CN105196996A - 外挂式电空型快速缓解的制动装置 - Google Patents

外挂式电空型快速缓解的制动装置 Download PDF

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CN105196996A CN201510677276.8A CN201510677276A CN105196996A CN 105196996 A CN105196996 A CN 105196996A CN 201510677276 A CN201510677276 A CN 201510677276A CN 105196996 A CN105196996 A CN 105196996A
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Abstract

外挂式电空型快速缓解的制动装置，涉及车辆制动缓解技术领域。其特征在于：机车空压机在机车地板上；两台机车空压机并联，机车空压机连接总风缸；制动主管在各节车辆连接处通过制动软管连接；缓解风缸通过缓解风管连接电空分配阀；控制电缆通过分控支路A连接电空分配阀；电空分配阀通过副风管连接副风缸；跨接线A连接机车与车辆的电力连接器A并一同连接相邻两车辆的电力连接器A；跨接线B连接机车与车辆的电力连接器B并一同连接相邻两车辆的电力连接器B；可给副风缸迅速充风，将现有技术的3-5m缩短为10-20s。

Description

外挂式电空型快速缓解的制动装置
技术领域
外挂式电空型快速缓解的制动装置，涉及车辆制动缓解技术领域。
背景技术
我国铁路网络遍布全国，铁路客运是主流交通工具。
我国铁路运行中2008年4月28日4时41分，下行的北京开往青岛的T195次旅客列车运行至胶济线王村至周村间脱轨，冲向上行线路基外侧。正当此时，正常运行的烟台至徐州的5034次旅客列车刹车不及、最终以每小时70公里的速度与脱轨车辆发生撞击，机车和第1-5节车厢脱轨。胶济铁路列车相撞事故已造成72人死亡，416人受伤的严重后果。
因此，列车制动响应时间短，列车车辆的制动系统响应时间是安全行车的保障。但现有技术的列车车辆，由于制动后再次充风的时间一般为3-5分钟，万吨级列车如果使用了紧急制动，则充风时间甚至会超过10分钟。
火车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行，即俗称的“刹车”。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”，即俗称的“松闸”。为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动机”。
自动式空气制动机的特点是制动主管排风(减压)时制动缸充风(增压)，发生缓解。制动主管排风时分配阀/控制阀感受到制动主管的压力下降时动作，将副风缸与制动缸连通，副风缸内的压缩空气充入制动缸，从而推动基础制动装置产生制动力。充风过程分为两个阶段，第一阶段中分配阀/控制阀感受到制动主管的压力上升时动作，将制动缸连通至大气从而排净制动缸内的风产生缓解效果；第二阶段，当分配阀/控制阀动作时一方面将制动缸连通至大气，另一方面将制动主管连通至副风缸和压力风缸，利用制动主管内的压缩空气向这两个风缸充风。优点是，当列车发生分离事故，制动软管被拉断时，制动主管风压急剧下降，分配阀/控制阀活塞自动而迅速地移动到制动位，故列车能自动迅速制动直至停车。能够提高列车运行的安全性，当列车意外分离时，能够自动停车，避免造成更严重的后果。因此，在我国及世界大部分国家的铁路系统中广泛采用。
但是，现有技术的这种制动机的不足是：列车正常运行时制动主管的充风或排风均由机车控制，当制动主管充风时压缩空气会经由每一辆车辆的分配阀/控制阀流向该车辆的压力风缸和副风缸。由于贯通全列车的制动主管有一定的长度，因此上述过程会首先自机车后部第一辆车辆上发生然后顺次发生在其后的车辆上，直至列车尾部，且由于每一辆车辆的压力风缸和副风缸均具有一定的容积，全列车的用风量较大。同时车辆上所有的风源均来自于机车。因此，当该制动机应用于编组较长的列车时，自制动主管开始充风时起至每一辆车的压力风缸和副风缸充满时止，会需要较长的时间，通常制动后再次充风的时间一般为3-5分钟，对于编组较长的万吨级列车如果使用了紧急制动，则再次充风时间甚至会超过10分钟。在该时间段内，如果再次发生危害行车安全的紧急情况，需要制动时，该制动机将无法正常发挥制动效果，甚至完全没有制动力。
机车即俗称的火车头。
车辆即俗称的车厢。
基础制动装置的作用是将制动缸产生的动力传递和分配到每一个车轮上。
压力风缸是为分配阀或控制阀动作提供动力的风源，分配阀或控制阀每次动作都会消耗压力风缸内的压缩空气。
电空制动机是电控空气制动机的简称，是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的。它的特点是：当司机施行制动动作时，贯通全列的控制导线发出电信号，列车中各车辆的电空分配阀得电动作，使制动主管接通大气，由于制动主管减压，该制动机可以像自动式空气制动机一样使副风缸向制动缸充风产生制动作用，但由于各车辆的电空分配阀同时得电动作将制动主管内的风排向大气，比起仅由设在机车上的自动制动阀一处排风时，排风速率较快且列车前后发生制动作用的一致性好。由于副风缸向制动缸充气是一个逐渐发生的过程，该过程可以随时中止或继续，因此制动力可以直接达到所需的值或分多次逐步增加，当制动力直接达到所需的值时称作直接制动，当制动力分次逐步增加时称作阶段制动。当司机施行缓解动作时，贯通全列的控制导线发出电信号，列车中各车辆的电空分配阀得电动作，接通缓解风缸至制动主管的通路，由缓解风缸向制动主管迅速充风，使全列的制动主管几乎同时开始增压，由于制动主管增压，该制动机可以像自动式空气制动机一样使制动缸接通大气，制动缸排风，列车前后发生缓解作用的一致性好。但由于电空分配阀内部增加了数个由贯通全列的控制导线所控制的电磁阀，这些电磁阀在无电时处于开通状态，电空分配阀可以像自动式空气制动机一样根据制动主管压力变化自行动作。其中制动缸管电磁阀可以切断制动缸管通向大气的气路，在制动缸排风的过程中，当制动缸压力下降到所需的值时，司机可以通过贯通全列的控制导线控制该电磁阀动作，中止制动缸的排风过程。当需要继续减小制动力时可以恢复该电磁阀的开通状态使制动缸继续排风，以实现阶段缓解作用。制动作用的操纵控制用“电控”，但制动作用原动力还是压缩空气。与自动式空气制动机相比，电空制动机响应迅速、全列车动作的一致性好且增加了阶段缓解功能。同时，在制动机的电控因故失灵时，它仍可实行“气控”(空气压强控制)，临时变成自动式空气制动机。在列车速度很高或编组很长，空气制动机难以满足要求时，采用电空制动机可以大大改善列车前后部制动和缓解作用的一致性，显著减轻列车纵向冲击，并缩短制动距离，世界上许多高速列车都采用了电空制动机。但是由于电空制动机充风时每一辆车辆仅由电信号控制，其充风过程中需要的主要风源仍然要由机车提供，缓解风缸的作用只是为了在配合电空制动时确保全列缓解的一致性，即便是增加了缓解风缸，在电信号的控制下能够使每一辆车辆的副风缸和压力风缸几乎同时开始充风，但缓解风缸容量较小且最高压力也不会超过制动主管的定压，势必只能为制动主管提供少量的风，绝大部分风仍需由机车提供，其充风时间依然无法得到有效的缩短。
由此可见，无论是自动式空气制动机还是电空制动机在进行过一次缓解后，短时间内由于副风缸内的压力未能恢复到标准值，需要制动时无法向制动缸提供足够的压缩空气，以至于制动机无法产生足够的制动力，甚至完全没有制动效果。
发明内容
在4.28事故当日，事发地段的上、下行限速均为80km/h，下行的T195次列车因操作不当误闯限速脱轨，脱轨的车辆横卧在相邻的上行线上，此时并无较大的伤亡。但这时上行方向的5034次列车由于刚刚进入80km/h的限速区段，该次列车由其标准运行速度120km/h调速至限速区段规定的80km/h时，使用过一次制动，以至于当司机发现横卧在上行线上的T195次的脱轨车辆时，虽然已经及时采取紧急制动措施，但由于刚刚使用过一次制动，各车辆的副风缸内压缩空气尚未达到标准压力无法为制动缸提供充足的压缩空气造成制动无力，致使5034次列车停车不及撞上T195次的脱轨车辆。正是由于这次冲击才导致了72人死亡，416人受伤的惨剧。
究其原因并非完全的人为事故，而是因现有技术的不足——“制动后的再充风时间过长”导致了接连发生的二次事故。
为克服现有技术，再充风速度缓慢，本申请的目的是为增加充风速率、缩短再充风时间。为此本申请采用如下技术方案：
1、外挂式电空型快速缓解的制动装置包括：机车车体1、燃油箱2、总风缸3、机车空压机4、机车地板5、折角塞门6、制动软管7、电阻柜通风口8、电力连接器A9、跨接线A10、紧急阀11、稳定输出压力的空压机12、制动主管13、转向架14、基础制动装置15、车辆车体16、压力风缸17、截断塞门18、电空分配阀19、副风缸20、制动缸21、制动支管22、车底梁23、控制电缆24(见图2原理图)、电力连接器B25、跨接线B26、缓解风缸27，
紧急阀11包含：紧急制动管11-1、紧急排风口11-2，
稳定输出压力的空压机12包含：空气滤清器12-1、进气管12-2、空压机电动机12-3、吊架12-4、空压机机体12-5，
制动主管13包含：空压机支管13-1，
压力风缸17包含：压力管17-1,
副风缸20包含：副风管20-1，
制动缸21包含：制动缸管21-1，
控制电缆24包含：分控支路A24-1、分控支路B24-2，
缓解风缸27包含：缓解风管27-1，
其特征在于：
机车地板5在机车车体1中，机车空压机4在机车地板5上；
两台机车空压机4并联，机车空压机4连接总风缸3；(机车空压机4与总风缸3的连接系现有技术，本领域技术人员均知晓如何连接，总风缸3的压缩空气经由一系列的操纵装置调节为司机需要的压力值送到制动主管13，)总风缸3连接系列操纵装置；
(系列操纵装置为现有技术，包括总风管、自动制动阀、均衡风缸、中均管、中继阀等连接管路，因为是现有技术，图中均未画出)，系列操纵装置连接制动主管13，制动主管13贯通整列车；相邻车辆车厢的主动主管13经折角塞门6、制动软管7连接形成贯通全列车的通路；(凡机车中的任何部件均为现有技术，未做出任何改动)
总风缸3在机车车体1底的下面；
稳定输出压力的空压机12、制动主管13、压力风缸17、电空分配阀19、副风缸20、制动缸21、缓解风缸27均在车辆车体16底的下面；
制动缸21连接基础制动装置15；
制动主管13通过制动支管22连接电空分配阀19，制动支管22上装有截断塞门18；
电空分配阀19通过副风管20-1连接副风缸20；
稳定输出压力的空压机机体12-5连接空压机支管13-1，空压机支管13-1连接制动主管13；(通过稳定输出压力的空压机12以及连接稳定输出压力的空压机12的空压机支管13-1可以给制动主管13迅速充风，从而达到增加充风速率、缩短再充风时间的目的)；
电空分配阀19通过制动缸管21-1连接制动缸21；
压力风缸17通过压力管17-1连接电空分配阀19；
缓解风缸27通过缓解风管27-1连接电空分配阀19；
控制电缆24通过分控支路A24-1连接电空分配阀19；(参见附图2：外挂式电空型快速缓解的制动装置原理图)
控制电缆24通过分控支路B24-2连接稳定输出压力的空压机12；
空压机机体12-5连接空压机电动机12-3，空压机机体12-5连接吊架12-4，空压机电动机12-3连接吊架12-4；
电力连接器A9在机车或车辆的两端，(用于机车向各车辆提供电力)；
电力连接器B25在机车和车辆的两端，(用于机车向各车辆提供控制信号)；
跨接线A10连接机车与车辆的电力连接器A9并一同连接相邻两车辆的电力连接器A9；
跨接线B26连接机车与车辆的电力连接器B25并一同连接相邻两车辆的电力连接器B25；
控制电缆24在各节车辆连接处通过电力连接器B25和跨接线B26连接。
2、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管13与制动软管7连接处有折角塞门6。
3、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机12为往复式压缩机。(往复压缩机的特点是适应性强，其排出压力范围最广，从低压到肩压都适用。由于给副风缸20充风无需平稳充风，可以选用脉动充风。)
4、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机12的进气管12-2处连接有空气滤清器12-1。
5、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管13通过紧急制动管11-1连接紧急阀11，紧急阀11上有紧急排风口11-2。
6、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动软管7为硅橡胶软管。
7、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动主管13为光滑不锈钢管。
8、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的空压机支管13-1为光滑不锈钢管。
9、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的电空分配阀19为分配阀。
有益效果
1、稳定输出压力的空压机机体12-5连接空压机支管13-1，可给副风缸20迅速充风，响应时间由现有技术的3-5分钟，缩短为10-20秒。(参见与现有技术的制动缓解时间对照表)
本申请的外挂式电空型快速缓解的制动装置与现有技术的制动缓解时间对照表
自动式空气制动机 电空制动机 本发明
制动时间 慢 快 与电空制动同
缓解后的再充风时间 3-5m 3-5m 10-20s
2、稳定输出压力的空压机机体12-5连接空压机支管13-1，缓解后若有溜车倾向时，可以在短时间内再次采取制动，防止意外溜车。
3、当机车空压机意外停机时能够保障列车拥有充足的风源，避免因压缩空气不足产生的一切后果，如制动失灵、空气弹簧失效、集便器或塞拉门的使用不便。
4、所述的制动主管13和空压机支管13-1为光滑不锈钢管，可以减少摩擦阻力，进一步缩短充风时间。
参见《化工原理》化学工业出版社出版第三版第一章图1-28。
由图1-28可见，相对粗糙度与摩擦系数以及雷诺数的关系，随着相对粗糙度的增大，摩擦系数是单调递增的，摩擦系数增大意味着摩擦阻力大，所以粗糙管比光滑管的充风慢。
5、空压机机体12-5连接空压机电动机12-3，空压机机体12-5连接吊架12-4，空压机电动机12-3连接吊架12-4；其一使车厢内降低了噪音，其二，由于空压机为压力设备，设在车厢外部使得车厢内更加安全。
附图说明
图1：外挂式电空型快速缓解的制动装置主视图
图2：外挂式电空型快速缓解的制动装置原理图
图3：Ⅰ局部放大图
图4：Ⅱ局部放大图
图5：Ⅲ局部放大图
图中：1机车车体、2燃油箱、3总风缸、4机车空压机、5机车地板、6折角塞门、7制动软管、8电阻柜通风口、9电力连接器A、10跨接线A、11紧急阀、12稳定输出压力的空压机、13制动主管、14转向架、15基础制动装置、16车辆车体、17压力风缸、18截断塞门、19电空分配阀、20副风缸、21制动缸、22制动支管、23车底梁、24控制电缆、25电力连接器B、26跨接线B、27缓解风缸、27-1缓解风管、11-1紧急制动管、11-2紧急排风口、12-1空气滤清器、12-2进气管、12-3空压机电动机、12-4吊架、12-5空压机机体、13-1空压机支管、17-1压力管、20-1副风管、21-1制动缸管、24-1分控支路A、24-2分控支路B。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请做进一步说明。
实施例
1、外挂式电空型快速缓解的制动装置包括：机车车体1、燃油箱2、总风缸3、机车空压机4、机车地板5、折角塞门6、制动软管7、电阻柜通风口8、电力连接器A9、跨接线A10、紧急阀11、稳定输出压力的空压机12、制动主管13、转向架14、基础制动装置15、车辆车体16、压力风缸17、截断塞门18、电空分配阀19、副风缸20、制动缸21、制动支管22、车底梁23、控制电缆24(见图2原理图)、电力连接器B25、跨接线B26、缓解风缸27，
紧急阀11包含：紧急制动管11-1、紧急排风口11-2，
稳定输出压力的空压机12包含：空气滤清器12-1、进气管12-2、空压机电动机12-3、吊架12-4、空压机机体12-5，
制动主管13包含：空压机支管13-1，
压力风缸17包含：压力管17-1,
副风缸20包含：副风管20-1，
制动缸21包含：制动缸管21-1，
控制电缆24包含：分控支路A24-1、分控支路B24-2，
缓解风缸27包含：缓解风管27-1，
其特征在于：
机车地板5在机车车体1中，机车空压机4在机车地板5上；
两台机车空压机4并联，机车空压机4连接总风缸3；(机车空压机4与总风缸3的连接系现有技术，本领域技术人员均知晓如何连接，总风缸3的压缩空气经由一系列的操纵装置调节为司机需要的压力值送到制动主管13，)总风缸3连接系列操纵装置；
(系列操纵装置为现有技术，包括总风管、自动制动阀、均衡风缸、中均管、中继阀等连接管路，因为是现有技术，图中均未画出)，系列操纵装置连接制动主管13，制动主管13贯通整列车；相邻车辆车厢的主动主管13经折角塞门6、制动软管7连接形成贯通全列车的通路；(凡机车中的任何部件均为现有技术，未做出任何改动)
总风缸3在机车车体1底的下面；
稳定输出压力的空压机12、制动主管13、压力风缸17、电空分配阀19、副风缸20、制动缸21、缓解风缸27均在车辆车体16底的下面；
制动缸21连接基础制动装置15；
制动主管13通过制动支管22连接电空分配阀19，制动支管22上装有截断塞门18；
电空分配阀19通过副风管20-1连接副风缸20；
稳定输出压力的空压机机体12-5连接空压机支管13-1，空压机支管13-1连接制动主管13；(通过稳定输出压力的空压机12以及连接稳定输出压力的空压机12的空压机支管13-1可以给制动主管13迅速充风，从而达到增加充风速率、缩短再充风时间的目的)；
电空分配阀19通过制动缸管21-1连接制动缸21；
压力风缸17通过压力管17-1连接电空分配阀19；
缓解风缸27通过缓解风管27-1连接电空分配阀19；
控制电缆24通过分控支路A24-1连接电空分配阀19；(参见附图2：外挂式电空型快速缓解的制动装置原理图)
控制电缆24通过分控支路B24-2连接稳定输出压力的空压机12；
空压机机体12-5连接空压机电动机12-3，空压机机体12-5连接吊架12-4，空压机电动机12-3连接吊架12-4；
电力连接器A9在机车或车辆的两端，(用于机车向各车辆提供电力)；
电力连接器B25在机车和车辆的两端，(用于机车向各车辆提供控制信号)；
跨接线A10连接机车与车辆的电力连接器A9并一同连接相邻两车辆的电力连接器A9；
跨接线B26连接机车与车辆的电力连接器B25并一同连接相邻两车辆的电力连接器B25；
控制电缆24在各节车辆连接处通过电力连接器B25和跨接线B26连接。
2、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管13与制动软管7连接处有折角塞门6。
3、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机12为往复式压缩机。(往复压缩机的特点是适应性强，其排出压力范围最广，从低压到肩压都适用。由于给副风缸20充风无需平稳充风，可以选用脉动充风。)
4、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机12的进气管12-2处连接有空气滤清器12-1。
5、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管13通过紧急制动管11-1连接紧急阀11，紧急阀11上有紧急排风口11-2。
6、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动软管7为硅橡胶软管。
7、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动主管13为光滑不锈钢管。
8、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的空压机支管13-1为光滑不锈钢管。
9、所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的电空分配阀19为分配阀。
所述的相关技术术语的解释
折角塞门6——机车与车辆或车辆与车辆连挂或摘解时用于断开制动主管13与制动软管6之间的通路，避免制动软管6因高压造成跳动损坏车辆设备或伤及附近人员。
截断塞门18——当某一车辆的截断塞门关闭时，该车辆的制动机将始终处于缓解状态，不再受制动主管的控制。
除本申请所述的技术特征外，其他皆为现有技术，所属领域技术人员，均可按照本申请所述的技术方案制作，不再赘述。

Claims (9)

1.外挂式电空型快速缓解的制动装置包括：机车车体、燃油箱、总风缸、机车空压机、机车地板、折角塞门、制动软管、电阻柜通风口、电力连接器A、跨接线A、紧急阀、稳定输出压力的空压机、制动主管、转向架、基础制动装置、车辆车体、压力风缸、截断塞门、电空分配阀、副风缸、制动缸、制动支管、车底梁、控制电缆、电力连接器B、跨接线B、缓解风缸，
紧急阀包含：紧急制动管、紧急排风口，
稳定输出压力的空压机包含：空气滤清器、进气管、空压机电动机、电动机支座、空压机机体，
制动主管包含：空压机支管，
压力风缸包含：压力管,
副风缸包含：副风管，
制动缸包含：制动缸管，
控制电缆包含：分控支路A、分控支路B，
缓解风缸包含：缓解风管，
其特征在于：
机车地板在机车车体中，机车空压机在机车地板上；
两台机车空压机并联，机车空压机连接总风缸；总风缸连接系列操纵装置；
系列操纵装置连接制动主管，制动主管贯通整列车；相邻车辆车厢的主动主管经折角塞门、制动软管连接形成贯通全列车的通路；
总风缸在机车车体底的下面；
稳定输出压力的空压机、制动主管、压力风缸、电空分配阀、副风缸、制动缸、缓解风缸均在车辆车体底的下面；
制动缸连接基础制动装置；
制动主管通过制动支管连接电空分配阀，制动支管上装有截断塞门；
电空分配阀通过副风管连接副风缸；
稳定输出压力的空压机机体连接空压机支管，空压机支管连接制动主管；
电空分配阀通过制动缸管连接制动缸；
压力风缸通过压力管连接电空分配阀；
缓解风缸通过缓解风管连接电空分配阀；
控制电缆通过分控支路A连接电空分配阀；
控制电缆通过分控支路B连接稳定输出压力的空压机；
空压机机体连接空压机电动机，空压机机体连接吊架，空压机电动机连接吊架；
电力连接器A在机车或车辆的两端；
电力连接器B在机车和车辆的两端；
跨接线A连接机车与车辆的电力连接器A并一同连接相邻两车辆的电力连接器A；
跨接线B连接机车与车辆的电力连接器B并一同连接相邻两车辆的电力连接器B；
控制电缆在各节车辆连接处通过电力连接器B和跨接线B连接。
2.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管与制动软管连接处有折角塞门。
3.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机为往复式压缩机。
4.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的稳定输出压力的空压机的进气管处连接有空气滤清器。
5.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：制动主管通过紧急制动管连接紧急阀，紧急阀上有紧急排风口。
6.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动软管为硅橡胶软管。
7.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的制动主管为光滑不锈钢管。
8.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的空压机支管为光滑不锈钢管。
9.如权利要求1所述的外挂式电空型快速缓解的制动装置，其特征在于：所述的电空分配阀为分配阀。
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