CN103465928A - 铁路货车停车制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路货车停车制动器，包括蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构，蓄能缸组成包括蓄能缸体、活塞、蓄能弹簧和空心活塞杆。伸缩式拉杆机构包括与空心活塞杆相连的棘爪支座，设置在棘爪支座上的棘轮螺母套和棘爪组件，棘爪组件与棘轮螺母套的棘轮抵接啮合，棘轮螺母套的螺孔中设置有与其螺纹配合的螺杆，螺杆的外侧端与拉杆头相连，拉杆头在使用状态下直接或者通过杠杆与列车基础制动装置中的手制动杠杆相连。其结构简单紧凑，维护检修方便，应用安全可靠，其在不影响列车正常行车、制动和缓解功能的同时，能够自动释放、使用停车制动，可在恶劣运行环境下替代传统的手制动机和蓄能制动机，节省人力成本和时间，并提高安全可靠性。

Description

铁路货车停车制动器

技术领域

本发明涉及铁路货车停车制动技术，具体地指一种铁路货车停车制动器。

背景技术

在铁路货车运输过程中，当车辆正常停车或因出现故障、脱轨，需要停驻在轨道、货场或者检修车间时，为了保证工作人员安全，必须在一定数量的车辆上实施停车制动。停车制动是铁路货车的一种辅助备用制动技术，用于在空气制动力消除后，使车辆继续保持制动力，防止车辆在轨道上移动而引起安全事故。

传统的铁路货车停车制动方式主要是采用手制动装置实现的，该装置通过转动手轮或摆动连接于铁路货车手制动机构上的棘轮手柄等，将制动力施加于铁路货车的车轮踏面上。使用时操作者必须转动手轮、摆动棘轮手柄等至少一定角度，以保证机构能够啮合停车制动。其优点是结构简单，具有制动、缓解和调力功能，通过增加动滑轮或辅助杠杠，可以适应不同停车制动力的需要。但其也存在较大的缺陷：其一，列车制动力的大小取决于操作者的力量大小，受人为因素影响难以控制，导致整列车辆的制动力不一致；其二，对操作者依赖程度高，存在操作者在车辆运行前忘记施加制动缓解或误操作的情况，导致轮瓦间没有脱开或脱开不充分，造成车辆踏面擦伤等安全隐患；其三，对于整列车辆而言，需要逐一进行制动停车或制动缓解的手动操作，费时费力，工作效率十分低下。

近年来，随着铁路运输线路的快速发展，车辆运输时出现坡度的线路大幅增加。而坡度线路停车制动如天窗检修、下坡道停驻等的安全性对铁路货车至关重要，下坡道的最大坡度对列车的制动限速和停车制动安全性有直接影响，由于列车制动缸存在微量漏泄现象，在-13‰坡道停车制动时可保持35min以上，尚能够保证停车安全，但在-18‰坡道停车制动时，并不能保证绝对安全。故对列车制动缸补气，并在其制动力不足时代替列车制动缸实施制动就成为非常重要的措施，以上功能传统上是由手制动装置实现的。但基于坡度线路易造成的安全隐患、以及整列车辆停止后要逐车实施手制动，将耗费很大的人力成本和时间成本，且部分线路区域气温高达40～50℃，采用人工逐辆实施停车制动基本上是不可行的。

为了解决上述问题，铁路科研人员一直在探寻可以替代手制动操作的停车制动装置，已经开发出了多种采用蓄能制动方式或锁紧保持制动方式的停车制动器。停车制动器根据其蓄能部分的机械结构不同又分为独立式或集成式两类：独立式停车制动器是采用蓄能原理做成一个单独的停放制动缸并通过杠杆传递作用到基础制动装置，典型代表有我国在早期8k型电力机车上采用法国SAB公司研制的FSS216G型弹簧止轮器等。集成式停车制动器是采用锁紧、蓄能等原理将停车制动机构和列车制动缸及基础制动装置有机地紧密集成在一起，用在机车、地铁、动车组和地铁等空间比较紧张的车辆上，主要代表有国内外机车及地铁车辆上普遍采用的XFD型和PEC7型踏面制动单元弹簧停车制动装置。

由于集成式停车制动装置存在如下几方面的不足：一是原理结构复杂、产品工艺制造要求很高；二是锁紧机构发生故障时，影响列车的风制动系统，增加了行车的不安全因素；三是要结合列车制动缸开发，难度很大。故采用蓄能原理的独立式停车制动器就成为一种可靠的选择。

蓄能制动的作用原理是利用压力空气压缩弹簧储蓄能量，弹簧伸长时释放能量（如弹簧力），从而作用到转向架基础制动装置上转化为停车制动力。弹簧的压缩和伸长采用空气控制，因此可将停车制动装置纳入列车空气制动控制系统中，大为方便操纵工作。

随着铁路机车车辆技术的不断发展，对铁路货车也提出了更高的要求。目前，铁路货车的基础制动装置普遍采用踏面制动单元，踏面制动单元采用弹簧蓄能式停车制动器为车辆提供停车制动力，弹簧在充分供气时蓄积能量，在停止供气时应用于停车时的制动。与手制动装置相比，由于不依靠操作者的力量大小，可提供稳定持续的制动力，能有效防止车辆误操作而带来的安全隐患。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种结构简单紧凑、维护检修方便、应用安全可靠、且在不影响列车正常行车、制动和缓解功能的同时，能够自动释放、使用停车制动的铁路货车停车制动器。其可在恶劣运行环境下替代手制动机的驻车制动功能，使编组列车长时间停车时不依赖手制动，节省人力成本和时间，并提高安全可靠性。

为实现上述目的，本发明所设计的铁路货车停车制动器，主要由蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构组合而成。其中：

所述蓄能缸组成包括蓄能缸体和蓄能缸盖，所述蓄能缸体底部设置有充排气法兰接头，所述蓄能缸体内设置有活塞，所述活塞底部垫板与蓄能缸盖之间设置有蓄能弹簧，所述活塞底部中央与空心活塞杆的一端相连，所述空心活塞杆的另一端伸出蓄能缸盖之外。

所述伸缩式拉杆机构包括棘爪支座，所述棘爪支座与空心活塞杆的另一端相连，所述棘爪支座与空心活塞杆同轴的纵向通孔中设置有可旋转的棘轮螺母套，所述棘爪支座与空心活塞杆垂直的横向通孔中设置有可伸缩的棘爪组件，所述棘爪组件通过复位弹簧与棘轮螺母套的棘轮抵接啮合，所述棘轮螺母套的螺孔中设置有与其螺纹配合的螺杆，所述螺杆的内侧端伸入至空心活塞杆中，所述螺杆的外侧端与拉杆头相连，所述拉杆头在使用状态下直接或者通过杠杆与列车基础制动装置中的手制动杠杆相连。

作为优选方案，所述棘爪支座通过连接销与空心活塞杆的另一端可拆卸式连接。这样，可以容易地对蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构进行安装和拆卸，便于加工制造和维护维修。

进一步地，所述棘轮螺母套的内侧端外壁支承在空心活塞杆内腔中的一对轴承轴套组件上。这样，可以确保棘轮螺母套在空心活塞杆内腔中的灵活自如旋转。

进一步地，所述棘轮螺母套的外侧端内腔中设置有与螺杆杆身相配合的端面密封导向组件。这样，既可以对螺杆形成有效支撑，又可以保证密封效果良好。

更进一步地，所述螺杆杆身上设置有螺杆挡圈，所述螺杆挡圈可与棘轮螺母套的外侧端抵接配合。这样，可以将螺杆的轴向移动距离控制在设计范围内，避免其过度移动对拉杆头及其他部件产生过大的拉力，确保停车制动力在合理数值。

更进一步地，所述棘轮螺母套的外侧端外壁设置有可与扳手或撬棍手动配合的操作柄。操作柄优化设置有3个，沿周向120°均匀布置。这样，可以通过手动顺时针或逆时针旋转棘轮螺母套，控制螺杆相对于空心活塞杆伸缩，以实现手动停车制动或缓解。

再进一步地，所述螺杆的外侧端通过螺纹配合与拉杆头可拆卸式连接。这样，可以容易地对其进行拆装更换，提高装配效率。

再进一步地，所述棘爪支座与棘轮螺母套之间设置有密封圈组件，以阻止灰尘侵入其中，延长棘轮螺母套的使用寿命。

本发明的铁路货车制动器采用弹簧蓄能原理，将蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构有机地组合为一体，从整体结构上看是一个带有伸缩式拉杆的制动缸，但制作成两截可拆卸式套在一起，一截为蓄能缸体、活塞和空心活塞杆等部件，另一截为带手动控制和旋转机构的棘轮螺母套、螺杆、拉杆头等部件，两截拆卸和安装极为便利。螺杆和棘轮螺母套的螺纹可设计为多头的非自锁螺纹，实现正向或反向自动调整功能。如果转动棘轮螺母套，螺杆就会因旋转方向不同而伸出或缩回，且通过手动操作缓解后螺杆可自动缩回。其工作原理如下：

车辆在正常运行时，列车主风管向本发明的停车制动器充气，压缩空气从蓄能缸体的充排气法兰接头进入，推动活塞压缩蓄能弹簧，积蓄能量，并使空心活塞杆伸出，同时带动与其相连的拉杆头也伸出，此时拉杆头与列车基础制动装置中的手制动杠杆处于松配合状态，对列车基础制动装置不生产作用，列车基础制动装置处于缓解状态。

车辆在停车制动时，向外排出蓄能缸体内的压力空气，蓄能弹簧在自身弹力的作用下伸长，释放能量，其活塞及空心活塞杆缩回，带动与其相连的拉杆头也缩回，再通过拉杆头带动列车基础制动装置中的手制动杠杆，使闸瓦贴靠车轮，实现全列车的停车制动，并保持停车制动力恒定。车辆停车制动期间，需要移动车辆时，可通过手动操作伸缩式拉杆机构，实现车辆制动缓解。直接对蓄能缸体充气缓解，也可实现自动复位。

本发明的优点主要体现在如下几方面：

其一，结构简单、组合方便、原理可靠，借助少量列车用风即可自动实现停车制动及缓解功能。

其二，不受列车原有风制动装置限制，也不影响列车正常行车、制动和缓解功能，全列车停车制动力力由机械控制，可保持高度一致。即使列车制动缸存在少量泄漏，仍能保持停车制动力恒定。

其三，无须依赖操作者的记忆，能有效防止车辆误操作，避免因车辆未缓解而行车造成的车轮踏面擦伤。

其四，编组列车长时间停车可不依赖手制动，大幅缩短停车制动的时间，节省人力成本，提高停车制动的安全性。

其五，功能齐全，可满足放风制动和充风缓解，手动缓解和手动制动，手动缓解和自动充风制动三种工况的使用要求。

其六，适用于国内外各种类型的铁路货车，能与现有主型空气控制阀制动系统适配，实现与现有车辆的混编。

其七，检修维护容易，可大幅缩短检修时间，加快车辆周转率。同时可提高列车因故障停车后的操作时间，缩短列车运行间隔时间。

附图说明

图1为本发明铁路货车停车制动器的剖视结构示意图。

图2为图1中蓄能缸组成的剖视结构示意图。

图3为图1中伸缩式拉杆机构的剖视结构示意图。

图4为图1中棘爪支座的剖视结构示意图。

图5为图1中棘爪组件的结构示意图。

图6为图1中棘轮螺母套的剖视结构示意图。

图7为图6的左视结构示意图。

图8为图1所示停车制动器处于缓解位的结构示意图。

图9为图1所示停车制动器处于制动位的结构示意图。

图10为图1所示停车制动器处于手动缓解位的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1～7所示，本发明的铁路货车停车制动器，主要由蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构两部分组合而成。各部分结构分述如下：

蓄能缸组成具有蓄能缸体49和蓄能缸盖46，蓄能缸体49底部设置有充排气法兰接头52，蓄能缸体49内设置有活塞51，活塞51的设计行程为160mm，活塞51底部垫板与蓄能缸盖46之间设置有蓄能弹簧47，活塞51底部中央与空心活塞杆50的一端相连，空心活塞杆50的另一端伸出蓄能缸盖46之外。

伸缩式拉杆机构具有棘爪支座54，棘爪支座54通过连接销45与空心活塞杆50的另一端可拆卸式连接。棘爪支座54与空心活塞杆50同轴的纵向通孔中设置有可旋转的棘轮螺母套55，棘爪支座54与棘轮螺母套55之间设置有密封圈组件58。棘轮螺母套55的内侧端支承在空心活塞杆50内腔中的一对轴承轴套组件53上，轴承轴套组件53中的轴承为结构稳定可靠的圆锥滚子轴承。棘轮螺母套55的外侧端内腔中设置有与螺杆48杆身相配合的端面密封导向组件57。棘爪支座54与空心活塞杆50垂直的横向通孔中设置有可伸缩的棘爪组件44，棘爪组件44通过复位弹簧43与棘轮螺母套55的棘轮抵接啮合。棘轮螺母套55的螺孔中设置有与其螺纹配合的螺杆48，螺杆48的内侧端伸入至空心活塞杆50中，螺杆48的外侧端通过螺纹配合与拉杆头41可拆卸式连接，拉杆头41在使用状态下直接或者通过杠杆与列车基础制动装置中的手制动杠杆相连。

在螺杆48上还设置有螺杆挡圈42，螺杆挡圈42可与棘轮螺母套55的外侧端抵接配合，从而限制其轴向移动的范围。在棘轮螺母套55的外侧端外壁还设置有可与扳手或撬棍手动配合的操作柄56，操作柄56优化配置有3个，沿周向120°均匀布置。需要时，通过扳手或撬棍顺时针或逆时针旋转操作柄56，使棘轮螺母套55也相应旋转，即可控制螺杆48相对于空心活塞杆50伸缩，以实现停车制动器的手动停车制动或缓解。

如图8～10所示，本发明停车制动器的工作过程分为三个工况，第一是充风缓解和放风制动时的工况，第二是手动缓解和手动制动时的工况，第三是充风使螺杆自动缩回和放风制动时的工况，现分别阐述如下：

一、充风缓解和放风制动

1、初始状态时，蓄能缸体49内的空气压力为0kPa，此时蓄能缸体49内的蓄能弹簧47将活塞51推向蓄能缸体49底部，空心活塞杆50缩回，带动螺杆48和拉杆头41一起缩回，停车制动器处于制动位（见图9），此时拉杆头41给列车基础制动装置中的手制动杠杆施加一个拉力，再通过杆系传递到刹车闸瓦上，对车轮踏面施加停车制动力。

2、通过充排气法兰接头52将蓄能缸体49内的空气压力充至设计值（例如400kPa时），此时活塞51带动空心活塞杆50从制动位推出160mm，使停车制动器处于缓解位（见图8）。

3、放风排出蓄能缸体49内的空气压力至0kPa，蓄能弹簧47重新将活塞51推向蓄能缸体49底部，空心活塞杆50复位，带动螺杆48和拉杆头41一起缩回，使停车制动器恢复到制动位（见图9）。

二、手动缓解和手动制动

1、提起棘爪支座54上的棘爪组件44，使其与棘轮螺母套55的棘轮脱开，手动顺时针旋转棘轮螺母套55，使螺杆48和拉杆头41向外伸出棘轮螺母套55，当螺杆48伸出160mm时，停车制动器处于手动缓解位，此时活塞51底部与蓄能缸体49底部接触（见图10）。

2、放下棘爪组件44，使其在复位弹簧43的作用下与棘轮螺母套55的棘轮重新啮合，即可锁定手动缓解位。

3、需要手动制动时，用扳手或撬棍手动逆时针旋转棘轮螺母套55上的操作柄56，使螺杆48和拉杆头41缩回空心活塞杆50，当螺杆48缩回到初始位置时，停车制动器重新回到制动位（见图9），此时活塞51在蓄能缸体49底部。

三、充风使螺杆自动缩回和放风制动

1、在手动缓解位时，通过充排气法兰接头52将蓄能缸体49内的空气压力充至设计值（例如400kPa时），使活塞51带动空心活塞杆50推出，此时棘轮螺母套55单向逆时针旋转，螺杆48缩回到空心活塞杆50中（见图8）；

2、放风排出蓄能缸体49内的空气压力至0kPa，蓄能弹簧47重新将活塞51推向蓄能缸体49底部，空心活塞杆50复位，此时由于棘爪组件44的阻挡，棘轮螺母套只能单向顺时针旋转，螺杆48此时不能伸出空心活塞杆50，只能跟随空心活塞杆50一起缩回，使停车制动器恢复到制动位（见图9）。

本发明将一套由棘爪支座54、棘爪组件44、棘轮螺母套55和螺杆48等部件构成的伸缩式拉杆机构与蓄能缸组成有机地结合在一起，使停车制动器不仅具有风控制动和缓解的功能，而且具有手动制动和缓解的功能，同时还具有手动缓解后螺杆自动缩回的功能。其结构简单，拆装方便，维护容易，使用安全可靠。其不依靠操作者力量的大小，使整列车的停车制动力均匀一致，有效减轻了现场操作工人的劳动强度，可在恶劣运行环境下替代传统的各种停车制动装置，实现可靠的驻车制动。

Claims (10)

1.一种铁路货车停车制动器，主要由蓄能缸组成和伸缩式拉杆机构组合而成，其特征在于：

所述蓄能缸组成包括蓄能缸体（49）和蓄能缸盖（46），所述蓄能缸体（49）底部设置有充排气法兰接头（52），所述蓄能缸体（49）内设置有活塞（51），所述活塞（51）底部垫板与蓄能缸盖（46）之间设置有蓄能弹簧（47），所述活塞（51）底部中央与空心活塞杆（50）的一端相连，所述空心活塞杆（50）的另一端伸出蓄能缸盖（46）之外；

所述伸缩式拉杆机构包括棘爪支座（54），所述棘爪支座（54）与空心活塞杆（50）的另一端相连，所述棘爪支座（54）与空心活塞杆（50）同轴的纵向通孔中设置有可旋转的棘轮螺母套（55），所述棘爪支座（54）与空心活塞杆（50）垂直的横向通孔中设置有可伸缩的棘爪组件（44），所述棘爪组件（44）通过复位弹簧（43）与棘轮螺母套（55）的棘轮抵接啮合，所述棘轮螺母套（55）的螺孔中设置有与其螺纹配合的螺杆（48），所述螺杆（48）的内侧端伸入至空心活塞杆（50）中，所述螺杆（48）的外侧端与拉杆头（41）相连，所述拉杆头（41）在使用状态下直接或者通过杠杆与列车基础制动装置中的手制动杠杆相连。

2.根据权利要求1所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述棘爪支座（54）通过连接销（45）与空心活塞杆（50）的另一端可拆卸式连接。

3.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述棘轮螺母套（55）的内侧端外壁支承在空心活塞杆（50）内腔中的一对轴承轴套组件（53）上。

4.根据权利要求3所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述轴承轴套组件（53）中的轴承为圆锥滚子轴承。

5.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述棘轮螺母套（55）的外侧端内腔中设置有与螺杆（48）杆身相配合的端面密封导向组件（57）。

6.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述螺杆（48）杆身上设置有螺杆挡圈（42），所述螺杆挡圈（42）可与棘轮螺母套（55）的外侧端抵接配合。

7.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述棘轮螺母套（55）的外侧端外壁设置有可与扳手或撬棍手动配合的操作柄（56）。

8.根据权利要求7所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述操作柄（56）设置有3个，沿周向120°均匀布置。

9.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述螺杆（48）的外侧端通过螺纹配合与拉杆头（41）可拆卸式连接。

10.根据权利要求1或2所述的铁路货车停车制动器，其特征在于：所述棘爪支座（54）与棘轮螺母套（55）之间设置有密封圈组件（58）。

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