CN106483992B - 列车制动的排风控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车制动的排风控制装置及方法，包括设于列车上的列车管，控制器，与列车管连通的管路，设于管路上的压力传感器，压力反馈控制电路，设于管路的排气口前部的流量控制体；流量控制体包括驱动电路、m个并联的电控开关阀，m≥2；压力反馈控制电路的信号输入端与压力传感器的信号输出端电连接，压力反馈控制电路分别与控制器和驱动电路电连接，驱动电路分别与各个电控开关阀连接。本发明具有可以稳定排风控速，排风速度可以连续调节的特点。

Description

列车制动的排风控制装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆制动技术领域，尤其是涉及一种能够实现稳定排风控速的列车制动的排风控制装置及方法。

背景技术

轨道车辆的制动方式主要采用空气制动系统，车辆运行中司机操纵制动阀将列车管内的空气排出，使列车管压力下降，控制车辆刹车制动，从而达到减速和停车的目的。

车辆编组成列车时，将每节车的列车管连通成一体，列车管内的压力由机车司机操控，以达到控制全列车同步制动和缓解的目的。

列控车载设备是一种配置在机车上的车载安全设备，主要有GYK、LKJ、ATP等几种类型，其主要功能是对地面信号、车速、车辆工况进行实时监测，进行超速和冒进信号的判别，一旦车辆超速或冒进信号，将输出制动信号，控制列车减速或停车，以保证行车安全。

但是，由于排气口的大小是固定的，现有的列控车载设备无法适应列车编组长短的变化，当单个车时，列车管很短，存在排气太快，制动太快的问题；当长大列车编组时，列车管很长，存在排气太慢，制动反应太慢，制动距离太长的问题。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的列控车载设备无法稳定排风控速的不足，提供了一种能够实现稳定排风控速的列车制动的排风控制装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种列车制动的排风控制装置，包括设于列车上的列车管，控制器，与列车管连通的管路，设于管路上的压力传感器，压力反馈控制电路，设于管路的排气口前部的流量控制体；流量控制体包括驱动电路、m个并联的电控开关阀，m≥2；压力反馈控制电路的信号输入端与压力传感器的信号输出端电连接，压力反馈控制电路分别与控制器和驱动电路电连接，驱动电路分别与各个电控开关阀连接。

现有技术的列控车载设备是在列车管安装一个开关电磁阀，当车载列控设备输出制动指令时，电磁阀得电开启，将列车管内的空气排出(排风)，使列车管压力下降，从而达到减速和停车的目的。

现有技术存在的问题是无法适应列车编组长短的变化，由于排气口的大小是固定的，当单个车时，列车管很短，存在排气太快，制动太快的问题；当长列车编组时，列车管很长，存在排气太慢，制动反应太慢，制动距离太长的问题。

无论列车管长短，本发明始终能够以稳定的速度排气，在稳定的时间范围内将列车管压力降下来，不至于过快，也不至于过慢。

作为优选，m个并联的电控开关阀的通道横截面积依次为a，2a，4a，8a，...，2^m-1a。

本发明为了使排风降压速度可以控制，采用了大小可以控制的排风口。

采用2个及以上的电控开关阀，数量越多，可调级数越大，精度越高。所有电控开关阀以并联的方式连接成一个流量控制体。每个开关阀或其通路配有节流缩孔。

若有m个开关阀并联成流量控制体，其中最小的通道截面积为a，那么其余通道的截面积分别设置为2a，4a，8a，...，2^m-1a。

由m个开关阀并联而成的流量控制体，可以实现2^m-1级流量调节。

作为优选，压力反馈控制电路包括第一信号放大电路、第二信号放大电路、第一控制开关K、第三信号放大电路、减法电路、电容C和滑动变阻器R；第一信号放大电路的输入端与压力传感器的信号输出端电连接，第一信号放大电路的输出端分别与第一控制开关K一端和第二信号放大电路的输入端电连接，第一控制开关K另一端分别与电容C一端、第三信号放大电路的输入端、滑动变阻器R的一个固定端和中间抽头电连接，电容C另一端和滑动变阻器R的另一个固定端接地，第二信号放大电路和第三信号放大电路的输出端均与减法电路电连接，减法电路与驱动电路电连接，第一控制开关K与控制器电连接。

作为优选，压力反馈控制电路包括减法电路、模数转换器、单片机、第二控制开关和数模转换器；模数转换器、单片机、数模转换器、减法电路和驱动电路依次电连接，压力传感器的信号输出端与数模转换器的信号输入端电连接，第二控制开关两端分别与控制器和单片机连接。

作为优选，电控开关阀为可调流量阀、可调口径阀、比例阀或伺服阀。

一种列车制动的排风控制装置的方法，包括如下步骤：

控制器中设有由m个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的(2^m-1)个流量控制体横截面积，(2^m-1)个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，...，(2^m-1)a；每个流量控制体横截面积均与若干个电控开关阀的组合相对应；

(6-1)调节滑动变阻器R的中间抽头的位置，确定滑动变阻器R与第三信号放大电路连接端的电压V2的下降速度；

(6-2)控制器控制第一控制开关K闭合，使第二信号放大电路输出的电压V1与V2相等，驱动电路控制各个电控开关阀均关闭；

(6-3)当排风指令下达时，控制器控制第一控制开关K断开，V2随着电容C的放电而逐步下降；

(6-4)减法电路输出V1和V2之间的电压差值至驱动电路中，随着时间的延长，V2逐渐下降，电压差值逐渐增大，驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；

(6-5)气体量的排出使管压力下降，经压力传感器变换后，使得V1下降，转入步骤(6-4)，达到V1始终跟随V2下降的目的，直至V1与V2相等；第一控制开关K断开的时间达到T2后，转入步骤(6-2)。

一种列车制动的排风控制装置的方法，包括如下步骤：

控制器中设有由m个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的(2^m-1)个流量控制体横截面积，(2^m-1)个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，…，(2^m-1)a；每个流量控制体横截面积均与若干个电控开关阀的组合相对应；

(7-1)压力传感器检测的模拟信号经过模数转换器转换成数字信号，数字信号输入单片机中；

(7-2)当排风指令下达时，控制器控制第二控制开关闭合，单片机确认第二控制开关闭合后，单片机开始计算单位时间内变量V2的递减幅度，并将压力传感器检测到的压力存入变量V1；

(7-3)单片机计算V2与V1的差值幅度，幅度逐渐增大，输出对应的驱动信号给驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；

(7-4)气体量的排出使管压力下降，经压力传感器变换后，使得变量V1下降，转入步骤(7-3)，达到V1始终跟随V2下降的目的；

(7-5)第二控制开关闭合的时间达到T3后，控制器控制第二控制开关断开，单片机确认第二控制开关断开后，单片机通过驱动电路控制各个电控开关阀均闭合。

作为优选，还包括设于压力传感器和第一信号放大器之间的处理器，还包括如下步骤：

在处理器中对压力传感器的检测信号进行如下处理：

对于检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；

设定

其中，

处理器将经过修正处的检测信号V(t)输送给第一信号放大器。

因此，本发明具有如下有益效果：可以稳定排风控速，排风速度可以连续调节。

附图说明

图1是本发明的实施例1的压力反馈控制电路的一种原理框图；

图2是本发明的实施例2的压力反馈控制电路的一种原理框图；

图3是本发明的流量控制体的一种原理框图；

图4是本发明的实施例1的一种流程图。

图中：列车管1、控制器2、管路3、压力传感器4、压力反馈控制电路5、流量控制体6、第一信号放大电路51、第二信号放大电路52、第三信号放大电路53、减法电路54、模数转换器55、单片机56、第二控制开关57、数模转换器58、驱动电路61、电控开关阀62、AD转换器63。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1、图3所示的实施例是一种列车制动的排风控制装置，包括设于列车上的列车管1，控制器2，与列车管连通的管路3，设于管路上的压力传感器4，压力反馈控制电路5，设于管路的排气口前部的流量控制体6；流量控制体包括驱动电路61、3个并联的电控开关阀62，压力反馈控制电路的信号输入端与压力传感器的信号输出端电连接，压力反馈控制电路分别与控制器和驱动电路电连接，驱动电路分别与各个电控开关阀连接。

3个并联的电控开关阀的通道横截面积依次为a，2a，4a。

图3中，还包括AD转换器63，数字信号驱动输入口Din、模拟信号驱动输入口Vin。

如图1所示，压力反馈控制电路包括第一信号放大电路51、第二信号放大电路52、第一控制开关K、第三信号放大电路53、减法电路54、电容C和滑动变阻器R；第一信号放大电路的输入端与压力传感器的信号输出端电连接，第一信号放大电路的输出端分别与第一控制开关K一端和第二信号放大电路的输入端电连接，第一控制开关K另一端分别与电容C一端、第三信号放大电路的输入端、滑动变阻器R的一个固定端和中间抽头电连接，电容C另一端和滑动变阻器R的另一个固定端接地，第二信号放大电路和第三信号放大电路的输出端均与减法电路电连接，减法电路与驱动电路电连接，第一控制开关K与控制器电连接。

电控开关阀为可调流量阀、可调口径阀、比例阀或伺服阀。

如图4所示，一种列车制动的排风控制装置的方法，包括如下步骤：

控制器中设有由3个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的7个流量控制体横截面积，7个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，...，7a；

步骤100，预调节降压及放气速度

调节滑动变阻器R的中间抽头的位置，确定滑动变阻器R与第三信号放大电路连接端的电压V2的下降速度；使T2＝6秒时，电压V2可以完成放电过程，管路完成放气过程；

步骤200，等压控制

控制器控制第一控制开关K闭合，使第二信号放大电路输出的电压V1与V2相等，驱动电路控制各个电控开关阀均关闭；

步骤300，降压、排气控制

当排风指令下达时，控制器控制第一控制开关K断开，减法电路输出V1和V2之间的电压差值至驱动电路中，随着时间的延长，V2逐渐下降，电压差值逐渐增大，驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；气体量的排出使压力下降，经压力传感器转换后，V1下降，再次回到减法电路重复以上过程，达到V1代表的实际管压力逐次逼近V2，由于V2的降速是稳定的，从而达到实际管压力稳定下降的目的。

第一控制开关K断开的时间达到T2后，转入步骤200。

实施例2

如图2所示，压力反馈控制电路包括减法电路54、模数转换器55、单片机56、第二控制开关57和数模转换器58；模数转换器、单片机、数模转换器、减法电路和驱动电路依次电连接，压力传感器的信号输出端与数模转换器的信号输入端电连接，第二控制开关两端分别与控制器和单片机连接。实施例2其它结构部分与实施例1中相同。

一种列车制动的排风控制装置的方法，包括如下步骤：

控制器中设有由3个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的7个流量控制体横截面积，7个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，...，7a；

(7-1)压力传感器检测的模拟信号经过模数转换器转换成数字信号，数字信号输入单片机中；

(7-2)控制器控制第二控制开关闭合，单片机确认第二控制开关闭合后，单片机开始计算单位时间内变量V2的递减幅度，并将压力传感器检测到的压力存入变量V1；

(7-3)单片机计算V2与V1的差值幅度，幅度逐渐增大，输出对应的驱动信号给驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；

(7-4)气体量的排出使管压力下降，经压力传感器变换后，使得变量V1下降，转入步骤(7-3)，达到V1始终跟随V2下降的目的；

(7-5)第二控制开关闭合的时间达到T3后，控制器控制第二控制开关断开，单片机确认第二控制开关断开后，单片机通过驱动电路控制各个电控开关阀均闭合。

实施例3

实施例3包括实施例1中的所有结构和方法部分，实施例3还包括设于压力传感器和第一信号放大器之间的处理器，还包括如下步骤：

在处理器中对压力传感器的检测信号进行如下处理：

对于检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；

设定

其中，

处理器将经过修正处的检测信号V(t)输送给第一信号放大器。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种列车制动的排风控制装置，其特征是，包括设于列车上的列车管(1)，控制器(2)，与列车管连通的管路(3)，设于管路上的压力传感器(4)，压力反馈控制电路(5)，设于管路的排气口前部的流量控制体(6)；流量控制体包括驱动电路(61)、m个并联的电控开关阀(62)，m≥2；压力反馈控制电路的信号输入端与压力传感器的信号输出端电连接，压力反馈控制电路分别与控制器和驱动电路电连接，驱动电路分别与各个电控开关阀连接；

压力反馈控制电路为第一压力反馈控制电路或第二压力反馈控制电路；第一压力反馈控制电路包括第一信号放大电路(51)、第二信号放大电路(52)、第一控制开关K、第三信号放大电路(53)、减法电路(54)、电容C和滑动变阻器R；第一信号放大电路的输入端与压力传感器的信号输出端电连接，第一信号放大电路的输出端分别与第一控制开关K一端和第二信号放大电路的输入端电连接，第一控制开关K另一端分别与电容C一端、第三信号放大电路的输入端、滑动变阻器R的一个固定端和中间抽头电连接，电容C另一端和滑动变阻器R的另一个固定端接地，第二信号放大电路和第三信号放大电路的输出端均与减法电路电连接，减法电路与驱动电路电连接，第一控制开关K与控制器电连接；m个并联的电控开关阀的通道横截面积依次为a，2a，4a，8a，...，2^m-1a；

第二压力反馈控制电路包括减法电路(54)、模数转换器(55)、单片机(56)、第二控制开关(57)和数模转换器(58)；模数转换器、单片机、数模转换器、减法电路和驱动电路依次电连接，压力传感器的信号输出端与数模转换器的信号输入端电连接，第二控制开关两端分别与控制器和单片机连接。

2.根据权利要求1所述的列车制动的排风控制装置，其特征是，电控开关阀为可调流量阀、可调口径阀、比例阀或伺服阀。

3.一种基于权利要求1所述的列车制动的排风控制装置的方法，其特征是，采用第一压力反馈控制电路时，包括如下步骤：

控制器中设有由m个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的(2^m-1)个流量控制体横截面积，(2^m-1)个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，...，(2^m-1)a；每个流量控制体横截面积均与若干个电控开关阀的组合相对应；

(3-1)调节滑动变阻器R的中间抽头的位置，确定滑动变阻器R与第三信号放大电路连接端的电压V2的下降速度；

(3-2)控制器控制第一控制开关K闭合，使第二信号放大电路输出的电压V1与V2相等，驱动电路控制各个电控开关阀均关闭；

(3-3)当排风开启指令下达时，控制器控制第一控制开关K断开，V2随着电容C的放电而逐步下降；

(3-4)减法电路输出V1和V2之间的电压差值至驱动电路中，随着时间的延长，V2逐渐下降，电压差值逐渐增大，驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；

(3-5)气体量的排出使管压力下降，经压力传感器变换后，使得V1下降，转入步骤(3-4)，达到V1始终跟随V2下降的目的，直至V1与V2相等；第一控制开关K断开的时间达到T2后，转入步骤(3-2)。

4.一种基于权利要求1所述的列车制动的排风控制装置的方法，其特征是，采用第二压力反馈控制电路时，包括如下步骤：

控制器中设有由m个并联的电控开关阀的通道截面积组合成的(2^m-1)个流量控制体横截面积，(2^m-1)个流量控制体横截面积分别为a，2a，3a，...，(2^m-1)a；每个流量控制体横截面积均与若干个电控开关阀的组合相对应；

(4-1)压力传感器检测的模拟信号经过模数转换器转换成数字信号，数字信号输入单片机中；

(4-2)当排风指令下达时，控制器控制第二控制开关闭合，单片机确认第二控制开关闭合后，单片机开始计算单位时间内变量V2的递减幅度，并将压力传感器检测到的压力存入变量V1；

(4-3)单片机计算V2与V1的差值幅度，幅度逐渐增大，输出对应的驱动信号给驱动电路控制相应的电控开关阀打开，使流量控制体横截面积逐渐增大，从管路的排气口排出的气体量逐渐增加；

(4-4)气体量的排出使管压力下降，经压力传感器变换后，使得变量V1下降，转入步骤(4-3)，达到V1始终跟随V2下降的目的；

(4-5)第二控制开关闭合的时间达到T3后，控制器控制第二控制开关断开，单片机确认第二控制开关断开后，单片机通过驱动电路控制各个电控开关阀均闭合。

5.根据权利要求3所述的列车制动的排风控制装置的方法，其特征是，还包括设于压力传感器和第一信号放大电路之间的处理器，还包括如下步骤：

在处理器中对压力传感器的检测信号进行如下处理：

对于检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；

设定

其中，

处理器将经过修正处的检测信号V(t)输送给第一信号放大电路。