CN104085386A - 一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，包括阀体和电磁阀线圈组件，阀体中总风压力腔与进气通道相连通，制动压力腔与出气通道相连通，排气压力腔与排气通道相连通，总风压力腔和制动压力腔之间以及制动压力腔和排气压力腔之间为可控连通；通过电磁线圈组件控制供给阀组件以及排气活塞组件的开闭状态，供给阀组件与排气活塞组件的开闭状态控制所述总风压力腔、制动压力腔和排气压力腔的气压状态。本发明可根据不同车辆的制动特性，通过调节输入线圈电流以调整输出制动压力的大小，实现连续无级控制空气压力；该电空变换比例阀结构简单、灵敏、易于操作、适用性强，能够满足车辆的不同制动特性。

Description

一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀

技术领域

本发明涉及列车制动控制技术领域，更具体的说是一种用于轨道交通制动系统的电空变换比例阀。 

背景技术

制动系统是轨道交通车辆的关键系统之一，直接影响车辆的运营安全，常见的微机控制直通式电空制动系统中，主要由电子控制单元根据列车实时运行工况进行制动力计算，控制预控电子单元，输出预控压力，预控压力通过中继阀进行流量放大，输出所需要的制动压力，最终通过制动执行机构（制动夹钳或踏面单元）施加制动力，保证制动距离的要求，以及实现精确停车功能。预控电子单元的性能由于影响到预控压力的输出精度，最终直接影响到制动距离及精确停车功能，是制动系统的关键部件之一。 

通常的预控电子单元由充气电磁阀、排气电磁阀及压力传感器组成，电子控制单元通过控制充、排气电磁阀的动作，通过压力传感器的反馈，控制预控压力的大小。充、排气电磁阀需高速、连续的开闭，因此对充、排气电磁阀具有很高的可靠性要求，同时，由于充、排气电磁阀的流量、响应时间以及预控压力容积腔与控制策略均需要相互匹配，控制逻辑相对复杂。 

发明内容

本发明基于现有技术的特点，提出了一种适用现有电空制动系统技术特点的电空变换比例阀，实现预控电子单元的功能。其根据电子控制单元发出的电流信号，改变线圈中的励磁电流，控制电磁力的大小，继而转化为预控空气压力，从而对中继阀输出到制动缸的制动空气压力实现无级调节，从而保证轨道交通车辆的行车安全。其具有控制精确、快速，控制逻辑相对简单的特点。 

为实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案： 

一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：包括阀体组件和电磁阀线圈组件，其中：

所述阀体组件包括设置有进气通道、出气通道、排气通道、活动腔的阀体、供给阀组件、排气活塞组件；所述活动腔包括总风压力腔、制动压力腔和排气压力腔，总风压力腔与所述的进气通道相连通，制动压力腔与所述的出气通道相连通，排气压力腔与至所述的排气通道相连通，总风压力腔和制动压力腔之间为可控连通，制动压力腔和排气压力腔之间也为可控连通；所述供给阀组件包括供给阀、阀导承和阀衬套，所述的总风压力腔与制动压力腔的连通与否由供给阀与阀衬套的开闭状态控制；供给阀组件通过所述的阀导承保证供给阀的运动方向；所述排气活塞组件为中空筒状结构，其可在电磁阀线圈组件的作用下沿活动腔运动；所述供给阀组件与排气活塞组件的开闭状态控制所述总风压力腔、制动压力腔和排气压力腔的气压状态；所述电磁阀线圈组件包括线圈组件和设置于线圈组件内的活动铁芯，所述线圈组件控制所述活动铁芯的运动。

作为本发明的进一步改进，还包括设置于电磁线圈组件与排气活塞组件之间的弹簧座，所述电磁线圈组件的活动铁芯通过接触弹簧座与制动压力腔的输出压力平衡，调节输出压力值。 

作为本发明的进一步改进，所述制动压力腔和排气压力腔由设置在排气活塞组件与阀体之间的弹性密封件分隔。 

作为本发明的进一步改进，所述的总风压力腔内部设置有与所述的供给阀相连的弹性回复件，所述弹性回复件用于调整所述供给阀的位置。 

作为本发明的进一步改进，在所述的活动铁芯上设置有第一填隙片以控制排气活塞组件的行程，从而调整排气升程。 

作为本发明的进一步改进，所述的排气压力腔内部设置有与所述的弹簧座相连的弹性回复件，所述弹性回复件用于调整所述弹簧座的位置。 

作为本发明的进一步改进，在弹簧座上设置有第二填隙片，通过控制弹簧座的行程来控制供给阀的行程，从而调整供给升程。 

作为本发明的进一步改进，在所述的第二填隙片上与弹性回复件相接触的位置设置有第三填隙片调整弹性回复件的压缩距离，以调整弹性回复件的压缩力，从而调整输入输出特性。 

本发明的有益效果是： 

通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种能够根据实际情况调整输出不同的制动压力的电空变换比例阀，该电空变换比例阀是把电气指令变换为空气压力，可以连续无级控制空气压力，其输出输入特性的线性关系是直线；同时该电空变换比例阀结构简单、反应灵敏、易于操作和检修，能够安全可靠的帮助轨道交通车辆制动。

附图说明

图1是本发明用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀的结构示意图； 

图2是排气升程的大小和排气响应时间、供给响应时间的关系曲线图。

图中：1、阀体；2、弹性回复件；3、阀导承；4、供给阀；5、阀衬套；6、排气活塞组件；7、弹性密封件；8、弹簧座；9、波形膜板导承；10、线圈组件；11、活动铁芯；12、壳体；13、总风压力腔；14、制动压力腔；15、排气压力腔；16、第一填隙片；17、第二填隙片；18、第三填隙片；19、进气通道；20：出气通道；21、排气通道。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 

本发明一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，将电气指令变换为空气压力，其输入电流与输出压力是正比例关系，可以连续无级控制空气压力而控制制动缸的压力，从而完成轨道交通车辆的制动、保压和缓解等作用。该电空变换比例阀结构简单、灵敏、易于操作、适用性强，能够满足车辆的不同制动特性。 

本发明用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，包括阀体组件和电磁阀线圈组件，其中： 

阀体组件包括设置有进气通道19、出气通道20、排气通道21、活动腔的阀体1、供给阀组件、排气活塞组件6。活动腔包括总风压力腔13、制动压力腔14和排气压力腔15，总风压力腔13与进气通道19相连通，制动压力腔14与所述的出气通道20相连通，排气压力腔15与至少一条排气通道21相连通，总风压力腔13和制动压力腔14之间为可控连通，制动压力腔14和排气压力腔15之间也为可控连通。供给阀组件包括供给阀4、阀导承3和阀衬套5，总风压力腔13与制动压力腔14的连通与否由供给阀4与阀衬套5的开闭状态控制，供给阀组件通过阀导承3保证供给阀4的运动方向；排气活塞组件6为中空筒状结构，其可在电磁阀线圈组件的作用下沿活动腔运动；供给阀组件与排气活塞组件6的开闭状态控制总风压力腔13、制动压力腔14和排气压力腔15的气压状态。 

电磁阀线圈组件包括线圈组件10和设置于线圈组件10内的活动铁芯11，线圈组件10控制所述活动铁芯11的运动。 

进一步，该电空变换比例阀还包括设置于电磁线圈组件与排气活塞组件6之间的弹簧座8，电磁线圈组件的活动铁芯11通过接触弹簧座8与制动压力腔14的输出压力平衡，调节输出压力值。 

进一步，制动压力腔14和排气压力腔15由设置在排气活塞组件6与阀体1之间的弹性密封件7分隔。 

进一步，总风压力腔13内部设置有与供给阀4相连的弹性回复件2，弹性回复件2用于调整所述供给阀4的位置。 

进一步，在活动铁芯11上设置有第一填隙片16以控制排气活塞组件6的行程，从而调整排气升程。 

进一步，排气压力腔15内部设置有与弹簧座8相连的弹性回复件2，弹性回复件2用于调整弹簧座8的位置。 

进一步，在弹簧座8上设置有第二填隙片17以控制弹簧座8的行程，从而调整供给升程。 

进一步，在第二填隙片17上与弹性回复件2相接触的位置设置有第三填隙片18调整弹性回复件2的压缩距离，以调整弹性回复件2的压缩力，从而调整输入输出特性。 

图1显示的是本发明的电空变换比例阀的实施例的结构示意图，在本实施例中的电空变换比例阀包括设置有多条进气通道、出气通道和排气通道的阀体1，设置于阀体1内的供给阀组件、排气活塞组件6，与进气通道相连通的总风压力腔13，与出气通道相连通的制动压力腔14，与排气通道相连通的排气压力腔15，还包括控制阀体1内部动作的电磁线圈组件。总风压力腔13、制动压力腔14和排气压力腔15构成活动腔，三个压力腔随供给阀4和排气活塞组件6位置关系的不同，既能彼此相互分隔又能连通。通过活动铁芯11与制动压力腔14的空气压力作用平衡使排气活塞组件6、供给阀4在活动腔内来回滑动，从而使整个电空变换比例阀获得不同的作用状态。 

其中，电磁线圈组件包括活动铁芯11、线圈组件10、壳体12，通过线圈组件输入电流值控制活动铁芯11输出力值。活动铁芯11输出力作用到弹簧座8上，使供给阀组件和排气活塞组件6经过不同的作用位置，从而输出预定的压力值。 

其中，在排气压力腔15内部设置有用于协调所述的弹簧座8位置的弹性回复件2，该弹性回复件2为回复弹簧，该回复弹簧为弹簧座8提供回复平衡力。总风压力腔13内部设置有用于协调所涉的供给阀4位置的弹性回复件2，该弹性回复件2也为回复弹簧，该回复弹簧为供给阀4提供回复平衡力。 

其中，制动压力腔14和排气压力腔15由设置在排气活塞组件6与阀体1之间连接的弹性密封件7和波形膜板导承9分隔。该弹性密封件7优选为橡胶密封件，该橡胶密封件分别嵌装在波形膜板导承9与排气活塞组件6之间。这样，即保证了排气活塞组件6上下活动的范围，又有效防止了由于排气活塞组件6在活动腔内的移动导致密封效果的丧失。 

其中，活动腔内还设有供给阀组件，该供给阀组件包括供给阀4、阀导承3、阀衬套5，且该供给阀组件在一个活动腔内分隔出总风压力腔13，总风压力腔13与制动压力腔14是否连通通过供给阀4与阀衬套5的闭合与否控制。制动压力腔14和排气压力腔15是否连通通过供给阀4与排气活塞组件6的闭合与否控制。 

其中，由于制造和装配原因，该电空变换比例阀内零部件的配合会有误差，为保证输出压力的准确性和稳定性，在活动铁芯11上可增减第一填隙片16以控制排气活塞组件的行程达到调整排气升程的目的；在弹簧座8上可增减第二填隙片17以控制弹簧座8的行程到达调整供给升程的目的；在供给升程填隙片上增减第三填隙片18调整弹性回复件2的压缩距离，以调整弹性回复件2的压缩力，从而达到调整输入电流与输出压力特性的目的。 

为了保证整个电空变换比例阀的作用性能和稳定性，在阀体1和电磁线圈组件中设置多个相互连接的卡接组件。同时，该电空变换比例阀还包括用于固定其整体结构的固定装置，该固定装置包括至少一个螺栓和一个螺母。 

这样，电空变换比例阀通过电磁线圈组件10输入的电流不同输出不同的气压，从而使电空变换比例阀可以连续无级控制空气压力。 

本发明的电空变换比例阀具有三种工作位置：供给位置、重叠位置和排气位置。 

供给位置：按照电气指令线圈组件10励磁，活动铁芯11作用在弹簧座8上使排气活塞组件6上升。排气活塞组件6在上升行程中先使排气活塞组件6上端接触到供给阀4上，关闭排气孔，之后将供给阀4推上。为此供给阀4离开阀衬套5供给阀座，总风压力腔13的空气流入制动压力腔14作为制动输出压力输出。 

重叠位置：制动压力腔14的压力空气作用在弹性密封件7上，当制动压力腔14大于或等于电气指令的压力时，压下弹性密封件7及排气活塞组件6，供给阀4也同时下降。在排气活塞组件6的排气孔为关闭的状态（供给阀4落座于排气活塞组件6上的状态）情况下，供给阀4落座到阀衬套供给阀座，关闭总风压力腔13与制动压力腔14的通路成为重叠位置。 

排气位置：在重叠位置时，当指令电流减小线圈组件10的输出，由于活动铁芯11的作用力比制动压力腔14作用于弹性密封件7的压力小，排气活塞组件6被推下离开了供给阀4，制动压力腔14的空气通过排气活塞组件6内的通路以及排气通路向大气排出。 

在该电空变换比例阀达到重叠位置后，指令电流增加线圈组件10的输出，活动铁芯11顶着排气活塞组件6，抵消作用于弹性密封件7的压力，将排气活塞组件6推上，产生如前所述的供给位置作用，供给空气经作用压力腔14输出。当输出压力达到相当于指令电流的压力时，供给通路关闭再次成为重叠位置。 

在重叠位置时，如果输出管路发生泄漏，制动压力腔14压力降低，线圈组件10引起活动铁芯向上方向的力大于由于制动压力腔14的空气压力引起的向下方向的力，供给阀4通过排气活塞组件6被活动铁芯11向上推起，直到制动压力腔14的压力达到规定值为止，这样进行自动补给，成为重叠位置。 

在重叠位置时，如果指令电流减少线圈组件10的电流输出，由于线圈组件10引起活动铁芯11向上方向的力小于由于制动压力腔14的空气压力引起的向下方向的力，排气活塞组件6被推下离开了供给阀4，制动压力腔14的空气通过排气活塞组件6内的通路以及排气通路排向大气。制动压力腔14的压力下降到相当于指令电流的压力后，排气活塞组件6上升，排气阀座座入供给阀4。关闭排气通路成为重叠位置。指令电流变为0时线圈组件10的输出也为0，排气活塞组件6依靠作用于弹性密封件7的压力向下滑动，排气阀座离开供给阀4。为此，制动压力腔14的压力空气通过排气活塞组件6内的通路连接到排气管路与大气相通。 

排气升程，在所述的活动铁芯11和所述的弹簧座8之间放入填隙片使活动铁芯置于松弛后测量排气升程，排气升程的大小会影响排气响应时间和供给响应时间如图2所示，排气升程小，则其排气时间t2会变长，排气升程大，则其供给充气时间t1会变长。优先调节排气升程，其排气升程应在0.70mm±0.1mm以内。供给升程在所述的弹簧座8与所述活动腔内的限位器之间适当选择填隙片，测量供给升程，由于供给升程的的大小会影响阀的输入输出特性，供给升程调节优先输入输出特性调节，供给升程因在0.6mm到0.8mm之间。输入输出特性，在所述的供给升程填隙片与回复弹簧之间增减填隙片调整弹性回复组件的压缩力，而调节输入电流值与输出压力之间的关系，从而达到调整输入输出特性的目的。因此，其调节顺序为：排气升程调节→供给升程调节→输入输出特性调节。 

为了保证电空变换比例阀的稳定性和牢固程度，该电空变换比例阀中包括多个相互连接的卡接组件，具体包括电磁线圈组件与阀体，这两个组件还配备有用于固定其整体结构的固定装置，该固定装置包括螺栓、螺母以及设置在卡接组件上的螺纹孔。 

在所述电空变换比例阀处于供给位置时，使用该阀的轨道交通制动系统处于制动位，在所述的电空变换比例阀处于重叠位置时，使用该阀的轨道交通制动系统处于保压位，在所述的电空变换比例阀处于排气位置时，使用该阀的轨道交通制动系统处于缓解位。制动控制器通过该电空变换比例阀控制轨道交通制动系统的制动、保压、缓解位。 

通过采用上述的技术方案，本发明提供了一种其控制形式为开环控制的将制动控制器发来的电流指令转换为空气压力，从而控制中继阀的供、排气，可以连续无级控制其空气压力，其输出输入特性的线性关系是直线。其输出的空气压力易于精确、快速控制，从而帮助完成轨道交通车辆的制动、保压和缓解等作用。同时，该阀结构简单，内部易损易耗件少，使用时安装方便，便于维护和检修。 

以上所述的实例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

Claims (10)

1.一种用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：包括阀体组件和电磁阀线圈组件，其中：

所述阀体组件包括设置有进气通道（19）、出气通道（20）、排气通道（21）、活动腔的阀体（1）、供给阀组件、排气活塞组件（6）；所述活动腔包括总风压力腔（13）、制动压力腔（14）和排气压力腔（15），总风压力腔（13）与所述的进气通道（19）相连通，制动压力腔（14）与所述的出气通道（20）相连通，排气压力腔（15）与所述的排气通道（21）相连通，总风压力腔（13）和制动压力腔（14）之间为可控连通，制动压力腔（14）和排气压力腔（15）之间也为可控连通；所述供给阀组件包括供给阀（4）、阀导承（3）和阀衬套（5），所述的总风压力腔（13）与制动压力腔（14）的连通与否由供给阀（4）与阀衬套（5）的开闭状态控制；供给阀组件通过所述的阀导承（3）保证供给阀（4）的运动方向；所述排气活塞组件（6）为中空筒状结构，其可在电磁阀线圈组件的作用下沿活动腔运动；所述供给阀组件与排气活塞组件（6）的开闭状态控制所述总风压力腔（13）、制动压力腔（14）和排气压力腔（15）的气压状态；

所述电磁阀线圈组件包括线圈组件（10）和设置于线圈组件（10）内的活动铁芯（11），所述线圈组件（10）控制所述活动铁芯（11）的运动。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：还包括设置于电磁线圈组件与排气活塞组件（6）之间的弹簧座（8），所述电磁线圈组件的活动铁芯（11）通过接触弹簧座（8）与制动压力腔（14）的输出压力平衡，调节输出压力值。

3.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：所述制动压力腔（14）和排气压力腔（15）由设置在排气活塞组件（6）与阀体（1）之间的弹性密封件（7）分隔。

4.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在所述的总风压力腔（13）内部设置有与所述的供给阀（4）相连的弹性回复件（2），所述弹性回复件（2）用于调整所述供给阀（4）的位置。

5.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在所述的活动铁芯（11）上设置有第一填隙片（16）以控制排气活塞组件（6）的行程，从而调整排气升程。

6.根据权利要求2所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在所述的排气压力腔（15）内部设置有与所述的弹簧座（8）相连的弹性回复件（2），所述弹性回复件（2）用于调整所述弹簧座（8）的位置。

7.根据权利要求2所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在弹簧座（8）上设置有第二填隙片（17），通过控制弹簧座（8）的行程来控制供给阀的行程，从而调整供给升程。

8.根据权利要求7所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在所述的第二填隙片（17）上与弹性回复件（2）相接触的位置设置有第三填隙片（18）调整弹性回复件（2）的压缩距离，以调整弹性回复件（2）的压缩力，从而调整输入输出特性。

9.根据权利要求2所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：所述制动压力腔（14）和排气压力腔（15）由设置在排气活塞组件（6）与阀体（1）之间的弹性密封件（7）分隔；在所述的总风压力腔（13）内部设置有与所述的供给阀（4）相连的弹性回复件（2），所述弹性回复件（2）用于调整所述供给阀（4）的位置；在所述的排气压力腔（15）内部设置有与所述的弹簧座（8）相连的通过弹性回复件（2）相连，所述的弹性回复件（2）用于调整所述弹簧座（8）的位置。

10.根据权利要求9所述的用于轨道交通车辆制动系统的电空变换比例阀，其特征在于：在所述的活动铁芯（11）上设置有第一填隙片（16）以控制排气活塞组件（6）的行程，从而调整排气升程；在弹簧座（8）上设置有第二填隙片（17）以控制弹簧座（8）的行程，从而调整供给升程；在所述的第二填隙片（17）上与弹性回复件（2）相接触的位置设置有第三填隙片（18）调整弹性回复件（2）的压缩距离，以调整弹性回复件（2）的压缩力，从而调整输入输出特性。