CN113212405A - 一种机车后备制动装置及其控制方法、机车 - Google Patents

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CN113212405A CN202110608237.8A CN202110608237A CN113212405A CN 113212405 A CN113212405 A CN 113212405A CN 202110608237 A CN202110608237 A CN 202110608237A CN 113212405 A CN113212405 A CN 113212405A
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Abstract

本发明提出一种机车后备制动装置及其控制方法、机车，该装置包括：后备制动管路，连通于总风管和列车管之间，沿气流方向依次设置有总风隔离塞门、后备制动阀、后备均衡风缸、后备中继阀与列车管隔离塞门；两位三通电磁阀，与机车微机控制系统电连接，具有三个气路接口，分别为第一、第二、第三气路接口，第一气路接口与总风管连通，第三气路接口与大气连通；两位三通气控阀，具有四个气路接口，分别与两位三通电磁阀的预控压力口、平均管输出压力、大气和制动系统内部双向阀连通。本发明在装置启动时，可控制排空平均管输出压力，避免制动缸无法缓解，解决了现有技术中需人工下车打开平均管塞门的技术问题，提高了制动系统的可靠性。

Description

一种机车后备制动装置及其控制方法、机车
技术领域
本发明属于机车制动控制技术领域，尤其涉及一种机车后备制动装置及其控制方法、机车。
背景技术
目前，为使轨道车辆在发生故障时能够有效制动，防止事故的发生，机车中一般设有后备制动装置，后备制动装置保障了电空制动机出现故障后制动机仍可正常制动和缓解。当电空制动机出现故障后，可将电空制动机断电并启用后备制动装置，从而维持机车运行回段。
后备制动装置主要是通过控制列车管压力变化进而控制断电后制动机的制动与缓解，目前不同车型的后备制动装置组成并不相同。且由于主流的电空制动机进行设计时，制动缸预控压力取自分配阀预控压力和平均管输出压力的较大值，如图1所示。断电后的电空制动机存在平均管输出压力且其不像分配阀预控压力可以响应列车管压力完全排空，该情况下失电后的电空制动机制动缸将会不能完全缓解，导致无法行车。因此，现有的后备制动装置在启动时都需要人工打开车下两端的4个平均管塞门排空平均管输出压力，该操作较为繁杂，尤其在紧急情况下，对乘务员的反应能力和记忆能力要求较高，这将会大大降低后备制动装置的可用性与可靠性。
发明内容
本发明针对上述现有技术中启动机车后备制动装置操作繁琐且可靠性低的技术问题，提出一种机车后备制动装置及其控制方法、机车。该装置在启动时，可通过机车微机控制系统控制两位三通电磁阀得电，继而控制两位三通气控阀排空或隔离平均管输出压力，操作方便，提高了机车后备制动装置的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种机车后备制动装置，包括：
后备制动管路，连通于总风管和列车管之间，所述后备制动管路上沿气流方向依次设置有总风隔离塞门、后备制动阀、后备均衡风缸、后备中继阀与列车管隔离塞门，所述后备中继阀的输入口连接在所述总风隔离塞门与所述后备中继阀之间的管路上；
两位三通电磁阀，其与所述机车微机控制系统电连接；所述两位三通电磁阀具有三个气路接口，分别为第一气路接口、第二气路接口和第三气路接口，所述第一气路接口与总风管连通，所述第三气路接口与大气连通；
两位三通气控阀，具有四个气路接口，分别与所述两位三通电磁阀、平均管输出压力、大气和制动系统内部双向阀连通；
其中，所述两位三通电磁阀的第二气路接口与所述两位三通气控阀的预控压力口连通，用于为所述预控压力口提供预控压力，控制所述平均管输出压力的输出。
本技术方案在机车后备制动装置启动时，通过两位三通电磁阀为两位三通气控阀提供预控压力，控制平均管输出压力排空或隔离，该结构不需人工下车打开平均管塞门排空平均管输出压力，来避免出现失电后的电空制动机出现不完全缓解导致无法行车的现象。
在其中一些实施例中，机车后备制动装置还包括排风塞门，所述排风塞门与所述后备均衡风缸连通。
本技术方案通过排风塞门提供冗余排气，使其可在后备制动阀排气功能失效进行快速排气，同时排风塞门可通过快速排气实现某些工况下的快速制动。
在其中一些实施例中，所述后备均衡风缸与所述后备中继阀之间的管路上设置有第一旁路，所述第一旁路上设置有第一压力传感器和第一压力测点；所述机车微机控制系统与所述第一压力传感器电连接，实时接收并显示所述第一压力传感器检测的压力值。
本技术方案中第一压力传感器用于检测后备制动阀输出的后备均衡风缸压力，并将其实时反馈至机车微机控制系统并显示，乘务员可以根据显示的压力值判断机车后备制动装置的制动缓解状态，从而决定下一步操作情况；同时第一压力测点可外接压力检测设备，用来测量后备制动阀输出的实际后备均衡风缸压力，可对第一压力传感器进行校准。
在其中一些实施例中，机车后备制动装置还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述列车管连接，用于实时检测列车管的压力；所述机车微机控制系统与所述第二压力传感器电连接，实时接收并显示所述第二压力传感器检测的压力值。
本技术方案中，第二压力传感器将机车列车管的压力实时反馈至机车微机控制系统进行显示，乘务员则可根据列车管的实时压力判断制动系统的制动缓解状态。
在其中一些实施例中，所述机车微机控制系统根据所述第一压力传感器与所述第二压力传感器检测的压力值的差值，对后备中继阀的工作状态进行判定；若判定后备中继阀故障，则机车微机控制系统提示故障。
本技术方案可对后备中继阀的工作状态进行监控，并在有故障时提示故障，提高了机车后备制动装置的可靠性。
在其中一些实施例中，机车后备制动装置还包括减压阀，所述减压阀的一端与所述总风隔离塞门连接，另一端与所述后备制动阀连接；进一步的机车后备制动装置进一步包括第二压力测点，所述第二压力测点设置在所述减压阀与所述后备制动阀之间的管路上。
本技术方案通过减压阀将总风管的压力减压至定压，并通过第二压力测点协助测试减压阀的输出压力是否满足所需要的定压。
本发明还提供一种机车后备制动控制方法，采用上述任一项技术方案的机车后备制动装置，包括以下步骤：
装置启动步骤：打开总风隔离塞门与列车管隔离塞门，启动机车后备制动装置；
排空平均管输出压力步骤：机车微机控制系统检测到机车后备制动装置启动后，控制两位三通电磁阀得电，所述两位三通气控阀的预控压力口有预控压力，隔离或排空平均管输出压力；
缓解与制动步骤：操作后备制动阀对后备均衡风缸进行充气或排气，后备中继阀根据后备均衡风缸的压力变化输出相应的列车管压力，实现机车缓解与制动。
在其中一些实施例中，后备制动控制方法还包括快速排气步骤：手动打开排风塞门，实现后备均衡风缸和列车的快速排气。
本发明还提供一种机车，包含如上任一项技术方案所述的机车后备制动装置。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明所提供的机车后备制动装置可在启动时利用电磁阀和气控阀控制平均管输出压力自动排空或隔离，代替传统的人工操作，从而使失电后的电空制动机仅有完全响应列车管压力的分配阀预控压力作为制动缸预控压力，制动缸预控压力完全响应列车管压力，不再出现失电后的电空制动机制动缸无法完全缓解的现象，可靠性高。
2、本发明利用机车微机控制系统为第一传感器、第二传感器以及两位三通电磁阀供电，避免电空制动机失电导致上述电子元件失效。
3、本发明通过排风塞门在后备制动阀故障或者实现某些工况下的快速制动情况下进行快速排气，提供冗余排气功能。
4、本发明通过机车微机控制系统实时接收第一传感器、第二传感器检测的压力值，精准实时的显示后备均衡风缸的输出压力以及列车管压力，并通过比较两压力值的差值对后备中继阀的工作状态进行判断，并在其故障时进行提示，提高机车后备制动装置的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中制动缸预控压力输出的原理图；
图2为本发明实施例机车后备制动装置的气路原理图。
其中：1、总风管；11、第二压力传感器；2、列车管；3、后备制动管路；31、总风隔离塞门；32、后备制动阀；33、后备均衡风缸；34、后备中继阀；35、列车管隔离塞门；4、两位三通电磁阀；41、第一气路接口；42、第二气路接口；43、第三气路接口；5、两位三通气控阀；51、第四气路接口；52、第五气路接口；53、第六气路接口；54、第七气路接口；6、排风塞门；7、第一压力传感器；8、第一压力测点；9、减压阀；10、第二压力测点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1，本发明提供了一种机车后备制动装置，机车后备制动装置包括：
后备制动管路3，连通于总风管1和列车管2之间，后备制动管路3上沿气流方向依次设置有总风隔离塞门31、后备制动阀32、后备均衡风缸33、后备中继阀34与列车管隔离塞门35，且后备中继阀34的输入口连接在总风隔离塞门31与后备中继阀34之间的管路上；
两位三通电磁阀4，具有三个气路接口，分别为第一气路接口41、第二气路接口42和第三气路接口43，其中，第一气路接口41与总风管1连通，第三气路接口43；两位三通电磁阀4与机车微机控制系统电连接，机车微机控制系统为其提供供电控制；
两位三通气控阀5，具有四个气路接口，分别与两位三通电磁阀4、平均管输出压力、大气和制动系统内部双向阀连通；
其中，两位三通电磁阀4的第二气路接口42与两位三通气控阀5的预控压力口连通，用于为预控压力口提供预控压力，控制平均管输出压力的输出。当两位三通电磁阀4得电即气控阀预控压力口有预控压力时，制动系统产生的平均管输出压力无法输出或被排空；当两位三通电磁阀4失电即气控阀预控压力口无预控压力时，制动系统产生的平均管输出压力则可以输出。
参考图1，本实施例提供的机车后备制动装置中，总风隔离塞门31的S口(输入口)与总风管1连通，总风隔离塞门31的O口(输出口)与后备制动阀32的S口(输入口)连通，后备制动阀32的O口(输出口)与后备均衡风缸33的风口连通，继而连通至后备中继阀34的CV口(预控压力口)，后备中继阀34的O口与S口分别连通至列车管隔离塞门35的S口与总风隔离塞门31的O口；两位三通电磁阀4的Ⅰ口与总风管1连通，两位三通电磁阀4的Ⅲ口与大气连通；两位三通电磁阀4的Ⅱ口与两位三通气控阀5的预控压力口连通。两位三通气控阀5具有四个气路接口，继续参考图1，两位三通气控阀5的第四气路接口51与大气连通，第五气路接口52与制动系统内部双向阀连通，第六气路接口53与平均管输出压力连通，第七气路接口54即则预控压力口与两位三通电磁阀4的第二气路接口42连通。本实施例提供的机车后备制动装置在启动时，机车微机控制系统控制两位三通电磁阀4得电，此时两位三通电磁阀4的第一气路接口41与第二气路接口42导通，总风管1的风源输出至两位三通气控阀5的预控压力口，两位三通气控阀5在有预控压力，其第四气路接口51与第五气路接口52导通，控制第六气路接口53的平均管输出压力排空或隔离；机车后备制动装置在未启动时，机车微机控制系统控制两位三通电磁阀4失电，此时两位三通电磁阀4的第二气路接口42与第三气路接口43导通，两位三通气控阀5的预控压力口无预控压力，其第六气路接口53与第五气路接口52连通，平均管输出压力可以输出。通过控制两位三通电磁阀4得电控制第六气路接口53的平均管输出压力排空或隔离，从而使失电后的电空制动机仅有完全响应列车管压力的分配阀预控压力作为制动缸预控压力，制动缸预控压力完全响应列车管压力，不再出现失电后的电空制动机制动缸无法完全缓解的现象，可靠性高。本实施例提供的机车后备制动装置在启动时不需人工下车打开平均管塞门排空平均管输出压力，结构简单、可靠性高。
继续参考图1，本实施例中，机车后备制动装置启动时，后备制动阀32直接控制后备均衡风缸33的压力，并通过后备均衡风缸33压力的变化，控制后备中继阀34的动作，并控制输出相应的列车管压力。后备中继阀34根据后备均衡风缸33压力的变化，将总风管1送来的压缩空气转送到列车管2使之增压，或关闭总风管1通向列车管2和列车管2通向大气的通路；或将列车管2的空气排向大气使之减压至0，从而使机车具备充气缓解、保压和制动等功能。
后备制动阀32用于控制向后备均衡风缸33进行充气或排气。参考图1，具体地说，后备制动阀32包括缓解位、中立位以及制动位三个具体档位，可通过将操作手柄置于不同档位输出不同的后备均衡风缸33压力。当后备制动阀32的操作手柄位于缓解位时，后备制动阀32的S口与O口导通，S口向O口输入总风风压，后备均衡风缸33压力逐渐增大总风风压的压力；当操作手柄位于制动位时，O口和EX口(大气口)导通，后备均衡风缸33向EX口排气，使其压力逐渐减少至0；当操作手柄位于中立位时，S口、O口和EX口皆不导通，后备均衡风缸33压力保持不变。
具体地说，上述实施例中，总风隔离塞门31优选为两位三通带电触点塞门，其有导通位和关闭位两个位置。当总风隔离塞门31处于导通位时，与总风管1连通的S口和与后备制动阀32的S口连通的O口导通，将总风管1的风源引入后备制动阀32；当总风隔离塞门31处于关闭位时，S口和O口关闭，但是O口和EX口导通，可以将机车后备制动装置内部的总风风源排向大气，防止其余零部件长期处于总风风压下对零部件寿命有影响。列车管隔离塞门35优选为两位两通带电触点塞门，其有导通位和关闭位两个位置。当列车管隔离塞门35处于导通位时，其与后备中继阀34O口连通的S口和与列车管2连通的O口导通，用于将后备中继阀34输出的列车管压力引入至列车管2，断电后的电空制动机仍响应此时的列车管压力输出合适的制动缸压力。示例性的，本实施例中，当启动机车后备制动装置时，总风隔离塞门31和列车管隔离塞门35应置于导通位，当关闭机车后备制动装置时，总风隔离塞门31和列车管隔离塞门35应置于关闭位，且无论两塞门处于任何位置，其皆会向机车微机控制系统反馈当前状态。当两塞门状态不一致时，即没有同时处于导通位或关闭位时，机车微机控制屏提示两个塞门状态不一致。通过在后备中继阀34和列车管2之间设置列车管隔离塞门35，在机车制动时，列车管隔离塞门35关闭后备中继阀34和列车管2之间的通路，防止列车管2中空气发生倒流，进一步提高了装置的可靠性。
在一些实施例中，参考图1，机车后备制动装置还包括排风塞门6，排风塞门6与后备均衡风缸33连通。通过排风塞门6提供冗余排气，使其可在后备制动阀32排气功能失效进行快速排气，同时排风塞门6可通过快速排气实现某些工况下的快速制动。具体地说，本实施例中，排风塞门6优选为一大通径塞门，可以用于快速排空后备均衡风缸33的压力，可根据实际情况安装在乘务员容易操作的位置。若机车制动系统处于后备制动模式下且后备制动阀32排风速度异常导致制动较慢时，可以通过快速打开排风塞门6实现快速制动。
在一些实施例中，后备均衡风缸33与后备中继阀34之间的管路上设置有第一旁路，第一旁路上设置有第一压力传感器7和第一压力测点8；机车微机控制系统与所述第一压力传感器7电连接，实时接收并显示所述第一压力传感器7检测的压力值。具体的，本实施例中，第一压力传感器7与后备制动阀32的O口相连接，用于检测后备制动阀32输出的后备均衡风缸33压力，并将检测到的压力值反馈至机车微机控制系统上的微机控制屏或者机车上的数码表上，乘务员可以根据显示的压力值判断机车后备制动装置的制动缓解状态，从而决定下一步操作情况。进一步的，第一压力测点8可外接压力检测设备，用来测量后备制动阀32输出的实际后备均衡风缸33压力，可对第一压力传感器7进行校准。
进一步的，上述实施例中，机车后备制动装置还包括第二压力传感器11，第二压力传感器11与列车管2连接，用于实时检测列车管2的压力；机车微机控制系统与第二压力传感器11电连接，实时接收并显示所述第二压力传感器11检测的压力值。具体地说，第二压力传感器11将检测到的列车管2的压力实时反馈至机车微机控制系统上的机车微机控制屏或者机车上的数码表上，乘务员则可根据列车管2的实时压力判断制动系统的制动缓解状态。优选地，第一压力传感器7与第二压力传感器11均由机车微机控制系统进行供电控制，电空制动机断电后不影响其供电。且本实施例中，机车微机控制系统可根据第一压力传感器7与第二压力传感器11检测的压力值的差值，判断后备中继阀34的工作状态；当判断后备中继阀34处于故障状态时，则在机车微机显示屏上提示后备中继阀34故障。后备中继阀34是机车后备制动装置的核心部件之一，其为纯机械部件，存在偶发故障，故当机车在后备制动模式下且不得不进行长距离运用时，对后备中继阀34的工作状态进行监控可有效提高机车后备制动装置的可靠性。具体地说，一般第一压力传感器7与第二压力传感器11检测的压力值的差值的绝对值超过10kPa，定性为故障，其跟后备中继阀的压差特性有关，即其预控压力和输出压力的压差绝对值需要小于某个数值，当压差绝对值超过所述数值时，判定为故障，具体根据所选择的后备中继阀决定。
在一些实施例中，机车后备制动装置还包括减压阀9，减压阀9的一端与总风隔离塞门31连接，另一端与所述后备制动阀32连接；进一步的，减压阀9与后备制动阀32之间的管路上设置有第二压力测点10。具体地说，本实施例中，减压阀9将总风管1的压力减压至定压，并通过第二压力测点10协助测试减压阀9的输出压力是否满足所需要的定压。示例性的，减压阀9将总风管1的压力减压至定压500kPa或600kPa，具体定压的选择可根据用户需求进行调整。
本发明还提供一种机车后备制动控制方法，采用上述任一项技术方案的机车后备制动装置，包括以下步骤：
装置启动步骤：打开总风隔离塞门31与列车管隔离塞门35，启动机车后备制动装置；
排空平均管输出压力步骤：机车微机控制系统检测到机车后备制动装置启动后，控制两位三通电磁阀4得电，两位三通气控阀5的预控压力口有预控压力，隔离或排空平均管输出压力；具体的，机车微机控制系统根据总风隔离塞门31与列车管隔离塞门35的状态反馈信号，判断机车后备制动装置的所处状态，当检测到两塞门均位于导通位时，则机车后备制动装置启动。
缓解与制动步骤：操作后备制动阀32对后备均衡风缸33进行充气或排气，后备中继阀34根据后备均衡风缸33的压力变化输出相应的列车管压力，实现机车缓解与制动。具体地说，操作后备制动阀32的操作手柄，使其位于缓解位、制动位、中立位，从而对后备均衡风缸33进行充气或排气或保压，后备中继阀34根据后备均衡风缸33压力的大小而输出相应的列车管压力，进而实现机车缓解与制动。
在一些实施例中，后备制动控制方法还包括快速排气步骤：手动打开排风塞门6，实现后备均衡风缸33和列车管2的快速排气；失电后的电空制动机将会及时输出规定的制动缸压力。
本发明还提供一种机车，包含如上任一项技术方案所述的机车后备制动装置。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种机车后备制动装置，其特征在于，包括：
后备制动管路，连通于总风管和列车管之间，所述后备制动管路上沿气流方向依次设置有总风隔离塞门、后备制动阀、后备均衡风缸、后备中继阀与列车管隔离塞门，所述后备中继阀的输入口连接在所述总风隔离塞门与所述后备中继阀之间的管路上；
两位三通电磁阀，其与所述机车微机控制系统电连接；所述两位三通电磁阀具有三个气路接口，分别为第一气路接口、第二气路接口和第三气路接口，所述第一气路接口与总风管连通，所述第三气路接口与大气连通；
两位三通气控阀，具有四个气路接口，分别与所述两位三通电磁阀、平均管输出压力、大气和制动系统内部双向阀连通；
其中，所述两位三通电磁阀的第二气路接口与所述两位三通气控阀的预控压力口连通，用于为所述预控压力口提供预控压力，控制所述平均管输出压力的输出。
2.如权利要求1所述的机车后备制动装置，其特征在于，还包括排风塞门，所述排风塞门与所述后备均衡风缸连通。
3.如权利要求1所述的机车后备制动装置，其特征在于，所述后备均衡风缸与所述后备中继阀之间的管路上设置有第一旁路，所述第一旁路上设置有第一压力传感器和第一压力测点；所述机车微机控制系统与所述第一压力传感器电连接，实时接收并显示所述第一压力传感器检测的压力值。
4.如权利要求3所述的机车后备制动装置，其特征在于，所述机车后备制动装置还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述列车管连接，用于实时检测列车管的压力；所述机车微机控制系统与所述第二压力传感器电连接，实时接收并显示所述第二压力传感器检测的压力值。
5.如权利要求4所述的机车后备制动装置，其特征在于，所述机车微机控制系统根据所述第一压力传感器与所述第二压力传感器检测的压力值的差值，对后备中继阀的工作状态进行判定；若判定后备中继阀故障，则机车微机控制系统提示故障。
6.如权利要求1所述的机车后备制动装置，其特征在于，还包括减压阀，所述减压阀的一端与所述总风隔离塞门连接，另一端与所述后备制动阀连接。
7.如权利要求6所述的机车后备制动装置，其特征在于，进一步包括第二压力测点，所述第二压力测点设置在所述减压阀与所述后备制动阀之间的管路上。
8.一种机车后备制动控制方法，采用权利要求1～7任一项所述的机车后备制动装置，其特征在于，包括以下步骤：
装置启动步骤：打开总风隔离塞门与列车管隔离塞门，启动机车后备制动装置；
排空平均管输出压力步骤：机车微机控制系统检测到机车后备制动装置启动后，控制两位三通电磁阀得电，所述两位三通气控阀的预控压力口有预控压力，隔离或排空平均管输出压力；
缓解与制动步骤：操作后备制动阀对后备均衡风缸进行充气或排气，后备中继阀根据后备均衡风缸的压力变化输出相应的列车管压力，实现机车缓解与制动。
9.如权利要求8所述的机车后备制动控制方法，其特征在于，还包括：快速排气步骤：手动打开排风塞门，实现后备均衡风缸和列车的快速排气。
10.一种机车，其特征在于，包含如权利要求1～7任一项所述的机车后备制动装置。
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