CN1169686C - 空载/负载制动控制器的短行程检测器 - Google Patents

空载/负载制动控制器的短行程检测器 Download PDF

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Abstract

一种空载/负载制动控制系统，包括一空载/负载传感阀，它带有与制动控制阀连接的进口通道和与制动汽缸连接的出口通道。它还包括一传感臂，它与一传感缆绳连接，传感缆绳的移动由一支承在弹簧上的零件和一与传感缆绳的一端连接的终端件控制。一在压力下的活塞迫使传感臂转动，并收缩传感缆绳，但必须克服一弹簧的阻力。该系统还包括一负荷比例阀，它具有配合模式操作和非配合模式操作。

Description

空载/负载制动控制器的短行程检测器
本发明一般涉及一种铁路运输车厢使用的空载/负载型制动控制系统，更具体地说，本发明涉及一种短行程检测器，它供安装在这种空载/负载型制动控制系统里的空载/负载传感阀结构使用。
在当今的、用于运输服务的高容量铁路车厢中，在空载和负载状态下的良好制动是必需的，以便快速和平稳地搬运货物，并满足托运人的“准时”要求。
单容量制动设备产生独立于车厢负荷的制动闸瓦的力，这使其对于负载难以在不超出空载制动比的情况下获得理想的较高制动比，这将足以使轮子打滑。由于减少的制动延迟，打滑的轮子是不理想的。
因此，专用的制动设备必须增加负载车的制动比，而在制动一空载时又不会招致轮子打滑的结果。这种设备按照车厢的负荷情况自动地调整制动闸瓦力。这种专用设备主要有两个种类，双容量空载/负载制动和多容量或可连续变化的制动。
在双容量空载/负载设备中，只具有两个设定，一个是“空载”制动，一个是“负载”制动。这种装置里的“空载”和“负载”设定之间的转变点是根据某种预定的车厢重量选择的。该车厢重量通常是满载重量的20％。在任意选定这个转变点时，将会看到，给定的车厢在车厢重量达到“空载”重量范围的上限时可能由于减少的制动压力而制动不足，由于基本上相同的粘附力要求在“负载”重量范围的下限也可得到，在该下限处，最大的制动力可被支承而不会使车厢轮子打滑。
在可变负荷类型的设备里，通常在车厢负荷的整个范围内，制动压力与实际负荷成比例。然而，将会看到，按比例的制动压力是按照最大制动压力(紧急情况下)选定的，该最大制动压力能从火车具有的最大运行压力(110psi(磅/英寸2))发展而来。因此，当使用相对轻的工作制动时，或从相对低的运行压力(70psi(磅/英寸2))使用最大制动时，成比例的制动压力可能远小于粘附力要求能够支承的。因此，为了防止在最大制动状态下在空载时的有害的轮子打滑，在某些制动条件下、在可变负荷类型的制动设备中、以及单容量设备中将会造成比最佳的制动效率低。
在已知的双容量制动系统里，诸如美国专利第3,671,086号所述的，这个问题是通过比例阀结构克服的，而这种比例阀结构由于在空载制动过程中的固定比例而降低了制动压力。为了与供运输制动控制阀(它确保8至12psi(磅/英寸2)的制动汽缸压力从最轻服务用途发展而来)用的快速服务限制阀的需求相一致，上述系统使空载/负载传感功能停止，直至已产生预定的最大制动汽缸压力，通常是12psi(磅/英寸2)。
然而，由于这种比例类型的双容量系统需要均衡的容积，以维持适当的控制阀操作，因此，在空载/负载变换阀传感功能开始起作用时，由于现存的制动汽缸压力可能即刻逆流进入该均衡的容积，可能发生制动压力在无意中损失。这在进行轻服务减量时发生，正好在空载时充分操作负荷传感阀，制动汽缸压力可能上升至12psi(磅/英寸2)，然后，下降返回至在各车厢上设定的限制阀压力，它可能轻至8psi(磅/英寸2)。这个问题是通过美国专利第5,005,915号所述的空载/负载阀装置克服的。
只需要两个紧凑的气阀和一个小容量储筒，以便将单一容量运输车厢制动设备转变成一简化的空载和负载操作。使用一负荷传感阀，以便检测车厢体与车架侧面框架顶部的关系，从而确定车厢是空载的或负载的，当出现空载厢情况时，一负荷比例阀控制空气流向制动汽缸。通常，就每次制动管减量而言，空载厢用的制动压力是满载车厢的50％或60％。小容量储筒提供必要的容量，以便就空载厢上的各种制动管减量，维持令人满意的压力关系。
在一些铁路车厢里使用空载/负载制动装置将遇到一个完全不同类型的问题。特别是，在外国制造的一些车厢里出现一个问题，即对于标准的空载/负载传感阀的传感臂在完成它的全部位移时，在空载和负载条件之间只有不足的位移。这样，由于传感臂移动的距离受到约束，它使标准的空载/负载设备不能工作。
从上所述可看到，在这种情况下有一个需要，以改进一空载/负载传感阀，以适应适当位移的不足。本发明提供一种空载/负载制动控制系统，它可安装在铁路车厢的支承在弹簧上的零件和未支承在弹簧上的零件上，并可操作地位于铁路车厢制动控制阀和制动汽缸之间，以便在按照铁路车厢的负荷情况施加制动过程中调整制动汽缸压力。这种空载/负载制动控制系统包括一空载/负载传感阀，它具有与制动控制阀装置连接的进口通道和与制动汽缸装置连接的出口通道。该空载/负载传感阀还包括一负荷传感装置，它可与支承在弹簧上的零件和未支承在弹簧上的零件接合，以便测量它们之间的距离，并按照该距离提供一空载设定和一负载设定，该距离比对应于在空载和负载设定之间的转变点一预定距离较大或较小。该负荷传感装置包括一传感臂，它与一传感缆绳连接，而传感缆绳的向下移动受支承在弹簧上的零件的控制，并可从一收缩位置向与铁路车厢未支承在弹簧上的零件分离的方向移动，以及一终端件，它位于传感缆绳的一端，并被安装成与支承在弹簧上的零件接触，从而支承在弹簧上的零件的任何向下移动将沿相同的向下方向对终端件施力，并同样拉动传感缆绳。这种负荷传感装置还具有一传感活塞，它与传感臂连接，它在施加制动过程中经受在进口通道处的流体压力。该传感活塞迫使传感臂转动，并从该延伸位置向与铁路车厢的支承在弹簧上的零件和未支承在弹簧上的零件接合的方向收缩传感缆绳，一传感弹簧通过一预定预负荷阻止所述传感活塞移动。这种空载/负载制动控制系统还包括一负荷比例阀装置，它安装在空载/负载传感阀和制动控制阀之间，具有配合模式操作和非配合模式操作，所述负荷比例阀包括一阀座，阀座位于进口通道和出口通道之间；一平衡活塞，它具有相等的反向压力区域，反向压力区域的一个区域经受在进口通道处的流体压力；以及一单向阀，它与平衡活塞连接，并控制所述阀座。这种空载/负载制动控制系统还包括一均衡容积储筒，它位于负荷比例阀装置和空载/负载传感阀之间，以便提供必须的容量对各种制动管减量维持令人满意的关系。最后，在这种空载/负载制动控制系统里，空载/负载传感阀装置的传感活塞与负荷比例阀的平衡活塞流体连通，以便当空载/负载传感阀装置处于所述空载设定时将在这均衡容积入口处的有效的压力流体提供给平衡活塞的压力区域的另一区域，从而在平衡活塞的两侧建立一差动力，该力沿着单向阀与阀座接触的方向，由此提供一种配合模式操作；而当空载/负载传感阀处于负载设定时，不提供压力流体给平衡活塞的另一压力区域，由此提供一种非配合模式操作。
因此，本发明的一个主要目的是提供一短行程检测器，用于铁路车辆的一空载/负载传感阀装置，从而相对传感臂的全行程有不足的位移，这将改进制动效率。
本发明的另一目的是提供一短行程检测器，用于空载/负载传感阀装置，其中，相对传感臂的全行程有不足的位移，从而可使用较小的传感缆绳。
本发明的还有一个目的是提供一短行程检测器，用于空载/负载传感阀装置，其中，相对传感臂的全行程有不足的位移，而缆绳的终端件将不会受到堆积在终端件和支承在弹簧上的车架件之间的缝隙重的冰雪和泥浆的阻碍。
本发明的另一个目的是提供一短行程检测器，用于铁路车辆中的一空载/负载传感阀装置，其中，相对传感臂的全行程有不足的位移，从而相对不需维护。
本发明的另一个目的是提供一短行程检测器，用于铁路车辆中的一空载/负载传感阀装置，其中，相对传感臂的全行程有不足的位移，这将减少轮子打滑的发生率，从而减少制动停车距离。
本发明的另一个目的是提供一短行程检测器，用于铁路车辆中的一空载/负载传感阀，其中，相对传感臂的全行程有不足的位移，从而通过减少轮子打滑发生率减少在轮子和轨道上的维护和更换方面的费用。
除了上面详细介绍的本发明的若干目的和优点外，对于铁路车辆制动系统、特别是空载/负载传感阀技术领域的技术人员来说，通过下面结合附图的更详细介绍，本发明的其它目的和优点也将变得更加清楚。
图1是一空载/负载制动控制系统的局部剖视的示意图，它显示了本发明的空载/负载传感阀装置的较佳实施例；
图2是用在图1所示的空载/负载制动控制系统里的空载/负载传感阀装置的较佳实施例的局部剖视的放大图；
图3是用在图1所示的制动系统里的负荷比例阀的剖视图；
图4是用在图1所示的空载/负载制动控制系统里的传感缆绳的终端件的前视图；
图5是用在图1所示的空载/负载制动控制系统里的传感缆绳的终端件的侧视图。
在详细介绍本发明之前，应该知道，为了清楚地了解本发明，在所有的附图中，相同的标号表示具有相同功能的相同零件。
现在参看附图，特别是图2。这里介绍的是一空载/负载传感阀装置10的局部剖视图，它显示了本发明目前较佳的实施例。空载/负载传感阀装置10包括一传感阀活塞2，它在推杆5上施加一力，然后再作用在传感臂6上。
当没有作用在空载/负载传感阀装置10上的压力时，传感阀活塞2因传感阀弹簧4而保持在适当位置，从而也不对推杆5施加任何压力。在该位置，推杆5不对传感臂6起作用。传感臂6不环绕着枢轴8转动，也没有拉力作用在传感缆绳12上。此外，通道14和16通过滑阀18而处于排放位置。
现在参看图3，它详细地显示了负荷比例阀50。该负荷比例阀50基本上类似于由西屋气刹车公司制造的、用于工业标准SC-1空载和负载货运制动设备的“P-1负荷比例阀”，并已由美国专利第3,671,086号公开，该专利在这里被参考引用。
简单地说，负荷比例阀50包括一差动区平衡活塞26，其一侧经受来自均衡容积孔27、也即在薄膜32之上的腔室A的压力，而另一侧经受来自进口孔23的压力。平衡活塞26携带一单向阀45，单向阀45具有阀件46，它按照平衡活塞26的位置与环形阀座28接合或分离。一复位弹簧30作用在平衡活塞26上，向其最上位置偏压平衡活塞26，而在该最上位置，阀件46与阀座分离。
现在主要参看图1。这里介绍的是一空载/负载制动控制系统的示意图，它显示了本发明的空载/负载传感阀装置10的一目前较佳的实施例。
当没有从运输制动控制阀20、经过制动汽缸管道22、由孔23进入负荷比例阀50的压力时，由活塞弹簧30施加的力将使薄膜32和平衡活塞26保持在最上部位置。在薄膜32上面的腔室A和通道通过均衡容积孔27与大气连通。空气将通过空气管道34、均衡容积储筒35、空载/负载传感阀10的通道14和16、再通过空载/负载传感阀10的内部通道排放到大气中去。
如前面所述的，在系统上无压力作用时，传感阀2通过传感阀弹簧4保持在适当位置，从而没有力施加在推杆5或传感臂6上。
在下面介绍的、在制动施加过程中、空载/负载传感阀10和负荷比例阀50的工作中，应该知道，当空载/负载传感阀10表示“负载”的车辆时，对于某一制动管减量，负荷比例阀50对制动汽缸空气压力没有影响，由此将来自运输制动控制阀20的、基本上100％的空气压力引导至制动汽缸38。
另一方面，当空载/负载传感阀表示“空载车辆”时，对于某一制动管减量，负荷比例阀50起反应，切断压力空气从运输制动控制阀20向制动汽缸38的流动，直至制动汽缸38里的空气压力达到来自运输制动控制阀20的空气压力的大约50至60％。
在施加制动过程中，在制动汽缸管道22里的、在压力下的制动汽缸空气进入负荷比例阀50的进口孔23。空气经过负荷比例阀50的内部通道进入在单向阀45的阀件46之上的腔室B，并通过排出口25到空气管道36，再到制动汽缸38。从均衡容积储筒35来、到负荷比例阀50的孔27去的均衡容积空气通过内部通道进入在薄膜32之上的腔室A。当腔室A里的均衡容积压力增加到一能克服活塞弹簧30施加在平衡活塞26上的力的数值时，薄膜32和平衡活塞26将向下移动，从而切断在负荷比例阀50的孔23和孔25之间的空气流动。
制动汽缸空气不仅从空气管道36流向制动汽缸38，而且流向空载/负载传感阀10的传感阀活塞2的左侧。传感阀活塞2在其可能推动推杆5移动、从而使传感臂6转动前必须施加一个至少13-15psi(磅/英寸2)的压力。13-15psi(磅/英寸2)的压力对于克服传感阀弹簧4的预负荷是需要的。这在最小减量过程中确保了最大可用制动汽缸压力。
为了大于最小的一减量，作用在传感阀活塞2上的压力将克服传感阀弹簧4的阻力，推动推杆5，使传感臂6环绕着传感臂枢轴8转动，并试图拉动传感缆绳12。
如果火车车厢装载，或如果车架弹簧偏移大于20％，传感缆绳12将被支承在弹簧上的的车架件(横梁)40拉动，而车架件40将由于车厢上的负荷的重量而移动离开未支承在弹簧上的的车架件44。未支承在弹簧上的的车架件44不能移动，因为它连接在车架侧面框架上。电缆终端件42不能移动经过支承在弹簧上的的车架件40(车架件40在车厢装载的情况下将移动)，从而防止传感缆绳12移动，进而防止传感臂6转动。这样，在装载情况下，空载/负载传感阀10的内侧部分将不改变，而比例阀50的内侧部分也将不改变。实际上，这将确保对于装载车厢的最大可用制动汽缸压力，而制动汽缸压力相对于制动管减量来说将不停地流向制动汽缸。
从图1中可看到，在传感缆绳12和支承在弹簧上的的车架件40之间有一个小间隙46，它允许这种火车车厢的正常弹跳，而不会对传感缆绳12产生过度的磨损。
为了在车厢没有负荷或如果车架弹簧偏移小于其总行程的20％的情况下施加制动，传感缆绳6的移动程度足以表明车厢是“空”的和不是“满”的。在这种情况下，来自运输制动控制阀20的、经过制动汽缸管道22、并经过比例阀50的空气流动在负载车情况下发生，直至13-15psi(磅/英寸2)的压力到达传感阀活塞2的左侧。当压力增加时，传感阀活塞2将迫使推杆5伸出，而这种伸出使传感臂6环绕着枢轴8转动，进而向未支承在弹簧上的的车架件(侧面框架)44拉回传感缆绳12。这是可能的，因为支承在弹簧上的的车架件40根本不移动，或不会从未支承在弹簧上的的车架件44移动一个显著的距离，以便防止缆绳响应传感臂6的移动而移动。在这种“空载”情况下，传感弹簧4和传感阀活塞2将传感阀中的滑阀18移动到足够远的地方，使滑阀18上的通道14和16与空气管道34和36对齐。
通道14和16的对齐将连通来自运输制动控制阀20的制动汽缸管道22的空气压力，它通过空气管道36，通过通道14和16到与均衡容积储筒35连接的空气管道34，再通过孔27到达在负荷比例阀50里的薄膜32上部的腔室A。相对于负荷比例阀50的平衡活塞26的有效区域的薄膜32的有效区域是这样的，在负荷比例阀50里，当制动汽缸压力达到运输制动控制阀20的制动汽缸管道22里的压力的一百分比时，薄膜32将向下移动并作用在平衡活塞26上，而平衡活塞26迫使单向阀45移动，从而使阀件46封闭环形阀座28，并切断向制动汽缸38供应空气。然后，在空载情况下，对于在最小的工作应用之上的任何的制动管减量，制动汽缸压力将是供应给负载车辆的压力的大约50％或60％。
在本发明的较佳实施例中，传感臂6、枢轴8和缆绳12的杠杆式结构给全行程提供了只有支承在弹簧上的的车架件的1英寸的弹簧行程。这样，有可能使这种空载/负载阀装置在只具有最小的位移的火车车厢里工作。本发明的颠倒的传感臂和缆绳结构(见图1)也使得使用小直径的缆绳成为可能，因为在空载/负载传感阀10里的“拉”摩擦小于早先的传感臂和缆绳结构的“推”摩擦。
此外，在本发明里，空气管道34在均衡容积储筒35和空载/负载传感阀10之间的空气管道“回路”在功能上类似于在一些早先的空载/负载制动系统里的指示器，它在空载/负载传感阀10打开时防止突然的制动汽缸压力降。
在施加制动后，制动汽缸将排气。在此释放过程中，空气从运输制动控制阀20的制动汽缸管道22中排出。随着压力自负荷比例阀50的单向阀45顶部之上的腔室B释放，制动汽缸管道22里的压力将使单向阀45向上移动，从而使阀件46脱离阀座28，使空气管道36里的制动汽缸空气流动经过制动汽缸管道22排出。压力也将从空载/负载传感阀10里的传感阀活塞2释放。当该压力降低到小于传感弹簧4的预负荷(13-15psi(磅/英寸2))时，由于传感弹簧4的推动，传感阀活塞2和滑阀18将返回到它们的正常位置，而空气管道34再被连接通过通道14和16排放空气。
在活塞和传感器连杆机构中设计的“损失运动”特征可补偿正常的本体摇摆，而该摇摆可能给传感阀10提供一个错误的信号。如果车厢满载(最大弹簧偏移)，摇摆必将使车架弹簧移动全偏移的80％以上，从而产生错误的空载信号。这意味着，当车厢装载时，该摇摆必将使支承在弹簧上的的车架件40相对未支承在弹簧上的的车架件44移动可能行程的20％不到，从而产生错误的空载状态。
现在参看图4和5。这里描述的是传感缆绳12的终端件42的放大的前视图和侧视图。从图4中可看到，终端件42的、固定在传感缆绳12上的顶部48呈锥形。在本发明的较佳实施例里，锥形顶部48被设计成能切割任何泥浆或冰块，而泥浆和冰块可能聚集在支承在弹簧上的的车架件40和传感缆绳12的终端件42之间。由于空载/负载制动系统安装在外面和暴露在各种天气状况下，因此泥浆或冰雪的堆积可能在传感臂6被推杆5推动而拉动传感缆绳12、以表示空载状态时影响传感缆绳12的平稳移动。如果缆绳12被阻止移动，诸如在冰雪或泥浆堆积、限制终端件42移动的情况下，空载/负载传感阀将不会检测到车厢是“空”的，从而好像是负载车厢一样提供制动汽缸压力。
虽然上面详细描述了本发明的较佳实施例，但对于铁道制动系统、特别是空载/负载传感阀技术领域的技术人员来说，在不超出本发明构思和范围的情况下，还可以有许多其它的变化和/或改进。

Claims (7)

1.一种空载/负载制动控制系统，它具有至少一可安装在支承在弹簧上的零件(40)上的第一部分和在铁路车厢的未支承在弹簧上的零件(44)上的第二部分，并可操作地位于铁路车厢制动控制阀(20)和制动汽缸(38)之间，以便在按照铁路车厢的负荷情况施加制动过程中调整施加在该制动汽缸(38)上的压力，所述空载/负载制动控制系统包括：
(1)一空载/负载传感阀(10)，它具有与所述制动控制阀连接的进口通道(14)和与所述制动汽缸(38)连接的出口通道(16)；
(2)一负荷传感装置，它与所述空载/负载传感阀(10)连接，并具有位于所述支承在弹簧上的零件(40)上的第一部分和位于所述未支承在弹簧上的零件(44)上的第二部分，以便测量它们之间的距离，并按照所述距离给所述空载/负载传感阀(10)提供一空载设定和一负载设定，所述距离大于或小于与在所述空载和所述负载设定之间的转变点对应的一预定距离，所述负荷传感装置包括：
(a)一传感臂(6)，它可枢转地连接于所述空载/负载传感阀(10)的一部分，并具有连接在一传感活塞(2)上的第一端，而传感活塞可在所述空载/负载传感阀(10)里往复移动；
(b)一终端件(42)，它被安装成与支承在弹簧上的零件(40)接触，从而支承在弹簧上的零件(40)的任何向下移动将沿相同的向下方向对所述终端件(42)施力；
(c)一传感缆绳(12)，其第一端与所述传感臂(6)的一第二端连接，而其第二端与所述终端件(42)连接，当所述终端件(42)响应支承在弹簧上的零件(40)的向下移动而向下移动时，所述传感缆绳(12)沿迫使所述传感臂(6)离开一收缩位置的方向移动，所述传感活塞(2)在施加制动、以便迫使所述传感臂(6)转动并收缩所述传感缆绳(12)过程中、在所述空载/负载传感阀(10)的所述进口通道(14)处经受压力流体；
(d)一传感弹簧(4)，它安装在所述空载/负载传感阀(10)的一腔室里，并被安装成与所述空载/负载传感阀(10)的一壁接触，并与所述传感活塞(2)接触，以便通过所述传感弹簧(4)的一预定预负荷阻止所述传感活塞(2)移动；
(3)一负荷比例阀(50)，它安装在所述空载/负载传感阀(10)和所述制动控制阀(20)之间，具有配合模式操作和非配合模式操作，所述负荷比例阀包括：
(a)一固定的阀座(28)，它位于所述负荷比例阀(50)的进口通道(23)和出口通道(25)之间；
(b)一平衡活塞(26)，它具有相等的反向压力区域，所述反向压力区域的第一区域经受在所述进口通道(23)处的压力流体；以及
(c)一释放单向阀(45)，它包括一与所述平衡活塞(26)连接的阀件(46)，所述平衡活塞(26)与所述固定的阀座(28)接合；以及
(4)一均衡容积储筒(35)，它位于所述负荷比例阀(50)和所述空载/负载传感阀(10)之间，以便提供必须的容量对各种制动管减量维持令人满意的关系，所述空载/负载传感阀(10)与所述负荷比例阀(26)的所述平衡活塞(26)流体连通，以便当所述空载/负载传感阀(10)处于所述空载设定时将所述进口通道(23)处的压力流体提供给所述平衡活塞(26)的所述反向压力区域的第二区域，从而在所述平衡活塞(10)的两侧建立一差动力，该力沿着所述单向阀(45)的所述阀件(46)与所述固定的阀座(28)接触的方向，由此提供所述的配合模式操作，而当所述空载/负载传感阀(10)处于所述负载设定时，不将压力流体提供给所述平衡活塞(26)的所述反向压力区域的所述第二区域，由此提供所述的非配合模式操作。
2.如权利要求1所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，支承在弹簧上的车架件(40)向下移动一个预定距离将产生所述传感臂(6)的全行程。
3.如权利要求2所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，所述预定距离是1英寸。
4.如权利要求1所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，当所述支承在弹簧上的车架件(40)向下移动时，通过所述传感缆绳(12)拉动所述可枢转连接的传感臂(6)，这样提供了其内产生较少摩擦的一系统。
5.如权利要求4所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，使用缩小直径的缆绳作为所述传感缆绳(12)，这是因为所述传感缆绳(12)和所述传感臂(6)的结构只产生少量的摩擦。
6.如权利要求1所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，所述终端件(42)还包括一锥形顶部。
7.如权利要求6所述的空载/负载制动控制系统，其特征在于，所述终端件(42)的所述锥形顶部显著地减少了冰雪和泥浆堆积在所述终端件(42)和所述支承在弹簧上的车架件(40)之间的可能性。
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