CN1191189A - 电控－气动制动系统和用于该系统的控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于铁路货车车辆的制动控制系统,它具有一电控－气动制动控制器,在该控制器内由通过一第一级操作杠杆起作用的恒定的弹簧负载来操纵一自遮断阀组件。采用一由微处理器控制的步进电机来改变操作杠杆的支点,借以改变操作杠杆的力臂比,从而可根据传递给微处理器的控制电信号从自遮断阀组件来产生不同的制动压力。

Description

电控-气动制动系统和用于该系统的控制器

本发明涉及电控-气动制动器的控制器，特别是涉及一种适于在一“直接”型电控-气动制动系统内建立用于铁路车辆制动的气动输出压力的、由电动机操纵的制动控制器。

在铁路货车制动系统从传统的自动气动控制向电控-气动控制的变革中，如现在展望的那样，可以相信，在所有货车都装备上电控-气动制动系统之前，可以先采用“间接”形式的电控-气动制动系统。这种“间接”的制动控制意味着：令一列货车内每一节车辆上的传统的控制阀，响应制动管路压力的变化，以通常的方式在远离机车的一个或多个位置上电气地控制制动管路的压力来控制车辆制动。在这种方式下，可在一列铁路车辆内实现比较迅速而且均匀的制动响应。

然而，最终的期望是这种“间接”的电控-气动控制让位于“直接”的电控-气动制动控制。所谓“直接”的电控-气动控制意味着：不是电控地控制列车的制动管路压力以间接地控制制动缸压力，而是独立于车辆控制阀装置，对一列货车的每一节车辆上的制动缸压力进行电控。

在诸如美国专利5,501,512中所揭示的“直接型”电控-气动制动控制系统中，每一节车辆上均设有一微处理器单元，它接收对应于所需制动强度的控制信号。用一个将压力转换成电信号的传感器给微处理器提供与瞬时的制动缸压力值相一致的反馈信号。由电磁铁操作的各气动阀根据这些控制和反馈信号之间的差别来调节制动缸的压力。上述专利中的压力传感器对温度的变化非常敏感，而且因为需要定期校准而使维护费用昂贵。此外，由于制动缸加压需要大容量的电磁操作的气动阀，这导致它们工作时能量消耗较大。

本发明的一个主要目的在于，提供一种“直接型”电控-气动式制动控制系统，它具有一无需反馈压力传感器的制动控制器装置。

本发明的另一个目的在于，提供一种生产成本较低的直接型电控-气动制动控制器。

本发明的再一个目的在于，提供一种只需较小的电功率就能工作的制动控制器。

为实现上述目的，本发明提供的电控-气动制动控制器包括一自遮断继动阀组件，该阀由一个借助一力臂比可变的操作杠杆起作用的固定弹簧来操作。一直线电动机能使一可动支点滚轮沿操作杠杆定位，借以改变杠杆力臂比，进而改变继动阀的输入需求，从而产生一所需的制动缸压力。

在将这样的电控-气动制动控制器应用于一列铁路车辆的每一节车辆的电控-气动制动系统中时，每一节车辆上的处理器单元接收一指令信号，并控制直线电动机，以精确地设定操作杠杆支点滚轮的位置。微处理器单元可根据电动机转数跟踪支点滚轮从一固定的释放基准位置算起的设定位置。这样就可以使每一节车辆上产生制动缸压力，无需用反馈传感器来监测制动管路或制动缸的压力。此外，制动管路的压力可以保持在列车工作压力的水平(不断地充气)，它可作为车辆制动的一个气动力源，并且在与传统的车辆控制阀装置结合使用时可作为一气动备用或应急控制。

通过下文结合附图所作的详细描述，可以更清楚地了解本发明的这些和其它目的和优点。

图1是一系统示意图，示出了与一铁路货车上的一传统的自动气动制动系统相联系的一“直接型”电控-气动制动系统的一种形式；

图2是图1的制动系统所采用的一电控-气动制动控制器的组装剖视图。

如图1所示，用于一列铁路货车内每一节车辆的电控-气动制动控制系统10包括：一制动管路BP；一具有一直线电动机M的制动控制器12；一微处理器单元MPU，它连接有一根延伸至每一节车辆的控制线CW，各相邻车辆的控制线的端部相互连接起来，以便将控制信号传送至微处理器单元MPU。或者，在各节车辆之间也可采用无线电联系，将各种控制信号传送至相应车辆的微处理器。微处理器单元MPU可通过电缆14将电信号输出给与电动机M相关联的晶体管开关电路(未示)，这种开关电路是用于根据经控制线CW传送至微处理器单元MPU的一控制信号使电动机M以步进电机的方式工作，这是众所周知的。

制动控制器12的一输出口15通过一管路16连接于一双联止回阀DCV的一入口。一排气口17通往大气，而一供气口19则通过管子20连接于一压力供给源。在具有传统制动设备例如已知的AB型设备的铁路货车上，可采用如图所示的现有的应急蓄能器ER来充当压力供给源。当应急蓄能器处于“释放和充注”位置时，它通过车辆控制阀CV充注蓄能。当处于“施加作用”位置时，控制阀CV通过一管路21将空气连接至双联止回阀DCV的来自一辅助蓄能器AR的另一入口，该辅助蓄能器也是在处于“释放和蓄能”位置时从制动管路BP得到充注蓄能。双联止回阀DCV的一个出口通过一管路22连接于制动缸BC。在这样一种布置下，可将配备有自动气动制动系统的铁路货车改装或应用本发明的电控-气动制动系统，以改善现有制动系统的费用效益。此外，现有的自动气动制动系统可为电控-气动制动系统提供一种方便的备用制动。

然而，应该理解，本发明不是意在仅限于这样的改装应用。在本发明的广义范围内，例如，可以用一单独的、通过一单向止回阀直接从制动管路得到充注蓄能的蓄能器作为压力供给源，而取消包括控制阀CV和应急蓄能器ER的自动气动制动控制装置。但是，这样的布置将不能包含上述的自动气动备用制动的特点。

现请参见图2，除了直线电动机M外，制动控制器12还包括一力致动器20和一自遮断继动阀组件22。

自遮断继动阀组件22的一反馈活塞24固定于一驱动杆26，驱动杆26的一端27与力臂比可变的操作杠杆28接触，其另一端29是处于一排气提动阀部件30和一与之轴向相对的供气提动阀部件32之间。排气阀部件30被弹簧34偏压向一个方向而与一环形阀座36接触，而供气阀部件32则被弹簧38偏压向相反的方向而与一和阀座36沿轴向隔开的阀座40接触。阀座36，40和阀部件30，32之间形成一输出腔室42，它通过一通路44连通于制动缸的输出口15。在通路44和有活塞24于其内动作的反馈腔室47之间连接有一分支通路45。在输出腔室42内，驱动杆26的另一端29上成形有一凸缘46，该凸缘靠近阀部件32，它根据驱动杆26的运动方向而与各阀部件30，32之一或另一个接触或脱开。一套管50在驱动杆26的一端27附近可引导地支承着驱动杆26，而另一套管52在驱动杆26的另一端29附近可引导地支承着驱动杆26，而且较佳的是在凸缘46和48之间的区域内。

力致动器装置20包括一螺旋形动力弹簧54，它在一具有调节螺钉58的弹簧座56和一驱动活塞60之间起作用。活塞60的推杆62抵触于操作杠杆28的与驱动杆26所接触的那一端相反的一端的附近。

直线电动机M的输出轴64连接于一支点元件66，以使支点元件66能沿操作杠杆28在向一个移动方向的完全释放位置和向一相反移动方向的完全施加制动位置之间移动。在操作杠杆28的靠近活塞60的推杆62的那一端部设有一限制凸块68，当支点元件64的一侧与该凸点接触时便形成控制器14的完全释放位置。在这个完全释放位置上，支点滚轮70与操作杠杆28的上侧接触，其接触点轴向地对准活塞60之活塞杆62与操作杠杆60的下侧的接触点。在运动的另一个极端位置上，支点元件66抵靠在控制器本体上，使滚轮70在自遮断组件22的驱动杆26的轴线和操作杠杆28的中点之间的一极限位置与操作杠杆28的上侧接触。

除了滚轮70以外，支点元件64还包括一支承滚轮72，它可沿着由控制器盖壳76所形成的一支承面74滚动，当自遮断装置22处于其遮断位置时，也就是当排气阀30和供气阀22都关闭时，操作杠杆28大致平行于所述支承面。

从图中清楚可见，操作杠杆28上还设有端部滚轮78，80，该两滚轮与盖壳76的侧壁合适地接触，以沿水平方向稳定操作杠杆28。

在图中所示的支点元件66的完全释放位置上，支点元件66的滚轮70，72对准活塞杆62，没有力通过操作杠杆28从动力弹簧54传递至自遮断阀组件的驱动杆26。在没有制动缸压力的情况下，反馈腔室47内没有流体压力，因而也不会有力在反方向上施加于驱动杆26。因此，偏压弹簧34，38可有效地使各提动阀30，32保持于关闭状态，从而建立自遮断阀组件22的前述遮断状态。应该理解，当自遮断阀组件22处于这一遮断位置时，操作杠杆28的靠近驱动杆端部27的那一端部的垂向位置使得操作杠杆28和盖壳76的支承面74以隔开的关系相互平行。在这种方式下，支点元件66继而沿操作杠杆28的运动可以有效地改变操作杠杆28的杠杆比，并且不会对杠杆施加有明显作用的分力。

当需要进行制动时，微处理器单元MPU通过控制线CW接收一命令信号，并据之确定支点元件66藉电动机M的步进作用而从其释放位置移动到一个特定位置。响应支点元件66的这一移动，操作杠杆28变成一第一级操作杠杆，它将动力弹簧54的固定的力传递至自遮断阀组件22。由于由操作杠杆28的作用而实现的机械效益，可以理解，所述固定的弹簧力是根据支点元件66沿操作杠杆28的定位而受到控制，这样就可以改变施加给自遮断组件22的输入力。由于操作杠杆28在动力弹簧54的影响下绕支点滚轮70转动，所以该输入力向下作用于驱动杆26。

驱动杆26向下偏移会导致驱动杆端部29的凸缘48推开供气提动阀32，同时，排气提动阀30保持座落在位。通过开启的供气阀、输出腔室42、通路44、口15和管子16，可使口15处的供气压力连通于制动缸装置BC。随着制动缸压力的建立，反馈腔室47内通过分支通路45也有了压力，于是对反馈活塞24施加一向上的力，因而使驱动杆26反抗弹簧54之杠杆输入力。这样就使操作杠杆28反向转动，直到供气阀32重新和其阀座40接触。此时，自遮断阀组件便恢复到其遮断位置，供气阀和排气阀都关闭，操作杠杆28返回其初始的、与支承面74间隔平行的位置。这样，通过预先确定并控制支点滚轮70沿操作杠杆28的位置以及弹簧54在自遮断阀组件22处于遮断位置时所施加的力，就可以确定能实现的制动缸压力。应该理解，对任一制动命令而言，施加于操作杠杆28的弹簧力是和弹簧54在自遮断组件22处于遮断位置时被调整好的压缩的程度相对应，因而就确定制动缸压力而言，代表着一个固定值。因此，制动缸压力可以根据支点元件66的横向位置来建立，所述支点元件可借助电动机M增渐地定位，以实现所需的制动缸压力。当支点元件66处于其最右的极限位置时，对任一调整好的弹簧力都能实现最大的制动缸压力。

弹簧调整螺钉58可允许每一单独的电控-气动控制单元进行校准。调整螺钉58并且借助电动机M使支点滚轮70沿操作杠杆28定位在一个标准的校准命令位置上，就可以获得一个特定的制动缸输出压力。这种校准工作可以有效地补偿固有的一些小的机械或尺寸变化，包括电动机、弹簧和各电控-气动控制装置的各结构元件的摩擦阻力。

在遮断位置上，制动缸压力可以不受泄漏的影响而得以保持，因为反馈腔室47内的任何压力降都会产生一作用于操作杠杆28的不平衡力，从而使供气提动阀32再次脱开，允许供气压力补偿所述压力降，这样就可以把制动缸压力保持为一个与微处理器单元MPU所接收到的命令信号相对应的值。

当需要进一步增强制动时，微处理器单元MPU所接收到的命令信号也相应改变。如前所述，可用电动机M使支点元件66进一步向右移动，因而重新改变杠杆的力臂比。动力弹簧54的固定力通过杠杆28对自遮断阀组件22的驱动杆26施加一个比反馈腔室47的反馈压力通过反馈活塞24施加的反作用力大的向下的力。由此产生的杠杆28的顺时针转动迫使驱动杆26向下而打开供气阀32，通过供气阀32输出压力供向制动缸装置BC，直至反馈腔室47内对应于有效制动缸压力的压力增大到足以使杠杆28逆向转动。当反馈腔室47内的制动缸有效压力足以使杠杆28返回其初始的转动倾向时，供气阀32关闭，自遮断阀组件恢复到其遮断位置。

当需要把现有的制动压力减小时，微处理器单元MPU会收到一合适的命令信号，让电动机M使支点元件66向左退回。这样就可以改变杠杆28的力臂比，使动力弹簧54作用于驱动杆26的向下的力降低至小于反馈活塞24的向上的作用力。合成的不平衡力使反馈活塞24向上移动，从而使驱动杆端部29的凸缘46与排气提动阀30接触并将其打开。这样就可以使制动缸BC内现有的压力经过管路16、出口15、输出腔室42和排气口17向大气放出，直至反馈腔室47内对应于制动缸有效压力的压力充分减小而使杠杆28恢复到力平衡状态。此时，自遮断阀组件将返回其遮断位置，在该位置上，排气阀30关闭而使制动缸压力不再通大气。如前所述，当自遮断组件处于遮断位置时，杠杆28恢复到初始的和支承面74隔开平行的位置，为支点元件66的下一次移动做好了准备。

当需要完全释放制动压力时，微处理器MPU收到的命令信号会让步进电动机M使支点元件66完全退回，直到支点元件与完全释放位置上的限止挡块68接触。在完全释放位置上，支点滚轮70和支承滚轮72与活塞杆62对准，能防止弹簧54的力传递至自遮断阀组件22，从而能有效地通气释放制动缸装置22中的压力，直到制动缸的压力完全排空。

Claims (15)

1.一种电控-气动控制器，包括：

(a)一操作杠杆，它具有一预定的转动位置；

(b)输入装置，用以在所述操作杠杆的一端对其施加一固定的力，以使所述杠杆向一个方向转动；

(c)自遮断阀装置，包括：

(i)一供气口、一输出口和一排气口；

(ii)一位于所述供气口和所述输出口之间的常闭供气阀；

(iii)一位于所述排气口和所述输出口之间的常闭排气阀；

(iv)一个与所述操作杠杆的另一端接触以在与所述一个方向相反的方向上推动所述操作杠杆的反馈活塞，所述反馈活塞具有一形成在其一侧的压力反馈腔室；

(v)一位于所述输出口和所述反馈腔室之间的反馈通路；以及

(vi)一连接于所述反馈活塞的驱动杆，它可响应所述操作杠杆向所述一个方向的转动而打开所述供气阀，并且可响应所述操作杠杆向所述相反方向的转动而打开所述排气阀；

(d)一可移动的支点元件，所述操作杠杆在所述输入装置的作用下绕该支点元件向所述一个方向转动，并且可在所述反馈活塞的作用下绕该支点元件向所述相反方向转动；以及

(e)电动机装置，用以控制所述支点元件在所述操作杠杆的所述一端和所述另一端之间定位，借以改变杠杆的力臂比。

2.如权利要求1所述的电控-气动控制器，其特征在于，它还包括限动装置，用以建立所述支点元件在朝所述操作杠杆的所述一端和所述另一端移动时的第一和第二移动极限位置。

3.如权利要求2所述的电控-气动控制器，其特征在于，当所述支点元件定位在其所述第一移动极限位置时，所述支点元件在一个与所述输入装置作用于所述操作杠杆的那一点轴向对准的位置上可转动地支承着所述操作杠杆，而当所述支点元件定位在其所述第二移动极限位置时，所述支点元件在一个与所述反馈活塞作用于所述操作杠杆的那一点轴向对准的位置上可转动地支承着所述操作杠杆。

4.如权利要求1所述的电控-气动控制器，其特征在于，所述输入装置包括一螺旋弹簧。

5.如权利要求4所述的电控-气动控制器，其特征在于，所述输入装置还包括用来调整所述螺旋弹簧压缩程度的装置。

6.如权利要求1所述的电控-气动控制器，其特征在于，所述电动机装置包括一步进电动机。

7.如权利要求1所述的电控-气动控制器，其特征在于，它还包括：

(a)一由所述控制器本体形成的第一支承面；

(b)一由所述操作杠杆的与所述输入装置和所述自遮断阀装置相接触的那一表面相反的表面形成的第二支承面；以及

(c)所述支点元件具有一与所述第一支承面接触的支承滚轮以及一与所述第二支承面接触的支点滚轮。

8.如权利要求7所述的电控-气动控制器，其特征在于，当所述供气阀和所述排气阀都处于所述常闭位置时，所述操作杠杆处在所述预定的转动位置上，在所述操作杠杆处于所述预定转动位置上时，所述第二支承面与所述第一支承面相互隔开并平行。

9.一种用于铁路车辆的电控-气动制动控制系统，包括：

(a)一流体压力源；

(b)流体压力操作的制动装置；

(c)用来接收一控制动命令电信号的装置；

(d)用于根据所述制动命令信号计算出一控制信号的处理器；

(e)用于根据所述控制动命令电信号控制所述制动装置工作的电控-气动制动控制装置，该装置包括：

(i)一操作杠杆；

(ii)力输入装置，用以在所述操作杠杆的一端施加一恒定的力，以迫使所述操作杠杆向第一方向转动；

(iii)自遮断阀装置，所述操作杠杆的另一端与之接触，以调整所述制动装置的流体压力；

(f)一可移动的支点装置，用以建立所述操作杠杆的有效力臂比；以及

(g)电动机装置，它响应所述控制信号，使所述可移动支点装置在所述操作杠杆的所述一端和所述另一端之间改变位置。

10.如权利要求9所述的电控-气动制动系统，其特征在于，所述自遮断阀装置包括：

(a)一位于所述流体压力源和所述制动装置之间的常闭供气阀；

(b)一位于所述制动装置和大气之间的常闭排气阀；

(c)一驱动杆，它在打开所述供气阀和排气阀的方向与其中对应的那一个接触；以及

(d)一反馈活塞装置，它固定于所述驱动杆并承受所述制动装置处的有效流体压力，用以对所述操作杠杆的所述另一端施加一个力，而将所述杠杆推向与所述第一方向相反的方向，从而对抗由所述力输入装置施加在所述杠杆的所述一端的所述恒定力。

11.如权利要求9所述的电控-气动制动控制装置，其特征在于，所述电动机装置包括一步进电动机。

12.如权利要求10所述的电控-气动制动控制装置，其特征在于，它还包括限制装置，用以形成靠近所述操作杠杆的所述一端和所述另一端的第一和第二位置。

13.如权利要求12所述的电控-气动制动控制装置，其特征在于，所述支点装置处于所述第一位置上时它与所述操作杠杆的接触点和所述力的输入装置与所述操作杠杆的接触点轴向相对，而在所述支点装置处于第二位置上时它与所述操作杠杆的接触点和所述反馈活塞与所述操作杠杆的接触点轴向相对。

14.如权利要求13所述的电控-气动制动系统，其特征在于，所述力输入装置包括一螺旋弹簧。

15.如权利要求14所述的电控-气动制动系统，其特征在于，所述力输入装置还包括用来调整所述螺旋弹簧之压缩程度的装置。

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