发明内容
本发明的目的是提供一种轨道车辆制动缸压力控制装置,能够精确地控制轨道车辆制动缸的压力,其适用于机车、动车组、城际列车及地铁等轨道车辆。本发明的另一目的是提供一种轨道车辆制动缸压力控制装置的控制方法。
为解决上述技术问题,本发明提供一种轨道车辆制动缸压力控制装置,包括气动阀和安装于其上的常开阀和常闭阀,所述气动阀包括:阀体、设置于所述阀体两端的第一空腔和第二空腔、设置于所述阀体中央的活塞和阀杆、设置于第一空腔和第二空腔内的对中活塞,所述阀体上设置有控制风源口、进风口、制动缸口及大气口;所述活塞与所述阀杆柱塞式连接,所述控制风源口分别与所述常开阀和所述常闭阀输入口相连,所述常开阀输出口与所述第一空腔相连,所述常闭阀输出口与所述第二空腔相连;所述对中活塞呈环状,内壁可滑动地包裹住所述活塞的端部和所述阀杆的端部,外壁与所述第一空腔和所述第二空腔内壁滑动连接;所述进风口、制动缸口及大气口紧贴并环绕所述阀杆并列设置,并互相隔离,且所述制动缸口位于三者中间,所述阀杆上设置有用于导通所述进风口与所述制动缸口、所述大气口与所述制动缸口或单独导通所述制动缸口的沟槽。
优选地,所述常开阀和所述常闭阀为电磁阀。
优选地,所述活塞端部设置于所述第一空腔内,所述阀杆端部设置于所述第二空腔内,所述对中活塞内壁与所述活塞端部和所述阀杆端部的外表面紧密贴合并滑动连接。
优选地,所述第一空腔与所述活塞端部相对的内壁上设置有缓冲垫,所述第二空腔与所述阀杆端部相对的内壁上设置有缓冲垫。
优选地,所述第一空腔与所述第二空腔内壁均设置有衬套,所述对中活塞外壁与所述衬套内壁滑动连接。
优选地,所述活塞与所述阀杆之间设置有保压弹簧。
优选地,所述沟槽为环形沟槽,设置在所述阀杆中央位置。
优选地,所述进风口与所述制动缸口之间、所述大气口与所述制动缸口之间设置有隔套,所述进风口与所述制动缸口通过所述隔套隔离,所述大气口与所述制动缸口通过所述隔套隔离。
优选地,所述隔套内设置有双向密封圈,所述进风口与所述制动缸口通过所述双向密封圈互相气密封,所述大气口与所述制动缸口通过所述双向密封圈互相气密封。
本发明还提供一种轨道车辆制动缸压力控制装置的控制方法,包括步骤:
将常开阀关闭,常闭阀开启,使控制风源通过控制风源口分别进入到第一空腔和第二空腔,通过对中活塞使活塞和阀杆处于阀体中央位置,使沟槽单独导通制动缸口,制动缸保压;
将常开阀关闭,常闭阀关闭,使控制风源通过控制风源口进入到第一空腔,并使第二空腔内的控制风源通过控制风源口排出,以使活塞推动阀杆移动至沟槽导通进风口和制动缸口,制动缸充风;
将常开阀开启,常闭阀开启,使控制风源通过控制风源口进入到第二空腔,并使第一空腔内的控制风源通过控制风源口排出,以使阀杆推动活塞移动至沟槽导通大气口和制动缸口,制动缸排风。
本发明所提供的轨道车辆制动缸压力控制装置,包括气动阀和安装在其上的常开阀和常闭阀。其中,气动阀包括阀体和设置在左右两端的第一空腔和第二空腔,设置在第一空腔和第二空腔内的对中活塞。阀体上设置有控制风源口、进风口、制动缸口以及大气口。其中,活塞和阀杆采用柱塞式连接。控制风源口通过风道分别与常开阀和常闭阀的输入口相连,然后两者的输出口分别与第一空腔和第二空腔相连。而进风口、制动缸口及大气口是气动阀与制动缸交互的接口,三者并列分布,其中制动缸口位于三者中间,并且两两互相隔离,互不相通,另外,三者都环绕阀杆,且与阀杆的外表面紧密贴合。在阀杆上设置有沟槽,这样在阀杆受控移动的时候就能有选择性地通过沟槽将进风口、制动缸口或大气口导通。设置在第一空腔和第二空腔内的对中活塞,将活塞和阀杆的端部包裹住,其内壁与活塞和阀杆滑动连接,其外壁与第一空腔和第二空腔的内壁滑动连接。在第一空腔和第二空腔内都有风压时,活塞和阀杆在对中活塞的带动下同时往阀体中央位置运动,在对中活塞运动到空腔壁时停止,此时活塞和阀杆受力平衡,停止在中央位置,阀杆上的沟槽正好对准制动缸口。
在需要保压时,将常闭阀开启,然后控制风源口引入控制风源到第二空腔,再将常开阀关闭,然后控制风源口引入控制风源到第一空腔,由于第一空腔和第二空腔都有风压,所以活塞和阀杆在风压的作用下向中央位置靠拢,然后通过对中活塞的限制,使阀杆上的沟槽准确地对准制动缸口。此时,由于控制缸内的风不与其余通风口相通,因此制动缸内风压不变,制动缸保压;
在需要充风时,将常闭阀关闭,然后控制风源口排出第二空腔的风压,再将常开阀关闭,然后控制风源口引入控制风源到第一空腔,由于第一空腔内有风压而第二空腔内无风压,所以活塞在风压作用下推动阀杆往第二空腔方向移动,一直到阀杆上的沟槽将进风口和制动缸口导通为止。此时,由于进风口和制动缸口导通,并且进风口压力大于制动缸内压力,因此外界风源由进风口通过制动缸口进入制动缸,为制动缸充风;
在需要排风时,将常开阀开启,然后控制风源口排出第一空腔的风压,再将常闭阀开启,然后控制风源口引入控制风源到第二空腔,由于第二空腔内有风压而第一空腔内无风压,所以活塞在风压作用下推动阀杆往第一空腔方向移动,一直到阀杆上的沟槽导通大气口和制动缸口为止。此时,由于大气口和制动缸口导通,并且制动缸内压力大于大气压力,因此制动缸内的风就由制动缸口通过大气口排出到外界,为制动缸排风。
另外,需要说明的是,本发明提供的轨道车辆制动缸压力控制装置,适用于机车、动车组、城际列车及地铁等轨道车辆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通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。
请参考图1,图1为本发明所提供的第一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明第一种实施例中,制动缸压力控制装置的控制主体是控制阀。其中,控制阀包括常开阀1和常闭阀2。
优选地,常开阀1和常闭阀2为电磁阀,当然若是机械阀或液压阀也可以采用。
常开阀1,设置在阀体3上。“常开”是指,该阀在关闭状态下,输入口与输出口的气路是相通的,在开启状态下,输入口与输出口的气路反而截止。一般地,常开阀1为两位四通阀,任意一位中其中一通连接输入口与输出口,另一通连接输入口与大气。因此,常开阀1在关闭状态下,输入口与输出口相通,而开启状态下,输入口截止,输出口与大气相通。
常闭阀2,设置在阀体3上,一般地,与上述常开阀1并列设置在阀体3上两端位置。“常闭”是指,该阀在关闭状态下,输入口与输出口的气路是截止的,在开启状态下,输入口与输出口的气路才相通。一般地,常闭阀2为两位四通阀,任意一位中其中一通连接输入口与输出口,另一通连接输入口与大气。因此,常闭阀2在关闭状态下,输入口截止,输出口与大气相通,而开启状态下,输入口与输出口相通。这与上述常开阀1刚好相反。
气动阀是本发明所提供的制动缸压力控制装置的受控主体。气动阀主要包括阀体3、第一空腔10、第二空腔11、活塞4、阀杆5及对中活塞13等。
阀体3是气动阀的承载装置,内部主要有三大容积:第一空腔10、第二空腔11和中央空腔。在阀体3上设置有各类通风口,包括控制风源口(6)、进风口(7)、制动缸口(8)及大气口(9)。
第一空腔10和第二空腔11设置在阀体3的两端,是控制风源的主要工作容积。阀体3上的控制风源口6通过风道分别与常开阀1和常闭阀2的输入口相连,可以将高压的控制风源从外界引入到常开阀1和常闭阀2内。而常开阀1的输出口经过风道则与第一空腔10相通,常闭阀2的输出口经过风道则与第二空腔11相通。
活塞4和阀杆5的端部设置在第一空腔10和第二空腔11中,优选地,活塞4的端部设置在第一空腔10内,而阀杆5的端部设置在第二空腔11内。当然,此处结构也可以是活塞4的端部设置在第二空腔11内,而阀杆5的端部设置在第一空腔10内。根据上一自然段的论述,一般地,常开阀1的输出口经过风道与第一空腔10内活塞5端部与阀体3一端之间的间隙相通,而常闭阀2的输出口经过风道与第二空腔11内阀杆5端部与阀体3另一端之间的间隙相通。这样,控制风源被引入到第一空腔10和第二空腔11内后,将作用在活塞4和阀杆5的端部,不会对活塞4和阀杆5的其余部分产生额外的作用力,有利于提高控制风源的利用率。而第一空腔10和第二空腔11的剩余部分则是活塞4和阀杆5的运动空间。
接上述,活塞4和阀杆5的主体部分设置在阀体3的中央空腔内。活塞4和阀杆5之间采用柱塞式结构紧密配合,一般地,活塞4为“塞”,而阀杆5为“柱”。即阀杆5呈“U”形凹槽状圆柱体,而活塞4呈顶部为圆锥的圆柱体,阀杆5包裹住活塞4,两者可相对运动。
在阀杆5上设置有沟槽12,其宽度虽然不一定,但有一定范围,需在阀杆5移动到某个特定位置时能够导通进风口7或制动缸口9、导通大气口9与制动缸口8或者单独导通制动缸口8。优选地,该沟槽12为环形沟槽,并设置在阀杆5的中央位置。因阀体3上的进风口7、制动缸口8与大气口9内的风道一般呈环状,所以如果沟槽12为环形沟槽,在阀杆5任意直径上相对的两个方向上相邻的两个通风口之间处处导通。因此阀杆5上沟槽12处因受到通风口处的风压的作用力,在阀杆5的径向上,各力大小相等而方向相反,所以阀杆5因为沟槽12呈环形的原因,在径向上达到受力平衡,即阀杆5在正常工作下,左右移动时不受通风口处的风压影响,只受轴向的控制风源的风压作用,提高了制动缸压力控制的精确度。而将沟槽12设置在阀杆5中央位置,是因为阀杆5整体的位移在前后方向上是对等的,设置在其中央位置就可以让阀杆5的总位移量降至最低,对控制风源的风压造成较小的负荷,利于整个机构的顺利运行。
需要指出的是,此处所述沟槽12不仅仅局限于环形沟槽的形式,半弧形沟槽甚至矩形沟槽都可以采用,只要能满足在阀杆5移动时能导通相邻的两个通风口的条件都可以达到控制制动缸压力的目的。
在第一空腔10和第二空腔11内还设置有对中活塞13。对中活塞13呈环状,其内壁紧密包裹住活塞4的端部和阀杆5的端部,并和活塞4、阀杆5滑动连接。其外壁与第一空腔10和第二空腔11的内壁滑动连接。因对中活塞13内壁和活塞4、阀杆5滑动连接,所以对中活塞13和活塞4、阀杆5之间是可以相对运动的。而由于对中活塞13外壁也同时与第一空腔10和第二空腔11的内壁滑动连接,所以在控制风源的风压到达活塞4、阀杆5的端部与其相对应的阀体3两端之间的空隙时,对中活塞13和活塞4、阀杆5在控制风源风压的推动下同时向阀体3中央运动。而由于对中活塞13设置在第一空腔10和第二空腔11内,并包裹住活塞4和阀杆5,所以在对中活塞13运动到第一空腔10靠近阀体3中央的内壁时无法继续运动,而活塞4和阀杆5则在风压的作用下可以继续运动。重要的是,在第一空腔10和第二空腔11两端同时存在控制风源风压的情况下,活塞4和阀杆5同时向中央位置运动,因两者所受的风压相等,且端部的受压面积也相等,所以两者作为一个整体来看达到受力平衡,在运动到中央位置时,由于对中活塞13无法继续运动而造成的对活塞4和阀杆5的牵制原因,加上活塞4与阀杆5之间互相抵住,所以此时活塞4和阀杆5静止在中央位置。而制动缸口8的预设位置此时正好与阀杆5上的沟槽12相对,这样,在第一空腔10和第二空腔11内都存在风压时,制动缸口8完全不与其余通风口连通,制动缸内的风压处于完美保压状态。
设置在阀体3上的进风口7、制动缸口8及大气口9,是气动阀与制动缸交互的接口,进风口7自然是用于进风的,制动缸口8则是连接制动缸的,大气口9自然是连接大气的。三者并列分布在阀体3上,两两互相隔离开,并且制动缸口8必须处于三者的中间位置,但进风口7与大气口9的位置则可以任意互换。本实施例中,进风口7的位置更靠近第二空腔11,大气口9的位置则更靠近第一空腔10。
因制动缸压力控制采用气压的方式,所以各通风口的风压互不影响是很重要的。因此,在进风口7与制动缸口8之间、大气口9与制动缸口8之间设置有隔套(15),隔套(15)的存在让进风口7与制动缸口8互相隔离,同时让大气口9与制动缸口8也互相隔离。
在气压控制的过程中,保证气密性也是非常重要的。因此,在上述有隔套(15)存在的基础上,在隔套(15)内设置了双向密封圈(16)。进风口7和制动缸口8通过该双向密封圈16互相气密封,大气口9与制动缸口8通过该双向密封圈16互相气密封。
综上,在对制动缸内气压进行控制的时候,各通气口内的风源可以互不干扰并且互不渗透,提高了制动缸压力控制的精确度。
另外,从运动的角度考虑,本实施例在第一空腔10和第二空腔11的内壁上设置有衬套(17),一般地,该衬套(17)设置在第一空腔10和第二空腔11的4个侧壁上,是为了更好地与呈环状的对中活塞13配合。衬套(17)的存在使得对中活塞13在进行运动的时候不与第一空腔10或第二空腔11的内壁直接进行硬接触,有了衬套17的过渡,对中活塞13在运动的时候减小了摩擦阻力,更有利于提高制动缸的压力控制精度。同时还减轻了对中活塞13外壁的磨损程度,一定程度上延长了机械的使用寿命。
进一步地,在第一空腔10与活塞4端部相对的内壁上,以及第二空腔11与阀杆5端部相对的内壁上都设置有缓冲垫18,这样,在活塞4和阀杆5受到控制风源的推动时,运动到第一空腔10和第二空腔11的内壁上后经过缓冲垫18的缓冲,减小了活塞4、阀杆5端部对第一空腔10和第二空腔11内壁的冲击力,有利于控制风源推动活塞4、阀杆5进行换向运动,同时由于没有了瞬间过大的冲量存在,在对制动缸压力进行控制的时候,各项参数变化平缓,其控制精度得到一定提高。
本发明第一种具体实施方式还提供一种上述制动缸压力控制装置的控制方法。
如图2所示,图2为图1所示装置的控制方法保压状态示意图。
在制动缸需要保压时,将常开阀1关闭,将常闭阀2开启,根据前面部分的论述,常开阀1关闭时,其输入口与输出口是相通的,所以控制风源就通过控制风源口6顺着内部风道进入到与常开阀1输出口相连的第一空腔10;同样,由于常闭阀2开启时,其输入口与输出口是相通的,所以控制风源就通过控制风源口6顺着内部风道进入到与常闭阀2输出口相连的第二空腔11。此时,第一空腔10与第二空腔11内同时存在风压,所以活塞4和阀杆5同时向阀体3中央位置运动。根据前面部分的论述,在对中活塞13的作用下,活塞4和阀杆5最终停止在阀体3中央位置,且阀杆5上的沟槽12正好对准制动缸口8,制动缸完美保压。
如图3所示,图3为图1所示装置的控制方法充风状态示意图。
在制动缸需要充风时,将常开阀1关闭,将常闭阀2关闭,由于常开阀1关闭时,其输入口与输出口相通,所以控制风源就通过控制风源口6顺着内部风道进入到与常开阀1输出口相连的第一空腔10;同时,由于常闭阀2关闭,其输入口与输出口截止,且输出口与大气相通,所以第二空腔11内的风压就从常闭阀2通过控制风源口6排出。如此,活塞4和阀杆5就被第一空腔10内的风压推动,往第二空腔11的方向移动。由于本实施例中进风口7靠近第二空腔11,所以在活塞4和阀杆5运动到第二空腔11内部时,阀杆5上的沟槽12就导通了进风口7和制动缸口8。这样,进风口7就通过制动缸口8为制动缸充风。
如图4所示,图4为图1所示装置的控制方法排风状态示意图。
在制动缸需要排风时,将常开阀1开启,将常闭阀2开启,由于常开阀1开启时,其输入口与输出口截止,且其输出口与大气相通,所以第一空腔10内的风压就从常开阀1通过控制风源口6排出;同时,由于常闭阀2开启,其输入口与输出口相通,所以控制风源就通过控制风源口6顺着内部风道进入到与常闭阀2输出口相连的第二空腔11。如此,活塞4和阀杆5就被第二空腔11内的风压推动,往第一空腔10的方向移动。由于本实施例中大气口9靠近第一空腔10,所以活塞4和阀杆5运动到第一空腔10内部时,阀杆5上的沟槽12就导通了大气口9和制动杆口8,这样,制动缸就通过大气口9进行排风。
综上所述,制动缸内的压力在常开阀1和常开阀2的控制下,可以自由选择保压、充风或排风状态,灵活且高精度地控制制动缸内压力。
请参考图5,图5为本发明所提供的第二种具体实施方式的整体结构示意图。
本发明所提供的第二种具体实施方式,在第一种具体实施方式上做了改进。具体地,本实施例在活塞4与阀杆5之间增设了保压弹簧14,其余装置组成部分与上述第一种具体实施方式相同,此处不再赘述。
考虑到整个气压系统偶尔会出现错误从而导致控制风源的风压很低甚至为0的时候,活塞4和阀杆5之间的保压弹簧14,由于其弹性阻力的存在,阀杆5在运动的时候不会由于惯性从而推动活塞4往第一空腔10的方向运动,进而让制动缸口8与大气口9导通,使制动缸内气压排出。因此,保压弹簧14的存在,提高了制动缸压力控制装置的安全性和可靠度。
需要说明的是,本具体实施方式提供的轨道车辆制动缸压力控制装置和控制方法,适用于机车、动车组、城际列车及地铁等轨道车辆。