ES2946007T3

ES2946007T3 - Sistema de freno

Info

Publication number: ES2946007T3
Application number: ES18193591T
Authority: ES
Inventors: Mark Hemmings; Ben Druett
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: KR20210049922A; CN112672935A; EP3623237A1; US20220048486A1; EP3623237B1; US12084032B2; CN112672935B; KR102530201B1; WO2020053291A1; JP7387723B2; JP2021536401A

Abstract

Una disposición de válvula de control de freno para controlar la aplicación de una fuerza de frenado comprende un bloque de válvula de control de freno electroneumático (8) que comprende un controlador de presión con una válvula de retención y una válvula de ventilación, una válvula reguladora principal (válvula de relé 9), un regulador de emergencia (15) y un regulador de presión de control de carga variable (16). El bloque de válvulas (8) tiene una entrada (2) para una presión de suministro de freno y una salida (3, 4) en conexión neumática con al menos un cilindro de freno. Una válvula solenoide (17) controla una presión piloto en la válvula reguladora principal (9) desde el regulador de presión de control de carga variable (16). La válvula solenoide (17) está adaptada para ventilar la presión de control de la válvula reguladora principal a la atmósfera cuando está desenergizada, lo que permite liberar la fuerza de frenado del cilindro de freno a través de la válvula reguladora principal (9). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de freno

La presente invención se refiere a una disposición de válvulas de control de frenos para un sistema de frenos de vehículos ferroviarios y, en particular, a una disposición de válvulas de ventilación para uso en las funciones de liberación remota y frenado de emergencia.

En sistemas conocidos como el descrito en los documentos EP1588913 y GB2359599, la fuerza de frenado neumática disponible se establece de modo que la fuerza de frenado requerida para soportar la máxima desaceleración del vehículo, con su carga actual, esté disponible y pueda aplicarse a los cilindros del freno para proporcionar una parada de freno de emergencia completamente neumática. Durante el frenado de servicio, la presión de frenado aplicada (es decir, la presión en los cilindros del freno) se regula a un nivel por debajo de la presión disponible, de conformidad con la demanda real de frenado (por ejemplo, la etapa de frenado seleccionada), y la fuerza de frenado proporcionada por otros subsistemas de frenado (por ejemplo, frenos electrodinámicos o de oruga). Un desarrollo de este sistema se divulga en el documento WO2015181764.

El sistema ha sido probado en el campo, pero sufre de variaciones en la fricción de las pastillas del freno que pueden ocurrir durante la aplicación del freno, y de cualquier factor mecánico que pueda causar que la actuación del freno en cualquier remolque genere una fuerza de frenado diferente a la calculada a partir de la especificación del sistema de frenos. Estos efectos mecánicos pueden conducir tanto a un frenado insuficiente como a un frenado excesivo del ferrocarril.

La presente invención busca proporcionar una disposición de válvula de control de freno que permita un control más preciso de las presiones de freno que resulte en una menor probabilidad de frenado excesivo o insuficiente, en particular, pero no exclusivamente, durante el frenado de emergencia.

De conformidad con la invención, se proporciona una disposición de válvula de control de freno de conformidad con las características de la reivindicación 1.

Los aspectos preferidos de la invención se pueden encontrar en las subr-eivindicaciones.

El concepto proporciona ventajosamente la tasa de desaceleración esperada del vehículo, para una etapa de frenado dada, independientemente de las variaciones en la fricción de las pastillas del freno, que pueda ocurrir durante la aplicación del freno y de cualquier factor mecánico que pueda causar que la actuación del freno en cualquier remolque genere una fuerza de frenado diferente a la calculada a partir de la especificación del sistema de frenado.

Una realización ejemplar de la invención se describirá ahora con gran detalle con referencia a las Figuras, en donde:

la Figura 1 muestra un esquema neumático de la disposición de la válvula de control de freno;

la Figura 2 muestra un esquema de la válvula de liberación remota 17, y el controlador de presión asociado.

Para permitir el control de desaceleración del freno neumático (tanto de emergencia como de servicio), la fuerza de frenado disponible se establece en un nivel superior al derivado de los cálculos del freno, para que pueda aumentarse durante una aplicación del freno para compensar cualquier reducción de la fuerza de frenado causada por los componentes mecánicos del sistema de frenos, incluidas las pastillas del freno. Dependiendo del algoritmo de control, la reducción en la fuerza de frenado puede ser para todo el ferrocarril o para todo el segmento. Asimismo, el control de desaceleración puede requerir la reducción de la fuerza de frenado y, por lo tanto, las presiones de frenado aplicadas para contrarrestar cualquier frenado excesivo causado por la mecánica del sistema de frenado.

La Figura 1 muestra un esquema neumático de la disposición de la válvula de control del freno que comprende un colector 1 que recibe la presión de suministro del freno principal 2 y proporciona la conexión neumática a los cilindros del freno 3, 4. El colector proporciona conexiones neumáticas adicionales desde una conexión del peso de la carga externa opcional 5, y la válvula de distribución 7. La entrada del peso de la carga en uso estándar se mide con uno o dos de los transductores auxiliares.

La unidad de la válvula neumática 8 alberga la válvula reguladora de relé principal 9, que recibe una presión de entrada de la presión de suministro del freno 2. La salida de la válvula reguladora de relé principal 9 está conectada a las respectivas entradas 10, 11 de las válvulas de control 12, 13, a través del módulo de configuración 14, descrito con mayor detalle a continuación.

La válvula reguladora de relé principal 9 es pilotada por presiones de la válvula reguladora de emergencia 15, que proporciona el nivel de ajuste de reserva de la tara, y el regulador de aplastamiento 16. Los reguladores limitan los niveles de presión piloto. Las salidas de la válvula de retención doble 18 y el regulador de emergencia pilotean la válvula reguladora de relé principal 9. El ajuste de respaldo de tara es la presión mínima disponible en una emergencia en caso de que la presión de control de carga variable (VLCP) sea menor que el ajuste de tara. El nivel de ajuste del regulador de aplastamiento es la presión máxima disponible para las válvulas de control VLCP. La válvula reguladora de emergencia 15 está conectada a la presión de suministro principal 2 y a la entrada piloto de la válvula reguladora de relé principal 9 a través del solenoide del freno de emergencia 19.

El regulador de control de carga variable o aplastamiento 16 recibe una entrada neumática de la presión de suministro del freno principal 2, y la salida está conectada a un arreglo de válvula de retención y ventilación, que controla la presión real a una válvula solenoide de liberación remota 17 que está conectada a la salida de la válvula reguladora de relé principal 9. Por lo tanto, el regulador de aplastamiento está conectado a la válvula reguladora de relé principal 9 a través de una válvula solenoide de liberación remota 17. La conexión de peso de carga opcional está provista de un camino a la entrada de la válvula solenoide de la válvula de liberación remota 17. Se proporciona una válvula de retención doble 18 en el camino entre la válvula solenoide de liberación remota 17 y la válvula reguladora de relé principal 9, válvula de retención doble que también está conectada neumáticamente a la entrada de freno indirecto 7.

Cada una de las válvulas de control 12, 13 comprende una válvula de membrana de retención y ventilación controlada por un solenoide respectivo, y otro solenoide dispuesto para igualar las presiones a través de las membranas de ventilación. Las salidas de las válvulas de control 12 y 13 están conectadas a un cilindro de freno respectivo. Una válvula de enlace que comprende una válvula de membrana, y un solenoide proporciona una conexión neumática entre las salidas de las respectivas válvulas de control 12, 13.

Como se describió anteriormente, la salida de la válvula reguladora de relé principal 9 está conectada al módulo de configuración 14. El módulo de configuración 14 está provisto de un estrangulador respectivo en la ruta neumática 20, 21 desde la válvula reguladora de relé principal 9 hasta la entrada de la respectiva membrana de entrada. La salida de la membrana de entrada está conectada neumáticamente a la membrana de ventilación a través de un estrangulador respectivo 22, 23 en el módulo de configuración 14. Las membranas de ventilación descargan los cilindros del freno a través del módulo de configuración.

En uso, el tiempo de aplicación del freno, y el tiempo de ventilación están determinados por el tamaño de los estranguladores que permiten lograr los tiempos de aplicación y liberación estándar o deseados, independientemente del volumen de los cilindros del freno. Esto asegura un control predecible de la presión de los cilindros del freno, y un rendimiento de protección contra el deslizamiento de las ruedas.

En la invención, para proporcionar la función de control de desaceleración, la regulación de la presión de los cilindros del freno (por el microcontrolador) continúa durante una aplicación de emergencia. Sin embargo, el controlador del freno debe asegurarse de que la presión de los cilindros del freno aplicada durante una parada de emergencia no caiga por debajo de un nivel mínimo y que, en caso de pérdida de energía eléctrica durante una parada del freno de emergencia, la presión nominal del freno de emergencia, la presión determinada de los cálculos del freno, ya que proporciona la desaceleración de emergencia requerida para la carga actual del vehículo, se aplica a los cilindros del freno.

Además, para garantizar que la disposición de la válvula de control del freno, que idealmente es SIL3 para el frenado de emergencia, proporcione un nivel mínimo de fuerza de frenado de emergencia mientras el microcontrolador regula la presión de los cilindros del freno, que generalmente será SIL2, la presión de los cilindros del freno se controla de forma independiente, monitoreado por medio electrónica o un dispositivo lógico electrónico (FPGA) que detectará la condición en donde la presión de los cilindros del freno cae por debajo de un porcentaje preconfigurado de la presión del freno de emergencia nominal.

Asimismo, este sistema de control también puede garantizar que la presión de frenado aplicada no supere un límite superior predefinido y, por lo tanto, proporciona protección contra el frenado excesivo. La protección contra frenado insuficiente solo está activa durante una aplicación de freno de emergencia; de lo contrario, la liberación del freno y las etapas bajas del freno no serían posibles en el modo de freno de servicio. La protección contra el frenado excesivo está activa tanto en los modos de freno de emergencia como de servicio.

En el modo de freno de emergencia controlado, para evitar una frenada insuficiente, el dispositivo lógico o electrónico de control de los cilindros del freno desactiva la regulación de la presión de los cilindros del freno mediante el microcontrolador (por lo tanto, también desactiva el control mediante el dispositivo de cabecera), y aplica el nivel de presión de emergencia nominal en los cilindros del freno de manera análoga a la aplicación del freno de emergencia estándar conocida.

En la operación del freno de servicio, el dispositivo lógico o electrónico de monitoreo de los cilindros del freno, operará para liberar la presión de los cilindros del freno (al detectar sobrepresión). Esto es compatible con la funcionalidad de liberación que se describe a continuación.

Como el WSP permanece operativo durante una aplicación del freno de emergencia (siempre que la unidad esté encendida), la operación del WSP puede ocurrir mientras el freno de emergencia controlado está activo. Para controlar el deslizamiento de las ruedas y optimizar la adherencia disponible durante una frenada de emergencia, la actividad de control de WSP puede hacer que la presión de los cilindros del freno caiga por debajo del nivel de presión mínimo definido para el freno de emergencia controlado. Se puede proporcionar un sistema electrónico de control para evitar una interrupción inmediata de la funcionalidad en caso de que se detecte una presión insuficiente. Como esta reducción de presión es aceptable, el control de la presión de los cilindros del freno por parte del sistema WSP evitará que el dispositivo lógico/electrónico de monitoreo fuerce el disparo por baja presión. La actividad WSP utilizada por el dispositivo lógico/electrónico de monitoreo se detecta en el punto de actuación de las válvulas, de modo que cualquier modulación de la presión (retención o ventilación) por parte del control WSP inhabilita el disparo por baja presión. La propia operación del WSP es monitoreada por electrónica de alta integridad (SIL3) (o dispositivo lógico electrónico) para evitar una reducción prolongada de la presión de los cilindros del freno por parte del control del WSP. La operación de estos componentes electrónicos asegurará que las válvulas no puedan ser impulsadas continuamente por la operación del WSP para mantener una presión baja, asegurando así que el dispositivo lógico/electrónico de monitoreo no se vea impedido permanentemente de actuar en una condición de baja presión.

La Figura 2 muestra un esquema de la válvula de liberación remota 17 y el controlador de presión asociado. La válvula de liberación remota tiene las siguientes conexiones de puerto: Puerto 1: controlador de presión; Puerto 2: cámara de control de la válvula de relé; Puerto 3: conectado a la atmósfera.

Cuando la válvula solenoide de liberación remota 17 está desenergizada: Puerto 2 conectado al Puerto 3, Puerto 1 bloqueado; cuando está energizado, el Puerto 1 está conectado al Puerto 2, y el Puerto 3 está bloqueado. La válvula de relé neumática, equivalente a la válvula reguladora principal 9 en la Figura 1, tiene una relación de entrada a salida de control = 1:1

La disposición de la válvula de control del freno proporciona o habilita la siguiente funcionalidad:

En caso de una pérdida de suministro de energía eléctrica a la disposición de la válvula de control del freno, el freno de servicio debe liberarse si se aplica, y evitar una nueva aplicación. Esto se logra en condiciones normales de funcionamiento con energía eléctrica disponible cuando la válvula solenoide de liberación remota, 17 se energiza conectando la cámara de control al controlador de presión VLCP a través del Puerto 2 de la válvula al Puerto 1. La válvula de relé proporciona una salida igual al VLCP que los controles del freno de servicio.

En el caso de una pérdida de energía eléctrica, la válvula de liberación remota 17 se desactiva y deja de ventilar la presión de la cámara de control a la atmósfera a través del Puerto 2 de la válvula al Puerto 3. La válvula de relé ahora ventila la presión de salida a cero; cualquier presión del cilindro del freno ahora retroalimentará a través de las membranas de control del freno de servicio, ya que estas no retendrán la presión si se elimina la presión de suministro. Por lo tanto, se logra la liberación del freno, y se elimina la presión de suministro a las membranas en las válvulas de retención, evitando cualquier aplicación posterior del freno de servicio.

En el caso de que el frenado de emergencia controlado supere el límite de seguridad, la FPGA anulará el frenado de emergencia controlado y aplicará un freno de emergencia de peso de carga controlada solo neumático. Esto se logra desactivando la regulación de presión por las válvulas de membrana (es decir, abriendo las válvulas de retención y cerrando las válvulas de ventilación), y desactivando la válvula solenoide de liberación remota 17. Esto ventila la presión de la cámara de control a la atmósfera a través del Puerto 2 de la válvula al Puerto 3. Para el funcionamiento controlado del freno de emergencia, esta presión se habrá fijado en un valor mejorado del nivel ponderado de la carga para permitir la función de frenado de emergencia. Un valor ejemplar del valor mejorado es 125%.

El área efectiva del diafragma de la cámara de control proporciona una relación de 1:1 entre la cámara de control y las presiones de salida. Si la cámara de control no está ventilada, la presión de salida a los cilindros del freno sería del 125% del nivel de peso de carga requerido, es decir, un 25% de frenado excesivo.

Al inicio de la aplicación del freno de emergencia, el frenado de emergencia controlado se activará, la válvula reguladora de emergencia, que cuando se activa se cierra, se abre y permite que entre presión en la cámara de respaldo de emergencia. El nivel de presión lo establece el regulador de emergencia. La válvula reguladora de emergencia está diseñada para proporcionar una presión de salida nominalmente igual a la presión de carga variable VLCP, y no inferior al ajuste de tara de respaldo.

El área efectiva del diafragma de la cámara de respaldo de emergencia proporciona una relación de 0,8:1 entre la cámara de respaldo de emergencia y las presiones de salida; el 0,8 es el inverso del valor mejorado del nivel de peso de la carga. Sin embargo, tiene una relación de 1:1 con la cámara de control. Durante el frenado de emergencia controlado, las presiones en la cámara de control y la cámara de respaldo de emergencia son iguales. Por lo tanto, no hay una fuerza descendente adicional en el diafragma.

Si el FPGA decide anular el freno de emergencia controlado y ventila la presión del VLCP de la cámara de control, ahora se elimina la fuerza de equilibrio en la parte inferior del diafragma de la cámara de respaldo de emergencia.

La presión del VLCP se bloquea cuando la cámara de control del solenoide de ventilación se desactiva. Esto asegura que la presión de referencia para el regulador de emergencia, que mantiene la presión de la cámara de respaldo de emergencia, esté al 125% del nivel ponderado de la carga nominal.

Con la presión de la cámara de control ventilada, la fuerza ejercida desde el diafragma de la cámara de emergencia ahora está activa a través de la pila del diafragma. Esta fuerza se equilibra con la presión de los cilindros del freno que actúa en la parte inferior del diafragma de control. Dado que la relación entre el diafragma de la cámara de reserva de emergencia y el diafragma de los cilindros del freno es de 0,8:1,0, esto corrige la presión de salida de la válvula de relé neumática en los cilindros del freno al valor ponderado de la carga nominal, es decir, 1,25 x 0,8 = 1

Si se detecta una falla dentro de la disposición de la válvula de control del freno, como un "freno de arrastre", se habilita la liberación del freno de servicio, si se aplica, y se evita una nueva aplicación. Esta funcionalidad se logra mediante una entrada digital externa directa a la FPGA. Cuando la FPGA recibe esta señal, inhibe el accionamiento de la válvula 17, que se desactiva.

Cuando se desactiva la válvula solenoide de liberación remota 17, se ventila la cámara de control. La válvula relé ahora descargará la presión de salida a cero; cualquier presión del cilindro del freno ahora retroalimentará a través de las membranas de control del freno de servicio, ya que no pueden retener la presión si se elimina la presión de suministro. Por lo tanto, se logra la liberación del freno y se elimina la presión de suministro a las membranas, evitando cualquier aplicación posterior del freno de servicio.

Otro modo de operación permite que un vehículo con un freno directo defectuoso o problemas de suministro de energía eléctrica dentro del ferrocarril sea movido por un ferrocarril de rescate o un ferrocarril de recuperación.

Cuando la válvula solenoide de liberación remota se desactiva, la cámara de control se ventila. La válvula relé ahora descargará la presión de salida a cero; cualquier presión de los cilindros del freno ahora retroalimentará a través de las membranas de control del freno de servicio, y se logrará la liberación del freno.

La primera aplicación de presión indirecta del freno ahora cambiará la válvula de retención doble 18 cerrando la ruta al escape a través de la válvula (Puerto 2 a Puerto 3), y conectando el puerto de entrada del freno indirecto a la cámara de control.

El lazo de freno de emergencia (EBL) activa el solenoide 19 y debe estar alto para lograr la liberación del freno durante la operación de control de freno indirecto. Si el EBL cae bajo, la salida resultante en los cilindros del freno dependerá de cuál de las dos cámaras, el control o el respaldo de emergencia proporcionen la fuerza más alta.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una disposición de la válvula de control de freno para controlar la aplicación de una fuerza de frenado en un vehículo ferroviario que comprende un bloque de válvula de control de freno electroneumático (8) que comprende una válvula reguladora de relé principal (9) que controla la presión a una válvula de retención, y una válvula de ventilación para aplicación del freno de servicio, siendo pilotada la válvula reguladora de relé principal (9) por una presión controlada por una válvula reguladora de emergencia (15), la disposición de la válvula de control de freno comprende además un regulador de presión de control de carga variable (16), el bloque de válvulas que tiene una entrada (2) para una presión de suministro de freno, y una salida (3, 4) en conexión neumática con un cilindro de freno para aplicar fuerza de frenado, en donde se proporciona una unidad de control electrónico para controlar la actuación de una o más válvulas de solenoide que controlan el flujo neumático en la disposición de la válvula de control de freno,

caracterizada porque

una presión piloto en la válvula reguladora de relé principal desde el regulador de presión de control de carga variable (16) es controlada por un solenoide (17), cuyo solenoide, cuando se desactiva, permite la liberación de la fuerza de frenado ventilando la presión de los cilindros del freno a la atmósfera.

2. La disposición de la válvula de control de freno de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la unidad de control electrónica proporciona una señal para liberar el solenoide (17) en el caso de que se detecte una falla en la disposición de la válvula de control de freno.

3. La disposición de la válvula de control de freno de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la disposición de la válvula de control de freno comprende además una entrada (7) para una presión de freno indirecta que está conectada a una válvula de retención doble (18) ubicada en la vía neumática entre el solenoide (17) y la válvula reguladora del relé principal (9), en donde cuando el solenoide no se encuentra excitado, la válvula reguladora principal recibe la presión de frenado indirecta a través de la válvula de retención doble.

4. La disposición de la válvula de control de freno de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la presión en el regulador de presión de emergencia (15), que comprende un diafragma, es controlada por una válvula de solenoide del freno de emergencia (19), que en caso de frenado de emergencia es abierto para permitir que el regulador de presión de emergencia proporcione una presión de salida nominalmente igual a la presión de carga variable, en donde la válvula reguladora principal (9) tiene un diafragma más grande que el diafragma de los cilindros del freno, y el diafragma del regulador de presión de emergencia es más pequeño que el diafragma de la válvula reguladora principal.

5. La disposición de la válvula de control de freno de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la relación entre el diafragma de la cámara de respaldo de emergencia y el diafragma del regulador de presión de emergencia es sustancialmente de 1:1.