CN114162104B - 铁路货车制动系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种铁路货车制动系统，铁路货车包括用于牵引的机车和用于载货的至少一个车辆；制动系统包括：电制动缸，设置于车辆，用于将电能转化为机械能制动车辆；车辆控制装置，设置于车辆，与电制动缸电连接，用于根据制动控制指令控制电制动缸进行制动；主控装置，设置于机车，与车辆控制装置电连接，用于发送制动控制指令至车辆控制装置；供电装置，设置于机车，与电制动缸、车辆控制装置电连接，用于为机车的各用电装置供电；蓄电池，设置于车辆，分别与电制动缸、车辆控制装置、供电装置电连接，用于利用供电装置输出的供电信号充电，并根据车辆控制装置的制动指示为电制动缸供电。本申请能够保证电制动缸可靠制动，同时节省电能的消耗。

Description

铁路货车制动系统

技术领域

本发明涉及铁路货车技术领域，特别是涉及一种铁路货车制动系统。

背景技术

制动技术是铁路货车关键技术之一，其发展水平决定着列车编组能力、运行安全性能、运营效率及运用维护性能。

国内制动技术采用传统的空气制动系统，动力源和控制指令是压缩空气(即空-空模式)。经过多年努力，历经了GK空气制动系统、103空气制动系统及120 (120－1)型空气制动系统的更新迭代，列车牵引能力也由3000t、5000t发展到单元1万t、组合2万t级别。由于空气制动系统的局限性，其虽能满足一般货物列车正常运用需求，但在重载列车上，其暴露出来很多问题，对货车的提质增效、货运增量等产生不利影响，后来出现了纯电制动技术，但纯电制动技术能耗较大。

发明内容

本申请提供了一种铁路货车制动系统，能够节省电能的消耗。

一种铁路货车制动系统，所述铁路货车包括用于牵引的机车和用于载货的至少一个车辆；所述制动系统包括：

电制动缸，设置于所述车辆，用于将所述电能转化为机械能制动所述车辆；

车辆控制装置，设置于所述车辆，与所述电制动缸电连接，用于根据制动控制指令控制所述电制动缸进行制动；

主控装置，设置于所述机车，与所述车辆控制装置电连接，用于发送所述制动控制指令至所述车辆控制装置；

供电装置，设置于所述机车，与所述电制动缸、所述车辆控制装置电连接，用于为所述机车的各用电装置供电；

蓄电池，设置于所述车辆，分别与所述电制动缸、所述车辆控制装置、所述供电装置电连接，用于利用所述供电装置输出的供电信号充电，并根据所述车辆控制装置的制动指示为所述电制动缸供电。

在其中一个实施例中，还包括：

电源管理模块，分别与所述蓄电池、所述车辆控制装置电连接，用于根据所述车辆控制装置的制动指示控制所述蓄电池为所述电制动缸供电。

在其中一个实施例中，所述蓄电池包括第一电池和第二电池；

所述电源管理模块用于根据所述制动指示控制所述第一电池为所述电制动缸供电，并在所述第一电池处于异常状态时，切换控制所述第二电池为所述电制动缸供电。

在其中一个实施例中，所述电源管理模块用于将所述蓄电池输出的电压转换为第一电压和/或第二电压为所述车辆的各用电装置供电。

在其中一个实施例中，所述车辆控制装置包括：

监控执行模块，用于电连接所述主控装置，用于接收所述制动控制指令，并输出所述制动指示；

电制动缸控制模块，分别与所述监控执行模块、所述电制动缸电连接，用于根据所述制动指示控制所述电制动缸动作。

在其中一个实施例中，所述电制动缸控制模块还用于获取所述电制动缸的动作信息反馈至所述监控执行模块；

所述监控执行模块还用于根据所述电制动缸的动作信息以及所述制动控制指令进行制动反馈调节。

在其中一个实施例中，所述监控执行模块还用于在根据所述电制动缸的动作信息判断所述电制动缸发生故障时，向所述主控装置发送电制动缸故障诊断信息。

在其中一个实施例中，还包括：

手动控制装置，用于接收手动制动指令，并将所述手动制动指令发送至所述车辆控制装置；

所述车辆控制装置还用于在接收到所述手动制动指令时控制所述电制动缸进行制动或缓解制动。

在其中一个实施例中，所述供电装置通过电缆分别与所述电制动缸、所述车辆控制装置、所述蓄电池电连接；

所述主控装置通过所述电缆与所述车辆控制装置电连接。

在其中一个实施例中，还包括：

电池过充保护装置，用于监测所述蓄电池的电池电压，并在所述电池电压超过阈值时切断所述蓄电池的充电通路。

上述铁路货车制动系统，利用电制动缸进行制动，以电能取代压力控制作为制动能量，解决现有制动系统空气泄漏故障的问题，通过设置于机车的供电装置实现全列车供电，为电制动缸提供制动能量，配合蓄电池进行能量回收，能够利用多余的电能进行充电，在供电装置的供电信号无法正常提供制动能量时，可以利用蓄电池进行补充供电，保证电制动缸可靠制动，同时节省电能的消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为其中一个实施例中，铁路货车制动系统的结构框图；

图2为另一个实施例中，铁路货车制动系统的结构框图；

图3为又一个实施例中，铁路货车制动系统的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电池单元称为第二电池单元，且类似地，可将第二电池单元称为第一电池单元。第一电池单元和第二电池单元两者都是电池单元，但其不是同一电池单元。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

国际上为解决超长重载列车运输的制动问题，采用了缆接电控空气制动系统(简称ECP系统，即电-空模式)。相比传统空气制动技术而言，改善了列车制动和缓解过程中列车纵向冲动的问题以及列车再制动的能力,尤其适用于特长编组的单元列车。

ECP系统在整列车上安装一根双股电缆，纵贯机车和车辆。利用该电缆，可将机车上的230V直流电源传到车辆上，还可以通过电源线上的收发器，在机车和车辆之间进行双向数据交换。通过电缆，制动指令以数据的形式从牵引机车传出，同时作用在每辆车上。利用传统的副风缸和制动缸，起制动作用的仍然是空气。当处于ECP制动模式时，制动管成为总风管。与传统的空气制动系统不同，该制动系统不再通过减压、充气产生制动、缓解指令信号，从而保持了ECP的阶段缓解能力，使列车操作和速度控制更为灵活。但ECP系统仍未突破压力空气及传统基础制动的制约，压力空气漏泄、基础制动缓解不良问题仍未得到解决，由此导致的车辆运用、检修问题在重载列车上尤为突出。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种铁路货车制动系统，应用于铁路货车的各车辆。铁路货车包括有用于牵引的机车，以及用于载货的多个车辆，各车辆依次连接，机车作为动力单元，通过连接装置排列于首部的车辆连接，在机车运动时牵引各车辆移动，但在需要进行制动时，机车及各车辆需要分别通过各自的制动系统进行制动，但是需要统一制动。机车通过CAN通信接口与既有机车制动系统协调工作，当司机通过既有机车司控器实施制动、缓解时，机车可通过CAN通信接口获取指令信息，并通过LONWORKS列车总线将指令信息传送到各车辆单元；同时也接收、存储和处理列车总线上其他连挂设备传递的信息，并根据需要向既有机车制动系统反馈。

其中，如图1所示，铁路货车制动系统包括：电制动缸110、车辆控制装置 120、主控装置210、供电装置220及蓄电池130。电制动缸110设置于车辆，用于将电能转化为机械能制动车辆；车辆控制装置120设置于车辆，与电制动缸110电连接，用于根据制动控制指令控制电制动缸110进行制动；主控装置 210设置于机车，与车辆控制装置120电连接，用于发送制动控制指令至车辆控制装置120；供电装置220设置于机车，与电制动缸110、车辆控制装置120电连接，用于为机车的各用电装置供电；蓄电池130设置于车辆，分别与电制动缸110、车辆控制装置120、供电装置220电连接，用于利用供电装置220输出的供电信号充电，并根据车辆控制装置120的制动指示为电制动缸110供电。

电制动缸110主要由直流伺服电机、缸盖、缸体、蜗轮、蜗杆、螺杆、转换螺母、外套、伸缩杆及螺杆头等组成，电制动缸110具备自动制动、自动缓解、电控手动制动、电控手动缓解、机械手动制动、机械手动缓解、自动驻车等功能，通过伺服电机进行驱动确保输出力稳定准确，无需使用闸调器。利用蜗轮、蜗杆单向自锁特性实现自动驻车功能，利用双向伸出转轴，实现自动及机械手动操作功能。通过电制动缸110取代功能单一的空气制动缸，实现自动驱动、手动驱动、自动调整闸瓦间隙及自动驻车功能一体化。

上述铁路货车制动系统，利用电制动缸110进行制动，以电能取代压力控制作为制动能量，解决现有制动系统空气泄漏故障的问题，通过设置于机车的供电装置220实现全列车供电，为电制动缸110提供制动能量，配合蓄电池130 进行能量回收，能够利用多余的电能进行充电，在供电装置220的供电信号无法正常提供制动能量时，可以利用蓄电池130进行补充供电，保证电制动缸110 可靠制动，同时节省电能的消耗。

如图2所示，在其中一个实施例中，铁路货车制动系统还包括：电源管理模块140，分别与蓄电池130、车辆控制装置120电连接，用于根据车辆控制装置120的制动指示控制蓄电池130为电制动缸110供电。

电源管理模块140根据制动指示控制蓄电池130提供相应的电能给电制动缸110，以使电制动缸110输出目标制动力。在其中一个实施例中，电源管理模块140能够对蓄电池130输出的电信号进行稳压及调压处理，以输出能够为各用电器件供电的电压。在供电装置220无法提供能够为车辆各用电器件(特别是电制动缸110)稳定供电的电能时，电源管理模块140根据制动指示控制蓄电池130补充供电，保证车辆的正常工作及制动。

在其中一个实施例中，电源管理模块140还用于在根据蓄电池130的电压和/或电流判断蓄电池130是否发生故障，在判断发生故障时发送蓄电池130故障诊断信息至主控装置210。

电源管理模块140可以通过采集蓄电池130的电压和电流来判断蓄电池130 是否发生故障，具体的可以通过预设的参数阈值进行比较判断实现故障诊断，并在判断蓄电池130发生故障时，生成蓄电池130故障诊断信息发送至主控装置210。在其中一个实施例中，主控装置210能够将蓄电池130故障诊断信息通过设置在机车上的显示装置进行显示，以使列车工作人员能够及时进行维修。

在其中一个实施例中，蓄电池130包括第一电池和第二电池；电源管理模块140用于根据制动指示控制第一电池为电制动缸110供电，并在第一电池处于异常状态时，切换控制第二电池为电制动缸110供电。

第一电池与第二电池相互备份。异常状态包括电量低于为车辆供电所需的最低电量和电池单元故障。本实施例中可以采用循环用电的方式为车辆供电，一个电池的电量较低无法正常供电时，切换到另一个电池。在另一个实施例中，还可以是当一个电池出现故障后，自动切换到另一个电池，两电池互为备份，既延长了电池寿命又保证了用电安全和可靠性。

在其中一个实施例中，采用双钛酸锂电池供电模式，可适应环境温度要求，使用寿命长，无爆炸风险，满足了电制动系统用电可靠性要求，可实现无用能量回收，节省了能量消耗。

在其中一个实施例中，电源管理模块140用于将蓄电池130输出的电压转换为第一电压和/或第二电压为车辆的各用电装置供电。

车辆各用电装置的工作电压可能存在差异，电源管理模块140可以根据不同用电装置的需求进行电压转换，输出第一电压和/或第二电压满足不同用电装置的需要。示例性的，第一电压可以为48V,第二电压可以为24V。

在其中一个实施例中，电源管理模块140设有外部充电接口。

在其中一个实施例中，电源管理模块140设有人工通断电装置，在需长期封存车辆时，可以通过人工操作进行断电控制。

如图3所示，在其中一个实施例中，车辆控制装置120包括：监控执行模块121和电制动缸控制模块122。监控执行模块121用于电连接主控装置210，用于接收制动控制指令，并输出制动指示；电制动缸控制模块122分别与监控执行模块121、电制动缸110电连接，用于根据制动指示控制电制动缸110动作。

监控执行模块121通过与主控装置210电连接接收主控装置210发送的制动控制指令，并输出制动指示至电制动缸控制模块122，电制动缸控制模块122 通过CAN总线与电源管理模块140及电制动缸110通信，指示电源管理模块140 控制电制动缸110施加目标电制动力，控制电制动缸110制动或缓解制动。

监控执行模块121通过LONWORKS通信与列车总线其他连挂设备通信。监控执行模块121通过LONWORKS电力载波通信电路，完成列车总线网络报文的接收、发送、处理。监控执行模块121用于存储车辆单元动态信息及故障信息。

在其中一个实施例中，车辆控制装置120还包括车辆识别模块。车辆识别模块设有存储芯片，通过CAN收发器与监控执行模块121交互以存储车辆静态信息，车辆上还设有列车总线电流脉冲检测电路检测列车总线上的电压反馈至主控装置210进行车辆排序使用。

在其中一个实施例中，电制动缸控制模块122还用于获取电制动缸110的动作信息反馈至监控执行模块121；监控执行模块121还用于根据电制动缸110 的动作信息以及制动控制指令进行制动反馈调节。

电制动缸控制模块122可以获取电制动缸110反馈的动作信息发送至监控执行模块121，监控执行模块121根据制动控制指令与动作信息调整制动指示，从而精准稳定的制动力。

在其中一个实施例中，监控执行模块121还用于在根据电制动缸110的动作信息判断电制动缸110发生故障时，向主控装置210发送电制动缸110故障诊断信息。

监控执行模块121可以通过预设的故障参数对动作信息进行分析诊断，判断电制动缸110是否发生故障，并在发生故障时生成电制动缸110故障诊断信息发送至主控装置210。

在其中一个实施例中，铁路货车制动系统还包括：手动控制装置，用于接收手动制动指令，并将手动制动指令发送至车辆控制装置120；车辆控制装置 120还用于在接收到手动制动指令时控制电制动缸110进行制动或缓解制动。

手动控制装置用于在车辆停车后人工对车辆实现制动、缓解的操作。如换瓦时的间隙调整操作等。示例性的，手动控制装置可以是在车辆两侧，安装两对电子式按键，每侧布置一个制动按钮和一个缓解按钮。按按钮3s后，实施制动或缓解，制动为常用全制动，长按缓解位10s可将电制动缸110缓解至最短位置。

在其中一个实施例中，供电装置220通过电缆分别与电制动缸110、车辆控制装置120、蓄电池130电连接；主控装置210通过电缆与车辆控制装置120电连接。

主控装置210通过电缆与车辆控制装置120进行通信，并以高达2500W的功率向列车总线提供230V直流电。同时能够用相同的电缆,以最小30W的额定功率输出24V直流电，为电制动缸110、车辆控制装置120、蓄电池130提供能量。电缆既作为信号通道，也作为能量通道。机车与车辆、车辆与车辆之间采用端部电缆连接器相连，实现控制信号的传输。

在其中一个实施例中，铁路货车制动系统还包括：电池过充保护装置，用于监测蓄电池130的电池电压，并在电池电压超过阈值时切断蓄电池130的充电通路。

在其中一个实施例中，可以在电缆端部设置终端电路。终端电路作为电缆的最后一个节点，持续向主控装置210反馈状态信息，并报告电缆的电压值。

在其中一个实施例中，车辆上还设有显示装置，用于显示蓄电池130的剩余电量，在电量不足时可以发出报警提示。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铁路货车制动系统，其特征在于，所述铁路货车包括用于牵引的机车和用于载货的至少一个车辆；所述制动系统包括：

电制动缸，设置于所述车辆，用于将电能转化为机械能制动所述车辆；

车辆控制装置，设置于所述车辆，与所述电制动缸电连接，用于根据制动控制指令控制所述电制动缸进行制动；

主控装置，设置于所述机车，与所述车辆控制装置电连接，用于发送所述制动控制指令至所述车辆控制装置；

供电装置，设置于所述机车，与所述电制动缸、所述车辆控制装置电连接，用于为所述机车的各用电装置供电；

蓄电池，设置于所述车辆，分别与所述电制动缸、所述车辆控制装置、所述供电装置电连接，用于利用所述供电装置输出的多余电能进行充电，并根据所述车辆控制装置的制动指示为所述电制动缸供电。

2.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，还包括：

电源管理模块，分别与所述蓄电池、所述车辆控制装置电连接，用于根据所述车辆控制装置的制动指示控制所述蓄电池为所述电制动缸供电。

3.根据权利要求2所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述蓄电池包括第一电池和第二电池；

所述电源管理模块用于根据所述制动指示控制所述第一电池为所述电制动缸供电，并在所述第一电池处于异常状态时，切换控制所述第二电池为所述电制动缸供电。

4.根据权利要求2所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述电源管理模块用于将所述蓄电池输出的电压转换为第一电压和/或第二电压为所述车辆的各用电装置供电。

5.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述车辆控制装置包括：

监控执行模块，用于电连接所述主控装置，用于接收所述制动控制指令，并输出所述制动指示；

电制动缸控制模块，分别与所述监控执行模块、所述电制动缸电连接，用于根据所述制动指示控制所述电制动缸动作。

6.根据权利要求5所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述电制动缸控制模块还用于获取所述电制动缸的动作信息反馈至所述监控执行模块；

所述监控执行模块还用于根据所述电制动缸的动作信息以及所述制动控制指令进行制动反馈调节。

7.根据权利要求6所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述监控执行模块还用于在根据所述电制动缸的动作信息判断所述电制动缸发生故障时，向所述主控装置发送电制动缸故障诊断信息。

8.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，还包括：

手动控制装置，用于接收手动制动指令，并将所述手动制动指令发送至所述车辆控制装置；

所述车辆控制装置还用于在接收到所述手动制动指令时控制所述电制动缸进行制动或缓解制动。

9.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述供电装置通过电缆分别与所述电制动缸、所述车辆控制装置、所述蓄电池电连接；

所述主控装置通过所述电缆与所述车辆控制装置电连接。

10.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，还包括：

电池过充保护装置，用于监测所述蓄电池的电池电压，并在所述电池电压超过阈值时切断所述蓄电池的充电通路。

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