JP2004262405A - 応荷重機能付き弁装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非常ブレーキ用の空気圧を出力可能な応荷重機能付き弁装置1であって、応荷重電気信号に応じた応荷重ばね力を蓄える蓄力部18と、電磁力によって前記ばね力が解放されないように保持するとともに、非常ブレーキ時に前記ばね力を解放する電磁クラッチ33と、解放された前記ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力する調圧出力部3と、を備えている。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両のブレーキシステム等において必要とされる応荷重機能付き弁装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の鉄道車両のブレーキシステムは、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1記載のブレーキシステムは、非常ブレーキ用として、車両前後の空気ばね圧力により作動する応荷重弁と、この応荷重弁から中継弁へ繋がる管路上に備えた非常電磁弁とを有している。
応荷重弁は、空気ばね圧力に応じた空気圧力を常に出力しているが、通常状態(非常でない場合)においては、応荷重弁の空気圧力は中継弁に与える必要がないため、非常電磁弁によって応荷重弁と中継弁との間は非連通とされている。
一方、非常ブレーキ指令に応じて非常電磁弁が連通位置になると、応荷重弁から出力されたパイロット圧が中継弁へ伝わり、中継弁はそのパイロット圧に基づくブレーキシリンダ圧力を出力する。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−294237号公報(図6)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように非常電磁弁が必要であると、これに伴って非常電磁弁まわりの空気配管などが余分に必要となって、特に鉄道車両において近年要求されている各種機器設置スペースの確保や車両全体の軽量化において不利であった。
そこで、本発明では、非常電磁弁を不要にできる、応荷重機能付き弁装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非常ブレーキ用の流体圧を出力可能な応荷重機能付き弁装置であって、応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄える蓄力部と、電磁力によって前記ばね力が解放されないように保持するとともに、電力供給が失われると前記ばね力を解放する電磁保持部と、解放された前記ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力する調圧出力部と、を備えていることを特徴とする。
【0006】
本発明によれば、通常状態では、応荷重信号に基づき、応荷重のばね力が蓄えられ、電磁保持部によって当該ばね力は解放されることなく保持される。そして、電力供給が失われる等の非常ブレーキ時になると、電磁保持部の電磁力が消え、ばね力の保持作用がなくなって、ばね力が解放される。この結果、解放されたばね力に応じた非常ブレーキ用流体圧が出力される。
【0007】
前記蓄力部は、応荷重信号に応じて作動する電動機と、前記電動機の駆動によってばね力が蓄えられるばねと、を備えているのが好ましい。この場合、応荷重のばね力は、電動機によって設定される。
【0008】
また、前記ばね力解放時の力を受けて作動する作用体と、前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることを検出する検出部と、を備えているのが好ましい。ばね力解放によって作動した作用体が、ブレーキ緩め位置に戻ったことを検出部によって確認することができる。
【0009】
さらに、前記検出部によって前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることが検出されたときを初期状態として前記電動機を制御する制御部を備えているのが好ましい。この場合、検出されたブレーキ緩め位置が電動機制御のための初期状態となるため、制御部は応荷重のばね力の適切な設定が容易に行える。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の応荷重機能付き弁装置の一例としての応荷重機能付き中継弁(圧力制御弁)1を備えた鉄道車両のブレーキシステムを示している。この中継弁1は、鉄道車両の1台車毎にそれぞれ設けられており、運転席のブレーキ制御器2からの常用ブレーキ指令信号と非常ブレーキ指令信号を受けて、ブレーキシリンダBCへの空気圧出力を行う。なお、中継弁1は、車輪の一軸毎に設けても良い。
【0011】
中継弁1は、空気供給源SRからの元空気圧力の供給を受け、電気信号である常用又は非常ブレーキ指令信号を受けて、空気圧力を出力する電空変換弁であり、パイロット圧力ACに応じた出力圧が生じる中継弁本体3を備えている。中継弁本体3には、常用ブレーキ用電磁弁4からパイロット圧力ACが供給される。また、中継弁1には、非常ブレーキ時において、中継弁本体3に非常用の出力圧力を生じさせる応荷重機能部5が設けられている。さらに、中継弁1は、常用ブレーキ用電磁弁4及び応荷重機能部5を制御するブレーキ制御部(制御回路)6を備えている。
【0012】
図2は、中継弁1の構造図であり、中継弁ハウジング8に、前記中継弁本体3、常用ブレーキ用電磁弁4、応荷重機能部5、ブレーキ制御部6が内蔵されており、上記構成3,4,5,6の機能が統合されたユニットとなっている。
【0013】
ハウジング8は、空気供給源SRに接続される給気ポートP1と、ブレーキシリンダBCに接続される出力ポートP2とを備えている。空気供給源SRから給気ポートP1を介して入力された元空気圧力は、給気通路S1を通じて中継弁本体3と常用ブレーキ用電磁弁4に与えられる。出力ポートP2からは、出力通路S2を通じて、中継弁本体3の出力圧が出力され、当該出力圧がブレーキシリンダBCに与えられる。
【0014】
中継弁本体3は、中継弁本体ハウジング3a内部に、給気ポートP1から元空気圧力が入力される給気室R1と、出力ポートP2に接続された出力室R2とを備えている。これらの給気室R1と出力室R2との間には、給気弁10が設けられている。
給気弁10は、上下方向に摺動可能であり、下方に移動すると(図2の状態)、給気室R1と出力室R2との間が非連通状態となる。また、給気弁10が、上方に移動すると、給気室R1と出力室R2とが連通状態となる。給気弁10は、ばね11によって下方(非連通状態)へ付勢されており、このばね11によって、通常は、給気室R1と出力室R2とが非連通状態とされている。
【0015】
中継弁本体ハウジング3a内には、給排弁棒12が設けられており、この給排弁棒12は、給気弁10を動作させて給気室R1と出力室R2とを連通状態(出力室R2への給気状態)とするためのものである。また、給排弁棒12は、出力室R2から外部へ排気するためのものでもある。
【0016】
また、中継弁本体ハウジング3a内には、パイロット圧力ACが供給される制御圧室R3と、出力圧室R2に連通したフィードバック圧室R4とが形成されている。前記給排弁棒12には、制御圧室R3とフィードバック圧室R4とを区画する膜板が設けられており、この膜板12によって給排弁棒12はハウジング3aに対して上下方向(棒軸方向)に移動可能となっている。制御圧室R3に対し、電磁弁4からパイロット圧力ACが供給されると、制御圧室R3とフィードバック圧室R4との圧力差によって上下方向(棒軸方向)に移動する。給排弁棒12が、上方移動(給気弁10を押す方向への移動)すると、給気弁10がばね11の付勢力に抗して押し上げられて給気弁10が開状態となり、給気室R1と出力室R2が連通する。また、給排弁棒12が、下方移動(給気弁10から離れる方向への移動)すると、給排弁棒12による給気弁10の押し上げ作用が無くなり、ばね11の付勢力によって給気弁10が閉状態となり、給気室R1と出力室R2が非連通となる。
【0017】
給排弁棒12の内部は、中空であって、上端(給気弁10との接触端)12aが開口しており、給排弁棒12の内部を通って、出力室R1から排気口EXへの排気が可能となっている。パイロット圧力ACが失われて、給排弁棒12が下がり、給排弁棒上端12aが給気弁10から離れた状態となると、出力室R2と排気口EXとが、給排弁棒12内部を介して連通状態となり、排気が行われる。
【0018】
給排弁棒12を主に制御する電磁弁4は、制御回路6からの信号(ブレーキ指令信号、応荷重信号、その他の信号)によって制御され、制御信号に応じたパイロット圧ACを生じるように動作する。なお、パイロット圧力AC及び出力圧BCは、圧力センサ14,15によって検出されて制御回路6に与えられ、フィードバック制御等に用いられる。
【0019】
前記応荷重機能部5は、車両の空気ばねからの応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄え、非常ブレーキ時に応荷重ばね力を給排弁棒12に作用させて、非常ブレーキ用の出力圧を発生させるものである。応荷重機能部5は、中継弁本体ハウジング3aと一体的に設けられたハウジング5aを有しており、中継弁本体3と応荷重機能部5は、一体化されたユニットとなっている。
【0020】
応荷重機能部5は、応荷重ばね力を蓄えるための蓄力部18と、蓄力部18に蓄えた力が解放されないように保持する保持部19とを備えている。蓄力部18は、ハウジング5a外部に外付けされた電動機(ステッピングモータ)21を備えており、この電動機21は、応荷重信号に基づき、制御回路6によって制御され、応荷重の大小によって電動機21の正逆回転が生じる。
【0021】
さらに、蓄力部18は、電動機21の回転力をばね力に変換して蓄えるための蓄力機構22をハウジング5a内部に備えている。この蓄力機構22は、電動機21の回転を直線移動に変換するための回転−直線変換機構24と、当該機構24によって蓄勢される応荷重ばね25とを備えている。
【0022】
回転−直線変換機構24は、電動機21によって回転する駆動軸27と、駆動軸27に噛合しており当該駆動軸27の回転によって回転しつつ直線移動する移動体28と、当該移動体28の直線移動を生じさせるために当該移動体28に噛合するようにハウジング5aに設けられた雄ねじ部29とを備えている。なお、雄ねじ部29側を電動機21によって回転駆動し、移動体28には直線移動のみが生じるようにしてもよい。
【0023】
応荷重ばね25は、移動体28と保持部19によって通常状態では移動が阻止された作用体31との間に介在しており、移動体28が上方移動(ばね25の蓄勢方向)に移動すると蓄えられるばね力が大きくなり、移動体28が下方移動(ばね25の放勢方向)に移動すると蓄えられるばね力が小さくなる。車両空気ばねの荷重が変化すると、その変化に対応してばね力も変化し、応荷重ばね25には、常に応荷重ばね力が維持される。
【0024】
作用体31は、保持部19による移動阻止機能が無くなると、給排弁棒12に直接当接してばね力を作用させるものであり、給排弁棒12と同軸状に配置されている。この作用体31は、ばね25を受けるばね受け部31aと、給排弁棒12の下端に当接して直接ばね力を作用させる作用体本体31bを備えている。なお、前記ばね受け部31aは、作用体本体31bの外周に鍔状に形成されている。
【0025】
保持部19は、電磁クラッチ33による電磁保持部であり、電磁クラッチ33がON状態のときは、作用体31を保持する移動阻止機能(ばね力の解放阻止機能でもある)があり、電磁クラッチ33がOFF状態のときは、作用体31の移動阻止機能が無くなって、ばね25のばね力が作用体31を介して給排弁棒12に作用する。
【0026】
保持部19は、作用体31の外周側で当該作用体31を移動可能にガイドする作用体ガイド部34を備え、作用体ガイド部34のさらに外周側に電磁クラッチ33によって吸着・離反移動するスライド体35を備えている。なお、保持部19は、スライド体35を下方(電磁クラッチ33への吸着方向)へ付勢するばね36と、ばね受け37を介してスライド体35を上方(電磁クラッチ33からの離反方向)へ付勢するばね38も備えている。
【0027】
さらに、保持部19は、作用体ガイド部34に対する作用体31の移動を阻止するために両者31,34に係合する係合体として球体(鋼球)39を備えている。図2に示すように、スライド体35が電磁クラッチ33に吸着されているとき(電磁クラッチON時)には、球体39は、作用体31に形成された係合凹部40と、ガイド部34に形成された係合孔41とに位置している。つまり、作用体31は、係合体(球体)39を介してガイド部34と係合しており、移動が阻止されている。
【0028】
一方、電磁クラッチ33がOFFになると、図3に示すように、ばね38によってスライド体35が電磁クラッチ33から離反移動(上方移動)する。スライド35の移動によって、スライド体35の内周面に形成された退避凹部42とガイド部34の係合孔41との位置が一致すると、球体39が、ばね25による作用体31の移動力によって、退避凹部42側へ移動し、作用体31とガイド部34との係合が解除される。
【0029】
ガイド部34との係合が解除された作用体31は、応荷重ばね力によって上方移動し、当該応荷重ばね力が給排弁棒12に作用し、中継弁本体3では、車両空気ばねの荷重に応じた出力圧(非常ブレーキ用)が発生する。このように、中継弁本体3は、応荷重ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力するための調圧出力部となっている。
【0030】
非常ブレーキ緩め時には、電動機21の回転によって移動体28を下方移動させることで、応荷重ばね力が低下し、フィードバック圧室R4の圧力(出力圧力)による給排弁棒12を押し下げる力が応荷重ばね力に勝り、作用体31及び給排弁棒12が下方移動する。これにより中継弁本体3の出力圧が無くなる。
また、非常ブレーキ緩め時には、電磁クラッチ33がONとなり、スライド体35への吸着力が発生する。この状況下で、作用体31が下がって、係合凹部40と係合孔41の位置が一致すると、スライド体35をガイド部34に係合させていた球体39が係合凹部40側へ移動し、スライド体35とガイド部34との係合が解除され、スライド体35が電磁クラッチ33に吸着保持される。また、球体39の移動により、作用体31とガイド部34とが係合状態となり、この位置で作用体31が位置保持される。これにより、作用体31は、非常ブレーキ緩め位置に戻ったことになる。また、作用体31が非常ブレーキ緩め位置に戻った時点において、応荷重ばね25には、ばね力が蓄えられておらず、このときが、ばね力=0の初期状態となる。
【0031】
作用体31が非常ブレーキ緩め位置に戻ったことは、検出部(リミットスイッチ)43によって検出され、この検出部43の出力は制御回路6に与えられる。電動機21を制御する制御回路6は、検出部43の出力に基づき、初期状態における電動機21の状態(回転位置)を把握できる。この結果、制御回路6では、初期状態を正確に把握できるため、応荷重ばね力の蓄力制御を正確に行うことができる。
【0032】
なお、本実施形態では、検出部43は、作用体31を直接検出するのではなく、作用体31がブレーキ緩め位置に復帰することによるスライド体35の下方移動に伴って押し下げられるばね受け37の下端位置を検出するように設けられているが、これに限定されるものではない。
【0033】
図4は、以上のように構成された中継弁1における非常ブレーキ作用時の処理の流れを示している。ブレーキ制御器2からの非常ブレーキ指令がなければ(ステップS1)、電磁クラッチ33はON状態である。(ステップS2)。非常ブレーキ指令があると(ステップS1)、電磁クラッチ33がOFFとなり(ステップS3)、作用体31が排気弁棒12に作用して非常ブレーキ作用が行われる(ステップS4)。なお、停電時など給電が失われた場合にも、電磁クラッチ33がOFF状態となって、非常ブレーキ作用が行われる。
【0034】
また、通電時の非常ブレーキは、常用ブレーキ用電磁弁4を用いて車両空気ばねの荷重に応じた非常ブレーキ用パイロット圧力を発生させることによって行い、停電時など給電が失われた場合に、応荷重機能部5を用いて非常ブレーキ作用を行うようにしてもよい。
【0035】
図5及び図6は、中継弁1における非常ブレーキ緩めと蓄力の処理の流れを示している。図5に示すように、非常ブレーキ指令があると(ステップS11)、電磁クラッチ33がOFF状態となって(ステップS12)、後述の初期セットが解除されるが(ステップS13)、非常ブレーキ指令がなくなると(ステップS11)、電磁クラッチ33がON状態となって(ステップS14)、初期セット処理が行われる(ステップS15〜S20)。初期セット処理では、電動機21の逆回転が行われ(ステップS15)、移動体28及び作用体31が降下する。検出部(リミットスイッチ)43によって、作用体31(ばね受け37)が下端まで移動したことが検出されると(ステップS17)、電動機21が停止し(ステップS18)、現在のモータ位置を初期状態としてリセットする(ステップ19)。
【0036】
図6に示すように、初期セット処理の後、車両空気ばね圧力(AS圧力)に応じた電動機(モータ)21の制御が行われる。車両空気ばね圧力は、図示しない圧力センサによって検出されて制御回路6に応荷重信号として与えられ、この応荷重信号に基づき、現在のAS圧力に応じた電動機21の回転数を算出し、最新のモータ位置(目標とする回転数又は回転角度)を演算する(ステップS21)。
【0037】
続いて制御回路6は、予め設定された空車状態におけるモータの目標位置(以下、「空車位置」という)と、ステップS21で求めた最新のモータ位置とを比較する(ステップS22)。そして、その最新のモータ位置が上記空車位置以下である場合には、制御回路6は、空車位置を目標モータ位置とする(ステップS23)。また、その最新のモータ位置が上記空車位置より大きい場合には、制御回路6は、後続のステップS24に進む。
【0038】
次に、制御回路6は、上記ステップS21で求めた最新のモータ位置と、予め設定された満車状態におけるモータの目標位置(以下、「満車位置」という)とを比較する(ステップS24)。そして、その最新のモータ位置が上記満車位置より大きい場合には、制御回路6は満車位置を目標モータ位置とする(ステップS25)。
ステップS21で求めた最新のモータ位置が、空車位置よりも大きく、満車位置よりも小さい場合には、最新のモータ位置をそのまま目標モータ位置とする(ステップS26)。
【0039】
続いて、制御回路6は、目標モータ位置と現在のモータ位置との差を求めて、モータ位置の変化量を算出し(ステップS27)、両者が一致するように、正回転(ステップS28)、逆回転(ステップS29)を行い、一致すればモータを停止する(ステップS30)。
【0040】
以上のように、本実施形態に係る中継弁1によれば、応荷重機能部5の電磁クラッチのオン・オフで非常ブレーキのための出力発生の有無を切り替えているため、非常用の電磁弁がなくともブレーキシステムを構成できる。
また、応荷重機能部5は、電気信号である応荷重信号に基づいて非常ブレーキ用出力圧を発生させるようにしているため、車両空気ばねの空気圧を中継弁1にまで導く必要がない。また、従来のような応荷重弁と中継弁とを繋ぐ空気配管も不要である。
さらに、電気信号である応荷重信号に基づいて非常ブレーキ用出力圧を発生させているが、応荷重ばね25によって力を蓄えているため、停電時にも非常ブレーキを作動させることができる。
しかも、本実施形態では、応荷重機能部5と調圧出力部である中継弁本体3とが一体的に設けられているためコンパクトである。
【0041】
図7は、応荷重機能付き弁装置の他の例としての電気式非常用応荷重弁51を示している。この応荷重弁51は、応荷重弁本体(調圧出力部)53と、応荷重機能部55と、ブレーキ制御部(制御回路)56を備えている。
応荷重弁本体53は、中継弁1の中継弁本体3と同様に、給気室R1、出力室R2、給気弁10、給排弁棒12を備えており、同様の構成については同符号が付されている。
【0042】
また、応荷重機能部55は、中継弁1の応荷重機能部5と全く同じ構成であり、その構成部材については、中継弁1と同符号が付されている。
この応荷重弁51によれば、通常時には、出力圧は発生しないが、非常ブレーキ時には、作用体31が作動して、給排弁棒12を介して給気弁10が開き、車両空気ばね圧力に応じた出力圧が発生する。したがって、従来のブレーキシステムにおいて応荷重弁に必要とされていた非常用電磁弁を不要化できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、非常ブレーキ時になると、電磁保持部の電磁力が消え、ばね力の保持作用がなくなって、ばね力が解放されて非常ブレーキ用空気圧が出力されるため、非常電磁弁を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】弁装置の一例としての中継弁を備えた鉄道車両用ブレーキシステムの構成図である。
【図2】中継弁の概略断面図である。
【図3】非常ブレーキ時における応荷重機能部の拡大断面図である。
【図4】非常ブレーキ時の処理フローチャートである。
【図5】非常ブレーキ緩め時の処理フローチャートである。
【図6】応荷重ばね力の蓄力処理フローチャートである。
【図7】弁装置の一例としての応荷重弁の概略断面図である。
【符号の説明】
1 中継弁(応荷重機能付き弁装置)
3 中継弁本体(調圧出力部)
5 応荷重機能部
6 ブレーキ制御部(制御部)
18 蓄力部
19 電磁保持部
21 電動機
25 応荷重ばね(ばね)
31 作用体
33 電磁クラッチ
43 リミットスイッチ(検出部)
51 応荷重弁(応荷重機能付き弁装置)
53 応荷重弁本体(調圧出力部)
55 応荷重機能部
56 ブレーキ制御部(制御部)
Claims (4)
- 非常ブレーキ用の流体圧を出力可能な応荷重機能付き弁装置であって、
応荷重信号に応じた応荷重ばね力を蓄える蓄力部と、
電磁力によって前記ばね力が解放されないように保持するとともに、非常ブレーキ時に前記ばね力を解放する電磁保持部と、
解放された前記ばね力に応じた非常ブレーキ用空気圧を出力する調圧出力部と、
を備えていることを特徴とする応荷重機能付き弁装置。 - 前記蓄力部は、
応荷重信号に応じて作動する電動機と、
前記電動機の駆動によってばね力が蓄えられるばねと、
を備えていることを特徴とする請求項1記載の応荷重機能付き弁装置。 - 前記ばね力解放時の力を受けて作動する作用体と、
前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることを検出する検出部と、
を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載の応荷重機能付き弁装置。 - 前記検出部によって前記作用体が非常ブレーキ緩め位置にあることが検出されたときを初期状態として前記電動機を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項3記載の応荷重機能付き弁装置。
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