CN110525406B - 低速牵引机车电磁空气制动系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

低速牵引机车电磁空气制动系统，涉及低速牵引机车制动技术领域，具体是一种低速牵引机车电磁空气制动系统及其实现方法。其特征在于，包括整车控制器VCU以及通过风管连通的空压机、油水分离器、总风缸、牵引车制动缸、列车管、制动软管连接器，在油水分离器上设有第一排水塞门，在总风缸上设有第二排水塞门，其中，总风缸与牵引车制动缸之间依次设有第二塞门、第一调压阀、常闭电磁阀D4、第三塞门，所述的常闭电磁阀D4连接有常闭电磁阀D1；第二塞门与制动软管连接器之间依次设有第二调压阀、常开电磁阀D2、折角塞门，本系统特别适合低速牵引机车，尤其适合新能源纯电动电力机车的使用需求，具有成本低、结构简单、故障率低的技术效果。

Description

低速牵引机车电磁空气制动系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及低速牵引机车制动技术领域，具体是一种低速牵引机车电磁空气制动系统及其实现方法。

背景技术

目前国内外冶金矿山、石油化工、港口物流、铁路货场等企业和小运转作业主要为内燃机车和新能源电力机车，机车运行速度大都低于60KM/h，我国机车上原用的制动机大多为美国二、三十年代以前的产品这些产品存在着它固有的结构上的缺点，如EL-6、EL-14型机车制动机它们主要缺点如下：1、制动机在操作时手柄沉重，特别在寒冷地区尤为严重，2、在操纵长大列车时充气、排气缓慢，使制动距离延长，3、检修技术要求高，劳动强度大。

而我国根据EL-6、EL-14型机车制动机研究的JZ-7空气制动机自一九七八年一直沿用至今，该制动系统由空气压缩机（简称风泵）、总风缸、自动制动阀（简称大闸）、单独制动阀（简称小闸）、中继阀、分配阀、作用阀，该制动系统具有结构复杂、故障率高、价格昂贵、维修保养困难等缺点，并且在对内燃机车升级改造时无法对该制动进行遥控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低速牵引机车电磁空气制动系统，以实现机车车内控制或/和车外无线遥控，从而达到成本低、结构简单、故障率低，特别适合冶金矿山、石油化工、港口物流、铁路货场等企业和小运转作业低速牵引机车，尤其适合新能源纯电动电力机车使用的目的。

本发明所提供的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征在于，包括整车控制器VCU以及通过风管连通的空压机、油水分离器、总风缸、牵引车制动缸、列车管、制动软管连接器，在油水分离器上设有第一排水塞门，在总风缸上设有第二排水塞门，所述空压机与油水分离器之间设有第一塞门，其中，总风缸与牵引车制动缸之间依次设有第二塞门、第一调压阀、常闭电磁阀D4、第三塞门，所述的常闭电磁阀D4连接有常闭电磁阀D1；第二塞门与制动软管连接器之间依次设有第二调压阀、常开电磁阀D2、折角塞门，所述的常开电磁阀D2连接有常闭电磁阀D3，此外，所述的列车管的输出端通过制动软管连接器与车辆制动管路连接；整车控制器VCU通过总线方式与遥控器接收机通讯连接；且整车控制器VCU通过继电器实现对常闭电磁阀D1、常开电磁阀D2、常闭电磁阀D3、常闭电磁阀D4的控制。

进一步的，列车管还连接有紧急制动阀。

进一步的，整车控制器VCU还连接有遥控器接收机，所述的遥控器接收机与遥控器配合使用，遥控器上对应设置有控制开关，所述的控制开关包括缓解位开关、制动位开关以及急停开关。

进一步的，空压机包括主空压机和备用空压机，主空压机、备用空压机分别通过第一塞门与总风缸连通。

本发明所提供的一种基于低速牵引机车电磁空气制动系统的实现方法，其特征在于，包括以下事件处理机制：

事件a：操控手柄在制动位时，车辆泄压制动，机车充气制动；

事件b：操控手柄在缓解位时，机车泄压缓解，车辆充气缓解；

事件c：在急停开关的触发状态下，车辆泄压制动，机车充气制动。

进一步的，在事件a中，操控手柄在制动位时，VCU检测到制动输入信号，VCU制动输出端输出信号，常开电磁阀D2关闭，常闭电磁阀D3打开，车辆泄压制动；常闭电磁阀D1保持关闭状态，常闭电磁阀D4打开，机车充气制动。

进一步的，在事件b中，操控手柄在缓解位时，VCU检测到缓解输入信号，VCU缓解输出端输出信号，常闭电磁阀D1打开，常闭电磁阀D4保持关闭状态，机车泄压缓解；常开电磁阀D2打开，常闭电磁阀D3保持关闭状态，车辆充气缓解。

进一步的，在事件c中，在急停开关的触发状态下，VCU检测到急停输入信号，VCU急停输出端输出信号，常开电磁阀D2关闭，常闭电磁阀D3打开，车辆泄压制动；常闭电磁阀D1保持关闭状态，常闭电磁阀D4打开，机车充气制动。

进一步的，当机车突然断电或者其他制动失灵时，通过紧急制动阀，实现车辆泄压制动，使车辆能够紧急停车。

本发明所提供的低速牵引机车电磁空气制动系统，省去了原有JZ-7空气制动机的自动制动阀（简称大闸）、单独制动阀（简称小闸）、中继阀、分配阀、作用阀，使制动系统大大简化，并且可以实现车内控制或/和车外无线遥控。本系统特别适合低速牵引机车，尤其适合新能源纯电动电力机车的使用需求，具有成本低、结构简单、故障率低的技术效果。

附图说明

图1是本发明的空气制动管路系统示意图；

图2是本发明的牵引车制动流程框图；

图3是本发明的车辆泄压制动流程框图；

图4是本发明的牵引车泄压缓解流程框图；

图5是本发明的车辆充气缓解流程框图；

图6是本发明的空气制动控制电路原理图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些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限定的范围内。

如图1-6所示，本发明所提供的低速牵引机车电磁空气制动系统，包括整车控制器VCU以及通过风管2连通的空压机、油水分离器4、总风缸5、牵引车制动缸6、列车管7、制动软管连接器8，在油水分离器上设有第一排水塞门9，在总风缸上设有第二排水塞门10。空压机与油水分离器之间设有第一塞门11，总风缸与牵引车制动缸之间依次设有第二塞门12、第一调压阀13（0.3Mpa）、常闭电磁阀D4、第三塞门14，且常闭电磁阀D4连接有常闭电磁阀D1；第二塞门与制动软管连接器之间依次设有第二调压阀15（0.5Mpa）、常开电磁阀D2、折角塞门16，且常开电磁阀D2连接有常闭电磁阀D3。上述的列车管的输出端通过制动软管连接器与车辆制动管路连接，且制动软管连接器与车辆制动管路之间可拆卸连接，上述制动软管连接器为现有技术的常规的软管连接器。其中，整车控制器VCU与常闭电磁阀D1、常开电磁阀D2、常闭电磁阀D3、常闭电磁阀D4电连接，具体地，整车控制器VCU通过继电器的辅助作用，进而控制常闭电磁阀D1、常开电磁阀D2、常闭电磁阀D3、常闭电磁阀D4的闭合和打开。在本发明的具体实施例中，采用型号为ZDC-VCU024C01的新能源电动车整车控制器VCU，并安装在司机室操纵台内部，整车控制器VCU外接DC24V电源，且整车控制器VCU外接安装在操纵台上的操控手柄、急停开关，可以在车内通过操纵台对机车和车辆制动、缓解和紧急停车进行控制。另外，整车控制器VCU还可以通过总线方式与遥控器接收机通讯连接，遥控器接收机配合有遥控器，遥控器上对应设置有控制开关，控制开关具体又包括缓解位开关、制动位开关和急停开关，以便实现对机车的无线遥控，这样就可以在车外通过遥控器，实现对机车和车辆制动、缓解和紧急停车的控制。具体地，采用型号为YT12K2EAHM的遥控器接收机，当司机室所有开关都置于零位时，打开遥控器开关，此时机车启动遥控模式，通过遥控器上的制动位开关、缓解位开关和急停开关来控制机车和车辆的制动、缓解和紧急停车，当遥控器手柄推到制动位开关时，遥控器发出制动信号，遥控器接收机收到制动信号后，通过CAN总线传给整车控制器VCU，此时整车控制器VCU发出制动信号，控制机车和车辆制动；当遥控器手柄推到缓解位开关时，遥控器发出缓解信号，遥控器接收机收到缓解信号后，通过CAN总线传给整车控制器VCU，此时整车控制器VCU发出缓解信号，控制机车和车辆缓解；当在遥控器上按下急停开关时，遥控器发出急停信号，遥控器接收机收到急停信号后，通过CAN总线传给整车控制器VCU，此时整车控制器VCU发出急停信号，控制机车和车辆紧急停车。

此外，列车管还连接有紧急制动阀17，紧急制动阀一般设在司机室墙壁上，当机车突然断电或者其他制动失灵时，拉下紧急制动阀，车辆泄压制动使车辆能够紧急停车。

如图1所示的具体实施例中，本发明的空压机可以设置主空压机31和备用空压机32，第一塞门包括第一塞门I11-1和第一塞门Ⅱ11-2，主空压机通过第一塞门I与总风缸连通，备用空压机通过第一塞门Ⅱ与总风缸连通，可以手动控制第一塞门I和第一塞门Ⅱ的开闭。具体地，当主空压机正常工作时，打开第一塞门I，关闭第一塞门Ⅱ，使用主空压机为总风缸供给压缩空气；当主空压机故障时，打开第一塞门Ⅱ，关闭第一塞门I，切换至备用空压机给总风缸供给压缩空气。优选地，采用型号为QWL5HP的螺杆空压机。空压机内设置空压机风缸，空压机风缸与总风缸连接，这样就保证了空压机风缸压力与总风缸的压力相等，空压机风缸内具有压力传感器，当牵引机车启动后，空压机内部压力传感器检测总风缸内的压力，当总风缸压力小于0.6Mpa时，空压机自动启动运行，给总风缸供给压缩空气；当总风缸压力达到0.8Mpa时，空压机自动停止运行。

本发明工作原理为：当主空压机正常工作时，打开第一塞门I，关闭第一塞门Ⅱ，打开第二塞门、第三塞门，由主空压机为总风缸供给压缩空气；当主空压机故障时，打开第一塞门Ⅱ，关闭第一塞门I，打开第二塞门、第三塞门，切换至备用空压机给总风缸供给压缩空气；当牵引车连接车辆时，把牵引车列车管通过制动软管连接器与车辆制动管路连接，打开折角塞门。

下面，通过列举本发明的一个具体应用实施例，对本发明所提供的低速牵引机车电磁空气制动系统的实现，做进一步的描述说明。

如图2-6所示的本发明的一个具体的应用实施例中，采用型号为MY2N-J/24VDC的继电器，常闭电磁阀D1、D3、D4采用型号为2W200-20/DC24V的常闭电磁阀；常开电磁阀D2采用型号为2W200-20/DC24V常开电磁阀。继电器KA1、KA2、KA3、KA4、KA5安装在司机室操纵台配电柜内部，具体电路连接关系如下：继电器KA1线圈正极端连接整车控制器VCU缓解输出端，负极端连接DC24V电源负极；继电器KA2线圈正极端经继电器KA1常闭触点KA1-2，继电器KA2、KA3常开触点KA2-1、KA3-1（KA2-1、KA3-1并联）连接DC24V电源正极，负极端连接DC24V电源负极；继电器KA3、KA4线圈正极端连接整车控制器VCU制动输出端，负极端连接DC24V电源负极；继电器KA5线圈正极端连接整车控制器VCU急停输出端，负极端连接DC24V电源负极；常闭电磁阀D1线圈一端经继电器KA1常开触点KA1-1连接DC24V电源正极，一端连接DC24V电源负极；常开电磁阀D2线圈一端经继电器KA2常开触点KA2-2、继电器KA5常开触点KA5-1连接DC24V电源正极（KA2-2与KA5-1并联），一端连接DC24V电源负极；常闭电磁阀D3线圈一端经继电器KA3常开触点KA3-2、继电器KA5常开触点KA5-2连接DC24V电源正极（KA3-2与KA5-2并联），一端连接DC24V电源负极；常闭电磁阀D4线圈一端经继电器KA4常开触点KA4、继电器KA5常开触点KA5-3连接DC24V电源正极（KA4与KA5-3并联），一端连接DC24V电源负极。基于低速牵引机车电磁空气制动系统的实现方法，具体包括以下控制过程。

当司机将操控手柄拉到制动位或按下遥控器上的制动位开关时，整车控制器VCU检测制动输入信号，整车控制器VCU制动输出端发出高电平，继电器KA3、KA4线圈得电，继电器KA3线圈得电→继电器KA3的常开触点KA3-1闭合→继电器KA2线圈得电→继电器KA2的常开触点KA2-1闭合自锁；继电器KA2线圈得电→继电器KA2的常开触点KA2-2闭合→常开电磁阀D2线圈得电→常开电磁阀D2关闭；继电器KA3线圈得电→KA3的常开触点K3-2闭合→常闭电磁阀D3线圈得电→常闭电磁阀D3打开→车辆泄压制动。继电器KA4线圈得电→继电器KA4的常开触点KA4闭合→常闭电磁阀D4线圈得电→常闭电磁阀D4打开→机车充气制动。

当司机将操控手柄拉到缓解位或按下遥控器上的缓解位开关时，整车控制器VCU检测缓解输入信号，整车控制器VCU缓解输出端发出高电平，继电器KA1线圈得电，继电器KA1线圈得电→继电器KA1的常开触点KA1-1闭合→常闭电磁阀D1线圈得电→常闭电磁阀D1打开→机车泄压缓解；继电器KA1线圈得电→继电器KA1的常闭触点KA1-2断开→继电器KA2线圈失电→继电器KA2的常开触点KA2-1、KA2-1断开→常开电磁阀D2线圈失电→常开电磁阀D2打开→车辆充气缓解。

其中，机车指的具有动力的车头，机车泄压缓解指的是当牵引车制动缸排气时机车能够泄压缓解；机车充气制动指的是当给牵引车制动缸充气时机车能够制动；车辆指的是没有动力的车厢，车辆充气缓解指的是当给车辆管路系统充气时车辆能够缓解；车辆泄压制动指的是当车辆管路系统排气时车辆能够泄压制动。在制动系统中机车（车头）采用的是充气制动、泄压缓解，车辆（车厢）的制动缓解与机车正好相反，车辆（车厢）采用充气缓解、泄压制动。

当遇到紧急情况需要紧急停车时，按下司机室内操纵台上的急停开关或遥控器上的急停开关，整车控制器VCU检测到急停输入信号，整车控制器VCU急停输出端发出高电平，继电器KA5线圈得电，继电器KA5常开触点KA5-1、KA5-2、KA5-3闭合。继电器KA5常开触点KA5-1闭合→常开电磁阀D2线圈得电→常开电磁阀D2关闭，继电器KA5常开触点KA5-2闭合→常闭电磁阀D3线圈得电→常闭电磁阀D3打开→车辆泄压制动；继电器KA5常开触点KA5-3闭合→常闭电磁阀D4线圈得电→常闭电磁阀D4打开→机车充气制动。

此外，当机车突然断电或者其他制动失灵时，可以通过设置在司机室内墙壁上的紧急制动阀并将其拉下，从而实现车辆的泄压制动，使车辆能够紧急停车。

Claims (6)

1.一种低速牵引机车电磁空气制动系统，包括整车控制器VCU（1）以及通过风管（2）连通的空压机、油水分离器（4）、总风缸（5）、牵引车制动缸（6）、列车管（7）、制动软管连接器（8），在油水分离器上设有第一排水塞门（9），在总风缸上设有第二排水塞门（10），所述空压机与油水分离器之间设有第一塞门，其中，总风缸与牵引车制动缸之间依次设有第二塞门（12）、第一调压阀（13）、常闭电磁阀D4、第三塞门（14），所述的常闭电磁阀D4连接有常闭电磁阀D1；第二塞门与制动软管连接器之间依次设有第二调压阀（15）、常开电磁阀D2、折角塞门（16），所述的常开电磁阀D2连接有常闭电磁阀D3，此外，所述的列车管的输出端通过制动软管连接器与车辆制动管路连接；整车控制器VCU通过总线方式与遥控器接收机通讯连接；且整车控制器VCU通过继电器实现对常闭电磁阀D1、常开电磁阀D2、常闭电磁阀D3、常闭电磁阀D4的控制;所述的遥控器接收机与遥控器配合使用，遥控器上对应设置有控制开关，所述的控制开关包括缓解位开关、制动位开关以及急停开关; 其特征在于， 基于上述低速牵引机车电磁空气制动系统的实现方法，包括以下事件处理机制：

事件a：操控手柄在制动位时，车辆泄压制动，机车充气制动；

事件b：操控手柄在缓解位时，机车泄压缓解，车辆充气缓解；

事件c：在急停开关的触发状态下，车辆泄压制动，机车充气制动。

2.根据权利要求1所述的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征还在于，列车管还连接有紧急制动阀（17）。

3.根据权利要求1所述的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征还在于，空压机包括主空压机（31）和备用空压机（32），主空压机、备用空压机分别通过第一塞门与总风缸连通。

4.根据权利要求1所述的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征还在于，在事件a中，操控手柄在制动位时，VCU检测到制动输入信号，VCU制动输出端输出信号，常开电磁阀D2关闭，常闭电磁阀D3打开，车辆泄压制动；常闭电磁阀D1保持关闭状态，常闭电磁阀D4打开，机车充气制动。

5.根据权利要求1所述的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征还在于，在事件b中，操控手柄在缓解位时，VCU检测到缓解输入信号，VCU缓解输出端输出信号，常闭电磁阀D1打开，常闭电磁阀D4保持关闭状态，机车泄压缓解；常开电磁阀D2打开，常闭电磁阀D3保持关闭状态，车辆充气缓解。

6.根据权利要求1所述的低速牵引机车电磁空气制动系统，其特征还在于，在事件c中，在急停开关的触发状态下，VCU检测到急停输入信号，VCU急停输出端输出信号，常开电磁阀D2关闭，常闭电磁阀D3打开，车辆泄压制动；常闭电磁阀D1保持关闭状态，常闭电磁阀D4打开，机车充气制动。

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