CN106050765B - 一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统 - Google Patents

Abstract

一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，包括集成作动器，集成作动器内固定有液压油箱和液压油缸，液压油缸上固定有第一铰接支座，液压油缸的活塞杆上固定有第二铰接支座，第一铰接支座和第二铰接支座分布于液压油缸的两端并露出集成作动器外，所述的液压油缸上固定连接有位移传感器和压力传感器，位移传感器和压力传感器电连接在控制器上，控制器固定于集成作动器内并通过线缆连接电源。它综合了现有摆式列车技术中主流的两种控制系统的优点，使列车的控制系统具备高集成性。根据列车的不同结构和要求，在不同的控制系统里设有多种解决系统故障‑安全保护模式，如减震模式、对中锁紧模式，并根据实际需求选择系统故障时的安全保护。

Description

一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统

技术领域：

本发明涉及轨道交通的技术领域，更具体地说涉及一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统。

背景技术：

轨道交通，包括高铁，城际列车，区间列车，大铁路列车，以及其他轨道交通车辆，其轨道交通车辆运载量大，绿色环保无污染的优势，近年来得到了大力的发展。但是新修线路，投资成本高，时间长，尤其在山区非常困难；而相比新修线路，改造现有的旧线路，能大程度的节省建设成本和缩短工程时间。改造旧线路，比如改造现有旧的多弯道线路，引进摆式列车技术，其投资成本低，能够提高列车在弯道运行速度30％，是降低列车运行时间和提高列车运行舒适度的有效办法。

而目前市场上主动摆式列车技术中使用的主动控制系统可以分为两类。一类为分散的液压控制系统，如图1所示；另一类则为伺服电机-机械丝杠控制系统，如图2所示；

分散的液压控制系统由油缸a、蓄能器b、控制阀c、滤油器d、冷却器e、主泵站f、循环泵g和油箱h组成，其优点在于系统压力高，油缸作用力大，系统安全可靠，液压油缸体积小容易安装在转向架内。但分散的液压控制系统的问题在于液压系统及管路复杂，本身自重大，出现故障后在线诊断时间长，维修时需在线打开液压系统，容易污染液压油，同时对环境造成污染；分散的液压控制系统可以实现故障保护的安全功能，但是成本很高。

伺服电机-机械丝杠控制系统由减速电机l、伺服电机k、行星滚珠丝杠j、传感器i等组成，其优点在于系统集成，没有分散元器件，维修时可更换整个系统，可以离线诊断故障，维修方便。但伺服电机-机械丝杠控制系统的缺点在于丝杠系统在润滑不良或者受侧向力情况下可能出现卡死现象，对系统安全性产生不良影响；另外伺服电机-机械丝杠控制系统很难实现故障保护的安全功能。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供了一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其除了具备高集成度外，系统还设有多种解决系统故障、功能失效的自动安全保护功能。

一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，包括集成作动器，集成作动器内固定有液压油箱和液压油缸，液压油缸上固定有第一铰接支座，液压油缸的活塞杆上固定有第二铰接支座，第一铰接支座和第二铰接支座分布于液压油缸的两端并露出集成作动器外，所述的液压油缸内固定连接有位移传感器和若干压力传感器，位移传感器和压力传感器电连接在控制器上，控制器内设有控制板，控制器固定于集成作动器内并通过电缆和通讯线缆分别连接电源和列车控制器；所述的集成作动器内固定有液压比例控制阀，液压比例控制阀通过线缆电连接控制器，液压比例控制阀通过若干根液压油管分别与液压油缸和液压油箱连接，液压比例控制阀和液压油箱之间的一根液压油管上连接有定量泵，定量泵和电动马达机械连接，液压比例控制阀和液压油箱之间的另一根液压油管上连接有溢流阀，溢流阀、电动马达和定量泵均固定于集成作动器内；所述的集成作动器内设置有安全保护系统，安全保护系统包括减震系统和自动对中锁紧系统；

所述的减震模式系统包括第一电磁阀和阻尼阀，液压比例控制阀和液压油缸之间的液压油管上连接有连通液压油箱的第一分支油管，第一电磁阀和阻尼阀连接在第一分支油管上，第一电磁阀和阻尼阀均固定于集成作动器内。

所述的自动对中锁紧模式系统包括安全油缸，安全油缸固定于液压油缸的活塞杆内，安全油缸的活塞杆穿过液压油缸的活塞插接在液压油缸的缸体内，定量泵和液压比例控制阀之间的液压油管上连接有第二分支油管，第二分支油管上连接有第一单向阀，第二分支油管的末端连接有蓄能器，第一单向阀和蓄能器之间的第二分支油管上连接有连通安全油缸的第三分支油管，第三分支油管上连接有第二电磁阀和第二单向阀，液压比例控制阀和液压油缸之间的液压油管上连接有连通液压油箱的第三分支油管，第三分支油管上连接有第三电磁阀，第三电磁阀、第二电磁阀、第二单向阀和第一单向阀均固定于集成作动器内。

所述的压力传感器设有两个，压力传感器和位移传感器均位于液压油缸的缸体内，位移传感器位于液压油缸缸体的一端，压力传感器分设于液压油缸内活塞的两侧。

所述的液压比例控制阀上连接的液压油管为四根，两根液压油管连接在液压油缸上，两根液压油管连接在液压油箱上，连接在液压油箱的两根液压油管均连接有第一分支油管。

所述的减震模式系统的阻尼阀为单向阻尼阀，阻尼阀由阀组和液压单向阀组成，阻尼阀上液压单向阀的方向为液压油箱至第一电磁阀。

所述自动对中锁紧模式系统的液压油缸内的活塞杆上开设有连通安全油缸活塞杆腔的卸油孔，所述第一单向阀的方向为定量泵至蓄能器，第二单向阀的方向为定量泵至第二电磁阀。

所述自动对中锁紧模式系统的第二电磁阀设有多个进出口，第二电磁阀进出口上连接有连通液压油箱的回油管。

所述的集成作动器上固定连接有电源插座和通讯接口，控制器分别与电源插座和通讯接口电连接；集成作动器内的电动马达通过电控箱连接电源插座；电源插座通过线缆连接电源，电源采用380V或220V的交流电。

本发明的有益效果在于：

1、它综合了现有主动摆式列车技术中主流的两种控制系统的优点，弥补了其两种控制系统的缺点，实现摆式列车的控制系统具备高安全性、高可靠性和高集成性。

2、它可根据摆式列车的不同结构和要求，可以在控制系统设有多种解决系统故障-安全保护模式，如减震模式、自动对中锁紧模式，并可根据实际需求选择系统故障时的安全保护。

附图说明：

图1为现有摆式列车上分散的液压控制系统的示意图；

图2为现有摆式列车上伺服电机-机械丝杠控制系统的示意图；

图3为本发明集成液压系统减震模式的结构示意图；

图4为本发明单个减震集成作动器安装于列车上的示意图；

图5为本发明一对减震集成作动器安装于列车上的示意图；

图6为本发明集成液压系统自动对中锁紧模式的结构示意图；

图7为本发明一对对中锁紧集成作动器于列车上正常工作状态的示意图；

图8为本发明一对对中锁紧集成作动器于列车上对中锁紧状态的示意图；

图9为本发明减震集成作动器采用变量泵的示意图；

图10为本发明对中锁紧集成作动器采用变量泵的示意图。

图中：1、集成作动器；2、液压油箱；3、液压油缸；31、第一铰接支座；32、第二铰接支座；33、泄油孔；4、位移传感器；5、压力传感器；6、控制器；7、电源；8、液压比例控制阀；9、定量泵；10、电动马达；11、溢流阀；12、第一电磁阀；13、阻尼阀；14、安全油缸；15、第二电磁阀；16、第二单向阀；17、第一单向阀；18、蓄能器；19、转向架；20、连杆；21、摇枕；22、二系悬挂；23、车厢；24、控制板；25、列车控制器；26、第三电磁阀；27、比例变量泵。

具体实施方式：

实施例：见图3至8所示，一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，包括集成作动器1，集成作动器1内固定有液压油箱2和液压油缸3，液压油缸3上固定有第一铰接支座31，液压油缸3的活塞杆上固定有第二铰接支座32，第一铰接支座31和第二铰接支座32分布于液压油缸3的两端并露出集成作动器1外，所述的液压油缸3内固定连接有位移传感器4和若干压力传感器5，位移传感器4和压力传感器5电连接在控制器6上，控制器6内设有控制板24，控制器6固定于集成作动器1内并通过电缆和通讯线缆分别连接电源7和列车控制器25；所述的集成作动器1内固定有液压比例控制阀8，液压比例控制阀8通过线缆电连接控制器6，液压比例控制阀8通过若干根液压油管分别与液压油缸3和液压油箱2连接，液压比例控制阀8和液压油箱2之间的一根液压油管上连接有定量泵9，定量泵9和电动马达10机械连接，液压比例控制阀8和液压油箱2之间的另一根液压油管上连接有溢流阀11，溢流阀11、电动马达10和定量泵9均固定于集成作动器1内；根据摆式列车的不同结构和要求，所述的集成作动器1设置有多种的安全保护系统，安全保护系统包括减震模式系统或自动对中锁紧模式系统，减震模式系统或自动对中锁紧模式系统独立安设于集成作动器1内；

所述的减震模式系统包括第一电磁阀12和阻尼阀13，液压比例控制阀8和液压油缸3之间的液压油管上连接有连通液压油箱2的第一分支油管，第一电磁阀12和阻尼阀13连接在第一分支油管上，第一电磁阀12和阻尼阀13均固定于集成作动器1内。

所述的自动对中锁紧模式系统包括安全油缸14，安全油缸14固定于液压油缸3的活塞杆内，安全油缸14的活塞杆穿过液压油缸3的活塞插接在液压油缸3的缸体内，定量泵9和液压比例控制阀8之间的液压油管上连接有第二分支油管，第二分支油管上连接有第一单向阀17，第二分支油管的末端连接有蓄能器18，第一单向阀17和蓄能器18之间的第二分支油管上连接有连通安全油缸14的第三分支油管，第三分支油管上连接有第二电磁阀15和第二单向阀16，液压比例控制阀8和液压油缸3之间的液压油管上连接有连通液压油箱2的第三分支油管，第三分支油管上连接有第三电磁阀26，第三电磁阀26、第二电磁阀15、第二单向阀16和第一单向阀17均固定于集成作动器1内。

所述的压力传感器5设有两个，压力传感器5和位移传感器4均位于液压油缸3的缸体内，位移传感器4位于液压油缸3缸体的一端，压力传感器5分设于液压油缸3内活塞的两侧。

所述的液压比例控制阀8上连接的液压油管为四根，两根液压油管连接在液压油缸3上，两根液压油管连接在液压油箱2上，连接在液压油箱2的两根液压油管均连接有第一分支油管。

所述的减震模式系统的阻尼阀13为单向阻尼阀，阻尼阀13由阀组和液压单向阀组成，阻尼阀13上液压单向阀的方向为液压油箱2至第一电磁阀12。

所述自动对中锁紧模式系统的液压油缸3内的活塞杆上开设有连通安全油缸14活塞杆腔的卸油孔33，所述第一单向阀17的方向为定量泵9至蓄能器18，第二单向阀16的方向为定量泵9至第二电磁阀15。

所述自动对中锁紧模式系统的第二电磁阀15设有多个进出口，第二电磁阀15进出口上连接有连通液压油箱2的回油管。

所述的集成作动器1上固定连接有电源插座和通讯接口，控制器6分别与电源插座和通讯接口电连接；集成作动器1内的电动马达10通过电控箱连接电源插座；电源插座通过线缆连接电源7，电源7采用380V或220V的交流电。

工作原理：本发明为摆式列车上的集成液压控制系统；其集成结构的原理结合图3进行阐述图3中虚线为电路或控制油路，实线为主油路；

其摆式列车上电时，电动马达10通电，定量泵9启动，同时其液压控制系统通过溢流阀11建立所需要工作压力，系统从而自动进入摆式列车模态。当列车过弯道曲线时，列车控制器25通过采集的信息计算出列车通过曲线时所需要摆动的角度，通过列车通讯总线把这个角度信息传递给集成作动器1里的控制器6。控制器接收到这个信息后，控制器6接受信号并进行处理，通过控制律把此信号转换成液压比例控制阀8的控制信号发送给液压比例控制阀8，通过液压比例控制阀8的换向以及流量控制来控制液压油缸3的运动，实现列车在弯道曲线上各位置的最佳倾摆；

同时液压油缸3上内置的位移传感器4把液压油缸3实时运动反馈给控制器6，构成位置的控制闭环，由此保证液压油缸3的运动与列车传输的信号同步；另外还可采用不同的控制律，如液压油缸3上内置的压力传感器4可以把液压油缸3实时压力反馈给控制器6，构成力的控制闭环，由此保证液压油缸3的运动与列车传输的信号同步；

根据列车的不同结构和要求，可以采用不同系统故障-安全保护模式，如减震模式、对中锁紧模式。而当集成液压控制系统出现故障时，系统自动启动故障时的安全保护。具体原理如下：

减震模式，即将整个控制系统的集成作动器1视为一个减震器，当列车上电时，第一电磁阀12通电关闭，电动马达10通电，定量泵9启动，系统通过溢流阀11建立压力，系统自动进入摆式列车模态，系统可以正常运行，结合图3所示；当出现任何故障时，系统主动断电，系统进入减震的安全模式，在此模式下，液压比例控制阀8回到中位，液压比例控制阀8的全部油口封闭，则保持液压油缸3内的油压，与此同时，第一电磁阀12断电回到零位开启，则第一分支油管连通，则液压油缸3可以通过阻尼阀13实现减震器功能，此时，列车过弯道时其集成液压控制系统转换为被动的减震系统；在该方案中，集成作动器1可以采用单个或成对安装于列车的摇枕21和转向架19之间，分别如图4或图5所示；

自动对中锁紧模式，当列车上电时，第二电磁阀15通电关闭，电动马达10通电，定量泵9启动，系统通过溢流阀11建立压力，同时为蓄能器18充能，系统自动进入摆式列车模态，系统可以正常运行；当出现任何故障时，系统主动断电，系统进入自动对中锁紧的安全模式，自动对中锁紧的安全模式结合图6、8所示，对中模式必须同时采用两个集成动作器1，图8为两个自动对中锁紧模式的集成液压控制系统单元安装于列车上的结构示意图，列车的结构包括转向架19、连杆20、摇枕21、二系悬挂22和车厢23，集成液压控制系统单元通过液压油缸3上的第一铰接支座31和第二铰接支座32分别与转向架19和摇枕21铰接；在此模式下，液压比例控制阀8回到中位，液压比例控制阀8的全部油口封闭，同时第三电磁阀26断电回到零位开启，实现液压油缸3的油泄压，同时第二电磁阀15断电回到零位开启，蓄能器18通过第三分支油管和安全油缸14连通，则蓄能器18为安全油缸14提供高压油，安全油缸18的活塞杆顶出驱使液压油缸3的活塞返回到中位，同时将车厢23推到中间位置，其蓄能器18和安全油缸14位于一个封闭回路，安全油缸14阻止液压油缸3的活塞杆回缩，则实现车厢23中位锁死。

还有如图9、10所示，该系统也可以将定量泵9更换为比例变量泵27。此时把轨道信号存储在列车控制器25内，列车通过GPS定位系统或者路边预设传感器提前确认列车将进入曲线和列车需要倾摆的角度。该信号通过列车通讯总线传递给集成作动器的控制器。控制器根据该信号计算变量泵所需要流量，并提前调节变量泵流量，以满足液压系统工作要求，这样系统更加节能环保。

Claims (8)

1.一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，包括集成作动器(1)，其特征在于：集成作动器(1)内固定有液压油箱(2)和液压油缸(3)，液压油缸(3)上固定有第一铰接支座(31)，液压油缸(3)的活塞杆上固定有第二铰接支座(32)，第一铰接支座(31)和第二铰接支座(32)分布于液压油缸(3)的两端并露出集成作动器(1)外，所述的液压油缸(3)内固定连接有位移传感器(4)和若干压力传感器(5)，位移传感器(4)和压力传感器(5)电连接在控制器(6)上，控制器(6)内设有控制板(24)，控制器(6)固定于集成作动器(1)内并通过电缆和通讯线缆分别连接电源(7)和列车控制器(25)；所述的集成作动器(1)内固定有液压比例控制阀(8)，液压比例控制阀(8)通过线缆电连接控制器(6)，液压比例控制阀(8)通过若干根液压油管分别与液压油缸(3)和液压油箱(2)连接，液压比例控制阀(8)和液压油箱(2)之间的一根液压油管上连接有定量泵(9)，定量泵(9)和电动马达(10)机械连接，液压比例控制阀(8)和液压油箱(2)之间的另一根液压油管上连接有溢流阀(11)，溢流阀(11)、电动马达(10)和定量泵(9)均固定于集成作动器(1)内；所述的集成作动器(1)设置有多种安全保护系统，安全保护系统包括减震模式系统或自动对中锁紧模式系统；

所述的减震模式系统包括第一电磁阀(12)和阻尼阀(13)，液压比例控制阀(8)和液压油缸(3)之间的液压油管上连接有连通液压油箱(2)的第一分支油管，第一电磁阀(12)和阻尼阀(13)连接在第一分支油管上，第一电磁阀(12)和阻尼阀(13)均固定于集成作动器(1)内。

2.根据权利要求1所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的自动对中锁紧模式系统包括安全油缸(14)，安全油缸(14)固定于液压油缸(3)的活塞杆内，安全油缸(14)的活塞杆穿过液压油缸(3)的活塞插接在液压油缸(3)的缸体内，定量泵(9)和液压比例控制阀(8)之间的液压油管上连接有第二分支油管，第二分支油管上连接有第一单向阀(17)，第二分支油管的末端连接有蓄能器(18)，第一单向阀(17)和蓄能器(18)之间的第二分支油管上连接有连通安全油缸(14)的第三分支油管，第三分支油管上连接有第二电磁阀(15)和第二单向阀(16)，液压比例控制阀(8)和液压油缸(3)之间的液压油管上连接有连通液压油箱(2)的第三分支油管，第三分支油管上连接有第三电磁阀(26)，第三电磁阀(26)、第二电磁阀(15)、第二单向阀(16)和第一单向阀(17)均固定于集成作动器(1)内。

3.根据权利要求1所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的压力传感器(5)设有两个，压力传感器(5)和位移传感器(4)均位于液压油缸(3)的缸体内，位移传感器(4)位于液压油缸(3)缸体的一端，压力传感器(5)分设于液压油缸(3)内活塞的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的液压比例控制阀(8)上连接的液压油管为四根，两根液压油管连接在液压油缸(3)上，两根液压油管连接在液压油箱(2)上，连接在液压油箱(2)的两根液压油管均连接有第一分支油管。

5.根据权利要求1所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的阻尼阀(13)为单向阻尼阀，阻尼阀(13)由阀组和液压单向阀组成，阻尼阀(13)上液压单向阀的方向为液压油箱(2)至第一电磁阀(12)。

6.根据权利要求2所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述液压油缸(3)内的活塞杆上开设有连通安全油缸(14)活塞杆腔的卸油孔(33)，所述第一单向阀(17)的方向为定量泵(9)至蓄能器(18)，第二单向阀(16)的方向为定量泵(9)至第二电磁阀(15)。

7.根据权利要求2所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的第二电磁阀(15)设有多个进出口，第二电磁阀(15)进出口上连接有连通液压油箱(2)的回油管。

8.根据权利要求1所述的一种摆式列车上附设安全保护模式的集成液压控制系统，其特征在于：所述的集成作动器(1)上固定连接有电源插座和通讯接口，控制器(6)分别与电源插座和通讯接口电连接；集成作动器(1)内的电动马达(10)通过电控箱连接电源插座；电源插座通过线缆连接电源(7)，电源(7)采用380V或220V的交流电。