CN115140000A - 铁路货车制动机和制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铁路货车制动机和制动方法，所述制动机包括：主控模块，所述主控模块包括指令接收端；车辆重力分力检测模块，所述车辆重力分力检测模块与所述主控模块通讯连接，所述车辆重力分力检测模块用于检测车辆重力在平行于轨道方向的重力分力；车辆总质量检测模块，所述车辆总质量检测模块与所述主控模块通讯连接；电空转换模块，所述电空转换模块被所述主控模块通过指令控制，所述电空转换模块还包括与制动缸的连接口。本发明对各车辆的制动力控制更加准确，可减少列车纵向冲击力以及增加列车编组数量和线路运能。

Description

铁路货车制动机和制动方法

技术领域

本发明属于列车制动技术领域，尤其涉及铁路货车制动机和制动方法。

背景技术

现有的铁路货车大多采用的是以列车管传输的压缩空气为源动力并以列车管减压量为制动指令的空气自动制动机。该制动机通常由分配阀和车重传感阀组成。

空气自动制动机通过机械结构将列车管减压量△P和车辆重力对弹簧的压缩量d这两种变量转换为制动缸压强P。其函数为P＝f(△P，d)，其中，f是由机械结构实现的。

空气自动制动机具有列车管减压制动机制动的特点，可以基本满足目前铁路货运的要求，但是，也存在以下问题：

(1)由于经过多重机械结构转换，制动缸的压强与目标值相差较大。

(2)机械结构的车重传感阀检测弹簧的压缩量d只能在列车动态下进行，检测结果误差较大。

(3)铁路货车比较长，有可能出现同一列车在制动瞬间，部分车辆处于上坡、平路或下坡的情况，各车在平行于轨道的重力分力会影响制动力，空气自动制动机不能消除重力分力对车辆制动力的影响。

由于以上问题，会使各车辆的制动力控制不准确，造成列车纵向冲击。编组数量越多，冲击力越大。当冲击力达到一定限值后，有可能造成安全事故，限制了列车编组数量增加和线路运能。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了铁路货车制动机和制动方法,对各车辆的制动力控制更加准确，可减少列车纵向冲击力以及增加列车编组数量和线路运能。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种铁路货车制动机，所述制动机包括：

主控模块，所述主控模块包括指令接收端；

车辆重力分力检测模块，所述车辆重力分力检测模块与所述主控模块通讯连接，所述车辆重力分力检测模块用于检测车辆重力在平行于轨道方向的重力分力；

车辆总质量检测模块，所述车辆总质量检测模块与所述主控模块通讯连接；

电空转换模块，所述电空转换模块被所述主控模块通过指令控制，所述电空转换模块还包括与制动缸的连接口。

进一步的，所述车辆总质量检测模块包括距离传感器。

进一步的，所述距离传感器包括第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器用于检测车体到左轨面距离，第二距离传感器用于检测车体到右轨面距离。

进一步的，所述车辆重力分力检测模块包括倾斜度传感器。

进一步的，所述电空转换模块还包括与所述制动机外部连通的风源入风口。

另一方面，本发明还提供了一种铁路货车制动方法，所述方法包括：

获取待制动铁路货车的车辆总质量和车辆重力在平行于轨道方向的重力分力；

根据所述车辆总质量和所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值；

输出压缩空气到制动缸，使制动缸压强达到所述目标值。

进一步的，获取所述车辆总质量具体包括以下方式：

获取车体到轨面距离；

根据车体到轨面距离计算车辆总质量。

进一步的，所述获取车体到轨面距离具体包括：

获取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离；

取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离的平均值作为车体到轨面距离。

进一步的，获取所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力具体包括以下方式：

获取车辆倾斜度；

根据车辆倾斜度计算车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

进一步的，所述根据所述车辆总质量和所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值具体包括：

制动缸压强目标值P＝(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；

其中，M为车辆总质量，D为方向常数，α为倾斜度传感器即时检测到的角度值，a为车辆减速度，S为制动缸活塞面积，μ为制动倍率，η为制动效率，ε为摩擦系数，P0为0级制动时制动缸压强。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的铁路货车制动机采用计算机控制，能接收电信号制动指令，能将车重和车辆倾斜度信息转换为电信号输入计算机，计算机计算车辆在制动过程中的制动缸的压强，由电空转换模块控制制动缸压强达到目标值，控制全过程均为数字转换和控制过程，准确度极高。

(2)本发明提供的铁路货车制动机采用电子距离传感器，可以在静态检测车体到轨面距离，确定车辆重量对弹簧的压缩量，计算车辆总重量，检测值更加准确。

(3)本发明提供的铁路货车制动机采用倾斜度传感器，可以动态检测车辆所处制动瞬间线路的斜度，通过计算机处理，消除车辆在平行于轨道的重力分力对制动力的影响。

(4)本发明提供的铁路货车制动方法相比于传统的空气自动制动机对各车辆的制动力控制更加准确，可减少列车纵向冲击力以及增加列车编组数量和线路运能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种铁路货车制动机结构框图；

图2是本发明实施例提供的另一种铁路货车制动机结构框图；

图3是本发明实施例提供的铁路货车制动方法流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本发明中的实施例，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。

空气自动制动机具有列车管减压制动机制动的特点，可以基本满足目前铁路货运的要求，但是，也存在以下问题：

(1)由于经过多重机械结构转换，制动缸的压强与目标值相差较大。

(2)机械结构的车重传感阀检测弹簧的压缩量d只能在列车动态下进行，检测结果误差较大。

(3)铁路货车比较长，有可能出现同一列车在制动瞬间，部分车辆处于上坡、平路或下坡的情况，各车在平行于轨道的重力分力会影响制动力，空气自动制动机不能消除重力分力对车辆制动力的影响。

由于以上问题，会使各车辆的制动力控制不准确，造成列车纵向冲击。编组数量越多，冲击力越大。当冲击力达到一定限值后，有可能造成安全事故，限制了列车编组数量增加和线路运能。

为了解决上述技术问题，提出了本发明铁路货车制动机和制动方法的下述各个实施例。

实施例1

参照图1，如图1所示是本实施例提供的一种铁路货车制动机结构框图。该铁路货车制动机具体包括主控模块、车辆重力分力检测模块、车辆总质量检测模块和电空转换模块。

其中，主控模块包括指令接收端。主控模块可以接收电信号制动指令k，具有计算和控制电空转换模块中电子器件动作的功能。

车辆重力分力检测模块与主控模块通讯连接，车辆重力分力检测模块用于检测车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

车辆总质量检测模块与主控模块通讯连接。

电空转换模块被主控模块通过指令控制，电空转换模块还包括与制动缸的连接口。电空转换模块能被计算机控制，使其输出压缩空气到制动缸，压缩空气的压强与目标值一致。

当主控模块接收到的电信号制动指令时，能根据车辆总质量、车辆重力在平行于轨道的重力分力和制动指令值这3组变量计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值，并控制电空转换模块输出压缩空气到制动缸，使制动缸压强达到目标值。其控制函数为P＝f(k，h，α)，其中，f是由计算机控制的。

具体地，制动缸压强目标值P＝(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；

其中，M为车辆总质量，D为方向常数，α为倾斜度传感器即时检测到的角度值，a为车辆减速度，S为制动缸活塞面积，μ为制动倍率，η为制动效率，ε为摩擦系数，P0为0级制动时制动缸压强。

需要说明的是，通常铁路货车两端分为A端和B端，本实施例中方向常数D表示车辆A端方向与列车行驶方向的异同(根据实际需要，D也可以表示车辆B端方向与列车行驶方向异同)，当车辆A端方向与列车行驶方向同向时D＝1，当车辆A端方向与列车行驶方向异向时D＝-1。

本实施例提供的铁路货车制动机采用计算机控制，能接收电信号制动指令，能将车重和车辆倾斜度信息转换为电信号输入计算机，计算机计算车辆在制动过程中的制动缸的压强，由电空转换模块控制制动缸压强达到目标值，控制全过程均为数字转换和控制过程，准确度极高。

实施例2

参照图2，如图2所示是本实施例提供的另一种铁路货车制动机结构框图。该铁路货车制动机具体包括计算机控制模块、距离传感器、倾斜度传感器和电空转换模块。

其中，计算机控制模块可以接收电信号制动指令k，具有按程序计算和控制电空转换模块中电子器件动作的功能。

距离传感器能检测车体到轨面距离h，该值与车辆载重量相关联，计算机控制模块能根据该值计算车辆总质量。

作为一种实施方式，本实施例采用两只距离传感器，第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器用于检测车体到左轨面距离，第二距离传感器用于检测车体到右轨面距离。将第一距离传感器和第二距离传感器分别置于车辆纵向中心的两条轨道正上方，计算距离为两者的平均数，以补充车辆偏载造成的误差。

倾斜度传感器能检测车辆倾斜度α，计算机控制模块能根据该值计算车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

电空转换模块能被计算机控制，使其输出压缩空气到制动缸，压缩空气的压强与目标值一致。

作为一种实施方式，本实施例电空转换模块还包括与制动机外部连通的风源入风口。

作为一种实施方式，本实施例提供的铁路货车制动机的还包括供电电源，供电电源与计算机控制模块连接，用于为铁路货车制动机提供工作电压。

当计算机控制模块接收到的电信号制动指令时，能根据车辆总质量、车辆重力在平行于轨道的重力分力和制动指令值这3组变量计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值，并控制电空转换模块输出压缩空气到制动缸，使制动缸压强达到目标值。其控制函数为P＝f(k，h，α)，其中，f是由计算机控制的。

具体地，制动缸压强目标值P＝(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；

其中，M为车辆总质量，D为方向常数，α为倾斜度传感器即时检测到的角度值，a为车辆减速度，S为制动缸活塞面积，μ为制动倍率，η为制动效率，ε为摩擦系数，P0为0级制动时制动缸压强。

需要说明的是，通常铁路货车两端分为A端和B端，本实施例中方向常数D表示车辆A端方向与列车行驶方向的异同(根据实际需要，D也可以表示车辆B端方向与列车行驶方向异同)，当车辆A端方向与列车行驶方向同向时D＝1，当车辆A端方向与列车行驶方向异向时D＝-1。

以型号C80B铁路货车为例，车辆自重W0＝20000(kg)，0级制动时制动缸压强P0＝35(kPa)；2级刚度k2＝5566.6(N/mm)；3级刚度k3＝9789.8(N/mm)；转换点高度h＝14.37(mm)；制动缸活塞面积S＝0.05067(m²)；制动倍率μ＝9.6；制动效率η＝0.9；摩擦系数ε＝0.296。

车辆重量检测具体如下：

接到司机制动控制器称重指令后，启动2只距离传感器，检测其到轨面的垂直距离，计算车辆重量，并保存。

车重M(kg)计算公式：

制动机上两只距离传感器工作，可检测距离车体距左右轨面的距离H1和H2，二者平均值为H。货车出厂空车校验时，二者平均值为Hk。

当Hk-H＜h时：M＝M0+2*k2*(Hk-H)/9.8；

当Hk-H≥h时：M＝M0+2*(k2*h+k3*(Hk-H-h))/9.8。

制动缸压强计算控制功能：接到制动指令时，根据减速度值，计算制动缸压强，并按制动指令发出时间延时1s控制电磁阀动作，使制动缸预控达到要求压强。

本实施例提供的铁路货车制动机采用电子距离传感器，可以在静态检测车体到轨面距离，确定车辆重量对弹簧的压缩量，计算车辆总重量，检测值更加准确。该铁路货车制动机采用倾斜度传感器，可以动态检测车辆所处制动瞬间线路的斜度，通过计算机处理，消除车辆在平行于轨道的重力分力对制动力的影响。

实施例3

参照图3，如图3所示是本实施例提供的一种铁路货车制动方法流程示意图。该方法具体包括以下步骤：

步骤S100：获取待制动铁路货车的车辆总质量和车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

具体地，本实施例中获取待制动铁路货车的车辆总质量具体包括：

获取车体到轨面距离；

根据车体到轨面距离计算车辆总质量。

作为一种实施方式，本实施例中获取车体到轨面距离具体包括：

获取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离；

取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离的平均值作为车体到轨面距离。采用两只距离传感器置于车辆纵向中心的两条轨道正上方，计算距离为两者的平均数，以补充车辆偏载造成的误差。

本实施例中获取待制动铁路货车的车辆重力在平行于轨道方向的重力分力具体包括以下步骤：

获取车辆倾斜度；

根据车辆倾斜度计算车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

步骤S200：根据车辆总质量和车辆重力在平行于轨道方向的重力分力计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值。

具体地，制动缸压强目标值P＝(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；

其中，M为车辆总质量，D为方向常数，α为倾斜度传感器即时检测到的角度值，a为车辆减速度，S为制动缸活塞面积，μ为制动倍率，η为制动效率，ε为摩擦系数，P0为0级制动时制动缸压强。

需要说明的是，通常铁路货车两端分为A端和B端，本实施例中方向常数D表示车辆A端方向与列车行驶方向的异同(根据实际需要，D也可以表示车辆B端方向与列车行驶方向异同)，当车辆A端方向与列车行驶方向同向时D＝1，当车辆A端方向与列车行驶方向异向时D＝-1。

步骤S300：输出压缩空气到制动缸，使制动缸压强达到目标值。

本实施例提供的铁路货车制动方法相比于传统的空气自动制动机对各车辆的制动力控制更加准确，可减少列车纵向冲击力以及增加列车编组数量和线路运能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁路货车制动机，其特征在于，所述制动机包括：

主控模块，所述主控模块包括指令接收端；

车辆重力分力检测模块，所述车辆重力分力检测模块与所述主控模块通讯连接，所述车辆重力分力检测模块用于检测车辆重力在平行于轨道方向的重力分力；

车辆总质量检测模块，所述车辆总质量检测模块与所述主控模块通讯连接；

电空转换模块，所述电空转换模块被所述主控模块通过指令控制，所述电空转换模块还包括与制动缸的连接口。

2.如权利要求1所述的铁路货车制动机，其特征在于，所述车辆总质量检测模块包括距离传感器。

3.如权利要求2所述的铁路货车制动机，其特征在于，所述距离传感器包括第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器用于检测车体到左轨面距离，第二距离传感器用于检测车体到右轨面距离。

4.如权利要求1所述的铁路货车制动机，其特征在于，所述车辆重力分力检测模块包括倾斜度传感器。

5.如权利要求1所述的铁路货车制动机，其特征在于，所述电空转换模块还包括与所述制动机外部连通的风源入风口。

6.一种铁路货车制动方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待制动铁路货车的车辆总质量和车辆重力在平行于轨道方向的重力分力；

根据所述车辆总质量和所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值；

输出压缩空气到制动缸，使制动缸压强达到所述目标值。

7.如权利要求6所述的铁路货车制动方法，其特征在于，获取所述车辆总质量具体包括以下方式：

获取车体到轨面距离；

根据车体到轨面距离计算车辆总质量。

8.如权利要求7所述的铁路货车制动方法，其特征在于，所述获取车体到轨面距离具体包括：

获取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离；

取车体到左侧车轨的轨面距离和车体到右侧车轨的轨面距离的平均值作为车体到轨面距离。

9.如权利要求6所述的铁路货车制动方法，其特征在于，获取所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力具体包括以下方式：

获取车辆倾斜度；

根据车辆倾斜度计算车辆重力在平行于轨道方向的重力分力。

10.如权利要求6所述的铁路货车制动方法，其特征在于，所述根据所述车辆总质量和所述车辆重力在平行于轨道方向的重力分力计算车辆在制动时所需制动缸压强目标值具体包括：

制动缸压强目标值P＝(M+D*Msinα)*a/S/μ/η/ε/1000+P0；

其中，M为车辆总质量，D为方向常数，α为倾斜度传感器即时检测到的角度值，a为车辆减速度，S为制动缸活塞面积，μ为制动倍率，η为制动效率，ε为摩擦系数，P0为0级制动时制动缸压强。

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