控制活塞在一侧由参考压力加载，在另一侧由控制压力和至少一个压缩弹簧加载；平衡活塞，所述平衡活塞由制动缸的压力与至少一个压缩弹簧相反地加载；以及双座阀，在所述双座阀中通过控制活塞的靠近经由活塞杆打开进气阀，并且通过控制活塞的远离打开排气阀，其中进气阀位于从储气容器朝制动缸方向的空气路径中，排气阀位于从制动缸到周围环境的空气路径中，为了实现统一作用，从储气容器经由空心的活塞杆中的供应部到打开的进气阀的空气路径的横截面被设计这样的大小，使得来自储气容器的接口的压缩空气不受节流地到达双座阀。
本发明包含这样的技术教导，即，从储气容器通过双座阀用于填充制动缸的流动横截面大于为了在所述至少一个制动缸中存在最大可能的空气量下达到最短标准制动时间所需的横截面。为了实现统一作用该横截面被设计这样的大小，使得来自储气容器的接口的压缩空气不受明显节流地到达双座阀，因此制动缸压力C的时间曲线与参考压力A和控制压力S之间的压力差的时间曲线相差不大。这在技术上适用于常见的制动缸尺寸和填充时间。
根据本发明的解决方案的优点尤其在于，通过这种简单的技术措施可以与制动缸尺寸和最高压力无关地实现统一作用。根据本发明的措施转注于连接横截面的一直到双座阀的进气阀座的有目的尺寸设计。即使在制动缸与经由双座阀到周围环境的流出部之间的连接部的横截面至少与在最大空气量下在制动缸容积内达到最短标准排气时间所需要的横截面同样大小时，在释放制动器时对于制动缸的排空也可以实现类似的优点。
原理上双座阀是指两个阀的结构上的组合，其中两个阀交替地打开或者都关闭。此外，阀座可以在中心位于相同的高度上，但也可以阶梯式的或与封闭元件相互对置，该封闭元件在一个共同的或者两个密封件与阀座的相互作用下控制压缩空气向制动缸的进入或从制动缸中的排出。
根据一个改进本发明的措施建议，双座阀具有空心圆柱形的封闭元件，该封闭元件的控制活塞侧的端面与具有较大直径的进气阀座以及与具有较小直径的与进气阀座同轴设置的排气阀共同作用。这里，从排气阀座导出的废气通过空心圆柱形的封闭元件到达周围环境O。由此有利地在较短的路径上将空气导出，由此只需要很短的阀内部的通道。
根据另一个改进本发明的措施建议，进气阀座的有效直径等于在底部侧的端面的区域内在外径向上包围双座阀的封闭元件的密封环的内直径。利用该措施形成压力卸荷的阀装置。在这样压力卸荷的阀装置中不存在从存储压力区域施加到双座阀的封闭元件上的压力的有效负荷面，因此仅有集成的、对于封闭元件施加关闭压力的压缩弹簧发挥作用。
此外建议，进气阀座和排气阀座在横截面上设计成锥形的。锥形的横截面涉及在封闭元件的控制活塞侧的端面上形成准确圆形的接触线。通过这样的接触线在直径上实现很低的差别，而不会在打开阀时由于阀座之间过小的环形间隙出现节流。这样的设计有助于使阀卸载压力。
根据另一个在压力卸荷的阀装置方面改进本发明的措施建议，沿轴向上与前面所述的底部侧的密封环间隔开地在C活塞上设有另一个密封环，该密封环在外径向上贴靠在封闭元件上，并且特别是贴靠在这样的直径上，该直径至少大致等于排气阀座的有效直径。由于排气阀座相对于同轴围绕排气阀座的进气阀座具有较小的直径，封闭元件在所述附加的密封件的区域内设有凸台。为了实现所述另外的压力卸荷，在所述另一个密封环和底部侧的密封环之间在C-活塞上构成的空间与制动缸的接口相连，因此在制动缸中形成制动缸压力。利用该措施获得有利地双重压力卸荷的阀，该阀在调节技术上可以精确地控制。
附图说明
此外改进本发明的方法在下面结合对本发明的优选实施例的描述并参考附图来详细阐述。其中：
图1为根据第一实施例的作为用于制动缸的受调节的压缩空气加载的调节元件的气动的控制阀的示意性纵剖视图；
图2为根据另一个实施例的气动的控制阀的示意性纵剖视图；
图3作为图1的细节示出用于关闭KZE闭合的阀的示意性纵剖视图。
具体实施方式
根据图1，控制阀由主体部件1、支座2和管路部件3组成，该阀被安装在未示出的轨道车辆中。在支座2上连接用于制动缸4、储气容器5和主空气管道6的连接部。
支座2包含用于控制压力S和参考压力A的容积。该容积可以通过连接在支座2上的储气容器5构成。此外，支座2还包含用于来自储气容器的压力R的连接部和附加排气通道KZE，用于在主体部件和管路部件1、3之间引导压缩空气。
在控制阀的任意位置上设有未示出的用于由主空气管道6填充的储气容器5的止回阀和用于参考压力A的手动排气的阀。
管路部件3用于利用并未详细示出的装置从主空气管道6的压力导出控制压力S和参考压力A，这些压力传递到主体部件1上。此外在制动开始时管路部件3控制由主空气管道6到附加排气通道KZE的连接。
主体部件1在壳体9中包括控制活塞7、平衡活塞8、双座阀10，用于封闭通道KZE的阀11和用于调整控制阀的载荷状态的调节装置12以及其它的元件，如压缩弹簧、滤网(过滤器)和密封件。
双座阀10包括排气阀101、阀体102、进气阀103和压缩弹簧104组成。
控制活塞7通过相互面对的压力A和S加载，在S-压力的一侧压缩弹簧13起作用。控制活塞7具有密封件14，该密封件将两个压力分开。这样的密封作用可以通过密封环，也可以通过薄膜建立。如果密封件14是密封环，该密封环可以位于壳体9中并在控制活塞7上滑动和密封。在密封件14附近存在喷嘴15，所述喷嘴作为旁通发挥作用地在控制活塞7的初始位置附近构成压力A和S的连接。控制活塞的这样的位置称作初始位置，在该位置中在压力A和S相等时控制活塞在压缩弹簧13在其止挡上的作用下位于压力A的一侧；这对应于在释放制动器时的行驶位置。
控制活塞7还具有活塞杆16，该活塞杆在两个密封件17和18之间具有向活塞杆的内部供应压力R的供应部。双座阀10位于活塞杆16的端部上，双座阀将来自储气容器5的压力导入制动缸4中—制动压力C，或从制动缸排出到周围环境O中。
平衡活塞8通过来自制动缸4的制动压力C加载，与其相对地存在环境压力O。在环境压力O的一侧存在一个或多个压缩弹簧19、20。其中至少一个压缩弹簧能够通过转换装置12朝平衡活塞8的方向调节。
在图3中详细示出的阀11为了相对于用制动缸压力C填充的空间封闭通道KZE而具有阀体111、压缩弹簧112和阀座113。阀体111和杆114具有这样的几何形状，所述几何形状在活塞杆16的上部终端位置附近以止挡115接合在后者上并且克服压缩弹簧112打开阀11，因此形成从附加排气通道KEZ到与制动缸4相连通的并因此包含制动缸压力C的空间的连接。
在轨道车辆制动时这种布置结构的工作原理如下：为了制动，通过火车司机或其他手段由正常运行压力出发降低在主空气管道6中的压力。这种下降通过管路部件3传输至控制压力S，参考压力A首先保持不变。如果压力下降足够快速和强烈，为了克服通过喷嘴I5导致的压力平衡的作用以及压缩弹簧13的起始力，会出现控制活塞7的朝平衡活塞8的方向的运动。这种运动的大小使得恰好可以再次在控制活塞7上建立压力和弹簧的平衡。由于活塞的接近，排气阀101与双座阀10的阀体102发生接触。在沿该方向继续运动时，阀体102从进气阀103上抬起，因此压缩空气从储气容器5中经由控制活塞7的空心的活塞杆16流入制动缸。
管路部件3的另一个功能在于，在制动开始时打开主空气管道6至附加排气通道KZE的连接。由此，只要排气阀102仍然是打开的，压缩空气同样从主空气管道6流向制动缸4，同时还流入周围环境0。由于压力差A-S的上升，活塞杆16连同止挡115、杆114和阀体111一起向下运动，直至阀体坐靠在阀座113上，因此关闭阀111。在控制活塞7的进一步的行程中，所述部件脱离接合，并在杆114和止挡115之间或者在杆114和阀体之间出现间隙。由此在制动开始时压缩空气从主空气管道6中的流出在该路径上中断，此时调整到准确设定的压力差A-S，以及还调整到预定的初始的制动压力C，这个功能用于在列车长度上实现在主空气管道6中的压力下降的传递的加速并且保证制动器快速且精确定量的初始接合(Anlegen)。
所形成的制动压力C将力施加在平衡活塞8上，该平衡活塞一直到实现力平衡重量之前通过压缩弹簧19、20的力发生运动。因此每个通过压力L的下降值控制的制动级别对应于控制活塞的确定的路径。当达到预先设定的制动压力C时，平衡活塞8也已执行了相应的运动，在该运动之后进气阀和排气阀102；103都关闭(封闭位置)。
用于调节控制阀的负载位置的调节装置12具有开关轴121，所述开关轴带有调节凸轮122。开关轴121可以从控制阀的一侧由铁路的操作人员旋转，以便使控制阀与车厢的实际负载相适配。这里调节凸轮122靠近用于压缩弹簧19的止挡或者远离该止挡。其结果在于，在平衡活塞8的相同的路径上通过压缩弹簧19施加较大或较小的力。尤其压缩弹簧19能够在远离的位置“空位”与平衡活塞8隔开间距，该间距在整个可能的工作行程上防止产生弹簧力。
如上所述，制动压力C由于平衡活塞8上的力平衡与压缩弹簧19、20的与活塞面相关的力相等。因此对于有负载的车辆，为了实现高制动压力C而调整到高的弹簧压力，对于空载的或者部分负载的车辆通过反方向地调整调节凸轮122实现用于较低的制动压力C的较低的弹簧力。
特别是当压缩弹簧具有渐进的特征曲线时，或当未示出的第三压缩弹簧专门针对“部分负载”状态通过偏心的元件无间隙地压相平衡活塞时，则对于部分负载的车辆得到一个有利的实施形式，此时用于“满载”状态的另一个压缩弹簧仍然带有间隙。
对于“满载”状态可以通过渐进的特性曲线或者通过压缩弹簧19的初始的间隙同样实现优点，因为开始较低的总弹簧力不会引起猛烈的初始制动，然后在进一步的工作行程中弹簧力和制动压力C剧烈上升。
为了松开制动器，制动压力C的降低通过在主空气管道中上升的压力L和/或通过下降的压力A控制地以相反的方向进行。在初始位置附近阀11打开，以便重新关闭通道KZE。一旦管路部件3识别到制动开始或者从主空气管道6到通道KZE的用于压缩空气的路径被释放，然后控制阀已经准备就绪进行新的加速的制动过程。
在图2中示出另一个的实施形式。该实施形式的工作原理对应于已经描述出的方式。
代替上述的在密封件上滑过的喷嘴15，为了连通压力A和S以实现控制阀的确定的不敏感性，这里示出这样的阀，在调节活塞处于初始位置中或者初始位置附近时，该阀通过控制活塞7'保持在打开位置。
这里用于将压力R从储气容器5'中供应至进气阀103'的密封件17'和18'位于平衡活塞8'上，双座阀10'也是这样。
在该实施形式中，平衡活塞8'和调剂活塞7'上的密封件在运行衬套中而不是活塞外壳上密封。调节装置现在位于支承壳体中，而不是位于控制阀的主体部件1'的壳体中。
在确定的条件下上述的各特征可以实现简化的结构、提高的可靠性或与较老的控制阀结构形式的兼容性。每个所列举的变型都可以单独地集成到基本实施形式中。此外，根据本发明的控制阀还能够与其他的未示出的变型相结合。
附图标记说明
1 主体部件
2 支座
3 管路部件
4 制动缸
5 储气容器
6 主空气管道
7 控制活塞
8 平衡活塞
9 壳体/外壳
10 双座阀
101 排气阀
102 阀体
103 进气阀
104 压缩弹簧
11 用于封闭通道KZE的阀
111 阀体
112 压缩弹簧
113 阀座
114 杆
115 止挡
12 调节装置
13 压缩弹簧
14 密封件
15 喷嘴
16 活塞杆
17 密封件
18 密封件
19 压缩弹簧
20 压缩弹簧
21 阀
22 密封件
23 用于控制压力(S)的容积
24 用于控制压力(A)的容积
25 供应部
所有附图标记在图2中为相同的附图标记带有'
A 参考压力
S 控制压力
L 主空气管道
C 制动缸压力
R 储气压力
KZE 附加排气通道

Claims (7)

1.一种用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，用于根据在列车的已连接的主空气管道(6)中的压力(L)与所储存的参考压力(A)之间的压力差在至少一个已连接的制动缸(4)中形成制动缸压力(C)，所述控制阀包括主体部件(1)、管路部件(3)和支座(2)，其中主体部件(1)包括以下部件：控制活塞(7)，所述控制活塞在一侧由参考压力(A)加载，在另一侧由控制压力(S)和至少一个压缩弹簧(13)加载；平衡活塞(8)，所述平衡活塞由制动缸(4)的压力(C)与至少一个压缩弹簧(20)相反地加载；以及双座阀(10)，在所述双座阀中通过控制活塞(7)的靠近经由活塞杆(16)打开进气阀(103)，并且通过控制活塞的远离打开排气阀(101)，其中进气阀(103)位于从储气容器(5)朝制动缸(4)方向的空气路径中，排气阀(101)位于从制动缸(4)到周围环境(O)的空气路径中，其特征在于，为了实现统一作用，从储气容器(5)经由空心的活塞杆(16)中的供应部(25)到打开的进气阀(103)的空气路径的横截面被设计这样的大小，使得来自储气容器(5)的接口的压缩空气不受节流地到达双座阀(10)。
2.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，在制动缸(4)和周围环境(O)之间的经由排气阀(101)的连接的横截面至少与在制动缸(4)中存在最大可能的压力和容积的情况下用于实现最短的标准的排气时间所需的横截面是相同大小的。
3.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，作为平衡活塞(8')的组成部分，双座阀(10')具有空心圆柱形的阀体(102')，该阀体的端面与直径较大的进气阀(103')以及与和进气阀同轴设置的直径较小的排气阀(101')协同作用，其中由排气阀(101')导出的废气通过空心圆柱形的阀体(102')到达周围环境(O)。
4.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，进气阀(103')的有效直径等于包围双座阀(10')的阀体(102')的密封件(22')的内直径，以便实现一种压力卸荷的阀装置。
5.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，密封平衡活塞(8、8')的密封件(18、17'、18')构造成薄膜。
6.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，密封控制活塞(7、7')的密封件(14、14')构造成薄膜。
7.根据权利要求1所述的用于自动压缩空气制动器的气动的控制阀，其特征在于，在主体部件(1)中参考压力(A)通过喷嘴(15')与控制压力(S)的连通能通过一个阀(21')开关，该阀在控制活塞(7)的初始位置中或者在所述初始位置附近靠近一个止挡，并由此能克服弹簧力被操作。
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