CN105539407A - 一种用于货物列车的制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于货物列车的制动系统，包括空气制动机构，所述的空气制动机构包括空气分配阀(3)和制动缸(5)，所述的空气分配阀(3)通过第一制动支管(2)分别连接列车管(1)及制动缸(5)，所述的空气分配阀(3)连接有副风缸(301)和加速缓解风缸(302)，所述的制动缸(5)将作用力传到货物列车的闸瓦，所述的制动系统还包括三通阀(4)和液力阻尼器制动机构，所述的三通阀(4)的入口与所述的空气分配阀(3)连接，两个出口分别与所述的制动缸(5)和所述的液力阻尼器制动机构连接，与现有技术相比，本发明具有减少闸瓦磨耗、车轮踏面损伤等优点。

Description

一种用于货物列车的制动系统

技术领域

本发明涉及一种制动系统，尤其是涉及一种用于货物列车的制动系统。

背景技术

近年来我国的铁路运输得到了长足的发展，然而仍不能满足日益增长的运量需求，为很好地解决这一矛盾，我国大力发展重载快速货运列车。

而货物运输控制成本，需要保持货车简单的低成本转向架结构，主要采用空气制动系统和摩擦制动方式。

货物列车现阶段均采用摩擦制动，随着快速、重载列车的发展，摩擦制动越来越难以承受巨大的制动功率所带来的问题，包括车轮踏面剥离、金属镶嵌损伤，闸瓦加剧磨耗、甚至磨光脱落等等，致使铁路运输安全难以保证，运营成本增加。根据以上分析，现有的单纯的摩擦制动已很难满足我国列车高速、重载的发展要求，新的、可靠的制动方式亟待出现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，在不改变货运列车原有的机车车辆空气制动控制系统条件下，提供一种提高货物列车制动性能、降低材料磨耗成本、减少闸瓦磨耗、车轮踏面损伤的用于货物列车的制动系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于货物列车的制动系统，包括空气制动机构，所述的空气制动机构包括空气分配阀和制动缸，所述的空气分配阀通过第一制动支管分别连接列车管及制动缸，所述的空气分配阀连接有副风缸和加速缓解风缸，所述的制动缸将作用力传到货物列车的闸瓦，所述的制动系统还包括三通阀和液力阻尼器制动机构，所述的三通阀的入口与所述的空气分配阀连接，两个出口分别与所述的制动缸和所述的液力阻尼器制动机构连接，所述的三通阀的入口通过原有通制动缸的管路与所述的空气分配阀连接，

制动时，列车管中的压力空气通过所述的空气分配阀和三通阀分别控制所述的制动缸和液力阻尼器制动机构对货物列车产生制动作用。

所述的空气分配阀为120型空气分配阀，将压力空气通过所述的三通阀分别传输到所述的制动缸和所述的液力阻尼器制动机构。

所述的液力阻尼器制动机构包括依次连接的供风缸、中继阀、气液转换增压阀、油箱和液力阻尼器，所述的供风缸通过第二制动支管和安装在所述的第二制动支管上的单向阀与所述的列车管连接，所述的中继阀与三通阀的出口相连接。

所述的中继阀包括阀体及设置在所述的阀体内的膜板活塞、活塞杆、排风阀及供风阀，所述的排风阀及供风阀连接在所述的活塞杆上，所述的活塞杆与膜板活塞连接，所述的膜板活塞将所述的阀体分为左腔体和右腔体，所述的左腔体与所述的三通阀的出口互通，所述的右腔体处设有气腔，所述的排风阀、供风阀及活塞杆共同置于该气腔内，所述的排风阀及供风阀将气腔依次分为第一腔室、第二腔室和第三腔室，所述的第三腔室与所述的供风缸连通，所述的第二腔室分别与所述的气液转换增压阀和右腔体连通，制动时，来自所述的三通阀的压力空气进入所述的左腔体，推动所述的膜板活塞右移，供风阀打开，所述的供风缸内的压力空气通过所述的第二腔室进入所述的气液转换增压阀，气液转换增压阀将空气压力转换成油压力并成倍增大，将所述的油箱内的液压油送入所述的液力阻尼器，冲击液力阻尼器的叶片，实现液力阻尼制动。

通过控制所述的气液转换增压阀的活塞两侧截面积，控制输入所述的油箱的压力，通过控制气液转换增压阀的活塞行程与速度，控制所述的油箱输入液力阻尼器的油量与流量，由此实现流量放大与气液转换增压的目标。

所述的液力阻尼器制动机构还包括用于对液压油散热的散热片，所述的散热片为蜂窝状，采用风冷散热模式，布置在所述的油箱与液力阻尼器的表面。

在货物列车转向架上安装有4个所述的液力阻尼器，转向架的每个车轴上各安装2个叶片倾斜方向相反的液力阻尼器，4个所述的液力阻尼器形成矩形状，所述的矩形状对角线上的两个液力阻尼器的叶片倾斜方向相同，以适应列车正、反方向运行，同时保证转向架制动力的平衡。

与车轴垂直的一条直线上的两个所述的液力阻尼器通过油管连接一个所述的油箱，通过液力阻尼器的进出口压力差及离心力，液压油能自动循环。

所述的液力阻尼器的定子和外壳通过铰接拉杆与货物列车转向架摇枕连接，使液力阻尼器的定子和外壳相对货物列车转向架位置相对稳定，并且适应货物列车转向架摇枕的振动和摆动。

所述的油箱安装在货物列车转向架摇枕下方，以便与液力阻尼器的进出口相连，形成自动循环的压力油路。

所述的第一制动支管和第二制动支管上均安装有手动阀，便于司机手动操作。

本发明使用时，有三种作用工况：

A初充气缓解工况：组合制动系统初始化，列车管为空气分配阀的副风缸及供风缸输送压力空气，空气分配阀和中继阀复位，制动缸和液力阻尼器无压力空气；

B制动和制动保压工况：

1)司机施行制动指令，列车管减压，空气分配阀主活塞动作，将副风缸压力空气进入通向制动缸的管路；通向制动缸的管路接入三通阀，分成两个制动作用管路；即制动时空气分配阀排出的压力空气通过三通阀进行分配，一部分进入制动缸，另一部分进入中继阀，压力空气进入制动缸后，推动闸瓦靠到车轮踏面上，实现摩擦制动作用；

压力空气进入中继阀后，推动膜板活塞右移，活塞杆顶开供风阀，使得供风缸的压力空气进入气液转换增压阀，在气液转换增压阀的作用下，油箱中的液压油压力成倍增大，进入液力阻尼器，冲击液力阻尼器的叶片，实现非磨耗阻尼制动作用。

2)司机施行制动保压，当货物列车整体制动力(制动率)达到设定值，进入保压阶段，制动缸内气压保持不变，液力阻尼器内部液压油量维持不变，液力阻尼器持续稳定制动。

C缓解工况：

司机室施行缓解指令，列车管气压上升，在空气分配阀作用下制动缸排气，实现摩擦制动作用缓解。

同时导致与其气路相连的中继阀膜板活塞左腔体气压降低，膜板活塞左移，关闭供风阀，打开排风阀，使得气液转换增压阀通入右腔室压力空气排入大气，通入阻尼器中的液压油压力也被缓解，液压油在离心力和重力的作用下回流至油箱，实现非磨耗阻尼制动作用缓解。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在不改变货运列车原有的空气制动控制系统条件下，采用三通阀，利用原有空气制动系统的120型空气分配阀，在控制闸瓦摩擦制动同时，也提供压力空气信号来控制液力阻尼器产生制动作用，提高了货物列车的制动性能，在最大程度降低成本下，实现了应用的可能性；

(2)制动时，本发明通过中继阀分别连接三通阀和气液转换增压阀，巧妙的将来自三通阀的压力空气作为控制压力信号将供风缸内的压力空气送入气液转换增压阀，推动油箱内的液压油进入液力阻尼器，产生非磨耗制动效果；

(3)本发明通过液力阻尼器辅助制动系统，实现在货运列车快速重载工况下通过组合制动减少摩擦制动的功率及闸瓦磨耗量，改善车辆制动过程对车轮的损伤；

(4)本发明通过增加蜂窝状的散热片给液压油散热，散热效果好，保证液力阻尼器制动系统的稳定运行，本液力阻尼器制动机构在没有制动压力时，不产生液力阻尼，不影响列车正常运行；

(5)液力阻尼器利用液压油的反冲作用产生阻尼作用控制列车速度，该种制动方式相对摩擦制动复杂的传动机构，结构紧凑、效率更高，制动力稳定，很适合长时间的列车下坡持续制动；

(6)装备液力阻尼器的货物列车在制动时可以大大减少闸瓦作用力，这就使得闸瓦使用寿命大大延长，很大程度解决现存在的巨量闸瓦磨耗更换的问题，从而减少了车辆的使用和维护成本，虽然一次性投入成本高一些，但是在后期使用中会逐渐显现出其性价比优势；

(7)由于液力阻尼器为非接触式制动，且减少了摩擦制动的使用时间，所以其使用可以明显减少摩擦制动时产生的粉尘，减少环境的污染；

(8)货运列车在实际往返运行中车轴具有不同的旋转方向，为使列车在往返运行过程中液力阻尼器都能发挥良好的辅助制动效果，本发明提出在转向架的两个车轴上各安装两个叶片倾斜方向相反的液力阻尼器，这样在列车往返运行中，转向架的每根车轴上都保证有一个液力阻尼器在进行有效工作；

(9)由于同一个车轴上的两个液力阻尼器不同时工作，本发明提出安装在同一个车轴上的两个液力阻尼器共用一个储油箱，这样不仅节约了成本还减轻了安装重量，同时还可以有效保证整个转向架制动力的平衡；

(10)在现有巨大数量的主型货物列车转向架结构中，均采用“三大件”式较低成本的结构，难以改变现有的基础制动装置、或增设盘形制动装置，本发明的组合制动系统正是能适应安装在现有货物列车转向架结构上。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为中继阀的结构示意图；

图3为本发明在货物列车上的安装示意图；

图4为本系统的工作流程图；

图中标识为：1列车管，2第一制动支管，21第二制动支管，3空气分配阀，301副风缸，302加速缓解风缸，4三通阀，5制动缸，6中继阀，601膜板活塞，602排气口，603排风阀，604供风阀，605缩孔，7供风缸，8气液转换增压阀，9油箱，10液力阻尼器，11单向阀，12手动阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种用于货物列车的制动系统，包括空气制动机构、三通阀4及液力阻尼器制动机构，空气制动机构包括120型空气分配阀3和制动缸5，120型空气分配阀3通过第一制动支管2分别连接列车管1及制动缸5，还连接有副风缸301和加速缓解风缸302，制动缸5将作用力传到货物列车的闸瓦，三通阀4的入口通过原有通制动缸的管路与空气分配阀3连接，两个出口分别与制动缸5和液力阻尼器制动机构连接。

液力阻尼器制动机构包括依次连接的供风缸7、中继阀6、气液转换增压阀8、油箱9、液力阻尼器10以及安装在油箱9与液力阻尼器10表面的散热片，散热片为蜂窝状，采用风冷散热模式，用于对液压油散热，供风缸7通过第二制动支管21和安装在第二制动支管21上的单向阀11与列车管1连接，中继阀6与三通阀4的出口相连接。

第一制动支管2和第二制动支管21上均安装有手动阀12，便于司机手动操作。

如图2所示，中继阀6包括阀体及设置在阀体内的膜板活塞601、活塞杆、排风阀603及供风阀604，排风阀603及供风阀604连接在活塞杆上，活塞杆与膜板活塞601连接，膜板活塞601将阀体分为左腔体和右腔体，左腔体与三通阀4的出口互通，右腔体处设有气腔，排风阀603、供风阀604及活塞杆共同置于该气腔内，排风阀603及供风阀604将气腔依次分为第一腔室、第二腔室和第三腔室，第三腔室与供风缸7连通，第二腔室分别与气液转换增压阀8和右腔体连通，制动时，来自三通阀4的压力空气进入左腔体，推动膜板活塞601右移，供风阀604打开，供风缸7内的压力空气通过第二腔室进入气液转换增压阀8，气液转换增压阀8将压力空气压力增大，将油箱9内的液压油送入液力阻尼器10，冲击液力阻尼器10的叶片，实现液力阻尼制动。通过控制气液转换增压阀8的活塞两侧截面积，可以调整油箱9输入液力阻尼器10的压力，通过控制气液转换增压阀8的活塞行程与速度，可以调节油箱9输入液力阻尼器10的油量与流量，由此实现流量放大与气液转换增压的目标。此时，如果气液转换增压阀8因泄露而稍有减压，则膜板活塞601在活塞压强差的推动下将稍稍右移，使供风阀604打开，供风缸7可以给气液转换增压阀8稍补一点压力空气，直至气液转换增压阀8的气室恢复原有压强。

当制动缸5缓解排风减压时，膜板活塞601将左移，排风阀603打开，此时，气液转换增压阀8内的压力空气经过排风阀603、排气口602排往大气。随着气液转换增压阀8压强的降低，膜板活塞601也要逐渐回到中间保压位，关闭排气口602，使气压转换增压阀停止减压。此时，气液转换增压阀8如有泄露，供风缸7也一样能给它补风，使它恢复原有的压力。

如图3所示，液力阻尼制动机构在货物列车上的安装方式如下：

在货物列车转向架上安装有4个液力阻尼器10，转向架的每个车轴上各安装2个叶片倾斜方向相反的液力阻尼器10，4个液力阻尼器10形成矩形状对称布置，矩形状对角线上的两个液力阻尼器10的叶片倾斜方向相同，保证转向架两侧的质量及制动力的平衡，液力阻尼器10的定子和外壳通过铰接拉杆与货物列车转向架摇枕连接，使液力阻尼器10的定子和外壳相对货物列车转向架位置稳定，并且适应摇枕振动。与车轴垂直的一条直线上的两个液力阻尼器10通过油管连接一个油箱9，油箱9安装在货物列车转向架摇枕下方。

本发明使用时，有三种作用工况：

A初充气缓解工况：组合制动系统初始化，列车管1为空气分配阀3的副风缸301及供风缸7输送压力空气，空气分配阀3和中继阀6复位，制动缸5和液力阻尼器10无压力空气；

B制动和制动保压工况：(如图4所示)

1)司机施行制动指令，列车管1减压，空气分配阀3主活塞动作，将副风缸301压力空气进入通向制动缸5的管路；通向制动缸5的管路接入三通阀4，分成两个制动作用管路；即制动时空气分配阀3排出的压力空气通过三通阀4进行分配，一部分进入制动缸5，另一部分进入中继阀6，压力空气进入制动缸5后，推动闸瓦靠到车轮踏面上，实现摩擦制动作用；

压力空气进入中继阀6后，推动膜板活塞601右移，活塞杆顶开供风阀604，使得供风缸7的压力空气进入气液转换增压阀8，并由缩孔605进入右腔体，在气液转换增压阀8的作用下，油箱9中的液压油压力成倍增大，进入液力阻尼器10，冲击液力阻尼器10的叶片，实现非磨耗阻尼制动作用。

2)司机施行制动保压，当货物列车整体制动力(制动率)达到设定值，进入保压阶段，制动缸5内气压保持不变，液力阻尼器10内部液压油量维持不变，液力阻尼器10持续稳定制动。

C缓解工况：

司机室施行缓解指令，列车管1气压上升，在空气分配阀3作用下制动缸5排气，实现摩擦制动作用缓解。

同时导致与其气路相连的中继阀6膜板活塞601左腔体气压降低，膜板活塞601左移，关闭供风阀604，打开排风阀603，使得气液转换增压阀8通入右腔室压力空气排入大气，通入阻尼器中的液压油压力也被缓解，液压油在离心力和重力的作用下回流至油箱9，实现非磨耗阻尼制动作用缓解。

Claims (9)

1.一种用于货物列车的制动系统，包括空气制动机构，所述的空气制动机构包括空气分配阀(3)和制动缸(5)，所述的空气分配阀(3)通过第一制动支管(2)分别连接列车管(1)及制动缸(5)，所述的空气分配阀(3)连接有副风缸(301)和加速缓解风缸(302)，所述的制动缸(5)将作用力传到货物列车的闸瓦，其特征在于，所述的制动系统还包括三通阀(4)和液力阻尼器制动机构，所述的三通阀(4)的入口与所述的空气分配阀(3)连接，两个出口分别与所述的制动缸(5)和所述的液力阻尼器制动机构连接，

制动时，列车管(1)中的压力空气通过所述的空气分配阀(3)和三通阀(4)分别控制所述的制动缸(5)和液力阻尼器制动机构对货物列车产生制动作用。

2.根据权利要求1所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，所述的空气分配阀(3)为120型空气分配阀，将压力空气通过所述的三通阀(4)分别传输到所述的制动缸(5)和所述的液力阻尼器制动机构。

3.根据权利要求1所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，所述的液力阻尼器制动机构包括依次连接的供风缸(7)、中继阀(6)、气液转换增压阀(8)、油箱(9)和液力阻尼器(10)，所述的供风缸(7)通过第二制动支管(21)和安装在所述的第二制动支管(21)上的单向阀(11)与所述的列车管(1)连接，所述的中继阀(6)与三通阀(4)的出口相连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，制动时，通过控制所述的气液转换增压阀(8)的活塞两侧截面积，控制输入所述的油箱(9)的压力，通过控制气液转换增压阀(8)的活塞行程与速度，控制所述的油箱(9)输入液力阻尼器(10)的油量与流量。

5.根据权利要求3所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，所述的液力阻尼器制动机构还包括用于对液压油散热的散热片，所述的散热片为蜂窝状，并布置在所述的油箱(9)和液力阻尼器(10)的表面。

6.根据权利要求3所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，在货物列车转向架上安装有4个所述的液力阻尼器(10)，转向架的每个车轴上各安装2个叶片倾斜方向相反的液力阻尼器(10)，4个所述的液力阻尼器(10)形成矩形状对称布置，所述的矩形状对角线上的两个液力阻尼器(10)的叶片倾斜方向相同，以适应列车正、反方向运行。

7.根据权利要求6所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，与车轴垂直的一条直线上的两个所述的液力阻尼器(10)通过油管连接一个所述的油箱(9)。

8.根据权利要求3所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，所述的液力阻尼器(10)的定子和外壳通过铰接拉杆与货物列车转向架摇枕连接，使液力阻尼器(10)的定子和外壳相对货物列车转向架位置稳定，并且适应货物列车转向架摇枕的振动和摆动。

9.根据权利要求3所述的一种用于货物列车的制动系统，其特征在于，所述的油箱(9)安装在货物列车转向架摇枕下方，通过所述的液力阻尼器(10)进出口压力差和离心力，使所述的油箱(9)内的液压油能自动循环。