CN202320262U - 用于车辆的制动系统和适于高速运行的铁路车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于车辆的制动系统和适于高速运行的铁路车辆。用于车辆的制动系统具有第一直通式制动子系统，第一直通式制动子系统与车辆的计算机网络通信地连接。根据本实用新型，其能够减少列车在恶劣天气或特殊环境情况下因为粘着不足而发生滑行的可能，同时便于优化摩擦副的热负荷。

Description

用于车辆的制动系统和适于高速运行的铁路车辆

技术领域

本实用新型涉及一种轨道列车制动系统，尤其是涉及一种适用于高速铁路列车的制动系统。更具体地说，本实用新型涉及一种用于车辆的制动系统和适于高速运行的铁路车辆。

背景技术

目前干线轨道列车普遍采用的制动控制系统是基于列车管减压制动、充气缓解的自动式制动系统。其制动力的控制模式为：当实施某一级别的制动指令时，为便于制动力的控制，其制动力在整个制动过程中保持恒定而与速度大小无关(不考虑列车风阻的前提下)。

同时，目前200km/h的干线轨道列车普遍采用的基础制动装置包括制动夹钳装置、盘型制动装置及固定式粉末冶金闸片。

高速列车比普通列车运行速度提高后，在单位时间内司机对列车运行状态调整，包括制动调速操作相应增加。这要求对列车的制动力控制灵活、压力控制更为精确。同时由于轮轨粘着系数在高速区大大降低，因此要求必须解决如何充分利用粘着，确保高减速度下制动能力的实现。

传统的自动式空气制动机受到缓解充风和制动减压速率的限制，难以实现高速列车制动的以上要求。

伴随着高速列车运行速度的提高，其制动所需转换的能量急剧增加。此时优化列车基础制动装置的制动力分配，减少摩擦副的磨耗尤为重要。传统的自动式制动难以实现最充分的利用列车的电制动(再生制动或电阻制动)，不能实现整列车的制动力优化分配。同时，由于极端情况下的安全紧急制动需要按照纯空气制动考虑，这意味着制动过程中巨大的动能需通过制动盘及闸片转化为热能散失在大气中。这就要求采用大功率的制动盘以及高性能的闸片，使得制动盘与闸片之间的作用力尽量均匀分配，以减少或避免由于摩擦副的热负荷分配不合理造成过大的热应力，导致摩擦副产生热斑以及不可接受的裂纹，从而大大缩短产品的寿命。同时紧急制动分级控制对于改善摩擦副的负荷分配也是非常重要的。这些都是传统的自动式制动系统难以实现的。

高速列车上大量采用了电子技术、网络技术，制动系统也需要适应技术的发展，实现网络控制、自动测试、系统诊断以及与列车其它系统的通讯，同时需要采用诸如冗余措施、故障导向安全设计实现制动系统安全性、可靠性的最大提高。这也是传统的自动式制动系统难以实现的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有高安全性、高可靠性的高速列车制动系统；可以实现制动力的灵活、准确控制，空气制动与电制动的连续配合，制动力以致摩擦副的热负荷优化分配，降低制动盘及闸片的LCC(全寿命周期成本)。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于车辆的制动系统，其特征在于，制动系统具有第一直通式制动子系统，第一直通式制动子系统与车辆的计算机网络通信地连接。

进一步地，第一直通式制动子系统进一步连接有闭环控制模拟阀。

进一步地，第一直通式制动子系统进一步连接有高/低压切换电磁阀。

进一步地，第一直通式制动子系统进一步设置有制动手柄或紧急制动按钮，制动手柄或紧急制动按钮与列车管道连接并控制列车管道的压力。

进一步地，制动系统还具有第二自动式空气制动机作为备用系统。

进一步地，制动系统设置有铸钢制动盘以及浮动式粉末冶金闸片作为基础制动装置。

进一步地，浮动式粉末冶金闸片上安装有多个摩擦单元，摩擦单元与闸片的钢背之间采用弹性联接的安装方式。

进一步地，制动系统设置有轴盘作为基础制动装置。

进一步地，制动系统进一步设置有轴控方式的防滑装置，防滑装置包括设置于每个轴的防滑阀和速度传感器。

根据本实用新型的另一方面，提供一种适于高速运行的铁路车辆，其特征在于，车辆包括前述任一种用于车辆的制动系统。

本实用新型高速铁路列车制动系统采用了微机网络控制式的直通式制动系统，可以实现制动力的灵活、准确控制，同时可最大程度利用电制动及实现整列车的空气制动及电制动的最佳配合。备用制动系统采用传统的自动式空气制动机，可用于直通式制动机故障情况下维持列车的运营以及用于列车的救援或运输。紧急制动采用气动及电动多重冗余的驱动措施，具有极高的安全性、可靠性。同时，系统具有完整的自动测试、故障诊断功能。

本实用新型基础制动装置采用了大功率铸钢制动盘以及浮动式粉末冶金闸片。可以实现摩擦副间制动力的均匀分配，使得热负荷均匀，无热斑的产生，降低其磨耗，提高其寿命。

本实用新型采用了微机网络控制式的直通式制动系统，备用系统采用传统的自动式空气制动机。紧急制动采用气动及电动多重冗余的驱动措施，具有极高的安全性、可靠性。由于微机控制技术、网络控制技术的应用，系统具有完整的自动测试、故障诊断功能。

列车正常运行时采用直通式制动系统，此时各车的制动微机接收到制动指令后，通过闭环控制模拟阀B60.02的输出压力，可实现制动力的灵活、精确控制；同时通过对高/低压切换电磁阀B60.08的控制，可实现紧急制动压力的高/低压分阶段控制。

在直通式制动系统故障情况下，此时可使用自动式备用制动系统维持列车的运营。此时通过备用制动手柄C02对列车管进行减压或充风，各车的分配阀B55.02根据列车管压力的变化，实现相应的制动或缓解作用。

本实用新型基础制动装置采用了大功率铸钢制动盘(动车每轴两个轮盘，拖车根据最大热负荷每轴两个或三个轴盘)以及浮动式粉末冶金闸片。可以实现摩擦副间制动力的均匀分配，热负荷均匀，无热斑的产生，降低其磨耗，提高其寿命。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、正常情况下采用微机网络控制的直通式制动机；在直通式制动系统故障情况下，可转换至采用传统的自动式空气制动机的备用制动系统维持列车的运营。制动力控制灵活，制动缸压力控制精确，动作迅速灵敏。

二、采用了与粘着相关的制动力控制模式，高速区时制动力较小而低速区时制动力较大。有利于充分利用粘着，减少列车在恶劣天气或特殊环境情况下因为粘着不足而发生滑行的可能。

三、紧急制动采用了高/低压分级的紧急控制，一方面出于粘着的考虑，同时便于优化摩擦副的热负荷。

四、能够最大程度的利用电制动，实现整列车的制动力优化分配。

五、在直通式制动系统故障情况下，可转换至备用制动系统维持列车的运营，提高了列车的可用性。

六、采用了浮动式粉末冶金闸片，可以实现摩擦副间制动力的均匀分配，热负荷均匀，无热斑的产生，降低其磨耗，提高其寿命。摩擦单元磨耗到限后闸片钢背可以重复使用。

七、具有完整的系统自动测试、故障诊断功能。

八、采用了多重冗余控制及故障导向安全的设计策略，系统安全性、可靠性高。

附图说明

本实用新型的上述及其它特征将通过参照附图对本实用新型的详细示例性实施例的描述而变得更加清楚，其中：

图1是本实用新型高速铁路列车制动系统原理图。

图2是本实用新型高速铁路列车制动系统气动原理图。

图3a和图3b是标准粉末冶金闸片与本实用新型采用的浮动式闸片原理对比示意图。

图4a和图4b是分别采用标准粉末冶金闸片及本实用新型的浮动式闸片后，制动盘的温度分布对比示意图。

具体实施方式

以下将参照示出了本实用新型示例性实施例的附图对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以多种不同形式来实施，而不应该仅限于这里所阐述的示例性实施例来构造。当然，提供这些示例性实施例是为了使本公布更全面和完整，并能够向本领域技术人员充分传达本实用新型的范围。附图中，为了清楚起见，装置的尺寸和相对尺寸可能被放大了。

下面，将参照附图详细解释本实用新型。

参照图1和图2，图1描述的是本实用新型高速铁路列车制动系统应用于典型的四节车单元(即，2节动车和2节拖车)的原理图。但该制动系统不局限于此编组方式，可应用于各种灵活编组的列车。列车可以是一种适于高速运行的铁路车辆。图2详细描述了本实用新型高速铁路列车制动系统头车气动原理图，拖车的气动原理与此类似。

如图所示，制动系统具有第一直通式制动子系统，第一直通式制动子系统与车辆的计算机网络通信地连接。第一直通式制动子系统进一步连接有闭环控制模拟阀。第一直通式制动子系统进一步连接有高/低压切换电磁阀。第一直通式制动子系统进一步设置有制动手柄或紧急制动按钮，制动手柄或紧急制动按钮与列车管道连接并控制列车管道的压力。

另外，制动系统还具有第二自动式空气制动机作为备用系统。

下面，参照图1和2更加详细地说明本实用新型的制动系统。

首先，参照图1。正常运行时，司机通过主控端司机室内制动手柄C23控制直通式制动机的制动缓解作用。此时C23输出的制动指令通过冗余的CAN总线分别输往冗余的本车BCU1.1及BCU1.2。正常情况下BCU1.1承担列车制动管理主机的功能，负责整列车的制动管理、分配计算功能，同时控制本车空气制动力的实施。BCU1.1通过网络获知每辆车的质量、最大空气制动能力、最大电制动能力以及每辆车的制动机的状态(正常或切除)，从而在充分利用电制动及整列车混合制动的原则下，计算出每辆车需要实施的空气制动力对应的制动指令，并通过网络将该指令传输给每一辆车。每辆车的BCUx.1控制模拟阀B60.02，输出精确的压力，通过下游的中继阀进行流量放大，再经防滑阀后输往各制动缸，最后通过基础制动装置实现对应的制动力。

当BCU1.1故障时，系统将自动切换到BCU1.2承担列车的制动管理、分配计算功能。

由于微机控制及网络控制技术的应用，使得制动系统具有完善的自动测试功能以及故障诊断功能。同时主BCU会将各车制动机的情况汇总后，经列车网络汇报给列车TMS，并可显示在司机操作屏上。

当直通式制动机故障情况下，此时需要切换到备用的自动式制动系统。此时司机通过备用制动手柄C02控制列车管的压力，该压力的变化通过贯穿整列车的列车管传给安装在每一辆车上的分配阀。各分配阀根据列车管压力变化控制产生相应的制动或缓解作用，从而实现对列车的制动或缓解控制。使用备用制动时，电制动不可用，同时只具有最基本的制动及缓解功能，而且制动缸压力建立时间大大延长，此时需要对列车进行限速运行。

列车的紧急制动采用多重冗余控制，它通过传统的列车管以及列车紧急制动环路来实现紧急制动控制，具有极高的安全性、可靠性。图1中，操纵制动手柄C23至紧急位或按压紧急制动按钮N03，都会一方面使得列车管压力迅速排大气，同时断开列车紧急制动环路，这样每车的直通式制动系统及自动式制动机都会迅速输出一个压力，双向阀比较后输出较高的压力，经中继阀进行流量放大后输往制动缸。同时，由于其它任何原因导致的列车管大排风或者紧急制动环路中断，都会导致紧急制动的可靠实施。

本实用新型高速铁路列车制动系统还采用了轴控方式的高性能防滑器，包括每轴一个的防滑阀G1以及速度传感器G2，防滑控制功能集成在BCUX.1内。

图2详细描述了本实用新型高速铁路列车制动系统头车气动原理图。拖车的气动原理与此非常类似，只是不需要司机操纵装置，同时基础制动装置稍有不同，例如轮盘可改为轴盘，同时盘的数量根据列车制动所需转换的最大能量而不同。

气动制动控制单元B02内集成了直通式和自动式制动机的主要部件，以及制动机的切除装置。

另外，参照图3a和3b。制动系统设置有铸钢制动盘以及浮动式粉末冶金闸片作为基础制动装置。浮动式粉末冶金闸片上安装有多个摩擦单元，摩擦单元与闸片的钢背之间采用弹性联接的安装方式。

本实用新型基础制动装置采用了大功率铸钢制动盘，动车每轴两个轮盘，拖车根据最大热负荷每轴两个或三个轴盘。制动闸片全部采用了ISOBAR浮动式粉末冶金闸片。

见图3a和图3b，浮动式闸片跟其它一般粉末冶金闸瓦一样，都安装了数个小的摩擦单元，但由于摩擦单元与闸片钢背间采用了弹性联接安装方式，使得制动压力可以均匀的传递到每一个小的摩擦单元，从而改善了其表面承压状况，可以减少制动盘的热应力，以及因此而造成的热裂纹。制动盘的热容量因此可以大大提高。同时这种闸片磨耗到限后，可以只更换小的摩擦单元，闸片钢背可以重复使用。图4a和图4b反应了配装不同闸片，制动盘的温度分布情况，从图中可以看出，采用浮动式闸片大大改善了制动盘的温度分布均匀的问题。

以上是对本实用新型的说明，而不应被解释为限制本实用新型。虽然已经描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以理解，在实质上没有脱离本实用新型的新颖教导和优点的情况下，可以对示例性实施例进行多种变型。因此，可以理解，以上是对本实用新型的说明，而不应被解释为限制于所描述的特定示例性实施例，并且对所公开的示例性实施例的变型、以及其它示例性实施例将旨在被包括于所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的制动系统，其特征在于，所述制动系统具有第一直通式制动子系统，所述第一直通式制动子系统与车辆的计算机网络通信地连接。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述第一直通式制动子系统进一步连接有闭环控制模拟阀。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述第一直通式制动子系统进一步连接有高/低压切换电磁阀。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述第一直通式制动子系统进一步设置有制动手柄或紧急制动按钮，所述制动手柄或所述紧急制动按钮与所述列车管道连接并控制所述列车管道的压力。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述制动系统还具有第二自动式空气制动机作为备用系统。

6.根据权利要求2所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述制动系统设置有铸钢制动盘以及浮动式粉末冶金闸片作为基础制动装置。

7.根据权利要求2所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述浮动式粉末冶金闸片上安装有多个摩擦单元，所述摩擦单元与所述闸片的钢背之间采用弹性联接的安装方式。

8.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述制动系统设置有轴盘作为基础制动装置。

9.根据权利要求1所述的用于车辆的制动系统，其特征在于，所述制动系统进一步设置有轴控方式的防滑装置，所述防滑装置包括设置于每个轴的防滑阀和速度传感器。

10.一种适于高速运行的铁路车辆，其特征在于，所述车辆包括根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆的制动系统。

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