CN113911091B - 一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制动器技术领域，具体涉及一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元。其技术方案为：一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，包括壳体，壳体的一端连接有盖板，盖板的另一侧设置有铁路货车用制动缸，所述壳体上安装有制动电机，制动电机的转动轴连接有调整换向机构，调整换向机构的输出端连接有丝母，丝母螺纹连接有丝杆，丝杆的一端伸进制动缸内，调整换向机构、丝母和丝杆均安装于壳体内。本发明提供了一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元。

Description

一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元
技术领域
本发明属于制动器技术领域，具体涉及一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元。
背景技术
随着重载铁路运输的发展，对制动系统提出了更高的要求。为解决重载列车开行的制动问题，提高制动波速，实现全列车同步制动、缓解；降低纵向冲动，从根本上解决重载列车断钩、脱轨等事故隐患，减少线路轨道的磨损和破坏，提高运行安全性，仅仅依赖空气制动系统不足以满足长大列车运用需求。
ECP电空制动系统(电-空模式)较空气制动系统在性能上有了较大提升，但仍未突破压力空气的制约。
从技术发展与进步角度看，制动系统空-空模式存在不足之处，电-空模式虽实现技术较大进步，但仍有提升空间，而综合性能优异的电-电模式将成为制动技术未来发展方向。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元。
本发明所采用的技术方案为：
一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，包括壳体，壳体的一端连接有盖板，盖板的另一侧设置有制动缸，所述壳体内安装有制动电机，制动电机的转动轴连接有调整换向机构，调整换向机构的输出端连接有丝母，丝母螺纹连接有丝杆，丝杆的一端伸进制动缸内，调整换向机构、丝母和丝杆均安装于壳体内。
制动时，制动电机带动调整换向机构动作，进而带动丝杆水平直线运动输出推力，丝杆推动制动缸活塞推出。缓解时，制动电机反转，带动丝杆回位，丝杆回位后，制动缸活塞在缓解弹簧的作用下复位。
本发明采用制动电机驱动机械传动结构进行制动力传递，通过调节制动电机的转速及扭矩来调整执行机构输出的制动压力，简化了传统空气制动系统先进行电空转换再实施制动的作用环节，实现制动技术由“空-空”及“电-空”向“电-电”模式转变的颠覆性突破，是铁路货车领域一次重大的技术革命。
作为本发明的优选方案，丝杆伸进制动缸缸体内靠近活塞的一侧。当丝杆推动活塞移动时，活塞杆伸到制动位。丝杆退回时，活塞和活塞杆在缓解弹簧的作用下复位。
作为本发明的优选方案，所述壳体上还安装有智慧驱动控制器，制动电机与智慧驱动控制器电连接。智慧驱动控制器可对制动电机进行控制，并且可以根据制动力传感器信号调整执行机构的输出力，达到制动力精确闭环控制的目的。
作为本发明的优选方案，所述制动电机的转动轴上连接有失电制动器。达到目标制动力后，失电制动器失电锁死制动电机的转动轴以维持制动力，制动电机断电，避免电机长时间处于堵转状态而烧坏。缓解时，失电制动器得电释放制动电机的转动轴，制动电机得电恢复动作。
作为本发明的优选方案，所述失电制动器上连接有缓解手柄。在失电制动器异常时，可以通过缓解手柄手动进行失电制动器缓解。
作为本发明的优选方案，所述调整换向机构包括一级减速增力机构和二级减速增力机构，一级减速增力机构与制动电机的转动轴连接，一级减速增力机构和二级减速增力机构传动连接，丝母连接于二级减速增力机构的输出端上。制动电机驱动一级减速增力机构运作，一级减速增力机构带动二级减速增力机构运作，进而二级减速增力机构驱动丝母转动。通过一级减速增力机构和二级减速增力机构，可将制动力传递给丝杆，且保证丝杆移动的速度稳定。
作为本发明的优选方案，所述一级减速增力机构包括太阳齿轮，太阳齿轮安装于制动电机的转动轴上，壳体内还安装有齿圈，齿圈与太阳齿轮之间啮合有若干行星齿轮，壳体内还转动连接有传动轴，若干行星齿轮安装于传动轴的一端，传动轴与二级减速增力机构连接。制动电机的转动轴驱动太阳齿轮转动，太阳齿轮驱动新型齿轮转动，相应地传动轴转动，传动轴驱动二级减速增力机构动作。通过一级减速增力机构可调整输出转速。
作为本发明的优选方案，所述二级减速增力机构包括主动轮，主动轮安装于一级减速增力机构的输出端上，主动轮啮合有从动轮，从动轮安装于丝母上。传动轴带动主动齿轮转动，主动齿轮驱动从动齿轮转动，从而丝母与从动齿轮一同转动。通过二级减速增级机构能将动力准确传递至丝杆上。
作为本发明的优选方案，所述丝母的两端安装有推力轴承，丝母的两测安装有圆锥滚子轴承，一侧的推力轴承与壳体之间安装有制动力传感器。制动力传感器能将制动力信号发送至智慧驱动控制器，智慧驱动控制器根据制动力情况来控制制动电机。
作为本发明的优选方案，所述丝杆与制动缸的缸体之间连接有吊耳，吊耳上套装有吊板，吊板与盖板固定，吊耳与吊板之间、吊耳与丝杆之间均安装有密封圈。丝杆穿过吊耳和缸体底部进入缸体内，丝杆端部采用无螺纹光杆设计并设有密封圈槽，与吊耳内孔通过密封圈进行密封。吊耳一侧设有端面密封圈槽，吊板与吊耳通过密封圈进行密封。
本发明的有益效果为：
本发明采用制动电机驱动机械传动结构进行制动力传递，通过调节制动电机的转速及扭矩来调整执行机构输出的制动压力，简化了传统空气制动系统先进行电空转换再实施制动的作用环节，实现制动技术由“空-空”及“电-空”向“电-电”模式转变的颠覆性突破，是铁路货车领域一次重大的技术革命。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是制动缸的结构示意图；
图3是本发明的部分结构图；
图4是本发明的结构示意图；
图5是本发明的后视图。
图中，1-壳体；2-制动缸；3-制动电机；4-丝母；5-丝杆；6-智慧驱动控制器；7-失电制动器；8-一级减速增力机构；9-二级减速增力机构；11-吊耳；12-密封圈；13-吊板；14-端盖；15-止转销；16-盖板；21-缸体；22-活塞；23-活塞杆；24-缓解弹簧；25-压缩空气进气口；41-推力轴承；42-圆锥滚子轴承；43-制动力传感器；71-缓解手柄；81-太阳齿轮；82-齿圈；83-行星齿轮；84-传动轴；91-主动轮；92-从动轮。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1～图5所示，本实施例的适用于铁路货车的智慧制动执行单元，包括壳体1，壳体1的一端连接有盖板16，盖板16的另一侧设置有制动缸2，所述壳体1内安装有制动电机3，制动电机3的转动轴连接有调整换向机构，调整换向机构的输出端连接有丝母4，丝母4螺纹连接有丝杆5，丝杆5的一端伸进制动缸2内，调整换向机构、丝母4和丝杆5均安装于壳体1内。其中，所述调整换向机构包括一级减速增力机构8和二级减速增力机构9。
需要说明的是，本发明的制动缸上通过压缩空气进气口25连接有空气制动系统，本发明可与常规制动缸一样通过空气制动系统控制。本发明改变了原有空气制动缸2只能通过压缩空气驱动的局限性，不仅可以通过压缩空气来驱动，而且可以通过电制动机构驱动，通过智慧制动单元自动进行切换和控制。
本发明的壳体1上还安装有智慧驱动控制器6，制动电机3与智慧驱动控制器6电连接。智慧驱动控制器6可对制动电机3进行控制，从而调整执行机构的制动压力，操作方便。智慧驱动控制器6主要由控制模块、网络模块组成。能够根据制动指令和车辆载重自主进行制动力计算并驱动制动电机3输出相应制动力。智慧驱动控制器6具备网络功能，能够接收相关制动指令，上传相关系统数据。能够依据制动状态自动控制失电制动器7。
制动电机3内置霍尔传感器、温度传感器、电流电压传感器、电阻传感器等辅件。能够接收智慧驱动控制器6的驱动指令提供制动源动力，并且能够对电机状态进行实时监控和反馈。
所述制动电机3的转动轴上连接有失电制动器7。达到目标制动力后，失电制动器7失电锁死制动电机3的转动轴以维持制动力，制动电机3断电，避免长时间处于堵转工况而烧坏。缓解时，失电制动器7得电释放制动电机的转动轴，制动电机3得电恢复动作。所述失电制动器7上连接有缓解手柄71。当制动电机3无故障，但失电制动器7故障时，若出现失电制动器7抱紧电机轴无法松开时，可人为扳动失电制动器7的缓解手柄71，迫使失电制动器7松开制动电机3的转动轴，然后控制电机反转，丝杆5回位缓解。
该制动执行单元集成了智慧驱动控制功能、电制动功能、空气制动功能、驻车制动功能、手动缓解功能和制动力闭环控制等功能，既能被电制动机构驱动又能被压缩空气驱动，且电制动功能、空气制动功能使用时互不干涉，电制动作为主制动，空气制动作为备用制动。该制动执行单元可直接与车辆上现有制动缸2换装，对车辆改造少。该制动执行单元设置有失电制动器7，可实现制动力掉电保持，避免电机长时间处于堵转工作状态而烧坏。吊耳11上设有密封圈12，起到防尘密封作用，避免外界灰尘进入机构内部。杆端部采用光杆设计，并设置有密封圈12，保证丝杆5复位后使制动缸2的缸体21与外界密封，不影响空气制动功能。电制动功能控制精度高，可显著提高各车辆制动缓解响应一致性，极大的减小纵向冲动。整个制动执行单元集成度高，外观整洁美观。
本发明采用制动电机3驱动机械传动结构进行制动力传递，通过调节制动电机3的转速及扭矩来调整执行机构输出的制动压力，简化了传统空气制动系统先进行电空转换再实施制动的作用环节，实现制动技术由“空-空”及“电-空”向“电-电”模式转变的颠覆性突破，是铁路货车领域一次重大的技术革命。
具体地，所述制动缸2包括缸体21，缸体21内设置有活塞22，活塞22上连接有活塞杆23，活塞杆23的另一端伸出缸体21，活塞22与缸体21之间连接有缓解弹簧24，丝杆5伸进缸体21内靠近活塞23的一侧。当丝杆5推动活塞22移动时，活塞杆23伸到制动位。丝杆5退回时，活塞22和活塞杆23在缓解弹簧24的作用下复位。
缸体21上设置若干加强筋，避免工作时吊板13变形。
所述一级减速增力机构8包括太阳齿轮81，太阳齿轮81安装于制动电机3的转动轴上，齿圈82与太阳齿轮81之间啮合有若干行星齿轮83，若干行星齿轮83安装于传动轴84的一端，传动轴84与二级减速增力机构9连接。制动电机3的转动轴驱动太阳齿轮81转动，太阳齿轮81驱动新型齿轮转动，相应地传动轴84转动，传动轴84驱动二级减速增力机构9动作。通过一级减速增力机构8可调整输出转速。
所述二级减速增力机构9包括主动轮91，主动轮91安装于一级减速增力机构8的输出端上，主动轮91啮合有从动轮92，从动轮92安装于丝母4上。传动轴84带动主动轮转动，主动轮驱动从动轮转动，从而丝母4与从动轮一同转动。通过二级减速增级机构能将动力准确传递至丝杆5上，使丝杆5水平直线推出。
为了监测制动力，一侧的推力轴承41与壳体1之间安装有制动力传感器43。制动力传感器43能将制动力信号发送至智慧驱动控制器6，智慧驱动控制器6根据制动力情况来控制制动电机3。
为了保证密封，所述丝杆5与制动缸2的缸体21之间连接有吊耳11，吊耳11上套装有吊板13，吊板13与盖板16固定，吊耳11与吊板13之间、吊耳11与丝杆5之间均安装有密封圈12。丝杆5穿过盖板16、吊耳11和缸体21底部进入缸体21内，丝杆5端部采用无螺纹光杆设计并设有密封圈槽，与吊耳11内孔通过密封圈12进行密封。吊耳11一侧设有端面密封圈槽，吊板13与吊耳通过密封圈12进行密封。
丝杆5上设置有防止丝杆5转动的止转销15，止转销15靠壳体1进行限位，避免丝杆5随丝母4同步转动，保证丝杆5的水平直线运动。壳体1上还连接有用于方便止转销15安装且起到防尘作用的的端盖14。
制动执行单元能够进行自检。通过对电压、电流、电阻、电机温度、踏面温度、零部件卡滞、制动力异常等实时监控，可以判断各部分工作状态是否正常，发生故障时，进行报警、诊断、隔离、排除等处理。可对系统数据进行记录、存储或上传云端，实现对系统数据的集中存储和管理。
工作原理：
制动时，先使空气制动系统处于缓解位，保证没有压缩空气进入制动缸2。先使失电制动器7得电松开制动电机3的转动轴，制动电机3收到智慧驱动控制器6的驱动控制指令后旋转带动一级减速增力机构8运作，一级减速增力机构8带动二级减速增力机构9运作，进而带动丝杆5水平直线运动输出推力，丝杆5推动制动缸2的活塞22推出。达到预定输出力之后，失电制动器7失电，抱死制动制动电机3的转动轴维持制动力，制动电机3断电，避免堵转工况下烧坏电机。
缓解时，使失电制动器7得电松开制动电机3的转动轴，制动电机3反转，带动丝杆5回位，丝杆5回位后，丝杆5端部的密封圈12与吊耳11内孔配合进行密封，制动缸2活塞22在缓解弹簧24的作用下复位。密封圈12起到防尘密封的作用。
当制动电机3无故障，但失电制动器7故障时，若出现失电制动器7抱紧电机轴无法松开时，可人为扳动失电制动器7的缓解手柄71，迫使失电制动器7松开电机轴，然后控制电机反转，丝杆5回位缓解。当制动电机3出现故障无法旋转带动丝杆5回位，导致无法缓解时，可人为反向转动电机轴，使丝杆5回位缓解。
当车辆在坡道或平直道上停车时，先控制电机动作，丝杆5推出，达到预定制动力后，失电制动器7失电，抱死电机轴维持制动力，再使电机断电。
若电制动失效或发生紧急情况下，使电缸处于原始位置，保证丝杆5端部的密封圈12与吊耳11内孔配合密封，然后正常启用空气制动系统。
制动执行单元制动过程中，丝杆5的推力会最终反作用于平推力轴承41，进而压紧制动力传感器43，由于壳体1的限位作用，制动力传感器43可实时监测制动力大小并反馈给智慧驱动控制器，达到制动力闭环控制。环形力传感器可备份设置，安全性高。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，包括壳体(1)，壳体(1)的一端连接有盖板(16)，盖板(16)的另一端设置有制动缸(2)；其特征在于，所述壳体(1)内安装有制动电机(3)，制动电机(3)的转动轴连接有调整换向机构，调整换向机构的输出端连接有丝母(4)，丝母(4)螺纹连接有丝杆(5)，丝杆(5)的一端伸进制动缸(2)内，调整换向机构、丝母(4)和丝杆(5)均安装于壳体(1)内；所述制动缸(2)上设置有压缩空气进气口(25)，压缩空气进气口(25)处连接有空气制动系统；所述壳体(1)上还安装有智慧驱动控制器(6)，制动电机(3)与智慧驱动控制器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述丝杆(5)上设置有防止丝杆(5)转动的止转销(15)，止转销(15)靠壳体(1)进行限位，壳体(1)上还连接有用于方便止转销(15)安装且起到防尘作用的的端盖(14)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述制动电机(3)的转动轴上连接有失电制动器(7)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述失电制动器(7)上连接有缓解手柄(71)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述调整换向机构包括一级减速增力机构(8)和二级减速增力机构(9)，一级减速增力机构(8)与制动电机(3)的转动轴连接，一级减速增力机构(8)和二级减速增力机构(9)传动连接，丝母(4)连接于二级减速增力机构(9)的输出端上。
6.根据权利要求5所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述一级减速增力机构(8)包括太阳齿轮(81)，太阳齿轮(81)安装于制动电机(3)的转动轴上，壳体(1)内还安装有齿圈(82)，齿圈(82)与太阳齿轮(81)之间啮合有若干行星齿轮(83)，壳体(1)内还转动连接有传动轴(84)，若干行星齿轮(83)安装于传动轴(84)的一端，传动轴(84)与二级减速增力机构(9)连接。
7.根据权利要求5所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述二级减速增力机构(9)包括主动轮(91)，主动轮(91)安装于一级减速增力机构(8)的输出端上，主动轮(91)啮合有从动轮(92)，从动轮(92)安装于丝母(4)上。
8.根据权利要求1所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述丝母(4)的两端安装有圆锥滚子轴承(42)，丝母(4)的两侧安装有推力轴承(41)，一侧的推力轴承(41)与壳体(1)之间安装有制动力传感器(43)。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种适用于铁路货车的智慧制动执行单元，其特征在于，所述丝杆(5)与制动缸(2)的缸体(21)之间连接有吊耳(11)，吊耳(11)上套装有吊板(13)，吊板(13)与盖板(16)固定，吊耳(11)与吊板(13)之间、吊耳(11)与丝杆(5)之间均安装有密封圈(12)。
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