ES2966682T3 - Sistema de freno - Google Patents

Sistema de freno

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ES2966682T3
ES2966682T3 ES18193590T ES18193590T ES2966682T3 ES 2966682 T3 ES2966682 T3 ES 2966682T3 ES 18193590 T ES18193590 T ES 18193590T ES 18193590 T ES18193590 T ES 18193590T ES 2966682 T3 ES2966682 T3 ES 2966682T3
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Mark Hemmings
Nigel Anstey
Justin Peare
Ben Druett
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Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
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Abstract

Un sistema de freno de riel electroneumático configurado para proporcionar frenado de emergencia que comprende una válvula magnética de emergencia que controla el flujo de aire hacia una válvula reguladora de emergencia, cuya válvula tiene una cámara de respaldo de emergencia. El regulador de emergencia proporciona una presión de salida nominalmente igual a la presión de carga variable y no inferior a la tara de respaldo. La válvula magnética se cierra cuando está energizada y cuando se desenergiza, se permite que la presión entre en la cámara de respaldo de emergencia. La regulación de la presión del cilindro de freno continúa durante una aplicación de emergencia de modo que la presión del cilindro de freno aplicada durante una parada de emergencia no caiga por debajo un nivel predeterminado. En caso de pérdida de potencia durante una parada del freno de emergencia, se aplica la presión nominal del freno de emergencia a los cilindros de freno. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de freno
La presente invención se refiere a un sistema de freno electroneumático para un vehículo ferroviario para un sistema de freno de vehículo ferroviario y, en particular, a una disposición de válvula de ventilación para uso en las funciones de liberación remota y frenado de emergencia.
En sistemas conocidos tales como los divulgados en los documentos EP1588913 y GB2359599, la fuerza de freno neumático disponible se establece de modo que la fuerza de freno requerida para soportar la desaceleración máxima del vehículo, con su carga actual, esté disponible y pueda aplicarse a los cilindros de freno para proporcionar una parada de freno de emergencia completamente neumática. Durante el frenado de servicio, la presión de freno aplicada (es decir, la presión en los cilindros de freno) se regula a un nivel inferior a la presión disponible, según la demanda de freno real (por ejemplo, pisada de freno seleccionado) y la fuerza de freno proporcionada por otros subsistemas de freno (por ejemplo, frenos electrodinámicos o de vía).
El sistema ha sido probado en el campo, pero sufre variaciones en la fricción de las pastillas de freno que pueden ocurrir durante la aplicación del freno y cualquier factor mecánico que pueda causar que la actuación del freno en cualquier carro de plataforma genere una fuerza de freno diferente a la calculada a partir de la especificación del sistema de freno. Estos efectos mecánicos pueden provocar que el tren frene tanto en exceso como en defecto.
El documento internacional WO2011086029 divulga una disposición de freno de un vehículo ferroviario que tiene un freno de emergencia que comprende un solenoide que funciona según el principio de desenergización para cerrar, solenoide que en funcionamiento normal se acciona y se mantiene en la posición abierta. Este sistema, que no ha sido comercializado, sufre problemas similares. Otra propuesta se divulga en el documento internacional WO2015181764, que divulga un sistema de frenado electroneumático para un vehículo ferroviario, estando el sistema caracterizado por su tamaño reducido pero que sufre nuevamente los problemas identificados anteriormente.
El documento internacional WO2013144543A2 divulga una función de freno de emergencia que no puede retirarse mediante la función de freno de servicio y que es tolerante a fallos.
La presente invención busca proporcionar un sistema de freno que permita un control más preciso de las presiones de freno, lo que da como resultado una menor probabilidad de frenado insuficiente o excesivo, en particular, pero no exclusivamente, durante el frenado de emergencia.
Según la invención, se proporciona un sistema de freno según las características de la reivindicación 1.
Los aspectos preferidos de la invención se pueden encontrar en las reivindicaciones secundarias. 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 de freno que pueden ocurrir durante la aplicación de freno y de cualquier factor mecánico que pueda hacer que la actuación del freno en cualquier carro de plataforma genere una fuerza de freno diferente a la calculada a partir de la especificación del sistema de freno.
A continuación, se describirá con gran detalle una realización ejemplar de la invención con referencia a los dibujos en los que:
La figura 1 muestra un esquema neumático de la disposición de válvula de freno;
la figura 2 muestra un esquema de la válvula 17 de liberación remota y el controlador de presión asociado.
Para permitir el control de la desaceleración de los frenos neumáticos (freno tanto de emergencia como de servicio), la fuerza de freno disponible debe establecerse en un nivel superior al derivado de los cálculos de freno, para que pueda aumentarse durante la aplicación del freno para compensar cualquier reducción de la fuerza de freno causada por los componentes mecánicos del sistema de freno, incluidas las pastillas de freno. Dependiendo del algoritmo de control, la reducción de la fuerza de freno puede ser en todo el tren o en todo el segmento. Asimismo, el control de desaceleración puede requerir una reducción de la fuerza de freno y, por tanto, de la presión de frenado aplicada para contrarrestar cualquier frenado excesivo causado por la mecánica del sistema de freno.
La figura 1 muestra un esquema neumático de la disposición de válvula de freno que comprende un colector 1 que recibe la presión 2 de suministro de freno principal y proporciona la conexión neumática a los cilindros 3, 4 de freno. El colector proporciona conexiones neumáticas adicionales desde una conexión 5 de peso de carga externa opcional y la válvula 7 distribuidora. La entrada de peso de carga en uso estándar se mide mediante uno o dos de los transductores auxiliares.
La unidad 8 de válvula neumática aloja el regulador 9 de relé principal, que recibe una presión de entrada de la presión 2 de suministro de freno. La salida del regulador 9 de relé principal está conectada a las entradas 10, 11 respectivas de las válvulas 12, 13 de control a través del módulo 14 de configuración, descrito con mayor detalle a continuación.
El regulador 9 de relé principal se controla por presiones del regulador 15 de emergencia, que proporciona el nivel de ajuste de respaldo de tara y el regulador 16 de trituración. Los reguladores limitan los niveles de presión piloto. Las salidas de la válvula 18 de retención doble y el regulador de emergencia controlan el regulador 9 de relé principal. La configuración 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 la configuración de tara. El nivel de ajuste del regulador de trituración es la presión máxima disponible para las válvulas de control VLCP. El regulador 15 de emergencia está conectado a la presión 2 de suministro principal y a la entrada piloto del regulador 9 de relé principal a través del solenoide 19 de circuito de freno de emergencia.
El regulador 16 de trituración recibe una entrada neumática desde la presión 2 de suministro de freno principal y la salida está conectada a una disposición de válvula de entrada y ventilación, que controla la presión real con respecto a una válvula 17 de liberación remota que está conectada a la salida del regulador 9 de presión. Por lo tanto, el regulador de trituración está conectado al regulador 9 de relé principal a través de una válvula 17 de liberación remota. La conexión de bajo peso opcional está provista de una trayectoria hacia la entrada de la válvula 17 de liberación remota. Se proporciona una válvula 18 de retención doble en la trayectoria entre la válvula 17 de liberación remota y el regulador 9, válvula de retención doble que también está conectada neumáticamente a la entrada 7 de freno indirecto.
Cada una de las válvulas 12, 13 de control comprende una válvula de membrana de entrada y ventilación controlada por un solenoide respectivo y un solenoide adicional dispuesto para igualar las presiones a través de las membranas de ventilación. Las salidas de las válvulas 12 y 13 de control 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 válvulas 12, 13 de control respectivas.
Como se describió anteriormente, la salida del regulador 9 de relé principal está conectada al módulo 14 de configuración. El módulo 14 de configuración está provisto de un estrangulador respectivo en la trayectoria 20, 21 neumática desde el regulador 9 de relé hasta la entrada de la membrana de entrada respectiva. La salida de la membrana de entrada está conectada neumáticamente a la membrana de ventilación a través de un estrangulador 22, 23 respectivo en el módulo 14 de configuración. Las membranas de ventilación expulsan los cilindros de freno a través del módulo de configuración.
En uso, el tiempo de aplicación de freno y el tiempo de ventilación están determinados por el tamaño de los orificios de estrangulador que permiten lograr los tiempos de aplicación y liberación estándar o deseados independientemente del volumen del cilindro de freno. Esto garantiza un control de presión de cilindro de freno predecible 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 del cilindro de freno (por el microcontrolador) continúa durante una aplicación de emergencia. Sin embargo, el controlador del freno debe garantizar que la presión del cilindro del freno aplicada durante una parada de emergencia no caiga por debajo de un nivel mínimo y que, en caso de pérdida de potencia durante una parada del freno de emergencia, la presión nominal del freno de emergencia (presión que se determina a partir de los cálculos de freno que proporciona la desaceleración de emergencia requerida para la carga actual del vehículo) se aplica a los cilindros de freno.
Además, para garantizar que la disposición de la válvula de freno, que idealmente es SIL3 para frenado de emergencia, proporcione un nivel mínimo de fuerza de freno de emergencia mientras el microcontrolador regula la presión del cilindro de freno, que normalmente será SIL2, la presión del cilindro de freno se monitorea de forma independiente. mediante electrónica o un dispositivo lógico electrónico (FPGA) que detectará el estado en donde la presión del cilindro de freno cae por debajo de un porcentaje preconfigurado de la presión del freno de emergencia nominal.
Asimismo, este sistema de monitorización también puede garantizar que la presión de freno aplicada no exceda un límite superior predefinido y, por lo tanto, proporciona protección contra el sobrefrenado. La protección contra la falta de frenado sólo está activa durante una aplicación del freno de emergencia; de lo contrario, la liberación del freno y las etapas de freno bajo no serían posibles en el modo de freno de servicio. La protección contra el sobrefrenado está activa tanto en el modo de freno de emergencia como en el de servicio.
En el modo de freno de emergencia, el dispositivo electrónico o lógico de monitoreo del cilindro de freno desactiva la regulación de la presión del cilindro de 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 de freno de una manera análoga a la aplicación de freno de emergencia estándar conocida.
En la operación del freno de servicio, el dispositivo lógico o electrónico de monitoreo del cilindro de freno funcionará para liberar la presión del cilindro de freno (al detectar una sobrepresión). Esto es compatible con la funcionalidad de liberación que se describe a continuación.
Como WSP permanece en funcionamiento durante la aplicación del freno de emergencia (siempre que la unidad esté alimentada) el funcionamiento de 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 parada con freno de emergencia, la actividad de control de WSP puede hacer que la presión del cilindro de freno caiga por debajo del nivel de presión mínimo definido para el freno de emergencia controlado. Se puede proporcionar una electrónica de monitoreo para evitar una interrupción inmediata de la funcionalidad en caso de que se detecte una subpresión. Como esta reducción de presión es aceptable, el control de la presión del cilindro de freno por parte del sistema WSP evitará que el dispositivo electrónico/lógico de monitoreo fuerce el disparo por subpresión. La actividad de WSP utilizada por el dispositivo electrónico/lógico 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 de WSP desactiva el disparo por subpresión. El funcionamiento de WSP es a su vez monitoreado por electrónica de alta integridad (SIL3) (o dispositivo lógico electrónico) para evitar una reducción prolongada de la presión del cilindro de freno por parte del control de WSP. El funcionamiento de esta electrónica garantizará que las válvulas no puedan ser impulsadas continuamente por la el funcionamiento de WSP para mantener una presión baja, asegurando así que el dispositivo electrónico/lógico de monitoreo no se vea impedido permanentemente de actuar en un estado de subpresión.
La figura 2 muestra un esquema de la válvula 17 de liberación remota 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 17 de liberación remota está desenergizada: el puerto 2 está conectado al puerto 3, el puerto 1 está bloqueado; cuando está energizada, el puerto 1 está conectado al puerto 2 y el puerto 3 está bloqueado. La válvula de relé neumática, equivalente a la válvula 9 de relé en la figura 1, tiene una relación de entrada a salida de control = 1:1
La disposición de válvulas proporciona o permite la siguiente funcionalidad:
En caso de una pérdida de suministro de energía a la válvula de control del freno, se debe liberar el freno de servicio si está aplicado y evitar que se vuelva a aplicar. Esto se logra en un estado de funcionamiento normal con energía disponible cuando la válvula 17 de solenoide se energiza conectando la cámara de control al controlador de presión VLCP a través del puerto 2 al puerto 1 de válvula. La válvula de relé proporciona una salida igual a VLCP que controla el freno de servicio.
En caso de una pérdida de energía, el solenoide 17 se desenergiza y sale ventilando la presión de la cámara de control a la atmósfera a través del puerto 2 al puerto 3 de válvula. La válvula de relé ahora ventila la presión de salida a cero; cualquier presión del cilindro de freno ahora se retroalimentará a través de las membranas de control del freno de servicio, ya que estas no retendrán 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 del freno de servicio posterior.
En el caso de que el frenado de emergencia controlado exceda el límite de seguridad, FPGA anulará el frenado de emergencia controlado y aplicará un freno de emergencia ponderado de carga controlado únicamente neumático. Esto se logra desactivando el freno de servicio (es decir, abriendo las válvulas de retención y cerrando las válvulas de ventilación) y desenergizando la válvula 17 magnética de ventilación de la cámara de control. Esto ventila la presión de la cámara de control a la atmósfera a través del puerto 2 al puerto 3 de la válvula magnética. Esta presión se puede establecer en un valor mejorado del nivel de carga pesada para permitir la funcionalidad 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 de freno sería del 125 % del nivel ponderado de carga requerido, es decir, un 25 % de sobrefrenado.
Al iniciar la aplicación del freno de emergencia, el frenado de emergencia controlado se activará, la válvula magnética de emergencia, que cuando energiza está cerrada, caerá permitiendo que entre presión en la cámara de respaldo de emergencia. El nivel de presión lo establece el regulador de emergencia. El regulador de emergencia está diseñado para proporcionar una presión de salida nominalmente igual a la presión de carga variable VLCP y no inferior al ajuste de respaldo de tara.
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, siendo 0,8 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 freno de emergencia controlado, las presiones en la cámara de control y en la cámara de respaldo de emergencia son iguales. Por lo tanto, no hay fuerza aditiva hacia abajo sobre la pila del diafragma.
Si FPGA decide anular el freno de emergencia controlado y ventila la presión de VLCP de la cámara de control, la fuerza de equilibrio ahora se elimina en la parte inferior del diafragma de la cámara de respaldo de emergencia.
La presión de VLCP se bloquea cuando el solenoide de ventilación de la cámara de control se desactiva. Esto garantiza que la presión de referencia para el regulador de emergencia, que mantiene la presión de la cámara de respaldo de emergencia, esté en el 125 % del nivel ponderado de 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 del cilindro de freno que actúa en la parte inferior del diafragma de control. Como la relación entre el diafragma de la cámara de respaldo de emergencia y el diafragma del cilindro de freno es 0,8:1,0, esto corrige la presión de salida en los cilindros de freno al valor ponderado de carga nominal, es decir, 1,25 x 0,8 = 1.
Si se detecta una falla dentro de la válvula de control de freno, como un “freno de arrastre”, se habilita la liberación del freno de servicio, si está aplicado, y se evita una nueva aplicación. Esta funcionalidad se logra mediante una entrada digital externa directa a FPGA. Cuando FPGA recibe esta señal, inhibe el accionamiento del solenoide 17, que se desenergiza.
Cuando el solenoide 17 se desenergiza, se ventila la cámara de control. La válvula de relé ahora ventilará la presión de salida a cero; cualquier presión del cilindro de freno ahora se 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 funcionamiento permite que un vehículo con un freno directo defectuoso o problemas de suministro de energía dentro del tren sea movido por una locomotora de rescate o un tren de recuperación.
Cuando la válvula magnética de la cámara de control se desenergiza, la cámara de control se ventila. La válvula de relé ahora ventilará la presión de salida a cero; cualquier presión del cilindro de freno ahora se retroalimentará a través de las membranas de control del freno de servicio y se logrará la liberación del freno.
La primera aplicación de presión de freno indirecta ahora cambiará la válvula 18 de retención doble, cerrando la ruta de escape a través de la válvula magnética (puerto 2 a puerto 3) y conectando el puerto de entrada del freno indirecto a la cámara de control.
El conducto 19 de freno de emergencia (EBL) debe estar alto para lograr la liberación del freno en este modo de funcionamiento. Si el EBL cae a un nivel bajo, la salida resultante en los cilindros de freno dependerá de cuál de las dos cámaras, control o respaldo de emergencia, proporcione la mayor fuerza.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de freno electroneumático para un vehículo ferroviario configurado para proporcionar frenado de emergencia, que tiene cilindros de freno para aplicar una fuerza de freno, comprendiendo el sistema de freno una válvula (19) magnética de emergencia que controla el flujo de aire hacia una válvula (15) reguladora de emergencia, válvula reguladora de emergencia que tiene una cámara de respaldo de emergencia, estando la válvula (15) reguladora de emergencia adaptada para proporcionar una presión de salida nominalmente igual a una presión de carga variable y no inferior a una configuración de respaldo de tara y en el que la válvula (19) magnética de emergencia está controlada por una primera unidad de control electrónico, unidad de control electrónico que puede regular la presión del cilindro de freno, y la válvula magnética de emergencia se cierra cuando se energiza,
caracterizado por que cuando la válvula magnética de emergencia se desenergiza, se permite que entre presión en la cámara de respaldo de emergencia, en el que la regulación de la presión del cilindro de freno por la primera unidad de control electrónico continúa durante una aplicación de emergencia de manera que la presión del cilindro de freno aplicada durante una parada de emergencia no caiga por debajo de un nivel predeterminado y por que, en caso de pérdida de energía durante una parada del freno de emergencia, se aplica una presión de freno de emergencia nominal a los cilindros de freno.
2. Un sistema de freno de carril electroneumático según la reivindicación 1, en el que el sistema comprende una segunda unidad de control electrónico para proporcionar un nivel predeterminado de fuerza de freno de emergencia mientras la presión del cilindro de freno se regula por la primera unidad de control electrónico, monitorizándose la presión del cilindro de freno de manera independiente por la segunda unidad de control electrónico que está adaptada para detectar cuando la presión del cilindro de freno cae por debajo de una cantidad o porcentaje predeterminado de la presión del freno de emergencia nominal.
3. Un sistema de freno de carril electroneumático según la reivindicación 2, en el que la segunda unidad de control electrónico está adaptada para garantizar que la presión de freno aplicada no exceda un límite superior predefinido.
4. Un sistema de freno de carril electroneumático según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la protección contra el subfrenado sólo está activa durante una aplicación del freno de emergencia.
5. Un sistema de freno de carril electroneumático según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la protección contra el sobrefrenado está activa tanto en el modo de freno de emergencia como en el de servicio.
6. Un sistema de freno de carril electroneumático según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que, durante el frenado de emergencia, la segunda unidad de control electrónico desactiva la regulación de la presión del cilindro de freno por parte de la primera unidad de control electrónico y aplica el nivel de presión de emergencia nominal a los cilindros de freno.
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