JP3742011B2 - ブレーキシリンダ積空装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は包括的に、鉄道車両のブレーキを制御するシステムに関する。特に、本発明は、鉄道車両の台車の車輪に加えるブレーキ力を算出する際に、台車が担持している荷重の重量を補償するブレーキ装置に関する。
【０００２】
発明の背景
以下の背景情報は、読者が本明細書に開示されている発明だけでなく、本発明を最も使用しやすい環境も理解できるようにするために提供されている。ここに使用されている用語は、本明細書にそうでないことが特記されていなければ、特別な狭い解釈に制限されることはない。
【０００３】
貨物列車は、１つまたは複数の機関車と、複数の鉄道車両と、ブレーキ管と呼ばれる空気圧引き通し線とを含む。ブレーキ管は本質的に、列車の先頭機関車から最後尾の車両まで延びた１本の長い連続管である。ブレーキ管は実際に、一連の相互接続パイプ部品で構成されており、図１に示されているように、各鉄道車両の下側に１本のパイプ部品１ａが固定されている。このため、列車のブレーキ管は、各車両のパイプ部品１ａをグラッドハンド（すなわち、連結器）２で隣接の各車両のパイプ部分１ａに接続することによって形成されている。ブレーキ管は、常用および非常ブレーキコマンドを先頭機関車のブレーキ制御システムから列車の各車両に伝達する手段である。各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置が枝管３を経て接続しているのは、ブレーキ管である。
【０００４】
各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置は一般的に、２つの貯蔵タンク４および５と、１つまたは複数のブレーキシリンダ６と、少なくとも１つのブレーキ制御弁７、たとえば、ウェスティンハウス・エア・ブレーキ・カンパニ(Westinghouse Air Brake Company)（ＷＡＢＣＯ）製のＡＤＢ、ＡＢＤＸまたはＡＢＤＷ形の弁とを含む。ブレーキ制御技術で周知の状態において、ブレーキ制御弁７は、ブレーキ管１ａから受け取った加圧空気を２つのタンク４および５に充填する。ブレーキ制御弁７が実際にこれらの２つのタンクに充填するか、ブレーキをかけるためにこれらのタンク４／５の一方または両方にすでに貯蔵されている加圧空気をブレーキシリンダ６に送るかどうかを決定するのは、ブレーキ管１ａ内の圧力レベルである。
【０００５】
鉄道産業で使用されているブレーキシリンダには多くの様々な種類がある。図２に示されているように、ブレーキシリンダは一般的に、ピストンおよびロッドアセンブリ６０と、戻しばね６５と、これらの部品を封入したハウジング７０とを含む。ハウジングは、一端部に入口ポート７１を、他端部に開口７２を備え、その開口からロッドアセンブリ６０の端部が突出している。ロッドアセンブリ６０は、そのヘッド端部のピストンヘッド６１を特徴としている。ＷＡＢＣＯ製のブレーキシリンダでは、ピストンヘッド６１は一般的に、その前側、すなわち、入口ポート７１に面した側に固定的にはめ付けられたパッキングカップ６２を有する。ロッドアセンブリ６０と同心状の戻しばね６５が、ピストンヘッド６１の後側と開口７２の周囲に位置する環状ばね受け７９との間に圧縮されている。ばね６５は、ロッドアセンブリ６０を、パッキングカップ６２が入口ポート７１に隣接した位置をとる解除位置に押し付ける働きをする。開口７２からロッドアセンブリ６０の他端部が突出している。この突出端部６９によって、ロッドアセンブリ６０はブレーキリギング（図示せず）に連結される。ブレーキリギングは、ブレーキシュー（図示せず）に連結される。
【０００６】
ブレーキ制御弁７からの空気が入口ポート７１に流入すると、圧力が上昇してパッキングカップ６２の表面積を押し付け、それに強く作用する。パッキングカップ６２の前側に作用する力が、戻しばね６５がピストンヘッド６１の後側に加える力を超えた時、ピストンヘッドがばね６５に逆らって移動し、それをさらに圧縮する。これによってロッドアセンブリ６０の突出端部６９が押し進められて、ブレーキシリンダ６の開口７２から延出する。ロッドアセンブリ６０のそのような移動によって発生した機械力は、ブレーキリギングによってブレーキシューに伝達され、ブレーキシューから車輪の回転の強制的減速および停止の両方またはいずれか一方に使用される。鉄道車両の車輪およびディスクブレーキの両方またはいずれか一方に加えられるブレーキ力の大きさは、パッキングカップ６２の入口に面する側を押し付けるように増加した圧力に正比例する。もちろん、最終的には、ブレーキを鉄道車両にかけるかどうか、また、どの程度にするかを決定するのは、ブレーキ管１ａ内の圧力レベルである。
【０００７】
鉄道産業で使用されているブレーキ制御システムの１つの形式として、ＷＡＢＣＯ製の２６−Ｌ形機関車空気ブレーキ制御システムがある。このブレーキ制御システムは、自動および独立ブレーキハンドルと呼ばれる２つのハンドルを有する。これらのハンドルを適当な位置に移動させることによって、機関車の運転者が、機関車および鉄道車両のブレーキをどのように作動させるかを制御することができる。これらのハンドルを使用して、運転者は、列車の他の重要な管内と共にブレーキ管内に発生する圧力の程度を制御することができる。
【０００８】
独立ブレーキハンドルを移動させることによって、運転者は機関車のブレーキをかけたり、解除するようにブレーキ制御システムを指示することができるだけである。反対に、自動ブレーキハンドルを移動させることによって、運転者は列車の機関車および鉄道車両の両方のブレーキをかけたり、解除するようにブレーキ制御システムを指示することができる。システムがブレーキ管１ａ内の圧力を減少させる程度、したがって、列車ブレーキが加えるブレーキ力の大きさは最終的に、自動ブレーキハンドルの位置に対応する。このブレーキハンドルは、一端部の（ブレーキ管圧力が最大で、ブレーキが完全に解除される）解除位置から、他端部の（ブレーキ管圧力がゼロで、全ブレーキがかかる）非常ブレーキ位置までの間を移動することができる。自動ブレーキハンドルの移動が、ブレーキ管１ａ内の圧力に、したがって、各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置がどのように作動するかに影響を与える。
【０００９】
自動ブレーキハンドルを、たとえば、最小常用ブレーキ位置から全常用ブレーキ位置に向けて移動させることによって、ブレーキ管圧力が減少する。正確にどの程度に減少するかは、ブレーキハンドルを全常用ブレーキ位置に向けてどれだけ移動させたかによって決まる。ブレーキをかけるために加圧空気を貯蔵タンク４、５の一方または両方からブレーキシリンダ６に供給するように各鉄道車両のブレーキ制御弁７に指令を送るのは、この圧力減少である。ブレーキシリンダ６内で増加する圧力の量、したがって、車輪に加えるブレーキ力の大きさは一般的に、ブレーキ管１ａ内の圧力が減少した量に比例する。
【００１０】
特に貨物列車産業では、ブレーキをかけようとする力を決定する際に、鉄道車両が担持している荷重を補償することが望ましい。鉄道車両が荷重補償技術を用いている貨物列車では、一般的に重量の幅広い変化、たとえば、列車間の高レベルのバフ(buff)（圧縮）およびドラフト(draft)（引張り）力に関連した問題が大幅に軽減される。荷重補償技術を用いた各車両では、空気圧ブレーキ装置が積空ブレーキ装置を備えている。
【００１１】
ＷＡＢＣＯは、幾つかの形式の積空ブレーキ装置を製造している。そのような構造の１つの、図１に示されているＳＣ−１形式は、Ｐ−１荷重比例弁８とＳ−１荷重センサ弁９を用いており、これらを以下の説明でそれぞれＰ−１荷重弁およびＳ−１荷重センサと呼ぶ。この装置の目的は、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を減少させながら、積車の時に鉄道車両に強力なブレーキをかけることができるようにすることである。そのような装置がなければ、強力にブレーキをかける間、空車の車輪がレール上で滑って、損傷を受けやすい。積空装置を装備した鉄道車両を有する列車では、個々の車両が担持している荷重に従って列車全体に均一にブレーキがかかる。この装置は、隣接した鉄道車両間の連結力を減少させ、列車の全体的操作性を改善する。
【００１２】
各鉄道車両は一般的に、各端部に１つずつ、２つの台車（図示せず）を有する。各台車は、車輪と、車軸と、サスペンションばねと、側部フレームと、鉄道車両の車体を支持する構造を協力して形成する他の部品とを含む。サスペンションばねは、それがなければ車輪から車体に伝達されて車体およびそれが運搬している積み荷の両方またはいずれか一方に損傷を与えると思われる衝撃および振動を減衰する。ばねは、鉄道車両によって担持されている荷重の重量に比例した程度までたわむ、または圧縮される。
【００１３】
Ｓ−１荷重センサ９は、一般的に各台車の上方で車体の下側に取り付けられており、センサアーム９０を有する。荷重センサ９は、それのセンサアーム９０を使用して鉄道車両の車体と台車上の側部フレーム１００の上部との間の距離を測定することによって、鉄道車両が積車か、空車かを自動的に感知する。積車の時、鉄道車両の車体はサスペンションばねをさらに圧縮し、それによって車体と側部フレーム１００との間の距離が減少する。したがって、センサアーム９０が移動することができる距離は、積車である時の方が制限される。反対に、車両が空車である時、サスペンションばねはあまり圧縮されないため、車体と側部フレームとの間の距離が最大になる。その時、センサアーム９０が移動することができる距離が最大である。
【００１４】
図１は、鉄道車両が荷重を担持しているか否かに関係なく、ブレーキが完全に解除されている時に存在する状態の空気圧ブレーキ装置を示している。具体的には、ブレーキが完全に解除されているので、ブレーキ管１ａは通常作動圧力まで加圧されているはずである。枝管３を経てブレーキ管１ａに接続されているので、ブレーキ制御弁７は、ブレーキ管圧力のそのレベルに反応して、Ｐ−１荷重弁８のピストン８１の下側の室８０から管１０を経て空気を逃がしているであろう。室８０は第１パイプ網１１にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は、荷重センサ９のピストンアセンブリ９２に隣接した室９１からも空気を逃がしているであろう。室９１内の圧力が所定の切り換え値（一般的に８．９６×１０4〜１．０３×１０5Ｐａ（＝１３〜１５ｐｓｉ））より低くなった時はいつも、ばね９３がピストンアセンブリ９２をそれの排気位置に戻し、その位置ではスプール９４が図１に示された地点に移動する。この排気位置では、Ｓ−１荷重センサ９がピストン８１の上方のダイアフラム室８２を第２パイプ網１２（および等化容積１３）を経て排気ポート９９から大気に排気することができる。荷重センサはまた、それの室９１をパイプ網１１に接続された状態に保持する。協働してピストン８１のチェック弁を弁座８３から押し離すばね８４の力および残存ブレーキシリンダ圧力（ＢＣＰ）が、ピストン８１の上部のダイアフラム室８２から圧力が逃げることと組み合わされて、ブレーキ制御弁７がブレーキシリンダ６内の圧力をパイプ網１１、室８０および管１０を経て大気に逃がすことができるようにする。
【００１５】
ブレーキの作動中、ブレーキ管１ａ内の圧力が、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少するであろう。ブレーキ管圧力のこの低下にブレーキ制御弁７が応答して、加圧空気を適当なタンク４／５から管１０を経てピストン８１の下方の室８０に供給する。室８０に接続されているので、パイプ網１１がこの加圧空気をブレーキシリンダ６とピストンアセンブリ９２に隣接した室９１との両方に送る。ばね９３の定数は、室９１内のＢＣＰが切り換え値を超えるまで、ピストンアセンブリ９２を排気位置に保持するように選択されている。したがって、低レベルのブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６に送られるであろう。室９１内のＢＣＰが切り換え値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９の内部ポートに影響を与えることができる。
【００１６】
図３は、積車である鉄道車両にブレーキをかける間にＳ−１荷重センサ９がどのように反応するかを示している。もちろん、各台車のサスペンションばねは、鉄道車両が担持している荷重によって定められる程度まで圧縮されているであろう。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレームとの間の距離が減少しているであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給されたＢＣＰが切り換え値を超えると、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、その最右側端部がセンサアーム９０を強制的に移動させる。鉄道車両が荷重を担持しているので、センサアームは最終的に側部フレーム１００の上部と接触する。側部フレームがセンサアーム９０のそれ以上の移動を阻止するため、ピストンアセンブリ９２が、パイプ網１１および１２を相互接続させる地点までスプール９４を移動させることが防止される。パイプ網が互いに遮断されている限り、ブレーキ制御弁７はＰ−１荷重弁８から遮断されている。ブレーキ制御弁からの空気が、管１０、室８０およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６に流れることができるだけである。その時、それによって生じて車輪に加えられるブレーキ力は、ブレーキ管１ａ内の圧力が減少した量に正比例し、Ｐ−１荷重弁８によって減少しないであろう。
【００１７】
図４は、空車である鉄道車両でブレーキをかける間にＳ−１荷重センサ９がどのように反応するかを示している。荷重がまったくないので、各台車のサスペンションばねは、空車両の車体の重量によって決定される程度まで圧縮されるだけであろう。このため、センサアーム９０は、最大限に移動することができ、Ｓ−１荷重センサ９の内部構造によって制限されるだけである。（一般的に荷重センサは、鉄道車両のばねがその全移動範囲の２０％を超えて圧縮されない場合、その鉄道車両を空車と見なすように構成されている。）したがって、ブレーキ制御弁７によって室９１に供給されたＢＣＰが切り換え値を超えると、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、その最右側端部がセンサアーム９０を強制的に押し付ける。鉄道車両はまったく荷重を担持しておらず、したがってセンサアーム９０は側部フレーム１００と接触しないで自由に下方に移動することができるので、室９１内の圧力の上昇によって、ピストンアセンブリ９２が十分に右方向に移動し、スプール９４を図４に示された地点まで移動させることができる。この位置では、スプール９４が通路９７および９８を整合させ、そうすることでパイプ網１１および１２を接続する。このため、加圧空気がブレーキ制御弁７からパイプ網１１および１２（および等化タンク１３）を通ってＰ−１荷重弁８のダイアフラム室８２に流入する。
【００１８】
Ｐ−１荷重弁８の内部構造が、ブレーキ制御弁７によって管１０内に存在する圧力の何分の一がブレーキシリンダ６内に生じるかを決定する。貨物列車産業では、この割合が一般的に５０〜６０％または他の所定割合に固定されている。この割合は、ばね８４およびピストン８１によって、特にそれの下側の有効面積とダイアフラムの上側の有効面積との関係によって定められる。（ピストンの側部の有効面積にそれに作用する圧力を掛けることによって、ピストンのその側に作用する力が得られる。）空車であるので、ブレーキ制御弁７からの加圧空気が、管１０を経てピストン８１の下側だけでなく、パイプ網１１および１２を経てピストン８１の上側（すなわち、ダイアフラム室８２内）へも流れる。ダイアフラム室８２内の圧力が管１０の圧力の所定割合に達した時はいつも、ピストン８１の上側に作用する力が、ばね８４によってピストン８１の下側に作用する力と管１０によって伝達される圧力との合計に打ち勝つことができる大きさである。簡単に言うと、ＢＣＰがブレーキ制御弁７によって管１０に与えられた圧力の所定割合に達した時はいつも、ピストン８１のチェック弁が弁座８３に当接して閉成し、それによってブレーキ制御弁７からブレーキシリンダ６に流れる空気の流れが遮断される。積空ブレーキ装置を装備した鉄道車両では、空車である時にその鉄道車両にブレーキをかける力は、積車であった場合にその車両にブレーキをかける力の所定割合（たとえば、５０〜６０％）であろう。空車時に鉄道車両にブレーキによって出力される力と、積車時に鉄道車両にブレーキによって出力される力との間の関係が、積空力比と呼ばれる。
【００１９】
このため、Ｓ−１荷重センサ９は、Ｐ−１荷重弁８への空気の流れを調整する働きをする。積車では、Ｐ−１荷重弁８のダイアフラム室８２にまったく空気が送られない。しかし、空車では、パイプ網１１を経て室９１に供給されるＢＣＰが切り換え値より高い限り、ブレーキ制御弁７からの空気がダイアフラム室８２に送られる。ブレーキの作動中で、鉄道車両が空車の時、積空ブレーキ装置内の圧力とブレーキ制御弁７およびそのタンク４／５内の圧力との間に満足できる関係を維持するために、等化容積１３が使用される。しかし、空車の場合にブレーキシリンダ６に送られる空気の流れを実際に制御するのは、Ｐ−１荷重弁８である。具体的に言うと、切り換え値より高いすべてのＢＣＰにおいて（すなわち、最小作動より強いすべてのブレーキ作動において）、鉄道車両が空車の時にＰ−１荷重弁８がブレーキシリンダ６内に生じることができる圧力は一般的に、鉄道車両が積車である時にブレーキシリンダ６内に生じる圧力の５０〜６０％である。
【００２０】
別の形式の積空ブレーキ装置である、単一装置内でＳ−１荷重センサ９およびＰ−１荷重弁８の機能を実施するＥＬＸ形式が、米国特許第５，００５，９１５号および第５，１００，２０７号に記載されている。これらの特許は、以下に開示されている本発明の譲受人に譲渡されており、それらの教示は参照として本明細書に援用される。
【００２１】
荷重弁および等化容積は、上記積空装置に相当な重量を追加する。それらはまた、場所を取り、特にＳＣ−１形式の場合、装置の設置を複雑にするであろう。この従来型積空装置は、空車の場合に積車の場合の何分の一かの力でブレーキをかけることができるようにするが、ＢＣＰの増加に伴って積空力比を減少させることができない。ＢＣＰがどれだけ切り換え値より高くなっても、その割合および比は一般的に固定的である。
【００２２】
発明の目的
したがって、本発明の目的は、ＢＣＰが切り換え値を超えて増加する時、積空力比を減少させる荷重補償システムを提供することである。
【００２３】
別の目的は、荷重弁または等化容積を必要とせず、したがって、従来の積空装置より単純で、軽量化および小型化された荷重補償システムを提供することである。
【００２４】
上記目的および利点に加えて、本明細書の詳細な説明部分を読めば、当該技術の専門家には本発明の様々な他の目的および利点がさらに容易に明らかになるであろう。詳細な説明を添付の図面および請求項と合わせて考えれば、他の目的および利点が特に明らかになるであろう。
【００２５】
発明の概要
以下に要約する発明の様々な実施形態によって、上記利点および目的が達成される。
【００２６】
好適な第１の実施形態では、本発明は、鉄道車両の少なくとも１つの台車にブレーキをかけようとする力を決定する際に、その台車に担持されている重量を補償するシステムを提供している。各台車は一般的に、第１パイプ網を介して相互接続されたブレーキ制御弁および荷重センサを備えている。ブレーキ制御弁によって第１パイプ網内に発生した前圧力が所定量より大きいと共に、鉄道車両が空である時、荷重センサは第２パイプ網を第１パイプ網に相互接続する。鉄道車両が積空のいずれの状態であっても、前圧力が所定量より低い時、荷重センサはパイプ網を互いに切り離して、第２パイプ網を大気に接続する。システムは、ブレーキシリンダと弁アセンブリとを含む。ブレーキシリンダは、解除位置に常時付勢されたロッドアセンブリを有する。ロッドアセンブリは、ブレーキに連結するための突出端部と、ピストンとして形成されたヘッド端部とを有する。ブレーキシリンダは、ブレーキ制御弁から流体を受け取る入口ポートを有して、第１パイプ網を経て前圧力を増加させてピストンの前側を押し付けることができる。そのような圧力の増加が、ロッドアセンブリを解除位置からブレーキ作動位置に移動させる。ブレーキシリンダの内部に、ピストンの後側に隣接した位置でロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールが設けられている。弁アセンブリは、（ｉ）大気に接続された出口ポート、（ｉｉ）第１パイプ網に接続された解除通路、（ｉｉｉ）補償室に接続された後通路網、および（ｉｖ）第２パイプ網を通して荷重センサに接続された前通路網を備えている。弁アセンブリは、変位弁、解除弁および差動弁を備えている。変位弁は、出口ポートが後通路網と連通し、それによって補償室を大気に接続する常時開放位置を有する。閉成位置では、それは後通路網を出口ポートから遮断し、それによって補償室を大気から切り離す。前圧力が所定値を超えると共に、荷重センサが鉄道車両の空状態を感知した時、変位弁が閉成位置をとる。解除弁は、後通路網が解除通路から遮断される常時閉成位置を有する。解除通路内の前圧力が補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、解除弁は開放位置をとる。これによって、変位弁が開くまで、第１パイプ網およびブレーキ制御弁を経た前圧力と共に、背圧を解除弁および解除通路を通して大気に逃がすことができる。差動弁は、前通路網が後通路網から遮断される常時閉成位置を有する。前圧力が背圧より高い切り換え量を超えた時、差動弁は開放位置をとる。それが開いた時、流体がブレーキ制御弁から荷重センサを経て第１および第２パイプ網を通り、さらに前および後通路網を通って補償室に流れる。前圧力が増加すると、背圧も増加する。しかし、背圧は、差動弁によって定められるように、前圧力より切り換え量だけ低いままである。背圧が増加してピストンの後側を押し付けると、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力が発生する。これによって、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前圧力が増加すると、その割合が小さくなる。
【００２７】
好適な第２の実施形態では、本システムは、ブレーキシリンダと、荷重センサと、弁アセンブリとを含む。ブレーキシリンダは、第１の実施形態で要約したものと同一である。荷重センサは、第１パイプ網を経てブレーキ制御弁および入口ポートに相互接続されている。それはまた、第２パイプ網に接続されている。鉄道車両が積車であることを感知した時、または、鉄道車両が空車である時で前圧力が所定量より低い時、荷重センサは、パイプ網が互いに切り離されると共に、第２パイプ網が大気に相互接続される排気位置をとる。前圧力が前記所定値より高く、鉄道車両が空車であることが感知された時、荷重センサは第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動する。荷重センサは、移動位置に移動するために必要な所定量の圧力が、ブレーキをかけ始める点までロッドアセンブリを移動させるために必要な前圧力を超えるように構成されている。弁アセンブリは、上部が補償室と連通し、底部が第２パイプ網を通して荷重センサと連通した解除弁および差動弁を有する。解除弁は、補償室が第２パイプ網から遮断される常時閉成位置を有する。第２パイプ網内の圧力が補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、解除弁は開放位置をとり、それによって、補償室が第２パイプ網を経て排気される。差動弁は、第２パイプ網が補償室から遮断される常時閉成位置を有する。荷重センサによって第２パイプ網に伝達された前圧力が背圧より高い切り換え量を超えた時、差動弁は開放位置をとり、それによって、流体がブレーキ制御弁から荷重センサを経て第１および第２パイプ網を通って補償室に流入することができる。前圧力が増加すると、背圧も増加する。しかし、背圧は、差動弁によって定められるように、前圧力より切り換え量だけ低いままである。背圧が増加してピストンの後側を押し付けると、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力が発生する。これによって、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前圧力が増加すると、その割合が小さくなる。
【００２８】
好適な第３実施形態では、本システムは、ブレーキシリンダと、荷重センサとを含む。ブレーキシリンダおよび荷重センサは、先行する実施形態で要約したものと同一である。ブレーキシリンダの補償室は、第２パイプ網と連通している。荷重センサは、第１パイプ網を経てブレーキ制御弁および前記入口ポートに相互接続されている。それはまた、第２パイプ網を経て補償室に相互接続されている。鉄道車両が積車であることを感知した時、または、鉄道車両が空車である時で前圧力が所定量より低い時、荷重センサは、第１パイプ網が第２パイプ網から切り離されると共に、第２パイプ網が大気に相互接続されることによって補償室が通気される排気位置をとる。前圧力が所定量より高く、鉄道車両が空車であることが感知された時、荷重センサが、第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動することによって、前圧力と等しい背圧が補償室内に発生する。これは、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する、ピストンの後側を押し付ける対抗力を発生する。これによって、前圧力が所定量を超える時はいつも、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができる。
【００２９】
発明の詳細な説明
本発明を詳細に説明する前に、本明細書の各図面において同一機能を有する同一部材が、可能な限り、同一の参照番号で表されていることに読者は注意されたい。これは、わかりやすくすると共に、本発明の理解を助けるためである。本発明は、改良型積空装置である。
【００３０】
図５〜図７は、本発明の３つの異なった実施形態を示している。各実施形態において、本発明は、荷重センサおよびブレーキ制御弁、たとえば上記のブレーキ制御弁７およびＳ−１荷重センサ９と共に作動するように構成されている。本発明は、多重台車一貫輸送鉄道車両(multi-platform intermodal railcars)で、各台車に１つの荷重センサを用いている場合のように、１台車単位で作動するように構成されているように記載されている。しかしながら、従来の２台車鉄道車両で、両台車にブレーキをかけるために単一の荷重センサを使用している場合のように、本発明を１鉄道車両単位で実施してもよい。
【００３１】
図５は、本発明の第１実施形態の本質的詳細を示している。本実施形態では、本発明は、改良型ブレーキシリンダ６ａと弁アセンブリ２０とを含む。ブレーキシリンダ６ａは、鉄道車両産業で現在使用されている多くのブレーキシリンダのいずれか１つの変更形として示すことができる。改良型ブレーキシリンダ６ａの基となるブレーキシリンダの１形式は、ワブコ（ＷＡＢＣＯ）製のＡＢＵ形ブレーキシリンダである。変更として、ブレーキシリンダの内部にシール７３が使用されている。シール７３は、Ｏリング、カップまたは他のいずれの形式の摺動可能なシールの形をとることができ、シリンダ内部またはピストンヘッド６１、またはその両方によって支持することができる。シール７３は、ピストンヘッド６１の後側付近においてロッドアセンブリ６０に同心状に配置されて、以下の説明で補償室７４と呼ぶ気密室を形成している。本発明より以前では、ここで補償室７４と呼ぶ空間は一般的に、大気に開放されたままであった。
【００３２】
弁アセンブリ２０は、２つの通路網を形成している。後通路網７５は、ブレーキシリンダ６ａ内の補償室７４と連通している。前通路網７６は、パイプ網１２を経て荷重センサと連通している。弁アセンブリ２０はまた、大気に開放した出口通路７７と、パイプ網１１を経てブレーキ制御弁７および荷重センサ９に接続された解除通路７８とを有する。
【００３３】
弁アセンブリ２０は、３つのチェック弁、すなわち、変位弁３０、差動弁４０および解除弁５０を特徴としている。これらのチェック弁の各々は、図５にも示されているように、それぞれの専用の弁ハウジング内に収納されている。変位弁３０は、２部材形弁ハウジング３９であるが、チェック弁４０および５０は、それぞれ１部材形弁ハウジング４９および５９を有する。解除弁５０は、変位および差動弁３０および４０に対して上下逆の向きになっている。弁の向きに関連して言うと、各弁の底部が直接的に後通路網７５と、さらにそれを経て改良型ブレーキシリンダ６ａ内の補償室７４と連通している。
【００３４】
変位弁３０用の弁ハウジング３９は、２つの部分３９Ａおよび３９Ｂからなる。下側部分３９Ａは、弁部材３１と主ばね３２とを収容している。上側部分３９Ｂは、ばね付勢ピストンアセンブリを収容している。弁部材３１のすぐ上方において、弁ハウジング３９が出口通路７７と連通している。主ばね３２は、ハウジング３９の底部の下側ばね受け３２ａと弁部材３１の下側の上側ばね受け３２ｂとの間に圧縮されて、弁部材３１を上向きに付勢して、ハウジング３９内で出口通路７７の下方に形成された弁座３３に押し付けている。ハウジング３９の上側部分３９Ｂ内のピストンアセンブリは、ピストン３４とカウンタばね３５とを含む。ピストン３４は、ディスク部分３４ｂと突出部分３４ａとを特徴としており、突出部分３４ａは、好ましくは異なった直径の上下部分を有する。ディスク部分３４ｂおよび突出部分３４ａの上部分は、好ましくはハウジング３９の内孔に密接状にはまることができるそれぞれの直径を有する。さらに、好ましくはディスク部分３４ｂの外周に、シールリング３６ｂを収容するための溝が設けられている。突出部分３４ａの上部分も同様に、好ましくは第２シールリング３６ａを固定するための溝を備えている。シールリングは、気密バリヤを提供しながら、ピストン３４を内孔の内部で移動させることができるようになっている。突出部分３４ａの下部分は、それが位置する内孔よりも小径であり、それが作動する領域は出口通路７７に近接した位置にある。図５はまた、突出部分３４ａが、その下先端部が弁部材３１の上側と接触するように配置されていることを示している。
【００３５】
ピストン３４はまた、等化チャネル３８を有する。このチャネルは、突出部分３４ａの下部分からディスク部分３４ｂの上部まで延在している。それは、空気が出口通路７７と弁ハウジング３９の上側部分３９Ｂとの間を流れることができるようにしている。等化チャネル３８は、それがなければピストン３４の両端部に発生する圧力差によって変位弁３０の作動が妨害されることがないようにしている。
【００３６】
ハウジング３９はまた、上側部分３９Ｂ内にピストンストッパ３７を収容している。このピストンストッパ３７は、直接的に前通路網７６と、またそれを通して間接的にパイプ網１２を経て荷重センサ９と連通している。カウンタばね３５は、ハウジング３９の上部とピストン３４の上側との間に圧縮状態に配置されている。それの定数は、それが主ばね３２によって弁部材３１に加えられる対向力に逆らってピストン３４を常時下方に保持するように選択されている。このため、ピストン３４は、そのディスク部分３４ｂが常時ピストンストッパ３７に押し付けられ、突出部分３４ａの下先端部が弁部材３１を弁座３３から離脱した位置に保持している。この開放位置に常時付勢されているため、変位弁３０は、空気が補償室７４から後通路網７５および下側ハウジング３９Ａを通って弁部材３１を通過して出口通路７７から逃げることができるようにする。詳細に後述するように、ディスク部分３４ｂの下側の圧力が所定値を越えた時だけ、その圧力と主ばね３２とによって加えられる結合力が、カウンタばね３５に打ち勝って弁部材３１を弁座３３上に閉じることができる大きさになる。この閉成位置をとるように強いられた時、変位弁３０は補償室７４内の空気が出口通路７７を経て大気に逃げることを防止する。
【００３７】
差動弁４０は、弁ハウジング４９内の弁部材４１および付勢ばね４２を特徴としている。ばね４２は、ハウジング４９の底部の下側ばね受け４２ａと弁部材４１の下側の上側ばね受け４２ｂとの間に圧縮状態に配置されている。弁４０の底部は、後通路網７５を通って補償室７４と連通している。差動弁４０の上部は、前通路網７６およびパイプ網１２を経て荷重センサ９と連通している。ばね４２は、弁部材４１をハウジング４９内に形成された弁座４３に押し付ける閉成位置に付勢している。後述するように、ばね４２の定数は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａがブレーキにどの程度の力を出力するかを決定する際に重要な役割を果たす。
【００３８】
解除弁５０は、弁ハウジング５９内の弁部材５１および付勢ばね５２を特徴としている。ばね５２は、ハウジング５９の上部の上側ばね受け５２ａと弁部材５１の上側の下側ばね受け５２ｂとの間に圧縮状態に配置されている。弁５０の底部は、後通路網７５を通って補償室７４と連通している。解除弁５０の上部は、解除通路７８およびパイプ網１１を経てブレーキ制御弁７および荷重センサ９と連通している。ばね５２は、弁部材５１を弁ハウジング５９内に形成された弁座５３に押し付ける閉成位置に下向きに付勢している。ばね５２の定数は、好ましくは非常に小さい。
【００３９】
閉成位置に常時付勢されているので、解除弁５０は、ブレーキシリンダ６ａの前側に作用するＢＣＰまたは前圧力がそれの後側に作用する（すなわち、補償室７４内の）ものより最小量だけ低い時だけ開放する。解除弁の目的を達成するために(given the purpose of the release valve)最小量に選択される正確な値は比較的低いであろう。さらに具体的に言うと、弁部材５１の下側に作用する圧力が、ＢＣＰおよびばね５２によって弁部材５１の上側に加えられる結合力に打ち勝つ大きさになった時だけ、解除弁５０が開く。これは、ブレーキ制御弁７がブレーキ解除コマンドに反応してブレーキシリンダ６ａの前側の圧力を入口ポート７１およびパイプ網１１を経て大気に逃がす時に発生する。解除弁５０が開いている限り、補償室７４の圧力は、ブレーキシリンダ６ａの前側の圧力と共に大気に逃がされる。
【００４０】
Ｉ． 本発明の第１の実施形態の作動
図５は、本発明の第１の実施形態がブレーキ制御弁７および荷重センサ９と共にどのように作動するかを示している。本発明は、ブレーキをかける力を決定する際に、台車が担持している荷重を考慮に入れることができる。しかし、さらに重要なこととして、後述するように、ＢＣＰが上昇して切り換え値を越えた時、それはブレーキシリンダ６ａの積空力比を減少させることができる。
【００４１】
Ａ．ブレーキの解除中の作動
既知の実際に従って、列車運転者が自動ブレーキハンドルを解除位置に移動させた時、ブレーキ管はそれの通常作動圧力まで加圧される。図５に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側から入口ポート７１およびパイプ網１１を経て逃がす。パイプ網１１は荷重センサ９および解除通路７８にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は空気を荷重センサ９の室９１および解除弁５０の上部からも空気を逃がす。前述したように、室９１内の圧力が所定値より低くなった時はいつも、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左側へ移動させ、スプール９４を排気位置へ移動させる。その排気位置では、荷重センサ９は変位弁３０のディスク部分３４ｂの下側および差動弁４０の上側の両方をパイプ網１２および排出ポート９９を経て大気に排気できるようにする。
【００４２】
ブレーキを解除中の空車である、すなわち、予め補償室７４内で圧力が増加していると仮定する。ブレーキ制御弁７が空気をパイプ網１１から排出した時、解除弁５０が、ＢＣＰの低下に反応する弁アセンブリ２０内の最初の弁である。具体的に言うと、解除弁５０の前後にわずかな圧力差が速やかに発生する。この圧力差がばね５２によって弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、解除弁５０が開く。すると、補償室７４内の圧力を受けた空気が解除弁５０および解除通路７８を通り、ブレーキシリンダ６ａの前側からの空気と共に、パイプ網１１を通ってブレーキ制御弁７を経て大気に排出される。荷重センサ９が排気位置にある時、同時に弁部材４１の上側およびディスク部分３４ｂの下側からも圧力が除去される。主にばね４２によって、またそれと較べて度合いが低いが補償室７４内に存在する圧力によって弁部材４１の下側に加えられる力が、ブレーキの解除中に差動弁４０を閉成位置に保持する。
【００４３】
しかし、ディスク部分３４ｂの下側の圧力が所定値以下まで低下した時、結果的に変位弁３０が開く。具体的に言うと、圧力がこの閾値レベルより低下した時、カウンタばね３５によってピストン３４に加えられる力が、主ばね３２および補償室７４内に存在する圧力によって弁部材３１に加えられる対抗力に打ち勝つ。ピストン３４が下方移動し、ディスク部分３４ｂがストッパ３７で停止し、突出部分３４ａの下先端部が弁部材３１を弁座３３から押し離す。したがって、（前通路網７６内の）ＢＣＰが閾値より低下した時はいつも、変位弁３０によって空気が補償室７４から後通路網７５および下側ハウジング３９Ａを通って弁部材３１を通過し、出口通路７７から大気に逃げることができる。この時に補償室７４内の圧力が急速に低下するため、弁部材５１の下側に作用している力が急速に低下して、解除弁５０を開放状態に維持するために必要な力を下回る。この時、弁部材５１の上側が優勢になるように弁５０の前後の圧力差が切り換わって、解除弁５０が閉じる。しかし、補償室は７４は、変位弁３０を経て大気に開放したままである。
【００４４】
改良型ブレーキシリンダ６ａは、パイプ網１１の減圧排気に反応して、それのピストンおよびロッドアセンブリ６０をハウジング７０内へ内向きに後退させる。さらに具体的に言うと、ピストンヘッド６１の前側の圧力が低下すると、（補償室７４内に存在する圧力によって最小限の補助を受けて）戻しばね６５が伸張して、ピストンヘッド６１の後側を押し付ける。そのため、ロッドアセンブリ６０が解除位置に後退し、図５に示されているように、ピストンヘッド６１上のパッキングカップ６２がハウジング７０の入口ポート７１に隣接した位置をとる。ロッドアセンブリの突出端部６９は、台車のブレーキリギングにいわば物理的に(what is physically)取り付けられている。したがって、ロッドアセンブリ６０の後退がブレーキを解除する。
【００４５】
Ｂ．ブレーキ作動中の作動
ブレーキの作動中、ブレーキ管内の圧力は、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少する。図５に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気を適当なタンク４／５から入口ポート７１およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給する。パイプ網１１は解除通路７８および荷重センサ９にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は空気を解除弁５０の上部および荷重センサ９のピストンアセンブリ９２に隣接した室９１にも供給する。初めてブレーキをかけようとする時、初めは補償室７４内にほとんど、またはまったく圧力が存在しない。したがって、付勢ばね５２の力が、パイプ網１１内のＢＣＰの上昇による力と結合して、弁部材５１を弁座５３上に保持し、それによって解除弁５０を閉成位置に保持する。
【００４６】
荷重センサ９に関連して前述したように、ばね９３の定数は、室９１内のＢＣＰが所定値を超えるまで、ピストンアセンブリ９２を排気位置に保持するように選択されている。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａに送られるであろう。室９１内の圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９の内部ポートに影響を与えることができる。図５に示されているように用いられているので、荷重センサ９は、後述するように、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを弁アセンブリ２０に接続し、鉄道車両が荷重を担持している時にそれを切り離す。
【００４７】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、各台車のサスペンションばねが、鉄道車両の車体重量およびそれが担持している荷重によって定められる程度まで圧縮される。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が、空車の場合より短くなるであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、それの最右側端部がセンサアーム９０を強制的に移動させる。このブレーキ作動中、鉄道車両が積車であるので、センサアーム９０はすぐに側部フレーム１００の上部と接触する。側部フレーム１００がセンサアーム９０をそれ以上移動させないようにするため、ピストンアセンブリ９２がスプール９４を、パイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることが防止される（図３を参照）。荷重センサ９がパイプ網１１および１２を互いに切り離された状態に保持する限り、ブレーキ制御弁７は前通路網７６から遮断されている。したがって、変位弁３０は開放したままであり、差動弁４０は閉成されている。これによって、補償室７４が大気に開いたままとなり、ブレーキシリンダ６ａのピストンヘッド６１の後側での圧力の上昇が防止される。
【００４８】
所定大きさを超えるブレーキ作動の場合でも、積車のブレーキ制御弁７は、空気をパイプ網１１を経て解除通路７８およびブレーキシリンダ６ａの前側に供給することができるだけである。解除通路７８内で増加した圧力が、ばね５２によって弁部材５１の上側に加えられる力を補助することによって、解除弁５０が閉成状態に保持される。一方、入口ポート７１に流入する空気が速やかにピストンヘッド６１の前側に、それの後側に戻しばね６５によって加えられる対抗力を超える力を発生する。図５の斜視図で見て、この力がピストンヘッド６１を左方向に移動させ、それによって戻しばね６５がさらに圧縮されて、ロッドアセンブリ６０の突出端部６９を押し付けることによって、ブレーキシリンダ６ａの開口７２から外側に突出させる。ロッドアセンブリ６０の伸張によって、ブレーキリギングがブレーキをかける。本発明および荷重センサ９がピストンヘッド６１の後側での圧力の増加を防止するため、ブレーキが作用する大きさは、ピストンヘッド６１の前側を押し付ける圧力増加に正比例する。
【００４９】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、各台車のサスペンションばねが、鉄道車両の車体重量によって定められる程度まで圧縮されるだけである。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が最大になるであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時、ピストンアセンブリ９２がばね９３の対抗力に逆らって右側へ押される。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、センサアーム９０は最大限に下方へ押され、台車の側部フレーム１００と接触しない。これによって生じる室９１内の圧力の増加が、ピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４をパイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることができる（図４を参照）。したがって、パイプ網１１を介して解除通路７８および入口ポート７１に供給するのに加えて、ブレーキ制御弁７は荷重センサ９によって、空気を前通路網７６およびパイプ網１１および１２を経てチェック弁３０および４０に供給することができる。
【００５０】
鉄道車両が空車の時、弁アセンブリ２０は以下のようにしてブレーキ作動に反応する。解除通路７８内の圧力上昇がばね５２によって加えられる力を補助して弁部材５１を弁座５３上に着座した状態に保持するため、解除弁５０は閉成状態にある。前通路網７６内の圧力が所定値を超えるまで、変位弁３０は開放したままである。前通路網７６内の圧力が切り換えレベルを超えるまで、差動弁４０は閉成したままである。したがって、ブレーキ制御弁７からの空気は、すべての空気が補償室７４に収容されるまで、入口ポート７１を介してピストンヘッド６１の前側に作用する。ＢＣＰが所定レベルに上昇するまで開放していることによって、変位弁３０は補償室７４を大気に通気させた状態に保持し、それによってピストンおよびロッドアセンブリ６０を解除位置からブレーキ作動位置へ容易に移動させることができる。もちろん、ロッドアセンブリ６０の移動によって補償室７４の体積が実際に減少し、それに収容されている大気圧が変位弁３０および出口通路７７を経て大気に逃げるので、追い出される。所定レベルは、好ましくは最小が４．８３×１０4Ｐａ（＝７ｐｓｉ）、最大が２．４１×１０5Ｐａ（＝３５ｐｓｉ）に設定されており、正確な値は差動弁４０によって定められる切り換え圧力より低い。このため、変位弁３０は、補償室７４がロッドアセンブリ６０のブレーキ作動位置への初期移動を妨害する閉成室として、すなわち、気密室として作用することを防止する。
【００５１】
前通路網７６内のＢＣＰが所定値を超えると直ちに、変位弁３０が閉じる。具体的に言うと、その圧力によってディスク部分３４ｂの下側に生じる力が、弁部材３１の下側に主ばね３２によって加えられる力と結合したとき、カウンタばね３５に打ち勝つ大きさになって、弁部材３１を弁座３３上に閉成する。閉成された時、変位弁３０は補償室７４内に存在する空気が出口通路７７から大気に逃げることを防止する。前通路網７６内のＢＣＰが切り換えレベルを超えて上昇するまで、補償室７４はまた、ブレーキ制御弁７からの空気の流入を遮ったままである。
【００５２】
前通路網７６内の圧力が切り換えレベルを超えた時、初めに差動弁４０が開く。具体的に言うと、切り換えレベルを超えた圧力が、ばね４２の対抗力に逆らって弁部材４１を弁座４３から強制的に離脱させる。開放した時、差動弁４０は空気をブレーキ制御弁７から前通路網７６およびパイプ網１１および１２を経て補償室７４に流入させる。それはまた、弁部材４１の前後にほぼ一定の圧力差を維持する。この流入空気のため、「背圧」が補償室７４内に発生し、ピストンヘッド６１の後側に強力に作用する。
【００５３】
このため、空車において、ＢＣＰが切り換え量より大きいことをブレーキコマンドが要求した時、本発明は、ブレーキ制御弁７が空気をピストンヘッド６１の前後側の両方に供給することができるようにする。入口ポート７１に流入する空気は、ピストンヘッドの後側に（戻しばね６５および背圧によって）加えられる対抗力を超える力をピストンヘッドの前側に発生する。これらの状態では、ピストンヘッド６１の前側に作用する圧力は、大きい有効面積に作用するため、固定差だけ背圧より常に高い。このため、正味、すなわち、「有効」力は、ブレーキシリンダ６ａによってブレーキリギングに出力され、前圧力および背圧(front and back pressures)の両方が増加するのに伴って、この力が増加する。有効力は、「有効ＢＣＰ」と呼ぶことができるもの、すなわち、背圧がない状態で同じ大きさの力を発生するためにピストンヘッド６１の前側に加えるために必要なものに等しい圧力から発生する。
【００５４】
ブレーキが解除されるまで、背圧は常に、ピストンヘッド６１の前側に作用するブレーキシリンダ（すなわち、前）圧力から切り換え量を差し引いたものである。たとえば、差が２．０７×１０5Ｐａ（＝３０ｐｓｉ）に設定されている場合、室７４内の圧力は常に、ピストンヘッド６１の前側に作用する圧力より２．０７×１０5Ｐａ（＝３０ｐｓｉ）だけ少ない。この差、すなわち切り換え圧力は、主にばね４２の定数によると共に弁部材４１によって、特にそれの質量および上部および下側の有効面積によって決定される。
【００５５】
補償室７４内の背圧は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａによって出力される全力を減少させる働きをする。ＢＣＰが切り換え値を超えて上昇する時、ブレーキシリンダ６ａがブレーキに出力する有効力は、積車の時に出力される力と比べて増加量だけ減少する。もちろん、これらの状態での有効ブレーキ力出力は、多くの要素によって決まる。要素として、（ａ）ピストンヘッド６１の前後側の有効面積、（ｂ）これらの表面に作用する前圧力および背圧の大きさ、および（ｃ）戻しばね６５の定数がある。
【００５６】
さらに、鉄道車両が積車である時にブレーキシリンダ６ａが出力する力に対する、鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダ６２ａが出力する有効力の比も、上記要素によって決まる。また、差動弁４０の特性（たとえば、ばね４２の定数や、弁部材４１の質量および表面積）も重要である。
【００５７】
このため、積空出力の比は、有効ＢＣＰに関連している。常用または非常ブレーキ作動中に積車状態の鉄道車両に加えられるＢＣＰが高いほど、空車時にブレーキシリンダ６ａによって出力される力の減速率が大きくなるであろう。
【００５８】
様々な構造の幾つかのブレーキシリンダ６ａについて、積空力比を実験的に算出した。各ブレーキシリンダについて、これらの比およびそれに対応した関連構造要素が以下の表に列記されている。各表は、変位弁３０が約８．２７×１０4Ｐａ（＝約１２ｐｓｉ）未満で開放する、すなわち、前通路網７６内の前圧力が約８．２７×１０4Ｐａ（＝約１２ｐｓｉ）未満に低下した時、補償室７４内の背圧が大気に逃げるものと仮定している。
【００５９】
各表に使用されている欄の見出しについて説明すると、ＢＡＣＫ ＤＩＡＭＥＴＥＲ はピストンヘッドの後側に接したシール７３の寸法を表し、Ｃ．Ｖ． ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ はチェック弁４０の前後の差を表し、Ｂ．ＶＯＬ はブレーキ作動時の（applied）補償室の体積を表し、ＲＥＤＵＣＴＩＯＮは鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダによって出力される力に得られる減少を表し、ＳＴＤ ＢＣＰ は積車の場合にある減少から算出されるＢＣＰ を表し、ＥＭＰＴＹ Ｂ は空車の場合の前圧力を表し、ＢＡＣＫ ＢＣ は背圧を表し、Ｆ−ＬＯＡＤＥＤ は鉄道車両が積車である時にある減少に対してブレーキシリンダよって出力される力を表し、Ｆ−ＥＭＰＴＹ は鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダよって出力される力を表し、Ｅ−Ｌ ＦＯＲＣＥ ＲＡＴＩＯは積空出力の比を表す。
【００６０】
【表１】
【表２】
【表３】
【００６１】
従来装置および本発明の両方とも、空車時のブレーキを、積車時に鉄道車両にブレーキをかける力の何分の一かの力でかけることができる。そうする際に、従来装置は、ブレーキシリンダピストンの前側を押し付ける圧力を低下させるために、荷重センサおよび比例弁だけを使用する。その構造では、所定量を上回るすべてのＢＣＰにおいて、ブレーキシリンダ６によって出力される力が空車ではほぼ固定比（たとえば、５０〜６０％）だけで減少する。しかし、本発明は、ブレーキシリンダピストンの後側に圧力を加えるために、弁アセンブリ２０および補償室７４を用いている。それはまた、空車時にブレーキを、積車である場合にその鉄道車両にブレーキをかける力より低い力でかけることができるようにする。しかし、どの程度低いかは、ＢＣＰが切り換え値をどの程度上回るかによって決まる。表から、積空力比がＢＣＰの大きさによって変化することがわかる。しかし、切り換え値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダ６ａによって出力される力は減少しないであろう。
【００６２】
これには、好都合な場合には従来システムより比較的高いブレーキ力を空車に加えることができ、同時に、車輪の滑りを防止することが最も必要である時、ブレーキ力をさらに減少させることができるという利点がある。同一列車内で空車および積車が作動している時、特に下り勾配では、ブレーキ作動中に空車が比較的高い減速力を発生できるようにすることに役立つ。これによって、列車全体を減速させる際に発生する熱の消散を、空車の車輪が積車の車輪とより等しく分担することができる。したがって、比較的低レベルのブレーキ作動中で車輪の滑りが大して危険ではない場合、通常のブレーキ力の高率を空車に加えることができることが好都合である。しかし、高レベルのブレーキ作動の場合、車輪が滑る可能性を最小限に抑えるために、空車に加えるブレーキ力を大幅に減少させることが必要である。
【００６３】
ＩＩ． 本発明の第２の実施形態の作動
図６は、本発明の第２の実施形態がどのように作動するかを示している。この実施形態では、本発明は、差動弁４０と、解除弁５０と、改良型ブレーキシリンダ６ａと、変更形荷重センサ９ａとを含む。差動弁４０は、解除弁５０に対して上下逆の向きになっている。弁の向きに関連して言うと、各弁の上部が、改良型ブレーキシリンダ６ａの補償室７４と連通している。各弁の底部が、パイプ網１２を経て荷重センサ９ａに連通している。荷重センサの変更に伴って、ばね９３に逆らってピストンアセンブリ９２を移動させるために必要な力が変化する。以下の作動説明のように、この時にピストンアセンブリ９２を排気位置から移動させるために必要な圧力は、ブレーキシリンダ６ａのピストンおよびロッドアセンブリ６０を、ブレーキシューが台車の車輪と接触する点まで移動させるために必要な力を超えていなければならない。
【００６４】
Ａ．ブレーキ作動中の作動
ブレーキの作動中、ブレーキ管内の圧力は、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少する。図６に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気を適当なタンク４／５から入口ポート７１およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給する。同時に、ブレーキ制御弁７はまた、空気を荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２に隣接した室９１に供給する。
【００６５】
室９１内のＢＣＰがこの新しい所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を最左側位置に保持する。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａの入口ポート７１に送られるであろう。鉄道車両が空車の時で室９１内の前圧力が所定値を超えた時だけ、荷重センサ９ａの内部ポートが影響を受けるであろう。図６に示されているように用いられているので、荷重センサ９ａは実質的に、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを弁４０および５０に接続し、鉄道車両が荷重を担持している時にそれを切り離すことができる。
【００６６】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が、鉄道車両によって担持されている重量によって定められる程度まで減少するであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、センサアーム９０を強制的に押し下げる。しかし、センサアーム９０はすぐに側部フレーム１００の上部と接触し、これによって、ピストンアセンブリ９２がスプール９４ａを移動位置、すなわち、パイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることが防止される。鉄道車両が積車の時、パイプ網１１および１２が互いに切り離された状態にあるので、ブレーキ制御弁７は差動弁４０および解除弁５０の下側から遮断されているであろう。
【００６７】
一方、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側を押し付けると、ピストンおよびロッドアセンブリ６０がブレーキ作動位置に向かって移動し始める。ピストンヘッド６１のそのような移動によって、補償室７４の体積が減少し、そのため、その内部の背圧が増加する。解除弁５０は、その前後の圧力差が、ばね５２によって弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、開放する。このため、室７４内の圧力を受けた空気が、解除弁５０、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。しかし、ばね４２の力が、補償室７４内に存在する圧力からの力と結合して、弁部材４１を弁座４３上に保持するため、差動弁４０は閉成されたままである。このため、鉄道車両が積車の時のブレーキの作動中、解除弁５０が補償室７４内の圧力の増加を防止する。これによって、ブレーキシリンダピストン６０は邪魔されないでブレーキ作動位置に向かって移動することができる。
【００６８】
したがって、積車のブレーキ制御弁７は、空気をパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給できるだけである。入口ポート７１に流入した空気が、速やかにピストンヘッド６１の前側に、それの後側に戻しばね６５によって加えられる対抗力を超える力を発生する。図６の斜視図で見て、この力がピストンヘッド６１を右方向に移動させ、それによって戻しばね６５がさらに圧縮されて、ロッドアセンブリ６０の突出端部６９を押し付けることによって、ブレーキシリンダ６ａの開口７２から外側に突出させる。ロッドアセンブリ６０の伸張によって、ブレーキリギングがブレーキをかける。本発明および荷重センサ９ａがピストンヘッド６１の後側での圧力の増加を防止するため、ブレーキが作用する大きさは、ピストンヘッド６１の前側を押し付ける圧力増加に正比例する。
【００６９】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が最大になるであろう。ブレーキ制御弁７が空気を入口ポート７１および室９１に供給するので、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側および荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２を押し付け始める。最終的に戻しばね６５によって加えられる対抗力に打ち勝つと、この前圧力がブレーキシリンダピストン６０をブレーキ作動位置に移動させ、これによって補償室７４の体積が減少する。しかし、ＢＣＰが所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を、またそれと共にスプール９４ａを排気位置に保持する。したがって、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動すると、これによって生じる補償室７４内の圧力の増加によって、解除弁５０が強制的に開放される。解除室７４内の加圧空気が、解除弁５０、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。ばね４２の力と補償室７４内に存在する圧力とによって、差動弁４０は初めは閉成位置に留まっている。
【００７０】
ブレーキ制御弁７が室９１に供給する圧力が所定値を超えた時、それによって生じる力がピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４ａを移動位置に移動させることができる。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、センサアーム９０を側部フレーム１００と接触させないで最大限に押し下げることができる。入口ポート７１に供給するのに加えて、ブレーキ制御弁７は荷重センサ９ａによって、空気をパイプ網１１および１２を経てチェック弁４０および５０の下側に供給することができる。
【００７１】
鉄道車両が空車の時、チェック弁は以下のようにブレーキ制御弁７からの空気に反応する。パイプ網１２内での圧力増加がばね５２によって加えられる力に加わって弁部材５１を着座させるので、解除弁５０が迅速に閉成する。しかし、パイプ網１２内の圧力が切り換えレベルを超えるまで、差動弁４０は閉成したままである。このため、補償室７４内の圧力が増加することができるまでは、ブレーキ制御弁７からの空気が入口ポート７１を経てピストンヘッド６１の前側に作用する。前圧力が切り換えレベルに上昇するまで閉成していることによって、差動弁４０は補償室７４内の背圧を比較的低いレベルに保持する。少なくとも初めは、これによってブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって容易に移動することができる。
【００７２】
パイプ網１２内の圧力が切り換えレベルを超えると、差動弁４０が開く。切り換えレベルを超えている前圧力が、ばね４２の対抗力に逆らって弁部材４１を弁座４３から強制的に離脱させる。開放した時、差動弁４０は空気をブレーキ制御弁７からパイプ網１１および１２を経て補償室７４に流すことができる。この流入空気により、補償室７４内で背圧が増加して、ピストンヘッド６１の後側に強力に作用する。しかし、入口ポート７１に流入する空気は、（戻しばね６５および背圧によって）ピストンヘッドの後側に加えられる対抗力を超える力をピストンヘッドの前側に発生させる。ブレーキシリンダ６ａが出力する有効力は、ブレーキリギングを介してブレーキに伝達される。
【００７３】
ブレーキが解除されるまで、差動弁４０は補償室７４内の背圧を、ピストンヘッド６１の前側に作用するＢＣＰから切り換え量を差し引いた値に保持するように作動する。鉄道車両が空車の時、背圧が、ブレーキシリンダ６ａによって出力される全力を減少させる。切り換え値を超えるすべてのＢＣＰにおいて、本発明は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａによって出力される力が、鉄道車両が積車の時にブレーキシリンダ６ａが通常出力する力の何分の一かを決定する。さらに、上記表から、これらのブレーキシリンダの積空力比が、ＢＣＰの大きさによって変化することがわかる。しかし、切り換え値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダ６ａによって出力される力は減少しないであろう。
【００７４】
Ｂ．ブレーキ解除中の作動
ブレーキの解除中、それによって生じるブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側から入口ポート７１およびパイプ網１１を経て逃がす。ブレーキ制御弁７はまた、接続部をパイプ網１１と共有することによって、空気を荷重センサ９ａの室９１から逃がす。ブレーキ制御弁７が最初にパイプ網１１から空気を逃がし始める時、それはパイプ網１２および弁４０および５０の下側からも空気を逃がしている。パイプ網１２内の圧力が弁４０によって設定された差より迅速に低くなるため、差動弁４０が閉じて、それ以降は閉成状態にある。空気がパイプ網１２から逃げ続けるので、弁部材５１の下側の圧力が速やかに補償室７４内の背圧より低くなる。この圧力差が、ばね５２自体が弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、解除弁５０が開く。その時、補償室７４内の圧力を受けた空気も、解除弁５０およびパイプ網１１および１２を経て逃げ始める。
【００７５】
室９１内の圧力が所定値より低くなった時、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左方向に移動させ、スプール９４ａを排気位置に移動させる。この時、弁４０および５０の下側が荷重センサ９ａによって排気ポート９９に接続されるであろう。このため、補償室７４内の圧力が低下し続けて、弁部材５１の上側に作用する力が、解除弁５０を開放状態に保持するために必要な力より迅速に低下する。一方、パイプ網１１の減圧排気がブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内へ後退させている。これによって、補償室７４の寸法が伸張し、その内部の圧力がさらに減少する。この時、弁５０の前後の圧力差が、弁部材５１の下側が優勢になるように変化するため、解除弁５０が閉じる。補償室７４内にわずかながらも圧力が残っていても、まったく意味がない。解除位置に後退しているため、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除している。
【００７６】
次に、積車の場合のブレーキ解除中の第２実施形態の作動を説明する。ブレーキ制御弁７は、パイプ網１２ではなく、パイプ網１１だけから空気を逃がすことができる。これは、荷重センサ９ａが積車時にとるように押し付けられた状態によるものである。具体的に言うと、センサアーム９０が側部フレーム１００の上部と接触することによって、ピストンアセンブリ９２の移動が大きく制限されるので、積車では荷重センサ９ａがパイプ網１１および１２を相互接続させることができなかった。このため、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から完全には離脱しないので、弁４０および５０の下側が排気ポート９９を経て大気に通気していた。
【００７７】
したがって、この時にパイプ網１１および室９１の前圧力が所定値より低くなるので、ばね９３がピストンアセンブリ９２だけを最左側位置に移動させ、スプール９４ａは排気位置のままである。ブレーキが作動している時には補償室７４内で背圧が増加することができなかったため、ブレーキが解除されている時に逃がすべき圧力が補償室７４内にない。パイプ網１１の減圧排気は、ブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内に後退させるだけである。後退する時、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除する。
【００７８】
ＩＩＩ． 本発明の第３の実施形態の作動
図７は、本発明の第３の実施形態がどのように作動するかを示している。この実施形態は、改良型ブレーキシリンダ６ａと、変更形荷重センサ９ａとを用いている。差動弁４０および解除弁５０は用いられていない。補償室７４は、パイプ網１２および通路９７を経て直接的に荷重センサ９ａに接続されているだけである。
【００７９】
Ａ．ブレーキ作動中の作動
図７に示されている構造では、ブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気をパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側および荷重センサ９ａの室９１の両方に供給する。室９１内のＢＣＰが所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を最左側位置に保持する。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａに送られるであろう。鉄道車両が空車の時で室９１内の圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９ａの内部ポートに影響を与えることができるであろう。図７に示されているように用いられているので、荷重センサ９ａを使用して、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを補償室７４に接続し、積車の時にそれを切り離すことができる。
【００８０】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、荷重センサ９ａがほぼ第２の実施形態について述べた通りに作動する。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給された圧力が所定値を超えた時、センサアーム９０がすぐに側部フレーム１００の上部と接触する。これによって、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から完全に離れることが防止される。このため、パイプ網１１および１２は互いに切り離されたままであって、ブレーキ制御弁７は補償室７４から遮断されている。
【００８１】
一方、前圧力が増加してピストンヘッド６１の前側を押し付けるので、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動し始める。これによって補償室７４の体積が減少し、その内部に収容されている空気がパイプ網１２、通路９７および排気ポート９９を経て大気に逃げる。このため、本発明は、ブレーキが作動している時に補償室７４内での背圧の増加を防止する。これによって、鉄道車両が積車の時のブレーキの作動中、ブレーキシリンダピストン６０は邪魔されないでブレーキ作動位置に向かって移動することができる。したがって、増加してピストンヘッド６１の前側を押し付ける前圧力に正比例した大きさでブレーキがかかる。
【００８２】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、荷重センサ９ａはやはり基本的に第２の実施形態について述べた通りに作動する。ブレーキ制御弁７が空気を入口ポート７１および室９１に供給するので、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側および荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２を押し付け始める。最終的に戻しばね６５によって加えられる対抗力に打ち勝つと、この圧力は速やかにブレーキシリンダピストン６０をブレーキ作動位置に移動させ、これによって補償室７４の体積が減少する。しかし、前圧力が所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａを最左側の排気位置に保持する。したがって、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動すると、補償室７４内の空気が、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。
【００８３】
ブレーキ制御弁７が室９１に供給する前圧力が所定値を超えた時、それによって生じる力がピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４ａを排気位置から移動位置に移動させることができる。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、ピストンアセンブリ９２はセンサアーム９０を、側部フレーム１００と接触させることなく、最大限に押し下げることができる。入口ポート７１に供給するのに加えて、この時にブレーキ制御弁７は荷重センサ９ａによって、空気を通路９７およびパイプ網１２を経て直接的に補償室７４に供給することができる。
【００８４】
空車時のブレーキ作動中、ＢＣＰが所定値を超えた時、背圧だけが補償室７４内で増加する。さらに、本発明のこの第３の実施形態では、背圧が前圧力と等しい。しかし、前圧力は、ピストンヘッド６１の後側に（戻しばね６５および背圧によって）加えられる対抗力を超える力をピストンヘッド６１の前側に発生する。ブレーキシリンダ６ａが出力する有効力は、ブレーキリギングを介してブレーキに伝達される。有効力は、ピストンヘッド６１の前後側の有効面積、これらの表面に作用する前圧力および背圧の大きさ、および戻しばね６５の定数によって決まる。
【００８５】
異なった４種類のブレーキシリンダ６ａについて、積空力比を算出して、以下の表に列記している。各表は、Ｃ．Ｖ．ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬがゼロであるとする。これらの表は、ＢＣＰに関係なく、積空力比が実質的に一定であることを示している。いずれのブレーキシリンダでも、積空力比は、ピストンヘッド６１の後側に接して用いられたシール７３の直径によって決まるであろう。本発明の他の実施形態とは異なって、本実施形態では、所定値を上回るすべてのＢＣＰにおいて、空車にブレーキをかける力が、積車の場合に鉄道車両に加わる力のほぼ一定割合である。所定値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダによって出力される力は減少されない。
【００８６】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【００８７】
Ｂ．ブレーキ解除中の作動
次に、空車時のブレーキの解除中の第３の実施形態の作動を説明する。それによって生じるブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側および荷重センサ９ａの室９１から逃がす。ブレーキ制御弁７が空気をパイプ網１１から逃がし始める時、それはまた補償室７４からパイプ網１２を経て空気を逃がしている。
【００８８】
室９１内の圧力が所定値より低くなった時、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左方向に移動させ、スプール９４ａを排気位置に移動させる。この時、室７４が荷重センサ９ａによって通路９７および排気ポート９９を経て大気に接続される。一方、パイプ網１１の減圧排気が継続して、戻しばね６５の力によってピストン６０がハウジング７０内へ後退する。ブレーキシリンダピストン６０の突出端部６９は、速やかにブレーキが完全に解除される解除位置に達する。
【００８９】
次に、積車時のブレーキ解除中の第３の実施形態の作動を説明する。ブレーキ制御弁７は、パイプ網１２ではなく、パイプ網１１だけから空気を逃がすことができる。これは、荷重センサ９ａが積車の時にとるように押し付けられた状態によるものである。具体的に言うと、センサアーム９０が側部フレーム１００の上部と接触することによって、ピストンアセンブリ９２の移動が大きく制限されるので、荷重センサ９ａが移動位置へ移動することが妨害された。このため、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から離れていないで、補償室７４は排気ポート９９を経て大気に通気していた。
【００９０】
したがって、この時にパイプ網１１および室９１内の前圧力が所定値より低くなるので、ばね９３がピストンアセンブリ９２だけを最左側位置に移動させ、スプール９４ａは排気位置のままである。ブレーキが作動している時には補償室７４内で背圧が増加することができなかったため、ブレーキが解除された時に逃がすべき圧力が補償室７４内にない。パイプ網１１の減圧排気は、ブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内に後退させるだけである。後退する時、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除する。
【００９１】
本発明を実施するための現時点で好適な実施形態を特許法に従って説明してきた。しかし、本発明が関連する技術について通常の技量を有する者であれば、請求項の精神および範囲から逸脱することなく本発明を実施する様々な変更方法がわかるであろう。そのような技量を有する者であれば、以上の説明が単に説明のためのものであって、請求項を特定の狭い解釈に制限するものでないことも理解できるであろう。
【００９２】
したがって、科学および有用な技術の発展を促進するために、私は請求項によって定められるすべての主題に対する排他的権利を特許法に定められる期間にわたって特許によって獲得する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 貨物列車の典型的な車両用の空気圧ブレーキ装置の概略図であって、ブレーキが完全に解除された時に、Ｓ−１荷重センサおよびＰ−１荷重比例弁がとる内部状態を示している。
【図２】 ブレーキシリンダの断面図である。
【図３】 積車の時にブレーキの作動中に反応しているＳ−１荷重センサを示している。
【図４】 空車の時にブレーキの作動中に反応しているＳ−１荷重センサを示している。
【図５】 本発明の第１の実施形態を示している。
【図６】 本発明の第２の実施形態を示している。
【図７】 本発明の第３の実施形態を示している。
【符号の説明】
６ａ ブレーキシリンダ
７ ブレーキ制御弁
９ 荷重センサ
１１ 第１パイプ網
１２ 第２パイプ網
３０ 変位弁
４０ 差動弁
５０ 解除弁
６０ ロッドアセンブリ
６９ 突出端部
７１ 入口ポート
７３ シール
７４ 補償室
７５ 後通路網
７６ 前通路網
７７ 出口通路
７８ 解除通路
発明の分野
本発明は包括的に、鉄道車両のブレーキを制御するシステムに関する。特に、本発明は、鉄道車両の台車の車輪に加えるブレーキ力を算出する際に、台車が担持している荷重の重量を補償するブレーキ装置に関する。
【０００２】
発明の背景
以下の背景情報は、読者が本明細書に開示されている発明だけでなく、本発明を最も使用しやすい環境も理解できるようにするために提供されている。ここに使用されている用語は、本明細書にそうでないことが特記されていなければ、特別な狭い解釈に制限されることはない。
【０００３】
貨物列車は、１つまたは複数の機関車と、複数の鉄道車両と、ブレーキ管と呼ばれる空気圧引き通し線とを含む。ブレーキ管は本質的に、列車の先頭機関車から最後尾の車両まで延びた１本の長い連続管である。ブレーキ管は実際に、一連の相互接続パイプ部品で構成されており、図１に示されているように、各鉄道車両の下側に１本のパイプ部品１ａが固定されている。このため、列車のブレーキ管は、各車両のパイプ部品１ａをグラッドハンド（すなわち、連結器）２で隣接の各車両のパイプ部分１ａに接続することによって形成されている。ブレーキ管は、常用および非常ブレーキコマンドを先頭機関車のブレーキ制御システムから列車の各車両に伝達する手段である。各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置が枝管３を経て接続しているのは、ブレーキ管である。
【０００４】
各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置は一般的に、２つの貯蔵タンク４および５と、１つまたは複数のブレーキシリンダ６と、少なくとも１つのブレーキ制御弁７、たとえば、ウェスティンハウス・エア・ブレーキ・カンパニ(Westinghouse Air Brake Company)（ＷＡＢＣＯ）製のＡＤＢ、ＡＢＤＸまたはＡＢＤＷ形の弁とを含む。ブレーキ制御技術で周知の状態において、ブレーキ制御弁７は、ブレーキ管１ａから受け取った加圧空気を２つのタンク４および５に充填する。ブレーキ制御弁７が実際にこれらの２つのタンクに充填するか、ブレーキをかけるためにこれらのタンク４／５の一方または両方にすでに貯蔵されている加圧空気をブレーキシリンダ６に送るかどうかを決定するのは、ブレーキ管１ａ内の圧力レベルである。
【０００５】
鉄道産業で使用されているブレーキシリンダには多くの様々な種類がある。図２に示されているように、ブレーキシリンダは一般的に、ピストンおよびロッドアセンブリ６０と、戻しばね６５と、これらの部品を封入したハウジング７０とを含む。ハウジングは、一端部に入口ポート７１を、他端部に開口７２を備え、その開口からロッドアセンブリ６０の端部が突出している。ロッドアセンブリ６０は、そのヘッド端部のピストンヘッド６１を特徴としている。ＷＡＢＣＯ製のブレーキシリンダでは、ピストンヘッド６１は一般的に、その前側、すなわち、入口ポート７１に面した側に固定的にはめ付けられたパッキングカップ６２を有する。ロッドアセンブリ６０と同心状の戻しばね６５が、ピストンヘッド６１の後側と開口７２の周囲に位置する環状ばね受け７９との間に圧縮されている。ばね６５は、ロッドアセンブリ６０を、パッキングカップ６２が入口ポート７１に隣接した位置をとる解除位置に押し付ける働きをする。開口７２からロッドアセンブリ６０の他端部が突出している。この突出端部６９によって、ロッドアセンブリ６０はブレーキリギング（図示せず）に連結される。ブレーキリギングは、ブレーキシュー（図示せず）に連結される。
【０００６】
ブレーキ制御弁７からの空気が入口ポート７１に流入すると、圧力が上昇してパッキングカップ６２の表面積を押し付け、それに強く作用する。パッキングカップ６２の前側に作用する力が、戻しばね６５がピストンヘッド６１の後側に加える力を超えた時、ピストンヘッドがばね６５に逆らって移動し、それをさらに圧縮する。これによってロッドアセンブリ６０の突出端部６９が押し進められて、ブレーキシリンダ６の開口７２から延出する。ロッドアセンブリ６０のそのような移動によって発生した機械力は、ブレーキリギングによってブレーキシューに伝達され、ブレーキシューから車輪の回転の強制的減速および停止の両方またはいずれか一方に使用される。鉄道車両の車輪およびディスクブレーキの両方またはいずれか一方に加えられるブレーキ力の大きさは、パッキングカップ６２の入口に面する側を押し付けるように増加した圧力に正比例する。もちろん、最終的には、ブレーキを鉄道車両にかけるかどうか、また、どの程度にするかを決定するのは、ブレーキ管１ａ内の圧力レベルである。
【０００７】
鉄道産業で使用されているブレーキ制御システムの１つの形式として、ＷＡＢＣＯ製の２６−Ｌ形機関車空気ブレーキ制御システムがある。このブレーキ制御システムは、自動および独立ブレーキハンドルと呼ばれる２つのハンドルを有する。これらのハンドルを適当な位置に移動させることによって、機関車の運転者が、機関車および鉄道車両のブレーキをどのように作動させるかを制御することができる。これらのハンドルを使用して、運転者は、列車の他の重要な管内と共にブレーキ管内に発生する圧力の程度を制御することができる。
【０００８】
独立ブレーキハンドルを移動させることによって、運転者は機関車のブレーキをかけたり、解除するようにブレーキ制御システムを指示することができるだけである。反対に、自動ブレーキハンドルを移動させることによって、運転者は列車の機関車および鉄道車両の両方のブレーキをかけたり、解除するようにブレーキ制御システムを指示することができる。システムがブレーキ管１ａ内の圧力を減少させる程度、したがって、列車ブレーキが加えるブレーキ力の大きさは最終的に、自動ブレーキハンドルの位置に対応する。このブレーキハンドルは、一端部の（ブレーキ管圧力が最大で、ブレーキが完全に解除される）解除位置から、他端部の（ブレーキ管圧力がゼロで、全ブレーキがかかる）非常ブレーキ位置までの間を移動することができる。自動ブレーキハンドルの移動が、ブレーキ管１ａ内の圧力に、したがって、各鉄道車両の空気圧ブレーキ装置がどのように作動するかに影響を与える。
【０００９】
自動ブレーキハンドルを、たとえば、最小常用ブレーキ位置から全常用ブレーキ位置に向けて移動させることによって、ブレーキ管圧力が減少する。正確にどの程度に減少するかは、ブレーキハンドルを全常用ブレーキ位置に向けてどれだけ移動させたかによって決まる。ブレーキをかけるために加圧空気を貯蔵タンク４、５の一方または両方からブレーキシリンダ６に供給するように各鉄道車両のブレーキ制御弁７に指令を送るのは、この圧力減少である。ブレーキシリンダ６内で増加する圧力の量、したがって、車輪に加えるブレーキ力の大きさは一般的に、ブレーキ管１ａ内の圧力が減少した量に比例する。
【００１０】
特に貨物列車産業では、ブレーキをかけようとする力を決定する際に、鉄道車両が担持している荷重を補償することが望ましい。鉄道車両が荷重補償技術を用いている貨物列車では、一般的に重量の幅広い変化、たとえば、列車間の高レベルのバフ(buff)（圧縮）およびドラフト(draft)（引張り）力に関連した問題が大幅に軽減される。荷重補償技術を用いた各車両では、空気圧ブレーキ装置が積空ブレーキ装置を備えている。
【００１１】
ＷＡＢＣＯは、幾つかの形式の積空ブレーキ装置を製造している。そのような構造の１つの、図１に示されているＳＣ−１形式は、Ｐ−１荷重比例弁８とＳ−１荷重センサ弁９を用いており、これらを以下の説明でそれぞれＰ−１荷重弁およびＳ−１荷重センサと呼ぶ。この装置の目的は、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を減少させながら、積車の時に鉄道車両に強力なブレーキをかけることができるようにすることである。そのような装置がなければ、強力にブレーキをかける間、空車の車輪がレール上で滑って、損傷を受けやすい。積空装置を装備した鉄道車両を有する列車では、個々の車両が担持している荷重に従って列車全体に均一にブレーキがかかる。この装置は、隣接した鉄道車両間の連結力を減少させ、列車の全体的操作性を改善する。
【００１２】
各鉄道車両は一般的に、各端部に１つずつ、２つの台車（図示せず）を有する。各台車は、車輪と、車軸と、サスペンションばねと、側部フレームと、鉄道車両の車体を支持する構造を協力して形成する他の部品とを含む。サスペンションばねは、それがなければ車輪から車体に伝達されて車体およびそれが運搬している積み荷の両方またはいずれか一方に損傷を与えると思われる衝撃および振動を減衰する。ばねは、鉄道車両によって担持されている荷重の重量に比例した程度までたわむ、または圧縮される。
【００１３】
Ｓ−１荷重センサ９は、一般的に各台車の上方で車体の下側に取り付けられており、センサアーム９０を有する。荷重センサ９は、それのセンサアーム９０を使用して鉄道車両の車体と台車上の側部フレーム１００の上部との間の距離を測定することによって、鉄道車両が積車か、空車かを自動的に感知する。積車の時、鉄道車両の車体はサスペンションばねをさらに圧縮し、それによって車体と側部フレーム１００との間の距離が減少する。したがって、センサアーム９０が移動することができる距離は、積車である時の方が制限される。反対に、車両が空車である時、サスペンションばねはあまり圧縮されないため、車体と側部フレームとの間の距離が最大になる。その時、センサアーム９０が移動することができる距離が最大である。
【００１４】
図１は、鉄道車両が荷重を担持しているか否かに関係なく、ブレーキが完全に解除されている時に存在する状態の空気圧ブレーキ装置を示している。具体的には、ブレーキが完全に解除されているので、ブレーキ管１ａは通常作動圧力まで加圧されているはずである。枝管３を経てブレーキ管１ａに接続されているので、ブレーキ制御弁７は、ブレーキ管圧力のそのレベルに反応して、Ｐ−１荷重弁８のピストン８１の下側の室８０から管１０を経て空気を逃がしているであろう。室８０は第１パイプ網１１にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は、荷重センサ９のピストンアセンブリ９２に隣接した室９１からも空気を逃がしているであろう。室９１内の圧力が所定の切り換え値（一般的に８．９６×１０4〜１．０３×１０5Ｐａ（＝１３〜１５ｐｓｉ））より低くなった時はいつも、ばね９３がピストンアセンブリ９２をそれの排気位置に戻し、その位置ではスプール９４が図１に示された地点に移動する。この排気位置では、Ｓ−１荷重センサ９がピストン８１の上方のダイアフラム室８２を第２パイプ網１２（および等化容積１３）を経て排気ポート９９から大気に排気することができる。荷重センサはまた、それの室９１をパイプ網１１に接続された状態に保持する。協働してピストン８１のチェック弁を弁座８３から押し離すばね８４の力および残存ブレーキシリンダ圧力（ＢＣＰ）が、ピストン８１の上部のダイアフラム室８２から圧力が逃げることと組み合わされて、ブレーキ制御弁７がブレーキシリンダ６内の圧力をパイプ網１１、室８０および管１０を経て大気に逃がすことができるようにする。
【００１５】
ブレーキの作動中、ブレーキ管１ａ内の圧力が、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少するであろう。ブレーキ管圧力のこの低下にブレーキ制御弁７が応答して、加圧空気を適当なタンク４／５から管１０を経てピストン８１の下方の室８０に供給する。室８０に接続されているので、パイプ網１１がこの加圧空気をブレーキシリンダ６とピストンアセンブリ９２に隣接した室９１との両方に送る。ばね９３の定数は、室９１内のＢＣＰが切り換え値を超えるまで、ピストンアセンブリ９２を排気位置に保持するように選択されている。したがって、低レベルのブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６に送られるであろう。室９１内のＢＣＰが切り換え値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９の内部ポートに影響を与えることができる。
【００１６】
図３は、積車である鉄道車両にブレーキをかける間にＳ−１荷重センサ９がどのように反応するかを示している。もちろん、各台車のサスペンションばねは、鉄道車両が担持している荷重によって定められる程度まで圧縮されているであろう。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレームとの間の距離が減少しているであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給されたＢＣＰが切り換え値を超えると、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、その最右側端部がセンサアーム９０を強制的に移動させる。鉄道車両が荷重を担持しているので、センサアームは最終的に側部フレーム１００の上部と接触する。側部フレームがセンサアーム９０のそれ以上の移動を阻止するため、ピストンアセンブリ９２が、パイプ網１１および１２を相互接続させる地点までスプール９４を移動させることが防止される。パイプ網が互いに遮断されている限り、ブレーキ制御弁７はＰ−１荷重弁８から遮断されている。ブレーキ制御弁からの空気が、管１０、室８０およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６に流れることができるだけである。その時、それによって生じて車輪に加えられるブレーキ力は、ブレーキ管１ａ内の圧力が減少した量に正比例し、Ｐ−１荷重弁８によって減少しないであろう。
【００１７】
図４は、空車である鉄道車両でブレーキをかける間にＳ−１荷重センサ９がどのように反応するかを示している。荷重がまったくないので、各台車のサスペンションばねは、空車両の車体の重量によって決定される程度まで圧縮されるだけであろう。このため、センサアーム９０は、最大限に移動することができ、Ｓ−１荷重センサ９の内部構造によって制限されるだけである。（一般的に荷重センサは、鉄道車両のばねがその全移動範囲の２０％を超えて圧縮されない場合、その鉄道車両を空車と見なすように構成されている。）したがって、ブレーキ制御弁７によって室９１に供給されたＢＣＰが切り換え値を超えると、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、その最右側端部がセンサアーム９０を強制的に押し付ける。鉄道車両はまったく荷重を担持しておらず、したがってセンサアーム９０は側部フレーム１００と接触しないで自由に下方に移動することができるので、室９１内の圧力の上昇によって、ピストンアセンブリ９２が十分に右方向に移動し、スプール９４を図４に示された地点まで移動させることができる。この位置では、スプール９４が通路９７および９８を整合させ、そうすることでパイプ網１１および１２を接続する。このため、加圧空気がブレーキ制御弁７からパイプ網１１および１２（および等化タンク１３）を通ってＰ−１荷重弁８のダイアフラム室８２に流入する。
【００１８】
Ｐ−１荷重弁８の内部構造が、ブレーキ制御弁７によって管１０内に存在する圧力の何分の一がブレーキシリンダ６内に生じるかを決定する。貨物列車産業では、この割合が一般的に５０〜６０％または他の所定割合に固定されている。この割合は、ばね８４およびピストン８１によって、特にそれの下側の有効面積とダイアフラムの上側の有効面積との関係によって定められる。（ピストンの側部の有効面積にそれに作用する圧力を掛けることによって、ピストンのその側に作用する力が得られる。）空車であるので、ブレーキ制御弁７からの加圧空気が、管１０を経てピストン８１の下側だけでなく、パイプ網１１および１２を経てピストン８１の上側（すなわち、ダイアフラム室８２内）へも流れる。ダイアフラム室８２内の圧力が管１０の圧力の所定割合に達した時はいつも、ピストン８１の上側に作用する力が、ばね８４によってピストン８１の下側に作用する力と管１０によって伝達される圧力との合計に打ち勝つことができる大きさである。簡単に言うと、ＢＣＰがブレーキ制御弁７によって管１０に与えられた圧力の所定割合に達した時はいつも、ピストン８１のチェック弁が弁座８３に当接して閉成し、それによってブレーキ制御弁７からブレーキシリンダ６に流れる空気の流れが遮断される。積空ブレーキ装置を装備した鉄道車両では、空車である時にその鉄道車両にブレーキをかける力は、積車であった場合にその車両にブレーキをかける力の所定割合（たとえば、５０〜６０％）であろう。空車時に鉄道車両にブレーキによって出力される力と、積車時に鉄道車両にブレーキによって出力される力との間の関係が、積空力比と呼ばれる。
【００１９】
このため、Ｓ−１荷重センサ９は、Ｐ−１荷重弁８への空気の流れを調整する働きをする。積車では、Ｐ−１荷重弁８のダイアフラム室８２にまったく空気が送られない。しかし、空車では、パイプ網１１を経て室９１に供給されるＢＣＰが切り換え値より高い限り、ブレーキ制御弁７からの空気がダイアフラム室８２に送られる。ブレーキの作動中で、鉄道車両が空車の時、積空ブレーキ装置内の圧力とブレーキ制御弁７およびそのタンク４／５内の圧力との間に満足できる関係を維持するために、等化容積１３が使用される。しかし、空車の場合にブレーキシリンダ６に送られる空気の流れを実際に制御するのは、Ｐ−１荷重弁８である。具体的に言うと、切り換え値より高いすべてのＢＣＰにおいて（すなわち、最小作動より強いすべてのブレーキ作動において）、鉄道車両が空車の時にＰ−１荷重弁８がブレーキシリンダ６内に生じることができる圧力は一般的に、鉄道車両が積車である時にブレーキシリンダ６内に生じる圧力の５０〜６０％である。
【００２０】
別の形式の積空ブレーキ装置である、単一装置内でＳ−１荷重センサ９およびＰ−１荷重弁８の機能を実施するＥＬＸ形式が、米国特許第５，００５，９１５号および第５，１００，２０７号に記載されている。これらの特許は、以下に開示されている本発明の譲受人に譲渡されており、それらの教示は参照として本明細書に援用される。
【００２１】
荷重弁および等化容積は、上記積空装置に相当な重量を追加する。それらはまた、場所を取り、特にＳＣ−１形式の場合、装置の設置を複雑にするであろう。この従来型積空装置は、空車の場合に積車の場合の何分の一かの力でブレーキをかけることができるようにするが、ＢＣＰの増加に伴って積空力比を減少させることができない。ＢＣＰがどれだけ切り換え値より高くなっても、その割合および比は一般的に固定的である。
【００２２】
発明の目的
したがって、本発明の目的は、ＢＣＰが切り換え値を超えて増加する時、積空力比を減少させる荷重補償システムを提供することである。
【００２３】
別の目的は、荷重弁または等化容積を必要とせず、したがって、従来の積空装置より単純で、軽量化および小型化された荷重補償システムを提供することである。
【００２４】
上記目的および利点に加えて、本明細書の詳細な説明部分を読めば、当該技術の専門家には本発明の様々な他の目的および利点がさらに容易に明らかになるであろう。詳細な説明を添付の図面および請求項と合わせて考えれば、他の目的および利点が特に明らかになるであろう。
【００２５】
発明の概要
以下に要約する発明の様々な実施形態によって、上記利点および目的が達成される。
【００２６】
好適な第１の実施形態では、本発明は、鉄道車両の少なくとも１つの台車にブレーキをかけようとする力を決定する際に、その台車に担持されている重量を補償するシステムを提供している。各台車は一般的に、第１パイプ網を介して相互接続されたブレーキ制御弁および荷重センサを備えている。ブレーキ制御弁によって第１パイプ網内に発生した前圧力が所定量より大きいと共に、鉄道車両が空である時、荷重センサは第２パイプ網を第１パイプ網に相互接続する。鉄道車両が積空のいずれの状態であっても、前圧力が所定量より低い時、荷重センサはパイプ網を互いに切り離して、第２パイプ網を大気に接続する。システムは、ブレーキシリンダと弁アセンブリとを含む。ブレーキシリンダは、解除位置に常時付勢されたロッドアセンブリを有する。ロッドアセンブリは、ブレーキに連結するための突出端部と、ピストンとして形成されたヘッド端部とを有する。ブレーキシリンダは、ブレーキ制御弁から流体を受け取る入口ポートを有して、第１パイプ網を経て前圧力を増加させてピストンの前側を押し付けることができる。そのような圧力の増加が、ロッドアセンブリを解除位置からブレーキ作動位置に移動させる。ブレーキシリンダの内部に、ピストンの後側に隣接した位置でロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールが設けられている。弁アセンブリは、（ｉ）大気に接続された出口ポート、（ｉｉ）第１パイプ網に接続された解除通路、（ｉｉｉ）補償室に接続された後通路網、および（ｉｖ）第２パイプ網を通して荷重センサに接続された前通路網を備えている。弁アセンブリは、変位弁、解除弁および差動弁を備えている。変位弁は、出口ポートが後通路網と連通し、それによって補償室を大気に接続する常時開放位置を有する。閉成位置では、それは後通路網を出口ポートから遮断し、それによって補償室を大気から切り離す。前圧力が所定値を超えると共に、荷重センサが鉄道車両の空状態を感知した時、変位弁が閉成位置をとる。解除弁は、後通路網が解除通路から遮断される常時閉成位置を有する。解除通路内の前圧力が補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、解除弁は開放位置をとる。これによって、変位弁が開くまで、第１パイプ網およびブレーキ制御弁を経た前圧力と共に、背圧を解除弁および解除通路を通して大気に逃がすことができる。差動弁は、前通路網が後通路網から遮断される常時閉成位置を有する。前圧力が背圧より高い切り換え量を超えた時、差動弁は開放位置をとる。それが開いた時、流体がブレーキ制御弁から荷重センサを経て第１および第２パイプ網を通り、さらに前および後通路網を通って補償室に流れる。前圧力が増加すると、背圧も増加する。しかし、背圧は、差動弁によって定められるように、前圧力より切り換え量だけ低いままである。背圧が増加してピストンの後側を押し付けると、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力が発生する。これによって、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前圧力が増加すると、その割合が小さくなる。
【００２７】
好適な第２の実施形態では、本システムは、ブレーキシリンダと、荷重センサと、弁アセンブリとを含む。ブレーキシリンダは、第１の実施形態で要約したものと同一である。荷重センサは、第１パイプ網を経てブレーキ制御弁および入口ポートに相互接続されている。それはまた、第２パイプ網に接続されている。鉄道車両が積車であることを感知した時、または、鉄道車両が空車である時で前圧力が所定量より低い時、荷重センサは、パイプ網が互いに切り離されると共に、第２パイプ網が大気に相互接続される排気位置をとる。前圧力が前記所定値より高く、鉄道車両が空車であることが感知された時、荷重センサは第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動する。荷重センサは、移動位置に移動するために必要な所定量の圧力が、ブレーキをかけ始める点までロッドアセンブリを移動させるために必要な前圧力を超えるように構成されている。弁アセンブリは、上部が補償室と連通し、底部が第２パイプ網を通して荷重センサと連通した解除弁および差動弁を有する。解除弁は、補償室が第２パイプ網から遮断される常時閉成位置を有する。第２パイプ網内の圧力が補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、解除弁は開放位置をとり、それによって、補償室が第２パイプ網を経て排気される。差動弁は、第２パイプ網が補償室から遮断される常時閉成位置を有する。荷重センサによって第２パイプ網に伝達された前圧力が背圧より高い切り換え量を超えた時、差動弁は開放位置をとり、それによって、流体がブレーキ制御弁から荷重センサを経て第１および第２パイプ網を通って補償室に流入することができる。前圧力が増加すると、背圧も増加する。しかし、背圧は、差動弁によって定められるように、前圧力より切り換え量だけ低いままである。背圧が増加してピストンの後側を押し付けると、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力が発生する。これによって、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前圧力が増加すると、その割合が小さくなる。
【００２８】
好適な第３実施形態では、本システムは、ブレーキシリンダと、荷重センサとを含む。ブレーキシリンダおよび荷重センサは、先行する実施形態で要約したものと同一である。ブレーキシリンダの補償室は、第２パイプ網と連通している。荷重センサは、第１パイプ網を経てブレーキ制御弁および前記入口ポートに相互接続されている。それはまた、第２パイプ網を経て補償室に相互接続されている。鉄道車両が積車であることを感知した時、または、鉄道車両が空車である時で前圧力が所定量より低い時、荷重センサは、第１パイプ網が第２パイプ網から切り離されると共に、第２パイプ網が大気に相互接続されることによって補償室が通気される排気位置をとる。前圧力が所定量より高く、鉄道車両が空車であることが感知された時、荷重センサが、第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動することによって、前圧力と等しい背圧が補償室内に発生する。これは、ピストンの前側に作用する前圧力によって生じる力を部分的に相殺する、ピストンの後側を押し付ける対抗力を発生する。これによって、前圧力が所定量を超える時はいつも、鉄道車両が空車である時にブレーキをかける力を、鉄道車両が積車である時にブレーキをかける力の何分の一かにすることができる。
【００２９】
発明の詳細な説明
本発明を詳細に説明する前に、本明細書の各図面において同一機能を有する同一部材が、可能な限り、同一の参照番号で表されていることに読者は注意されたい。これは、わかりやすくすると共に、本発明の理解を助けるためである。本発明は、改良型積空装置である。
【００３０】
図５〜図７は、本発明の３つの異なった実施形態を示している。各実施形態において、本発明は、荷重センサおよびブレーキ制御弁、たとえば上記のブレーキ制御弁７およびＳ−１荷重センサ９と共に作動するように構成されている。本発明は、多重台車一貫輸送鉄道車両(multi-platform intermodal railcars)で、各台車に１つの荷重センサを用いている場合のように、１台車単位で作動するように構成されているように記載されている。しかしながら、従来の２台車鉄道車両で、両台車にブレーキをかけるために単一の荷重センサを使用している場合のように、本発明を１鉄道車両単位で実施してもよい。
【００３１】
図５は、本発明の第１実施形態の本質的詳細を示している。本実施形態では、本発明は、改良型ブレーキシリンダ６ａと弁アセンブリ２０とを含む。ブレーキシリンダ６ａは、鉄道車両産業で現在使用されている多くのブレーキシリンダのいずれか１つの変更形として示すことができる。改良型ブレーキシリンダ６ａの基となるブレーキシリンダの１形式は、ワブコ（ＷＡＢＣＯ）製のＡＢＵ形ブレーキシリンダである。変更として、ブレーキシリンダの内部にシール７３が使用されている。シール７３は、Ｏリング、カップまたは他のいずれの形式の摺動可能なシールの形をとることができ、シリンダ内部またはピストンヘッド６１、またはその両方によって支持することができる。シール７３は、ピストンヘッド６１の後側付近においてロッドアセンブリ６０に同心状に配置されて、以下の説明で補償室７４と呼ぶ気密室を形成している。本発明より以前では、ここで補償室７４と呼ぶ空間は一般的に、大気に開放されたままであった。
【００３２】
弁アセンブリ２０は、２つの通路網を形成している。後通路網７５は、ブレーキシリンダ６ａ内の補償室７４と連通している。前通路網７６は、パイプ網１２を経て荷重センサと連通している。弁アセンブリ２０はまた、大気に開放した出口通路７７と、パイプ網１１を経てブレーキ制御弁７および荷重センサ９に接続された解除通路７８とを有する。
【００３３】
弁アセンブリ２０は、３つのチェック弁、すなわち、変位弁３０、差動弁４０および解除弁５０を特徴としている。これらのチェック弁の各々は、図５にも示されているように、それぞれの専用の弁ハウジング内に収納されている。変位弁３０は、２部材形弁ハウジング３９であるが、チェック弁４０および５０は、それぞれ１部材形弁ハウジング４９および５９を有する。解除弁５０は、変位および差動弁３０および４０に対して上下逆の向きになっている。弁の向きに関連して言うと、各弁の底部が直接的に後通路網７５と、さらにそれを経て改良型ブレーキシリンダ６ａ内の補償室７４と連通している。
【００３４】
変位弁３０用の弁ハウジング３９は、２つの部分３９Ａおよび３９Ｂからなる。下側部分３９Ａは、弁部材３１と主ばね３２とを収容している。上側部分３９Ｂは、ばね付勢ピストンアセンブリを収容している。弁部材３１のすぐ上方において、弁ハウジング３９が出口通路７７と連通している。主ばね３２は、ハウジング３９の底部の下側ばね受け３２ａと弁部材３１の下側の上側ばね受け３２ｂとの間に圧縮されて、弁部材３１を上向きに付勢して、ハウジング３９内で出口通路７７の下方に形成された弁座３３に押し付けている。ハウジング３９の上側部分３９Ｂ内のピストンアセンブリは、ピストン３４とカウンタばね３５とを含む。ピストン３４は、ディスク部分３４ｂと突出部分３４ａとを特徴としており、突出部分３４ａは、好ましくは異なった直径の上下部分を有する。ディスク部分３４ｂおよび突出部分３４ａの上部分は、好ましくはハウジング３９の内孔に密接状にはまることができるそれぞれの直径を有する。さらに、好ましくはディスク部分３４ｂの外周に、シールリング３６ｂを収容するための溝が設けられている。突出部分３４ａの上部分も同様に、好ましくは第２シールリング３６ａを固定するための溝を備えている。シールリングは、気密バリヤを提供しながら、ピストン３４を内孔の内部で移動させることができるようになっている。突出部分３４ａの下部分は、それが位置する内孔よりも小径であり、それが作動する領域は出口通路７７に近接した位置にある。図５はまた、突出部分３４ａが、その下先端部が弁部材３１の上側と接触するように配置されていることを示している。
【００３５】
ピストン３４はまた、等化チャネル３８を有する。このチャネルは、突出部分３４ａの下部分からディスク部分３４ｂの上部まで延在している。それは、空気が出口通路７７と弁ハウジング３９の上側部分３９Ｂとの間を流れることができるようにしている。等化チャネル３８は、それがなければピストン３４の両端部に発生する圧力差によって変位弁３０の作動が妨害されることがないようにしている。
【００３６】
ハウジング３９はまた、上側部分３９Ｂ内にピストンストッパ３７を収容している。このピストンストッパ３７は、直接的に前通路網７６と、またそれを通して間接的にパイプ網１２を経て荷重センサ９と連通している。カウンタばね３５は、ハウジング３９の上部とピストン３４の上側との間に圧縮状態に配置されている。それの定数は、それが主ばね３２によって弁部材３１に加えられる対向力に逆らってピストン３４を常時下方に保持するように選択されている。このため、ピストン３４は、そのディスク部分３４ｂが常時ピストンストッパ３７に押し付けられ、突出部分３４ａの下先端部が弁部材３１を弁座３３から離脱した位置に保持している。この開放位置に常時付勢されているため、変位弁３０は、空気が補償室７４から後通路網７５および下側ハウジング３９Ａを通って弁部材３１を通過して出口通路７７から逃げることができるようにする。詳細に後述するように、ディスク部分３４ｂの下側の圧力が所定値を越えた時だけ、その圧力と主ばね３２とによって加えられる結合力が、カウンタばね３５に打ち勝って弁部材３１を弁座３３上に閉じることができる大きさになる。この閉成位置をとるように強いられた時、変位弁３０は補償室７４内の空気が出口通路７７を経て大気に逃げることを防止する。
【００３７】
差動弁４０は、弁ハウジング４９内の弁部材４１および付勢ばね４２を特徴としている。ばね４２は、ハウジング４９の底部の下側ばね受け４２ａと弁部材４１の下側の上側ばね受け４２ｂとの間に圧縮状態に配置されている。弁４０の底部は、後通路網７５を通って補償室７４と連通している。差動弁４０の上部は、前通路網７６およびパイプ網１２を経て荷重センサ９と連通している。ばね４２は、弁部材４１をハウジング４９内に形成された弁座４３に押し付ける閉成位置に付勢している。後述するように、ばね４２の定数は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａがブレーキにどの程度の力を出力するかを決定する際に重要な役割を果たす。
【００３８】
解除弁５０は、弁ハウジング５９内の弁部材５１および付勢ばね５２を特徴としている。ばね５２は、ハウジング５９の上部の上側ばね受け５２ａと弁部材５１の上側の下側ばね受け５２ｂとの間に圧縮状態に配置されている。弁５０の底部は、後通路網７５を通って補償室７４と連通している。解除弁５０の上部は、解除通路７８およびパイプ網１１を経てブレーキ制御弁７および荷重センサ９と連通している。ばね５２は、弁部材５１を弁ハウジング５９内に形成された弁座５３に押し付ける閉成位置に下向きに付勢している。ばね５２の定数は、好ましくは非常に小さい。
【００３９】
閉成位置に常時付勢されているので、解除弁５０は、ブレーキシリンダ６ａの前側に作用するＢＣＰまたは前圧力がそれの後側に作用する（すなわち、補償室７４内の）ものより最小量だけ低い時だけ開放する。解除弁の目的を達成するために(given the purpose of the release valve)最小量に選択される正確な値は比較的低いであろう。さらに具体的に言うと、弁部材５１の下側に作用する圧力が、ＢＣＰおよびばね５２によって弁部材５１の上側に加えられる結合力に打ち勝つ大きさになった時だけ、解除弁５０が開く。これは、ブレーキ制御弁７がブレーキ解除コマンドに反応してブレーキシリンダ６ａの前側の圧力を入口ポート７１およびパイプ網１１を経て大気に逃がす時に発生する。解除弁５０が開いている限り、補償室７４の圧力は、ブレーキシリンダ６ａの前側の圧力と共に大気に逃がされる。
【００４０】
Ｉ． 本発明の第１の実施形態の作動
図５は、本発明の第１の実施形態がブレーキ制御弁７および荷重センサ９と共にどのように作動するかを示している。本発明は、ブレーキをかける力を決定する際に、台車が担持している荷重を考慮に入れることができる。しかし、さらに重要なこととして、後述するように、ＢＣＰが上昇して切り換え値を越えた時、それはブレーキシリンダ６ａの積空力比を減少させることができる。
【００４１】
Ａ．ブレーキの解除中の作動
既知の実際に従って、列車運転者が自動ブレーキハンドルを解除位置に移動させた時、ブレーキ管はそれの通常作動圧力まで加圧される。図５に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側から入口ポート７１およびパイプ網１１を経て逃がす。パイプ網１１は荷重センサ９および解除通路７８にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は空気を荷重センサ９の室９１および解除弁５０の上部からも空気を逃がす。前述したように、室９１内の圧力が所定値より低くなった時はいつも、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左側へ移動させ、スプール９４を排気位置へ移動させる。その排気位置では、荷重センサ９は変位弁３０のディスク部分３４ｂの下側および差動弁４０の上側の両方をパイプ網１２および排出ポート９９を経て大気に排気できるようにする。
【００４２】
ブレーキを解除中の空車である、すなわち、予め補償室７４内で圧力が増加していると仮定する。ブレーキ制御弁７が空気をパイプ網１１から排出した時、解除弁５０が、ＢＣＰの低下に反応する弁アセンブリ２０内の最初の弁である。具体的に言うと、解除弁５０の前後にわずかな圧力差が速やかに発生する。この圧力差がばね５２によって弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、解除弁５０が開く。すると、補償室７４内の圧力を受けた空気が解除弁５０および解除通路７８を通り、ブレーキシリンダ６ａの前側からの空気と共に、パイプ網１１を通ってブレーキ制御弁７を経て大気に排出される。荷重センサ９が排気位置にある時、同時に弁部材４１の上側およびディスク部分３４ｂの下側からも圧力が除去される。主にばね４２によって、またそれと較べて度合いが低いが補償室７４内に存在する圧力によって弁部材４１の下側に加えられる力が、ブレーキの解除中に差動弁４０を閉成位置に保持する。
【００４３】
しかし、ディスク部分３４ｂの下側の圧力が所定値以下まで低下した時、結果的に変位弁３０が開く。具体的に言うと、圧力がこの閾値レベルより低下した時、カウンタばね３５によってピストン３４に加えられる力が、主ばね３２および補償室７４内に存在する圧力によって弁部材３１に加えられる対抗力に打ち勝つ。ピストン３４が下方移動し、ディスク部分３４ｂがストッパ３７で停止し、突出部分３４ａの下先端部が弁部材３１を弁座３３から押し離す。したがって、（前通路網７６内の）ＢＣＰが閾値より低下した時はいつも、変位弁３０によって空気が補償室７４から後通路網７５および下側ハウジング３９Ａを通って弁部材３１を通過し、出口通路７７から大気に逃げることができる。この時に補償室７４内の圧力が急速に低下するため、弁部材５１の下側に作用している力が急速に低下して、解除弁５０を開放状態に維持するために必要な力を下回る。この時、弁部材５１の上側が優勢になるように弁５０の前後の圧力差が切り換わって、解除弁５０が閉じる。しかし、補償室は７４は、変位弁３０を経て大気に開放したままである。
【００４４】
改良型ブレーキシリンダ６ａは、パイプ網１１の減圧排気に反応して、それのピストンおよびロッドアセンブリ６０をハウジング７０内へ内向きに後退させる。さらに具体的に言うと、ピストンヘッド６１の前側の圧力が低下すると、（補償室７４内に存在する圧力によって最小限の補助を受けて）戻しばね６５が伸張して、ピストンヘッド６１の後側を押し付ける。そのため、ロッドアセンブリ６０が解除位置に後退し、図５に示されているように、ピストンヘッド６１上のパッキングカップ６２がハウジング７０の入口ポート７１に隣接した位置をとる。ロッドアセンブリの突出端部６９は、台車のブレーキリギングにいわば物理的に(what is physically)取り付けられている。したがって、ロッドアセンブリ６０の後退がブレーキを解除する。
【００４５】
Ｂ．ブレーキ作動中の作動
ブレーキの作動中、ブレーキ管内の圧力は、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少する。図５に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気を適当なタンク４／５から入口ポート７１およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給する。パイプ網１１は解除通路７８および荷重センサ９にも接続されているので、ブレーキ制御弁７は空気を解除弁５０の上部および荷重センサ９のピストンアセンブリ９２に隣接した室９１にも供給する。初めてブレーキをかけようとする時、初めは補償室７４内にほとんど、またはまったく圧力が存在しない。したがって、付勢ばね５２の力が、パイプ網１１内のＢＣＰの上昇による力と結合して、弁部材５１を弁座５３上に保持し、それによって解除弁５０を閉成位置に保持する。
【００４６】
荷重センサ９に関連して前述したように、ばね９３の定数は、室９１内のＢＣＰが所定値を超えるまで、ピストンアセンブリ９２を排気位置に保持するように選択されている。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａに送られるであろう。室９１内の圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９の内部ポートに影響を与えることができる。図５に示されているように用いられているので、荷重センサ９は、後述するように、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを弁アセンブリ２０に接続し、鉄道車両が荷重を担持している時にそれを切り離す。
【００４７】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、各台車のサスペンションばねが、鉄道車両の車体重量およびそれが担持している荷重によって定められる程度まで圧縮される。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が、空車の場合より短くなるであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、それの最右側端部がセンサアーム９０を強制的に移動させる。このブレーキ作動中、鉄道車両が積車であるので、センサアーム９０はすぐに側部フレーム１００の上部と接触する。側部フレーム１００がセンサアーム９０をそれ以上移動させないようにするため、ピストンアセンブリ９２がスプール９４を、パイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることが防止される（図３を参照）。荷重センサ９がパイプ網１１および１２を互いに切り離された状態に保持する限り、ブレーキ制御弁７は前通路網７６から遮断されている。したがって、変位弁３０は開放したままであり、差動弁４０は閉成されている。これによって、補償室７４が大気に開いたままとなり、ブレーキシリンダ６ａのピストンヘッド６１の後側での圧力の上昇が防止される。
【００４８】
所定大きさを超えるブレーキ作動の場合でも、積車のブレーキ制御弁７は、空気をパイプ網１１を経て解除通路７８およびブレーキシリンダ６ａの前側に供給することができるだけである。解除通路７８内で増加した圧力が、ばね５２によって弁部材５１の上側に加えられる力を補助することによって、解除弁５０が閉成状態に保持される。一方、入口ポート７１に流入する空気が速やかにピストンヘッド６１の前側に、それの後側に戻しばね６５によって加えられる対抗力を超える力を発生する。図５の斜視図で見て、この力がピストンヘッド６１を左方向に移動させ、それによって戻しばね６５がさらに圧縮されて、ロッドアセンブリ６０の突出端部６９を押し付けることによって、ブレーキシリンダ６ａの開口７２から外側に突出させる。ロッドアセンブリ６０の伸張によって、ブレーキリギングがブレーキをかける。本発明および荷重センサ９がピストンヘッド６１の後側での圧力の増加を防止するため、ブレーキが作用する大きさは、ピストンヘッド６１の前側を押し付ける圧力増加に正比例する。
【００４９】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、各台車のサスペンションばねが、鉄道車両の車体重量によって定められる程度まで圧縮されるだけである。したがって、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が最大になるであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時、ピストンアセンブリ９２がばね９３の対抗力に逆らって右側へ押される。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、センサアーム９０は最大限に下方へ押され、台車の側部フレーム１００と接触しない。これによって生じる室９１内の圧力の増加が、ピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４をパイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることができる（図４を参照）。したがって、パイプ網１１を介して解除通路７８および入口ポート７１に供給するのに加えて、ブレーキ制御弁７は荷重センサ９によって、空気を前通路網７６およびパイプ網１１および１２を経てチェック弁３０および４０に供給することができる。
【００５０】
鉄道車両が空車の時、弁アセンブリ２０は以下のようにしてブレーキ作動に反応する。解除通路７８内の圧力上昇がばね５２によって加えられる力を補助して弁部材５１を弁座５３上に着座した状態に保持するため、解除弁５０は閉成状態にある。前通路網７６内の圧力が所定値を超えるまで、変位弁３０は開放したままである。前通路網７６内の圧力が切り換えレベルを超えるまで、差動弁４０は閉成したままである。したがって、ブレーキ制御弁７からの空気は、すべての空気が補償室７４に収容されるまで、入口ポート７１を介してピストンヘッド６１の前側に作用する。ＢＣＰが所定レベルに上昇するまで開放していることによって、変位弁３０は補償室７４を大気に通気させた状態に保持し、それによってピストンおよびロッドアセンブリ６０を解除位置からブレーキ作動位置へ容易に移動させることができる。もちろん、ロッドアセンブリ６０の移動によって補償室７４の体積が実際に減少し、それに収容されている大気圧が変位弁３０および出口通路７７を経て大気に逃げるので、追い出される。所定レベルは、好ましくは最小が４．８３×１０4Ｐａ（＝７ｐｓｉ）、最大が２．４１×１０5Ｐａ（＝３５ｐｓｉ）に設定されており、正確な値は差動弁４０によって定められる切り換え圧力より低い。このため、変位弁３０は、補償室７４がロッドアセンブリ６０のブレーキ作動位置への初期移動を妨害する閉成室として、すなわち、気密室として作用することを防止する。
【００５１】
前通路網７６内のＢＣＰが所定値を超えると直ちに、変位弁３０が閉じる。具体的に言うと、その圧力によってディスク部分３４ｂの下側に生じる力が、弁部材３１の下側に主ばね３２によって加えられる力と結合したとき、カウンタばね３５に打ち勝つ大きさになって、弁部材３１を弁座３３上に閉成する。閉成された時、変位弁３０は補償室７４内に存在する空気が出口通路７７から大気に逃げることを防止する。前通路網７６内のＢＣＰが切り換えレベルを超えて上昇するまで、補償室７４はまた、ブレーキ制御弁７からの空気の流入を遮ったままである。
【００５２】
前通路網７６内の圧力が切り換えレベルを超えた時、初めに差動弁４０が開く。具体的に言うと、切り換えレベルを超えた圧力が、ばね４２の対抗力に逆らって弁部材４１を弁座４３から強制的に離脱させる。開放した時、差動弁４０は空気をブレーキ制御弁７から前通路網７６およびパイプ網１１および１２を経て補償室７４に流入させる。それはまた、弁部材４１の前後にほぼ一定の圧力差を維持する。この流入空気のため、「背圧」が補償室７４内に発生し、ピストンヘッド６１の後側に強力に作用する。
【００５３】
このため、空車において、ＢＣＰが切り換え量より大きいことをブレーキコマンドが要求した時、本発明は、ブレーキ制御弁７が空気をピストンヘッド６１の前後側の両方に供給することができるようにする。入口ポート７１に流入する空気は、ピストンヘッドの後側に（戻しばね６５および背圧によって）加えられる対抗力を超える力をピストンヘッドの前側に発生する。これらの状態では、ピストンヘッド６１の前側に作用する圧力は、大きい有効面積に作用するため、固定差だけ背圧より常に高い。このため、正味、すなわち、「有効」力は、ブレーキシリンダ６ａによってブレーキリギングに出力され、前圧力および背圧(front and back pressures)の両方が増加するのに伴って、この力が増加する。有効力は、「有効ＢＣＰ」と呼ぶことができるもの、すなわち、背圧がない状態で同じ大きさの力を発生するためにピストンヘッド６１の前側に加えるために必要なものに等しい圧力から発生する。
【００５４】
ブレーキが解除されるまで、背圧は常に、ピストンヘッド６１の前側に作用するブレーキシリンダ（すなわち、前）圧力から切り換え量を差し引いたものである。たとえば、差が２．０７×１０5Ｐａ（＝３０ｐｓｉ）に設定されている場合、室７４内の圧力は常に、ピストンヘッド６１の前側に作用する圧力より２．０７×１０5Ｐａ（＝３０ｐｓｉ）だけ少ない。この差、すなわち切り換え圧力は、主にばね４２の定数によると共に弁部材４１によって、特にそれの質量および上部および下側の有効面積によって決定される。
【００５５】
補償室７４内の背圧は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａによって出力される全力を減少させる働きをする。ＢＣＰが切り換え値を超えて上昇する時、ブレーキシリンダ６ａがブレーキに出力する有効力は、積車の時に出力される力と比べて増加量だけ減少する。もちろん、これらの状態での有効ブレーキ力出力は、多くの要素によって決まる。要素として、（ａ）ピストンヘッド６１の前後側の有効面積、（ｂ）これらの表面に作用する前圧力および背圧の大きさ、および（ｃ）戻しばね６５の定数がある。
【００５６】
さらに、鉄道車両が積車である時にブレーキシリンダ６ａが出力する力に対する、鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダ６２ａが出力する有効力の比も、上記要素によって決まる。また、差動弁４０の特性（たとえば、ばね４２の定数や、弁部材４１の質量および表面積）も重要である。
【００５７】
このため、積空出力の比は、有効ＢＣＰに関連している。常用または非常ブレーキ作動中に積車状態の鉄道車両に加えられるＢＣＰが高いほど、空車時にブレーキシリンダ６ａによって出力される力の減速率が大きくなるであろう。
【００５８】
様々な構造の幾つかのブレーキシリンダ６ａについて、積空力比を実験的に算出した。各ブレーキシリンダについて、これらの比およびそれに対応した関連構造要素が以下の表に列記されている。各表は、変位弁３０が約８．２７×１０4Ｐａ（＝約１２ｐｓｉ）未満で開放する、すなわち、前通路網７６内の前圧力が約８．２７×１０4Ｐａ（＝約１２ｐｓｉ）未満に低下した時、補償室７４内の背圧が大気に逃げるものと仮定している。
【００５９】
各表に使用されている欄の見出しについて説明すると、ＢＡＣＫ ＤＩＡＭＥＴＥＲ はピストンヘッドの後側に接したシール７３の寸法を表し、Ｃ．Ｖ． ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ はチェック弁４０の前後の差を表し、Ｂ．ＶＯＬ はブレーキ作動時の（applied）補償室の体積を表し、ＲＥＤＵＣＴＩＯＮは鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダによって出力される力に得られる減少を表し、ＳＴＤ ＢＣＰ は積車の場合にある減少から算出されるＢＣＰ を表し、ＥＭＰＴＹ Ｂ は空車の場合の前圧力を表し、ＢＡＣＫ ＢＣ は背圧を表し、Ｆ−ＬＯＡＤＥＤ は鉄道車両が積車である時にある減少に対してブレーキシリンダよって出力される力を表し、Ｆ−ＥＭＰＴＹ は鉄道車両が空車である時にブレーキシリンダよって出力される力を表し、Ｅ−Ｌ ＦＯＲＣＥ ＲＡＴＩＯは積空出力の比を表す。
【００６０】
【表１】
従来装置および本発明の両方とも、空車時のブレーキを、積車時に鉄道車両にブレーキをかける力の何分の一かの力でかけることができる。そうする際に、従来装置は、ブレーキシリンダピストンの前側を押し付ける圧力を低下させるために、荷重センサおよび比例弁だけを使用する。その構造では、所定量を上回るすべてのＢＣＰにおいて、ブレーキシリンダ６によって出力される力が空車ではほぼ固定比（たとえば、５０〜６０％）だけで減少する。しかし、本発明は、ブレーキシリンダピストンの後側に圧力を加えるために、弁アセンブリ２０および補償室７４を用いている。それはまた、空車時にブレーキを、積車である場合にその鉄道車両にブレーキをかける力より低い力でかけることができるようにする。しかし、どの程度低いかは、ＢＣＰが切り換え値をどの程度上回るかによって決まる。表から、積空力比がＢＣＰの大きさによって変化することがわかる。しかし、切り換え値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダ６ａによって出力される力は減少しないであろう。
【００６２】
これには、好都合な場合には従来システムより比較的高いブレーキ力を空車に加えることができ、同時に、車輪の滑りを防止することが最も必要である時、ブレーキ力をさらに減少させることができるという利点がある。同一列車内で空車および積車が作動している時、特に下り勾配では、ブレーキ作動中に空車が比較的高い減速力を発生できるようにすることに役立つ。これによって、列車全体を減速させる際に発生する熱の消散を、空車の車輪が積車の車輪とより等しく分担することができる。したがって、比較的低レベルのブレーキ作動中で車輪の滑りが大して危険ではない場合、通常のブレーキ力の高率を空車に加えることができることが好都合である。しかし、高レベルのブレーキ作動の場合、車輪が滑る可能性を最小限に抑えるために、空車に加えるブレーキ力を大幅に減少させることが必要である。
【００６３】
ＩＩ． 本発明の第２の実施形態の作動
図６は、本発明の第２の実施形態がどのように作動するかを示している。この実施形態では、本発明は、差動弁４０と、解除弁５０と、改良型ブレーキシリンダ６ａと、変更形荷重センサ９ａとを含む。差動弁４０は、解除弁５０に対して上下逆の向きになっている。弁の向きに関連して言うと、各弁の上部が、改良型ブレーキシリンダ６ａの補償室７４と連通している。各弁の底部が、パイプ網１２を経て荷重センサ９ａに連通している。荷重センサの変更に伴って、ばね９３に逆らってピストンアセンブリ９２を移動させるために必要な力が変化する。以下の作動説明のように、この時にピストンアセンブリ９２を排気位置から移動させるために必要な圧力は、ブレーキシリンダ６ａのピストンおよびロッドアセンブリ６０を、ブレーキシューが台車の車輪と接触する点まで移動させるために必要な力を超えていなければならない。
【００６４】
Ａ．ブレーキ作動中の作動
ブレーキの作動中、ブレーキ管内の圧力は、求められるブレーキ作動の大きさによって定められる程度まで減少する。図６に示されている構造では、それによって生じたブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気を適当なタンク４／５から入口ポート７１およびパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給する。同時に、ブレーキ制御弁７はまた、空気を荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２に隣接した室９１に供給する。
【００６５】
室９１内のＢＣＰがこの新しい所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を最左側位置に保持する。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａの入口ポート７１に送られるであろう。鉄道車両が空車の時で室９１内の前圧力が所定値を超えた時だけ、荷重センサ９ａの内部ポートが影響を受けるであろう。図６に示されているように用いられているので、荷重センサ９ａは実質的に、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを弁４０および５０に接続し、鉄道車両が荷重を担持している時にそれを切り離すことができる。
【００６６】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が、鉄道車両によって担持されている重量によって定められる程度まで減少するであろう。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給される圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２がばね９３に逆らって移動し、センサアーム９０を強制的に押し下げる。しかし、センサアーム９０はすぐに側部フレーム１００の上部と接触し、これによって、ピストンアセンブリ９２がスプール９４ａを移動位置、すなわち、パイプ網１１および１２が相互接続される点まで移動させることが防止される。鉄道車両が積車の時、パイプ網１１および１２が互いに切り離された状態にあるので、ブレーキ制御弁７は差動弁４０および解除弁５０の下側から遮断されているであろう。
【００６７】
一方、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側を押し付けると、ピストンおよびロッドアセンブリ６０がブレーキ作動位置に向かって移動し始める。ピストンヘッド６１のそのような移動によって、補償室７４の体積が減少し、そのため、その内部の背圧が増加する。解除弁５０は、その前後の圧力差が、ばね５２によって弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、開放する。このため、室７４内の圧力を受けた空気が、解除弁５０、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。しかし、ばね４２の力が、補償室７４内に存在する圧力からの力と結合して、弁部材４１を弁座４３上に保持するため、差動弁４０は閉成されたままである。このため、鉄道車両が積車の時のブレーキの作動中、解除弁５０が補償室７４内の圧力の増加を防止する。これによって、ブレーキシリンダピストン６０は邪魔されないでブレーキ作動位置に向かって移動することができる。
【００６８】
したがって、積車のブレーキ制御弁７は、空気をパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側に供給できるだけである。入口ポート７１に流入した空気が、速やかにピストンヘッド６１の前側に、それの後側に戻しばね６５によって加えられる対抗力を超える力を発生する。図６の斜視図で見て、この力がピストンヘッド６１を右方向に移動させ、それによって戻しばね６５がさらに圧縮されて、ロッドアセンブリ６０の突出端部６９を押し付けることによって、ブレーキシリンダ６ａの開口７２から外側に突出させる。ロッドアセンブリ６０の伸張によって、ブレーキリギングがブレーキをかける。本発明および荷重センサ９ａがピストンヘッド６１の後側での圧力の増加を防止するため、ブレーキが作用する大きさは、ピストンヘッド６１の前側を押し付ける圧力増加に正比例する。
【００６９】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、鉄道車両の車体と各台車の側部フレーム１００との間の距離が最大になるであろう。ブレーキ制御弁７が空気を入口ポート７１および室９１に供給するので、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側および荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２を押し付け始める。最終的に戻しばね６５によって加えられる対抗力に打ち勝つと、この前圧力がブレーキシリンダピストン６０をブレーキ作動位置に移動させ、これによって補償室７４の体積が減少する。しかし、ＢＣＰが所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を、またそれと共にスプール９４ａを排気位置に保持する。したがって、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動すると、これによって生じる補償室７４内の圧力の増加によって、解除弁５０が強制的に開放される。解除室７４内の加圧空気が、解除弁５０、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。ばね４２の力と補償室７４内に存在する圧力とによって、差動弁４０は初めは閉成位置に留まっている。
【００７０】
ブレーキ制御弁７が室９１に供給する圧力が所定値を超えた時、それによって生じる力がピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４ａを移動位置に移動させることができる。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、センサアーム９０を側部フレーム１００と接触させないで最大限に押し下げることができる。入口ポート７１に供給するのに加えて、ブレーキ制御弁７は荷重センサ９ａによって、空気をパイプ網１１および１２を経てチェック弁４０および５０の下側に供給することができる。
【００７１】
鉄道車両が空車の時、チェック弁は以下のようにブレーキ制御弁７からの空気に反応する。パイプ網１２内での圧力増加がばね５２によって加えられる力に加わって弁部材５１を着座させるので、解除弁５０が迅速に閉成する。しかし、パイプ網１２内の圧力が切り換えレベルを超えるまで、差動弁４０は閉成したままである。このため、補償室７４内の圧力が増加することができるまでは、ブレーキ制御弁７からの空気が入口ポート７１を経てピストンヘッド６１の前側に作用する。前圧力が切り換えレベルに上昇するまで閉成していることによって、差動弁４０は補償室７４内の背圧を比較的低いレベルに保持する。少なくとも初めは、これによってブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって容易に移動することができる。
【００７２】
パイプ網１２内の圧力が切り換えレベルを超えると、差動弁４０が開く。切り換えレベルを超えている前圧力が、ばね４２の対抗力に逆らって弁部材４１を弁座４３から強制的に離脱させる。開放した時、差動弁４０は空気をブレーキ制御弁７からパイプ網１１および１２を経て補償室７４に流すことができる。この流入空気により、補償室７４内で背圧が増加して、ピストンヘッド６１の後側に強力に作用する。しかし、入口ポート７１に流入する空気は、（戻しばね６５および背圧によって）ピストンヘッドの後側に加えられる対抗力を超える力をピストンヘッドの前側に発生させる。ブレーキシリンダ６ａが出力する有効力は、ブレーキリギングを介してブレーキに伝達される。
【００７３】
ブレーキが解除されるまで、差動弁４０は補償室７４内の背圧を、ピストンヘッド６１の前側に作用するＢＣＰから切り換え量を差し引いた値に保持するように作動する。鉄道車両が空車の時、背圧が、ブレーキシリンダ６ａによって出力される全力を減少させる。切り換え値を超えるすべてのＢＣＰにおいて、本発明は、鉄道車両が空車の時にブレーキシリンダ６ａによって出力される力が、鉄道車両が積車の時にブレーキシリンダ６ａが通常出力する力の何分の一かを決定する。さらに、上記表から、これらのブレーキシリンダの積空力比が、ＢＣＰの大きさによって変化することがわかる。しかし、切り換え値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダ６ａによって出力される力は減少しないであろう。
【００７４】
Ｂ．ブレーキ解除中の作動
ブレーキの解除中、それによって生じるブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側から入口ポート７１およびパイプ網１１を経て逃がす。ブレーキ制御弁７はまた、接続部をパイプ網１１と共有することによって、空気を荷重センサ９ａの室９１から逃がす。ブレーキ制御弁７が最初にパイプ網１１から空気を逃がし始める時、それはパイプ網１２および弁４０および５０の下側からも空気を逃がしている。パイプ網１２内の圧力が弁４０によって設定された差より迅速に低くなるため、差動弁４０が閉じて、それ以降は閉成状態にある。空気がパイプ網１２から逃げ続けるので、弁部材５１の下側の圧力が速やかに補償室７４内の背圧より低くなる。この圧力差が、ばね５２自体が弁部材５１を弁座５３上に保持できなくなる点に達すると、解除弁５０が開く。その時、補償室７４内の圧力を受けた空気も、解除弁５０およびパイプ網１１および１２を経て逃げ始める。
【００７５】
室９１内の圧力が所定値より低くなった時、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左方向に移動させ、スプール９４ａを排気位置に移動させる。この時、弁４０および５０の下側が荷重センサ９ａによって排気ポート９９に接続されるであろう。このため、補償室７４内の圧力が低下し続けて、弁部材５１の上側に作用する力が、解除弁５０を開放状態に保持するために必要な力より迅速に低下する。一方、パイプ網１１の減圧排気がブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内へ後退させている。これによって、補償室７４の寸法が伸張し、その内部の圧力がさらに減少する。この時、弁５０の前後の圧力差が、弁部材５１の下側が優勢になるように変化するため、解除弁５０が閉じる。補償室７４内にわずかながらも圧力が残っていても、まったく意味がない。解除位置に後退しているため、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除している。
【００７６】
次に、積車の場合のブレーキ解除中の第２実施形態の作動を説明する。ブレーキ制御弁７は、パイプ網１２ではなく、パイプ網１１だけから空気を逃がすことができる。これは、荷重センサ９ａが積車時にとるように押し付けられた状態によるものである。具体的に言うと、センサアーム９０が側部フレーム１００の上部と接触することによって、ピストンアセンブリ９２の移動が大きく制限されるので、積車では荷重センサ９ａがパイプ網１１および１２を相互接続させることができなかった。このため、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から完全には離脱しないので、弁４０および５０の下側が排気ポート９９を経て大気に通気していた。
【００７７】
したがって、この時にパイプ網１１および室９１の前圧力が所定値より低くなるので、ばね９３がピストンアセンブリ９２だけを最左側位置に移動させ、スプール９４ａは排気位置のままである。ブレーキが作動している時には補償室７４内で背圧が増加することができなかったため、ブレーキが解除されている時に逃がすべき圧力が補償室７４内にない。パイプ網１１の減圧排気は、ブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内に後退させるだけである。後退する時、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除する。
【００７８】
ＩＩＩ． 本発明の第３の実施形態の作動
図７は、本発明の第３の実施形態がどのように作動するかを示している。この実施形態は、改良型ブレーキシリンダ６ａと、変更形荷重センサ９ａとを用いている。差動弁４０および解除弁５０は用いられていない。補償室７４は、パイプ網１２および通路９７を経て直接的に荷重センサ９ａに接続されているだけである。
【００７９】
Ａ．ブレーキ作動中の作動
図７に示されている構造では、ブレーキ管圧力の低下にブレーキ制御弁７が反応して、加圧空気をパイプ網１１を経てブレーキシリンダ６ａの前側および荷重センサ９ａの室９１の両方に供給する。室９１内のＢＣＰが所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２を最左側位置に保持する。したがって、所定大きさ以下のブレーキをかける場合、鉄道車両が空車または積車のいずれでも、ブレーキ制御弁７からの加圧空気のすべてがブレーキシリンダ６ａに送られるであろう。鉄道車両が空車の時で室９１内の圧力が所定値を超えた時だけ、ピストンアセンブリ９２が右方向に移動して、荷重センサ９ａの内部ポートに影響を与えることができるであろう。図７に示されているように用いられているので、荷重センサ９ａを使用して、鉄道車両が空車である時にＢＣＰを補償室７４に接続し、積車の時にそれを切り離すことができる。
【００８０】
１．積車でのブレーキの作動
積車では、荷重センサ９ａがほぼ第２の実施形態について述べた通りに作動する。ブレーキ制御弁７によって室９１に供給された圧力が所定値を超えた時、センサアーム９０がすぐに側部フレーム１００の上部と接触する。これによって、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から完全に離れることが防止される。このため、パイプ網１１および１２は互いに切り離されたままであって、ブレーキ制御弁７は補償室７４から遮断されている。
【００８１】
一方、前圧力が増加してピストンヘッド６１の前側を押し付けるので、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動し始める。これによって補償室７４の体積が減少し、その内部に収容されている空気がパイプ網１２、通路９７および排気ポート９９を経て大気に逃げる。このため、本発明は、ブレーキが作動している時に補償室７４内での背圧の増加を防止する。これによって、鉄道車両が積車の時のブレーキの作動中、ブレーキシリンダピストン６０は邪魔されないでブレーキ作動位置に向かって移動することができる。したがって、増加してピストンヘッド６１の前側を押し付ける前圧力に正比例した大きさでブレーキがかかる。
【００８２】
２．空車でのブレーキ作動
空車では、荷重センサ９ａはやはり基本的に第２の実施形態について述べた通りに作動する。ブレーキ制御弁７が空気を入口ポート７１および室９１に供給するので、圧力が増加してピストンヘッド６１の前側および荷重センサ９ａのピストンアセンブリ９２を押し付け始める。最終的に戻しばね６５によって加えられる対抗力に打ち勝つと、この圧力は速やかにブレーキシリンダピストン６０をブレーキ作動位置に移動させ、これによって補償室７４の体積が減少する。しかし、前圧力が所定値を超えるまで、ばね９３がピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａを最左側の排気位置に保持する。したがって、ブレーキシリンダピストン６０がブレーキ作動位置に向かって移動すると、補償室７４内の空気が、パイプ網１２および排気ポート９９を通って大気に逃げる。
【００８３】
ブレーキ制御弁７が室９１に供給する前圧力が所定値を超えた時、それによって生じる力がピストンアセンブリ９２を右方向に十分に移動させるため、スプール９４ａを排気位置から移動位置に移動させることができる。このブレーキ作動中、鉄道車両が空車であるので、ピストンアセンブリ９２はセンサアーム９０を、側部フレーム１００と接触させることなく、最大限に押し下げることができる。入口ポート７１に供給するのに加えて、この時にブレーキ制御弁７は荷重センサ９ａによって、空気を通路９７およびパイプ網１２を経て直接的に補償室７４に供給することができる。
【００８４】
空車時のブレーキ作動中、ＢＣＰが所定値を超えた時、背圧だけが補償室７４内で増加する。さらに、本発明のこの第３の実施形態では、背圧が前圧力と等しい。しかし、前圧力は、ピストンヘッド６１の後側に（戻しばね６５および背圧によって）加えられる対抗力を超える力をピストンヘッド６１の前側に発生する。ブレーキシリンダ６ａが出力する有効力は、ブレーキリギングを介してブレーキに伝達される。有効力は、ピストンヘッド６１の前後側の有効面積、これらの表面に作用する前圧力および背圧の大きさ、および戻しばね６５の定数によって決まる。
【００８５】
異なった４種類のブレーキシリンダ６ａについて、積空力比を算出して、以下の表に列記している。各表は、Ｃ．Ｖ．ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬがゼロであるとする。これらの表は、ＢＣＰに関係なく、積空力比が実質的に一定であることを示している。いずれのブレーキシリンダでも、積空力比は、ピストンヘッド６１の後側に接して用いられたシール７３の直径によって決まるであろう。本発明の他の実施形態とは異なって、本実施形態では、所定値を上回るすべてのＢＣＰにおいて、空車にブレーキをかける力が、積車の場合に鉄道車両に加わる力のほぼ一定割合である。所定値より低いＢＣＰの場合、ブレーキシリンダによって出力される力は減少されない。
【００８６】
【表４】
Ｂ．ブレーキ解除中の作動
次に、空車時のブレーキの解除中の第３の実施形態の作動を説明する。それによって生じるブレーキ管圧力の増加にブレーキ制御弁７が反応して、空気をブレーキシリンダ６ａの前側および荷重センサ９ａの室９１から逃がす。ブレーキ制御弁７が空気をパイプ網１１から逃がし始める時、それはまた補償室７４からパイプ網１２を経て空気を逃がしている。
【００８８】
室９１内の圧力が所定値より低くなった時、ばね９３がピストンアセンブリ９２を左方向に移動させ、スプール９４ａを排気位置に移動させる。この時、室７４が荷重センサ９ａによって通路９７および排気ポート９９を経て大気に接続される。一方、パイプ網１１の減圧排気が継続して、戻しばね６５の力によってピストン６０がハウジング７０内へ後退する。ブレーキシリンダピストン６０の突出端部６９は、速やかにブレーキが完全に解除される解除位置に達する。
【００８９】
次に、積車時のブレーキ解除中の第３の実施形態の作動を説明する。ブレーキ制御弁７は、パイプ網１２ではなく、パイプ網１１だけから空気を逃がすことができる。これは、荷重センサ９ａが積車の時にとるように押し付けられた状態によるものである。具体的に言うと、センサアーム９０が側部フレーム１００の上部と接触することによって、ピストンアセンブリ９２の移動が大きく制限されるので、荷重センサ９ａが移動位置へ移動することが妨害された。このため、ピストンアセンブリ９２およびそれのスプール９４ａが排気位置から離れていないで、補償室７４は排気ポート９９を経て大気に通気していた。
【００９０】
したがって、この時にパイプ網１１および室９１内の前圧力が所定値より低くなるので、ばね９３がピストンアセンブリ９２だけを最左側位置に移動させ、スプール９４ａは排気位置のままである。ブレーキが作動している時には補償室７４内で背圧が増加することができなかったため、ブレーキが解除された時に逃がすべき圧力が補償室７４内にない。パイプ網１１の減圧排気は、ブレーキシリンダピストン６０をハウジング７０内に後退させるだけである。後退する時、ブレーキシリンダピストン６０はそれの突出端部６９を内側に引き込み、それによってブレーキを解除する。
【００９１】
本発明を実施するための現時点で好適な実施形態を特許法に従って説明してきた。しかし、本発明が関連する技術について通常の技量を有する者であれば、請求項の精神および範囲から逸脱することなく本発明を実施する様々な変更方法がわかるであろう。そのような技量を有する者であれば、以上の説明が単に説明のためのものであって、請求項を特定の狭い解釈に制限するものでないことも理解できるであろう。
【００９２】
したがって、科学および有用な技術の発展を促進するために、私は請求項によって定められるすべての主題に対する排他的権利を特許法に定められる期間にわたって特許によって獲得する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 貨物列車の典型的な車両用の空気圧ブレーキ装置の概略図であって、ブレーキが完全に解除された時に、Ｓ−１荷重センサおよびＰ−１荷重比例弁がとる内部状態を示している。
【図２】 ブレーキシリンダの断面図である。
【図３】 積車の時にブレーキの作動中に反応しているＳ−１荷重センサを示している。
【図４】 空車の時にブレーキの作動中に反応しているＳ−１荷重センサを示している。
【図５】 本発明の第１の実施形態を示している。
【図６】 本発明の第２の実施形態を示している。
【図７】 本発明の第３の実施形態を示している。
【符号の説明】
６ａ ブレーキシリンダ
７ ブレーキ制御弁
９ 荷重センサ
１１ 第１パイプ網
１２ 第２パイプ網
３０ 変位弁
４０ 差動弁
５０ 解除弁
６０ ロッドアセンブリ
６９ 突出端部
７１ 入口ポート
７３ シール
７４ 補償室
７５ 後通路網
７６ 前通路網
７７ 出口通路
７８ 解除通路
Claims (22)
- 鉄道車両の少なくとも１つの台車にブレーキをかけようとする力を決定する際にその台車に担持されている重量を補償するシステムにおいて、前記台車は、第１パイプ網を介して相互接続されたブレーキ制御弁および荷重センサを備えており、該荷重センサは、（ｉ）前記ブレーキ制御弁によって前記第１パイプ網内に発生した前圧力が所定量より大きいと共に、前記鉄道車両が空である時、第２パイプ網を前記第１パイプ網に相互接続し、（ｉｉ）前記鉄道車両が積空のいずれの状態であっても、前記前圧力が前記所定量より低い時、前記パイプ網を互いに切り離して、前記第２パイプ網を大気に接続するようにしたシステムであって、
（ａ）前記ブレーキに連結するための突出端部と、ピストンとして形成されたヘッド端部とを有して解除位置に常時押し付けられたロッドアセンブリを内部に設けたブレーキシリンダを含み、該ブレーキシリンダは、前記ブレーキ制御弁から流体を受け取る入口ポートを有して、前記第１パイプ網を経て前記前圧力を増加させて前記ピストンの前側を押し付けることによって、前記ロッドアセンブリを前記解除位置からブレーキ作動位置に移動させることができ、また、前記ブレーキシリンダの内部に配置されて、前記ピストンの後側に隣接した位置で前記ロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールが設けられており、さらに、
（ｂ）（ｉ）大気に接続された出口ポート、（ｉｉ）前記第１パイプ網に接続された解除通路、（ｉｉｉ）前記補償室に接続された後通路網、および（ｉｖ）前記第２パイプ網を通して前記荷重センサに接続された前通路網を備えた弁アセンブリを含み、該弁アセンブリは、変位弁、解除弁および差動弁を備えており、
（１）前記変位弁は、（ｉ）前記出口ポートが前記後通路網と連通し、それによって前記補償室を大気に接続する常時開放位置と、（ｉｉ）前記後通路網が前記出口ポートから遮断される閉成位置とを有しており、前記前圧力が所定値を超えると共に、前記荷重センサが前記鉄道車両の空状態を感知した時、前記変位弁が前記閉成位置をとり、
（２）前記解除弁は、前記後通路網が前記解除通路から遮断される常時閉成位置を有し、前記解除通路内の前記前圧力が前記補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時に開放位置をとり、それによって、前記第１パイプ網および前記ブレーキ制御弁を経た前記前圧力と共に、前記背圧を前記解除弁および前記解除通路を通して大気に逃がすことができ、
（３）前記差動弁は、前記前通路網が前記後通路網から遮断される常時閉成位置を有し、前記前圧力が前記背圧より高い切り換え量に達した時に開放位置をとり、それによって、流体が前記ブレーキ制御弁から前記荷重センサを経て前記第１および第２パイプ網を通り、さらに前記前および後通路網を通って前記補償室に流入することによって、前記背圧が増加して前記ピストンの前記後側を押し付けることによって、前記ピストンの前記前側に作用する前記前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力を発生することができ、前記前圧力が増加する時、前記背圧は前記前圧力より前記切り換え量だけ低いままであり、
それによって、前記鉄道車両が空車である時に前記ブレーキをかける力を、前記鉄道車両が積車である時に前記ブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前記前圧力が増加すると、その割合が小さくなるようにしたシステム。 - 前記変位弁は、
（ａ）下側ハウジング内に収容された下側アセンブリを含み、該下側アセンブリは、弁部材と、前記出口通路のすぐ下方の位置で前記下側ハウジング内に形成された下側弁座に前記弁部材を押し付ける主ばねとを有し、前記下側ハウジングは、前記後通路網と連通しており、さらに、
（ｂ）上側ハウジング内に収容された上側ピストンアセンブリを含み、該上側ピストンアセンブリは、ピストンおよびカウンタばねを有し、該ピストンは、（ｉ）下側が前記前通路網と連通しているディスク部分と、（ｉｉ）下側先端部が前記弁部材の上側と接触する突出部分とを有しており、前記変位弁は、前記カウンタばねが、前記主ばねによって前記弁部材の下側に加えられる対抗力に逆らって前記ピストンを保持する前記開放位置に常時保持されて、（Ａ）前記ディスク部分の前記下側を前記上側ハウジング内に形成されたピストンストッパに当接状態に着座させ、（Ｂ）前記突出部分によって前記弁部材を前記下側弁座から押し離し、また、前記前通路網内の前記前圧力が前記所定値を超えた時、前記変位弁が前記閉成位置をとることによって、前記ディスク部分の前記下側に作用する前記前圧力と、前記弁部材の前記下側に作用する前記主ばねとの結合力が、前記カウンタばねによって前記ピストンに加えられる力に打ち勝つことによって、前記弁部材を前記下側弁座に着座させることができる請求項１記載のシステム。 - 前記変位弁はさらに、前記ピストン内に等化チャネルを含み、該等化チャネルは、前記突出部分の下部分から前記ディスク部分の上部まで延在して、前記出口通路と前記上部ハウジングの前記ピストンの上方とを連通させることができる請求項２記載のシステム。
- 前記解除弁は、上部が前記解除通路と連通し、底部が前記第１通路網と連通した弁ハウジング内に設けられており、前記解除弁は、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記弁ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記解除弁を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記前圧力が前記背圧より前記最小量だけ低下した時、前記解除弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の下側に作用する前記背圧の力が、前記前圧力と前記弁部材の上側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項１記載のシステム。 - 前記差動弁は、上部が前記前通路網と連通し、底部が前記後通路網と連通した弁ハウジング内に設けられており、前記差動弁は、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記弁ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記差動弁を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記前通路網内の前記前圧力が前記背圧より高い前記切り換え量を超えた時、前記差動弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の上側に作用する前記前圧力の力が、前記背圧と前記弁部材の下側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項１記載のシステム。 - 前記ブレーキシリンダは、前記ブレーキシリンダに作用する有効圧力に応じて変化する積空力比を示す請求項１記載のシステム。
- 前記弁アセンブリは、前記荷重センサ内に組み込まれている請求項１記載のシステム。
- 鉄道車両の、ブレーキ制御弁を有する少なくとも１つの台車にブレーキをかけようとする力を決定する際に、その台車に担持されている重量を補償するシステムであって、
（ａ）前記ブレーキに連結される突出端部と、ピストンとして形成されたヘッド端部とを有して常時解除位置に押し付けられたロッドアセンブリを内部に設けたブレーキシリンダを含み、該ブレーキシリンダは、前記ブレーキ制御弁から流体を受け取る入口ポートを有して、前記第１パイプ網を経て前圧力を増加させて前記ピストンの前側を押し付けることによって、前記ロッドアセンブリを前記解除位置からブレーキ作動位置に移動させることができ、また、前記ブレーキシリンダの内部に配置されて、前記ピストンの後側に隣接した位置で前記ロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールが設けられており、さらに、
（ｂ）前記第１パイプ網を経て前記ブレーキ制御弁および前記入口ポートに相互接続されていると共に、第２パイプ網に接続された荷重センサを含み、該荷重センサは、（ｉ）前記鉄道車両が積車であることを感知した時、または、前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が所定量より低い時、前記パイプ網が互いに切り離されると共に、前記第２パイプ網が大気に相互接続される排気位置をとり、（ｉｉ）前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が前記所定値より高いことが感知された時、前記第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動し、また、前記荷重センサは、前記所定量の圧力が、前記ブレーキをかけ始める点まで前記ロッドアセンブリを移動させるために必要な前記前圧力を超えるように設定されており、さらに、
（ｃ）上部が前記補償室と連通し、底部が前記第２パイプ網を通して前記荷重センサと連通した解除弁および差動弁を有する弁アセンブリを含み、
（１）前記解除弁は、前記補償室が前記第２パイプ網から遮断される常時閉成位置を有し、前記第２パイプ網内に存在する圧力が前記補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時に開放位置をとり、それによって、前記補償室が前記第２パイプ網を経て排気されることができ、
（２）前記差動弁は、前記第２パイプ網が前記補償室から遮断される常時閉成位置を有し、前記荷重センサによって前記第２パイプ網に伝達された前記前圧力が前記背圧より高い切り換え量に達した時に開放位置をとり、それによって、流体が前記ブレーキ制御弁から前記荷重センサを経て前記第１および第２パイプ網を通って前記補償室に流入することによって、前記背圧が増加して前記ピストンの前記後側を押し付けることによって、前記ピストンの前記前側に作用する前記前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力を発生することができ、前記前圧力が増加する時、前記背圧は前記前圧力より前記切り換え量だけ低いままであり、
それによって、前記鉄道車両が空車である時に前記ブレーキをかける力を、前記鉄道車両が積車である時に前記ブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前記前圧力が増加すると、その割合が小さくなるようにしたシステム。 - 前記解除弁５０は、ハウジング内に設けられており、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記解除弁を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記前圧力が前記背圧より前記最小量だけ低下した時、前記解除弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の一方側に作用する前記背圧の力が、前記前圧力と前記弁部材の他方側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項８記載のシステム。 - 前記差動弁は、ハウジング内に設けられており、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記差動弁を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記前圧力が前記背圧より高い前記切り換え量を超えた時、前記差動弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の一方側に作用する前記前圧力の力が、前記背圧と前記弁部材の他方側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項８記載のシステム。 - 前記ブレーキシリンダは、該ブレーキシリンダに作用する有効圧力に応じて変化する積空力比を示す請求項８記載のシステム。
- 前記解除弁および前記差動弁は、前記荷重センサ内に組み込まれている請求項８記載のシステム。
- 鉄道車両の、ブレーキ制御弁を有する少なくとも１つの台車にブレーキをかけようとする力を決定する際に、その台車に担持されている重量を補償するシステムであって、
（ａ）前記ブレーキに連結される突出端部と、ピストンとして形成されたヘッド端部とを有して常時解除位置に押し付けられたロッドアセンブリを内部に設けたブレーキシリンダを含み、該ブレーキシリンダは、流体を前記ブレーキ制御弁から受け取る入口ポートを有して、第１パイプ網を経て前圧力を増加させて前記ピストンの前側を押し付けることによって、前記ロッドアセンブリを前記解除位置からブレーキ作動位置に移動させることができ、また、前記ブレーキシリンダの内部に配置されて、前記ピストンの後側に隣接した位置で前記ロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールが設けられて、前記補償室が第２パイプ網に連通しており、さらに、
（ｂ）前記第１パイプ網を経て前記ブレーキ制御弁および前記入口ポートに相互接続されていると共に、前記第２パイプ網を経て前記補償室に相互接続された荷重センサを含み、該荷重センサは、（ｉ）前記鉄道車両が積車であることを感知した時、または、前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が所定量より低い時、前記第１パイプ網が前記第２パイプ網から切り離されると共に、前記第２パイプ網が大気に相互接続されることによって前記補償室が通気される排気位置をとり、（ｉｉ）前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が前記所定値より高いことが感知された時、前記第１および第２パイプ網が相互接続される移動位置に移動することによって、前記前圧力と等しい背圧が前記補償室内に発生して、前記ピストンの前記前側に作用する前記前圧力によって生じる力を部分的に相殺するために前記ピストンの前記後側を押し付ける対抗力を発生することができ、また、前記荷重センサは、前記所定量の圧力が、前記ブレーキをかけ始める点まで前記ロッドアセンブリを移動させるために必要な前記前圧力を超えるように設定されており、
それによって、前記前圧力が前記所定量を超える時はいつも、前記鉄道車両が空車である時に前記ブレーキをかける力を、前記鉄道車両が積車である時に前記ブレーキをかける力の何分の一かにすることができるシステム。 - 前記ブレーキシリンダは、該ブレーキシリンダに作用する有効圧力に関係なく固定された積空力比を示す請求項１３記載のシステム。
- 鉄道車両用のブレーキシリンダであって、
（ａ）一端部に流体をその供給源から受け取るための入口ポートを、他端部に開口を有するハウジングと、
（ｂ）前記ハウジング内に配置されて、（ｉ）前記開口から突出して、前記鉄道車両のブレーキに連結可能な突出端部と、（ｉｉ）ピストンとして形成されたヘッド端部とを有するロッドアセンブリと、
（ｃ）前記ピストンが前記入口ポートに隣接した位置をとり、前記突出端部が前記開口付近で後退する解除位置に前記ロッドアセンブリを付勢するばねと、
（ｄ）前記ハウジング内に配置されて、前記ピストンの後側に近接した位置に前記ロッドアセンブリと同心状の補償室を形成するシールとを含み、前記ヘッド端部の有効面積は、前記補償室側より前記供給側において大きく、前記補償室は、前記流体を前記供給源から受け取ることができ、前記入口ポートで受け取った前記流体が、前記ばねに逆らって前記ピストンの前側に作用することによって、前記ロッドアセンブリを前記解除位置からブレーキ作動位置へ移動させることができ、また、前記補償室内に受け取った前記流体が前記ピストンの前記後側に作用することによって、前記ピストンの前記前側に作用する前記流体によって発生する力を部分的に相殺するように対抗力が発生するようにしたブレーキシリンダ。 - （ｉ）（Ａ）鉄道車両が積車であるか、（Ｂ）前記鉄道車両が空車である時で第１パイプ網内の前圧力が所定量より低いことを感知した時、前記第１パイプ網が該第１パイプ網と連通したブレーキ制御弁およびブレーキシリンダと共に、第２パイプ網から切り離され、該第２パイプ網が大気に相互接続される排気位置と、（ｉｉ）前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が前記所定量より高いことを感知した時、前記第１および第２パイプ網を相互接続させる移動位置との間で切り換え可能な形式の荷重センサにおいて、
（ａ）（ｉ）大気に開いた出口ポートが前記ブレーキシリンダ内の補償室と連通する常時開放位置と、（ｉｉ）前記補償室が前記出口ポートから遮断される閉成位置とを有する変位弁を含み、前記荷重センサが前記移動位置にあり、前記第１および第２パイプ網内の前記前圧力が所定値を超えた時、前記変位弁が前記閉成位置をとり、さらに、
（ｂ）前記補償室が前記第１パイプ網から遮断される常時閉成位置を有する解除弁を含み、前記第１パイプ網内の前記前圧力が前記補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、前記解除弁は開放位置をとり、それによって、前記第１パイプ網および前記ブレーキ制御弁を経た前記前圧力と共に、前記背圧を前記解除弁および前記第１パイプ網を通して大気に逃がすことができ、さらに、
（ｃ）前記第２パイプ網が前記補償室から遮断される常時閉成位置を有する差動弁を含み、前記荷重センサが前記移動位置にあると共に、前記第１および第２パイプ網内の前記前圧力が前記背圧より高い切り換え量に達した時、前記差動弁は開放位置をとり、それによって、流体が前記ブレーキ制御弁から前記荷重センサ内の前記差動弁を経て前記第１および第２パイプ網を通って前記補償室に流入することによって、前記背圧が増加して前記ブレーキシリンダ内のピストンの後側を押し付けることによって、前記ピストンの前側に作用する前記前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力を発生することができ、前記前圧力が増加する時、前記背圧は前記前圧力より前記切り換え量だけ低いままであり、それによって、前記鉄道車両が空車である時に前記ブレーキシリンダが前記鉄道車両にブレーキをかける力を、前記鉄道車両が積車である時に前記ブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前記前圧力が増加すると、その割合が小さくなるようにした改良。 - （ｉ）（Ａ）鉄道車両が積車であるか、（Ｂ）前記鉄道車両が空車である時で第１パイプ網内の前圧力が所定量より低いことを感知した時、前記第１パイプ網が該第１パイプ網と連通したブレーキ制御弁およびブレーキシリンダと共に、第２パイプ網から切り離され、該第２パイプ網が大気に相互接続される排気位置と、（ｉｉ）前記鉄道車両が空車である時で前記前圧力が前記所定量より高いことを感知した時、前記第１および第２パイプ網を相互接続させる移動位置との間で切り換え可能な形式の荷重センサにおいて、
（ａ）大気に開いた出口ポートが前記ブレーキシリンダ内の補償室と前記第２パイプ網から遮断される常時閉成位置を有する解除弁を含み、前記第２パイプ網内に存在する圧力が前記補償室内に存在する背圧より最小量だけ低くなった時、前記解除弁は開放位置をとり、それによって、前記背圧が前記補償室から前記解除弁および前記第２パイプ網を通って逃げることができ、さらに、
（ｂ）前記第２パイプ網が前記補償室から遮断される常時閉成位置を有する差動弁を含み、前記荷重センサが前記移動位置にあると共に、前記第１および第２パイプ網内の前記前圧力が前記背圧より高い切り換え量に達した時、前記差動弁は開放位置をとり、それによって、流体が前記ブレーキ制御弁から前記荷重センサ内の前記差動弁を経て前記第１および第２パイプ網を通って前記補償室に流入することによって、前記背圧が増加して前記ブレーキシリンダ内のピストンの後側を押し付けることによって、前記ピストンの前側に作用する前記前圧力によって生じる力を部分的に相殺する対抗力を発生することができ、前記前圧力が増加する時、前記背圧は前記前圧力より前記切り換え量だけ低いままであり、それによって、前記鉄道車両が空車である時に前記ブレーキシリンダが前記鉄道車両にブレーキをかける力を、前記鉄道車両が積車である時に前記ブレーキをかける力の何分の一かにすることができ、前記前圧力が増加すると、その割合が小さくなるようにした改良。 - 積空ブレーキ装置と共に使用される弁アセンブリであって、
（ａ）（ｉ）下側および上側部分を有する第１ハウジングと、（ｉｉ）第２ハウジングと、（ｉｉｉ）第３ハウジングと、（ｉｖ）前記第１ハウジングの前記下側および上側部分付近を大気に接続する出口ポートと、（ｖ）前記第１ハウジングの前記上側部分および前記第２ハウジングの上部に接続された前通路網と、（ｖｉ）前記第３ハウジングの上部に接続された解除通路と、（ｖｉｉ）前記ハウジングの各々の底部に接続された後通路網とを設けた本体と、
（ｂ）前記第１ハウジング内に配置されて、（ｉ）前記後通路網が前記出口ポートと連通し、それを通って大気に接続される常時開放位置と、（ｉｉ）前記後通路網が前記出口ポートから遮断される閉成位置とを有する変位弁を含み、前記前通路網内の前圧力が所定値を超えた時、前記変位弁が前記閉成位置をとり、さらに、
（ｃ）前記第２ハウジング内に配置されて、前記前通路網が前記後通路網から遮断される常時閉成位置を有する差動弁を含み、前記前通路網内の前記前圧力が前記後通路網内の前記背圧より高い切り換え量に達した時、前記差動弁は開放位置をとり、さらに、
（ｄ）前記第３ハウジング内に配置されて、前記後通路網が前記解除通路から遮断される常時閉成位置を有する解除弁を含み、前記解除通路内の前記前圧力が前記後通路網内の背圧より最小量だけ低くになった時、前記解除弁は開放位置をとるようにした弁アセンブリ。 - 前記変位弁は、
（ａ）前記下側部分内に収容された下側アセンブリを含み、該下側アセンブリは、弁部材と、前記出口通路のすぐ下方の位置で前記下側部分内に形成された下側弁座に前記弁部材を押し付ける主ばねとを有し、前記下側部分の前記底部は、前記後通路網と連通しており、さらに、
（ｂ）前記上側部分内に収容された上側ピストンアセンブリを含み、該上側ピストンアセンブリは、ピストンおよびカウンタばねを有し、該ピストンは、（ｉ）下側が前記前通路網と連通して、前記前圧力によって押し付けられるディスク部分と、（ｉｉ）下側先端部が前記弁部材の上側と接触する突出部分とを有しており、前記変位弁は、前記カウンタばねが、前記主ばねによって前記弁部材の下側に加えられる対抗力に逆らって前記ピストンを保持する前記開放位置に常時保持されて、（Ａ）前記ディスク部分の前記下側を前記上側部分内に形成されたピストンストッパに当接状態に着座させ、（Ｂ）前記突出部分によって前記弁部材を前記下側弁座から押し離しており、また、前記前通路網内の前記前圧力が前記所定値を超えた時、前記変位弁が前記閉成位置をとることによって、前記ディスク部分の前記下側に作用する前記前圧力と、前記弁部材の前記下側に作用する前記主ばねとの結合力が、前記カウンタばねによって前記ピストンに加えられる力に打ち勝つことによって、前記弁部材を前記下側弁座に着座させることができる請求項１８記載の弁アセンブリ。 - 前記変位弁はさらに、前記ピストン内に等化チャネルを含み、該等化チャネルは、前記突出部分の下部分から前記ディスク部分の上部まで延在して、前記出口通路と前記上側部分の前記ピストンの上方とを連通させることができる請求項１９記載の弁アセンブリ。
- 前記差動弁は、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記第２ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記弁部材を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記前通路網内の前記前圧力が前記背圧より高い前記切り換え量を超えた時、前記差動弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の上側に作用する前記前圧力の力が、前記背圧と前記弁部材の下側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項１８記載の弁アセンブリ。 - 前記解除弁は、
（ａ）弁部材と、
（ｂ）該弁部材を前記第３ハウジング内に形成された弁座に押し付けることによって、前記弁部材を前記閉成位置に付勢するばねとを含み、前記解除通路内の前記前圧力が前記後通路網内の前記背圧より前記最小量だけ低下した時、前記解除弁が前記開放位置をとり、それによって前記弁部材の下側に作用する前記背圧の力が、前記前圧力と前記弁部材の上側に作用する前記ばねとの結合力に打ち勝つようにした請求項１８記載の弁アセンブリ。
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