JP3949914B2

JP3949914B2 - Brake equipment for railway vehicles

Info

Publication number: JP3949914B2
Application number: JP2001268514A
Authority: JP
Inventors: 順一荒井; 達夫伊藤; 努鈴木; 泰史梶谷; 清川口
Original assignee: Railway Technical Research Institute; KYB Corp
Current assignee: Railway Technical Research Institute; KYB Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: JP2003074606A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a brake for a railway rolling stock capable of stably applying a protection brake or a stay brake using an electro-hydraulic actuator. SOLUTION: The brake is provided with a first passage 41 guiding operating oil delivered from a pump 21 by the normal rotation of a motor 20 to a remitting-side oil chamber 3 and a second passage 42 guiding the operating oil delivered from the pump 21 by the reverse rotation of the motor 20 to a braking-side oil chamber 4 and the operation direction of an output cylinder 71 is switched by switching the delivering direction of the pump 21. The brake is also provided with a third passage 43 guiding the operation oil flowing out from the remitting-side oil chamber 3 to the braking-side oil chamber 4, an ordinarily opened type third solenoid valve 17 interposed on the way to the third passage 43, and a controller 50 closing the third solenoid valve 17 when operating a service brake, while opening the third solenoid valve 17 in operating the protection brake, and driving the motor 20 so as to guide the operating oil delivered from the pump 21 to the braking-side oil chamber 4.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用ブレーキ装置に関し、適切なブレーキ動作を可能とする改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両用ブレーキ装置では、主として電気回生ブレーキを用い、補助として制輪子を車輪に押し付ける摩擦式の補助ブレーキ等を用いることで、省エネルギー化がはかられている。
【０００３】
一般に、この種の補助ブレーキとしては、空気圧アクチュエータを備えるエアブレーキが用いられていた。しかし、このエアブレーキは、各車輪毎に設けられるアクチュエータに対して空気圧の供給が必要であり、車両に複雑な空気圧回路を配設する必要があるばかりか、空気圧源として設けられるコンプレッサの駆動に消費されるエネルギーが大きく、省エネルギー化が難しい。
【０００４】
また、従来、油圧を用いたブレーキ装置として、以下に説明する（１）、（２）のものがあった。
（１）各車輪毎に油圧アクチュエータ設けられ、各油圧アクチュエータに対して共通の油圧源から油圧を供給するもので、通常の走行時に用いられる常用ブレーキの機能と、停電時等に用いられる保安ブレーキの機能と、車両の停留時に継続的にかけられる停留ブレーキの機能とをそれぞれ果たすようになっているブレーキ装置（特開２０００−１６８５３５号公報参照）。
（２）各車輪毎に電動油圧アクチュエータに設けられ、電動モータに駆動されるポンプの吐出方向を切り換えることによってブレーキ力がコントロールされるようになっているブレーキ装置（特開２００１−１５３１６４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）のブレーキ装置は、各車輪毎に設けられるアクチュエータに対して油圧の供給が必要であり、車両に複雑な油圧回路を配設する必要があるばかりか、油圧源として設けられるポンプの駆動に消費されるエネルギーが大きく、省エネルギー化が難しい。
【０００６】
さらに、（１）のブレーキ装置は、保安ブレーキ作動時のエネルギー源をアキュームレータとし、油圧回路は大気開放される構成のため、アキュームレータ内に封入されたガスが作動油を介して大気に放出され、アキュームレータに蓄圧されている圧力が経年的に減少する可能性がある。
【０００７】
これに対して、（２）のブレーキ装置は、各車輪毎に設けられるアクチュエータに対して、空気圧や油圧の供給が不要であり、省エネルギー化が図れる。また、電動油圧アクチュエータは閉回路で構成されるため、アキュームレータの蓄圧できる圧力が経年的に減少することを防止できる。
【０００８】
しかしながら、（２）のブレーキ装置は、ブレーキスプリングのバネ力を保安ブレーキ相当のバネ力とした場合、ブレーキスプリングが非常に大きなものとなり、結果として装置全体が大型化してしまう。装置が大型化すると車両の台車に搭載するのが困難で、台車に大がかりな改造が必要となってしまう。
【０００９】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、電動油圧アクチュエータを用いて保安ブレーキや停留ブレーキを安定的にかけることができ、コンパクト化が図れた鉄道車両用ブレーキ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、制輪子を制動部材に押し付け付勢するブレーキスプリングと、制輪子を制動部材に対して変位させる出力シリンダと、出力シリンダのピストンによって仕切られる緩解側油室および制動側油室と、モータによって駆動される双方向吐出ポンプと、このモータの正回転によってポンプから吐出する作動油を緩解側油室に導く第一通路と、このモータの逆回転によってポンプから吐出する作動油を制動側油室に導く第二通路とを備え、ポンプの吐出方向を切換えることによって出力シリンダの作動方向が切換わるブレーキ装置に適用する。
【００１１】
そして、緩解側油室から流出する作動油を制動側油室へと導く第三通路と、この第三通路の途中に介装される常開型の第三電磁バルブと、常用ブレーキ作動時に常用電源から供給される電力によってこの第三電磁バルブを通電して第三電磁バルブを閉弁させる一方、保安ブレーキ作動時にこの第三電磁バルブの通電が停止されて第三電磁バルブを開弁させるとともに保安用電源から供給される電力によってモータを駆動してポンプから吐出する作動油を制動側油室に導く制御手段とを備えたことを特徴とするものとした。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、第一通路の途中に介装される第一電磁バルブと、第二通路の途中に介装される第二電磁バルブと、緩解作動時にこの第一、第二電磁バルブを開弁させ、緩解保持時に第一、第二電磁バルブを閉弁させる制御手段とを備えたことを特徴とするものとした。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明において、外部の油圧源に接続して緩解側油室へ加圧作動油を導入し、制動側油室の作動油をリザーバタンクに導入する停留ブレーキ解除手段を備えたことを特徴とするものとした。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、第三通路を通って緩解側油室から流出する作動油に抵抗を付与するオリフィスを備えたことを特徴とするものとした。
【００１５】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、主電源の停電時等の保安ブレーキ作動時に第三通路が第三電磁バルブを介して開通し、保安電源によってポンプを作動させて作動油圧を制動側油室に導く構成としたため、ブレーキスプリングの付勢力と出力シリンダの油圧力とによって制動トルクが生じる。このため、ブレーキスプリングのバネ力を保安ブレーキ相当のバネ力とする必要がなく、ブレーキスプリングによって装置が大型化することを回避できる。
【００１６】
停留ブレーキ作動時に第三通路が常開型の第三電磁バルブを介して開通し、緩解側油室の作動油を第三通路から流出させる構成のため、ブレーキスプリングの付勢力によって制動トルクが生じる。
【００１７】
こうして電動油圧アクチュエータを用いて保安ブレーキ、停留ブレーキを安定的にかけることができる。
【００１８】
第２の発明によると、第一、第二電磁バルブを開弁させかつポンプを作動させて行われる緩解作動が終了した後、制輪子を車輪から離れた状態に保持する緩解保持時に第一、第二電磁バルブが閉弁することによって緩解側油室、制動側油室の作動油圧が保持されるため、ポンプの作動を停止することが可能となり、省力化が図れる。
【００１９】
第３の発明によると、例えば電源やモータの失陥時等に車両を牽引する場合、停留ブレーキの作動を解除することが可能となる。
【００２０】
第４の発明によると、オリフィスの絞りによって緩解側油室から流出する作動油の流量が調節されるため、保安ブレーキ作動時の制動トルクの立ち上がり特性を任意に設定できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は鉄道車両用ブレーキ装置のシステム図を示している。このブレーキ装置は、電動油圧アクチュエータ７０が制輪子２９を車輪６０の踏面（制動部材）に押し付けることにより、制動トルクを発生させる。電動油圧アクチュエータ７０は、ブレーキスプリング５の付勢力と出力シリンダ７１の油圧力とによって制輪子２９にこの押し付け力を与える。
【００２３】
コントローラ５０は上位側ブレーキシステム５１との間で情報をやり取りし、図示しない電気回生ブレーキの補助としてこのブレーキ装置を作動させる。ブレーキ装置は運転条件に応じて次のブレーキ機能を果たす。
・常用ブレーキ作動…通常の運転中の車両の制動に用いられる。
・非常ブレーキ作動…車両の最大制動トルクを発揮するのに用いられる。
・保安ブレーキ作動…停電等による常用ブレーキ系の失陥時に用いられる。
・停留ブレーキ作動…留置中の車両の転動を防止するのに用いられる。
【００２４】
図２、図３はブレーキ装置の具体的構造を示している。車体に固定されるボディ１およびピストン２によって両ロッド型の出力シリンダ７１が構成される。ボディ１はピストン２を摺動可能に収めるシリンダチューブとして機能し、ピストン２によって緩解側油室３および制動側油室４が仕切られる。
【００２５】
円筒状をしたピストン２の内側にはボディ１との間にブレーキスプリング５が圧縮して介装される。このブレーキスプリング５のバネ力は停留ブレーキ作動時に必要な制動トルクが得られるように設定される。
【００２６】
ブレーキスプリング５は巻き径の異なるコイルバネ６１，６２からなる二重バネ構造とする。ピストン２の内側には、各コイルバネ６１，６２が互いに同心上に並んで介装される。
【００２７】
ボディ１には内外のコイルバネ６１，６２に対するバネ座６３，６４がピストン２の軸方向についてオフセットして形成され、各バネ座６３，６４間に設けられる段差によって内側コイルバネ６１の端部が径方向について位置決めされる。同様に、ピストン２には各コイルバネ６１，６２に対するバネ座６５，６６がピストン２の摺動軸方向についてオフセットして形成され、各バネ座６５，６６間に設けられる段差によって外側コイルバネ６２の端部が径方向について位置決めされる。これにより、各コイルバネ６１，６２が互いに干渉しないようになっている。
【００２８】
円筒状ピストン２の内側には円筒状ジャークロッド６が摺動可能に介装され、このジャークロッド６に出力ピン９が連結され、この出力ピン９は軸１２を介して制輪子頭１０およびリンク１１の一端に回動可能に連結される。リンク１１の他端は軸７３を介してボディ１に回動可能に連結される。つまり、リンク１１はボディ１に輪子頭１０を回動可能に連結し、車輪６０から制輪子２９に働く力を支持する。出力ピン９と制輪子頭１０の間には両者の相対変位を抑制するダンパ機構２３が設けられる。
【００２９】
出力ピン９の基端部は円筒状ジャークロッド６の内側にスフェカルベアリング８を介して回動可能に連結される。出力ピン９はその軸方向に変位するのに伴いスフェカルベアリング８を介して回動し、出力シリンダ７１の中心軸に対して傾くようになっている。
【００３０】
ジャークロッド６に対する出力ピン９の軸方向の位置を調整するアジャスト機構６７を備える。制輪子２９の磨耗が進むことに対応してこのアジャスト機構６７によって出力ピン９が押し出されることにより、車輪６０の踏面に対する制輪子２９の隙間を調整できるようになっている。
【００３１】
円筒状ピストン２の内側にはジャークロッド６との間には複数の皿バネからなるジャークスプリング７が介装される。このジャークスプリング７は、そのバネ力がブレーキスプリング５のバネ力よりも弱く設定される。ブレーキスプリング５のバネ力により制輪子２９が車輪６０に押し付けられるときに、ジャークスプリング７は緩衝部材として働き、ブレーキ動作時における押し付け力の急増が緩和される。
【００３２】
中空構造のピストン２にはジャークスプリング７に対するバネ座６８が環状に形成される。このバネ座６８は、ブレーキスプリング５に対する各バネ座６５，６６と背反する位置に形成される。こうして、ピストン２の内側にブレーキスプリング５とジャークスプリング７がピストン２を挟むようにして並んで収められる。このため、ブレーキ装置はボディ１のコンパクト化がはかられ、従来の空気圧式のブレーキ装置が設けられていた介装スペースに組み付けることが可能となる。
【００３３】
さらに、ボディ１のまわりにブレーキスプリング５等が配置されていないため、ボディ１内に設けられる油通路の配置自由度が高まるとともに、ボディ１の側部にマニホールドブロック１６を取り付けて電動油圧アクチュエータ７０をユニット化することができる。
【００３４】
マニホールドブロック１６には電動油圧アクチュエータ７０を構成する各ソレノイドバルブ１７，１８，１９、モータ２０、ポンプ２１、アキュームレータ２２等が組み付けられるとともに、これらを結ぶ油圧回路が形成される。
【００３５】
ボディ１には緩解側油室３、制動側油室４の圧力を検出する圧力センサ１３，１４がそれぞれ取り付けられる。こうして、ボディ１およびマニホールドブロック１６に電動油圧アクチュエータ７０がユニット化して設けられることにより、車体側に油圧配管等を設ける必要がなく、電気、信号配線のみを配設すればよい。
【００３６】
図４は電動油圧アクチュエータ７０の油圧回路を示している。これについて説明すると、図において２１は双方向吐出型のギア式油圧ポンプであり、双方向吐出型の油圧ポンプ２１の各吐出ポートを緩解側油室３および制動側油室４に連通する第一、第二通路４１，４２によってリザーバタンク２２との間で閉回路が構成される。
【００３７】
正逆転モータ２０で駆動されるポンプ２１の回転方向（吐出方向）を切換えることによって出力シリンダ７１の作動方向が切換わるようになっている。
・ポンプ２１の正回転時…ポンプ２１から吐出する作動油は第一通路４１を通って緩解側油室３へと流れる一方、制動側油室４の作動油が第二通路４２を通ってポンプ２１に吸い込まれ、出力シリンダ７１が収縮して制輪子２９を車輪６０から離す。
・ポンプ２１の逆回転時…ポンプ２１から吐出する作動油は第二通路４２を通って制動側油室４へと流れる一方、緩解側油室３の作動油が第一通路４１を通ってポンプ２１に吸い込まれ、出力シリンダ７１が伸張作動して制輪子２９を車輪６０から離す。
【００３８】
第一、第二通路４１，４２を結ぶ通路にはオリフィス２７が介装され、作動時にモータ２０の回転数をある程度以上に高めることで出力シリンダ７１の作動が安定するようになっている。
【００３９】
第一、第二通路４１，４２の途中には常閉型の第一、第二電磁バルブ１９，１８がそれぞれ介装される。第一、第二電磁バルブ１９，１８は、その通電時に第一、第二通路４１，４２を開通する開ポジションに切り換えられ、その非通電時にチェックバルブ４９，４８を介して緩解側油室３、制動側油室４から作動油が流出することを止める閉ポジションに切り換えられる。
【００４０】
コントローラ５０は、ポンプ２１が回転する常用ブレーキの作動時にて第一、第二電磁バルブ１９，１８を開ポジションに切り換える。
【００４１】
コントローラ５０は、緩解作動時に第一、第二電磁バルブ１９，１８を開弁させてポンプ２１の回転させる一方、この緩解作動が終了して制輪子２９を車輪６０から離れた状態に保持する緩解保持時に第一、第二電磁バルブ１９，１８を閉ポジションに切り換えて、ポンプ２１の回転を停止する。こうして緩解保持時に第一、第二電磁バルブ１９，１８によって緩解側油室３、制動側油室４の作動油圧が保持されるため、ポンプ２１の作動を停止することが可能となり、省力化が図れる。
【００４２】
この電動油圧アクチュエータの閉回路はドレーン通路４５を介してリザーバタンク２２が接続される。ドレーン通路４５は第一、第二チェックバルブ４６，４７を介して第一、第二通路４１，４２に接続される。第一、第二チェックバルブ４６，４７は互いに連動して開閉作動し、一方が開弁すると他方が閉弁するようになっている。
【００４３】
保安ブレーキ作動時および停留ブレーキ作動時に緩解側油室３から流出する作動油を制動側油室４に導く第三通路４３が設けられ、この第三通路４３の途中に常開型の第三電磁バルブ１７が介装される。第三電磁バルブ１７の開弁時、緩解側油室３から流出する作動油は、第三通路４３→ドレーン通路４５→チェックバルブ４７→第二通路４２→第二電磁バルブ１８→制動側油室４の順に流れる。
【００４４】
第三通路４３の途中にはオリフィス２６が介装される。このオリフィス２６の絞りによって緩解側油室３から流出する作動油の流量が調節されるため、保安ブレーキ作動時の制動トルクの立ち上がり特性を任意に設定できる。
【００４５】
次に、電動油圧アクチュエータ７０の動作について説明する。
【００４６】
・停留ブレーキ作動時
ブレーキユニットの全てが非通電状態となり、第一、第二電磁バルブ１９，１８が閉ポジションに切り換えられる一方、第三電磁バルブ１７が開ポジションに切り換えられて第三通路４３が開通する。ブレーキスプリング５の付勢力によってピストン２が制動方向に移動するのに伴い、緩解側油室３の作動油が第三電磁バルブ１７を介して第三通路４３を通って流出する一方、作動油が第二電磁バルブ１８のチェックバルブを通って制動側油室４に流入する。こうしてブレーキスプリング５の付勢力によって制輪子２９は車輪６０に押し付けられ、停留時に必要な制動トルクが生じる。
【００４７】
・ブレーキ緩解作動時上位側ブレーキシステム５１から緩解動作指令を受けるとコントローラ５０は次の順に動作させる。
（１）コントローラ５０は第三、第二、第一電磁バルブ１７，１８，１９を全て通電し、第一、第二通路４１，４２を開通させ、第三通路４３を閉じる。
（２）電動モータ２０を作動させ、油圧ポンプ２１から吐出する作動油を緩解側油室３に送り込む。この油圧力を受けてピストン２はブレーキスプリング５に抗して緩解方向に移動し、制輪子２９を車輪６０から離す。
（３）この緩解作動時に、緩解側油室３の圧力Ｐ１が所定値以上に上昇すると、圧力スイッチ１５がＯＮとなり、コントローラ５０は図示しない表示装置を作動させ運転者にこの緩解作動状態を知らせる。
（４）第一電磁バルブ１９を非通電して閉弁させ、電動モータ２０の作動を停止し、緩解側油室３の圧力Ｐ１を維持して緩解状態を保つ。こうして制輪子２９を車輪６０から離れた状態に保持する緩解保持時に、第一、第二電磁バルブ１９，１８が閉弁することによって緩解側油室３、制動側油室４の作動油圧が保持されるため、ポンプ２１の作動を停止することが可能となり、省力化が図れる。
【００４８】
・常用ブレーキ作動時または非常ブレーキ作動時上位側ブレーキシステム５１から常用ブレーキ制動動作指令または非常ブレーキの制動動作指令を受けるとコントローラ５０は次の順に動作させる。
（１）コントローラ５０は第三、第二、第一電磁バルブ１７，１８，１９が全て通電し、第三通路４３を閉じ、第一、第二通路４１，４２を開通させる。
（２）電動モータ２０を作動させ、油圧ポンプ２１から吐出する作動油を制動側油室４に送り込む。この油圧力とブレーキスプリング５の付勢力を受けてピストン２は制動方向に移動し、制輪子２９を車輪６０に押し付け、制動トルクを発生させる。このとき、コントローラ５０は圧力センサ１３，１４によって検出される緩解側油室３と制動側油室４の圧力差Ｐ２−Ｐ１が所定値以上に上昇するように電動モータ２０の作動をフィードバック制御する。
【００４９】
・保安ブレーキ作動時上位側ブレーキシステム５１から保安ブレーキの制動動作指令を受けるとコントローラ５０は次の順に動作させる。
（１）コントローラ５０は第三、第一電磁バルブ１７，１９の通電を停止し、第二電磁バルブ１８を通電する。これにより、第一通路４１が第一電磁バルブ１９によって閉塞され、第三通路４３と第二通路４２が開通する。
（２）電動モータ２０を作動させ、油圧ポンプ２１から吐出する作動油を制動側油室４に送り込む。この油圧力とブレーキスプリング５の付勢力を受けてピストン２は制動方向に移動し、制輪子２９を車輪６０に押し付け、制動トルクを発生させる。このとき、緩解側油室３の作動油は第三通路４３のオリフィス２６を通って流出し、制動トルクの立ち上がり特性がこのオリフィス２６とジャークスプリング７によってコントロールされる。
【００５０】
このように、停電時等の保安ブレーキ作動時に第三通路４３が第三電磁バルブ１７を介して開通し、保安電源によってポンプ２１を作動させて作動油圧を制動側油室４に導く構成としたため、ブレーキスプリング５の付勢力と出力シリンダ７１の油圧力とによって制動トルクが生じる。この結果、ブレーキスプリング５のバネ力を保安ブレーキ相当のバネ力とする必要がなく、ブレーキスプリング５によって装置が大型化することを回避できる。
【００５１】
万一の保安電源の失陥等によって油圧ポンプ２１が作動しない場合でも、第三通路４３が常開型の第三電磁バルブ１７を介して開通し、緩解側油室３の作動油を第三通路４３から流出させる構成のため、例えば保安電源の失陥等によって油圧ポンプ２１が作動しない場合でも、ブレーキスプリング５の付勢力によってピストン２が移動して制動トルクが生じる。この電源の失陥時、第二電磁バルブ１８は閉ポジションに切換わるが、作動油はチェックバルブ４８を開いて拡張する制動側油室４へと流入する。
【００５２】
電源やモータ２０の失陥時等に車両を牽引する場合、停留ブレーキの作動を解除する必要がある。これに対処して油圧アクチュエータ７０の油圧回路には、外部の油圧源に接続して緩解側油室３へ加圧作動油を導入し、制動側油室４の作動油をリザーバタンク２２に導入する停留ブレーキ解除手段が設けられる。この停留ブレーキ解除手段として、手動油圧源（手動ポンプ）８０を接続させてこれから送り込まれる作動油を緩解側油室３に導く緩解通路（カプラ）８１と、緩解通路８１の途中に介装されるチェックバルブ８２と、第三通路４３を閉塞する止め弁８３と、リザーバタンク２２の作動油を制動側油室４に導く第四通路４４と、この第四通路４４を閉塞する止め弁８４とを備える。
【００５３】
停留ブレーキの作動を手動で解除する場合、止め弁８３を閉じ、止め弁８４を開き、手動油圧源８０から加圧作動油を緩解通路８１に送り込む。こうして緩解通路８１に送り込まれる作動油は、チェックバルブ８２を通って緩解側油室３へと流入し、ブレーキスプリング５に抗してピストン２を移動する。このピストン２の移動に伴って収縮する制動側油室４の作動油は、手動バルブ８４を通ってリザーバタンク２２に流入する。これにより、制輪子２９が車輪６０から離れ、停留ブレーキの作動が解除され、車両を牽引することが可能となる。
【００５４】
以上のように、このブレーキ装置は電動油圧アクチュエータ７０とブレーキスプリング５を用いて常用ブレーキ、保安ブレーキ、停留ブレーキを安定的にかけられる一方、電源やモータ２０の失陥時等に車両を牽引する場合に停留ブレーキの作動を手動で解除し緩解状態に保持することができる。
【００５５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブレーキ装置のシステム図。
【図２】同じくブレーキ装置の縦断面図。
【図３】同じくブレーキ装置の横断面図。
【図４】同じく電動油圧アクチュエータの油圧回路図。
【符号の説明】
２ピストン
３緩解側油室
４制動側油室
５ブレーキスプリング
６ジャークシリンダ
７ジャークスプリング
１７第三電磁バルブ
１８第二電磁バルブ
１９第一電磁バルブ
２６オリフィス
２９制輪子
４１第一通路
４２第二通路
４３第三通路
５０コントローラ
７０電動油圧アクチュエータ
７１出力シリンダ
８１緩解通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a railway vehicle brake device and relates to an improvement that enables an appropriate brake operation.
[0002]
[Prior art]
In a railway vehicle brake device, an electric regenerative brake is mainly used, and an energy saving is achieved by using a friction-type auxiliary brake or the like that presses a brake against a wheel as an auxiliary.
[0003]
In general, an air brake including a pneumatic actuator has been used as this type of auxiliary brake. However, this air brake needs to supply air pressure to the actuator provided for each wheel, and it is not only necessary to arrange a complicated air pressure circuit in the vehicle, but also to drive a compressor provided as an air pressure source. The energy consumed is large and it is difficult to save energy.
[0004]
Conventionally, as a brake device using hydraulic pressure, there are (1) and (2) described below.
(1) A hydraulic actuator is provided for each wheel, and supplies hydraulic pressure from a common hydraulic power source to each hydraulic actuator. The function of a service brake used during normal driving and a safety brake used during a power failure, etc. And a brake device that continuously functions when the vehicle is stopped (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-168535).
(2) A brake device that is provided in an electro-hydraulic actuator for each wheel and that controls the braking force by switching the discharge direction of a pump driven by the electric motor (see JP 2001-153164 A). ).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the brake device of (1) requires the supply of hydraulic pressure to the actuator provided for each wheel, and it is not only necessary to arrange a complicated hydraulic circuit in the vehicle, but also a pump provided as a hydraulic source. The energy consumed for driving is large and it is difficult to save energy.
[0006]
Furthermore, in the brake device of (1) , the energy source at the time of the operation of the safety brake is an accumulator, and the hydraulic circuit is configured to be released to the atmosphere, so that the gas enclosed in the accumulator is released to the atmosphere via the hydraulic oil, The pressure accumulated in the accumulator may decrease over time.
[0007]
On the other hand, the brake device (2) does not need to supply air pressure or hydraulic pressure to the actuator provided for each wheel, and can save energy. Further, since the electrohydraulic actuator is configured in a closed circuit, it is possible to prevent the pressure that can be accumulated in the accumulator from decreasing with time.
[0008]
However, in the brake device of (2) , when the spring force of the brake spring is a spring force equivalent to a safety brake, the brake spring becomes very large, resulting in an increase in the size of the entire device. When the apparatus becomes large, it is difficult to mount the apparatus on a vehicle carriage, and the carriage needs to be extensively modified.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a brake device for a railway vehicle that can stably apply a safety brake and a stop brake using an electrohydraulic actuator and can be made compact. With the goal.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a brake spring that presses and biases the brake member against the brake member, an output cylinder that displaces the brake member relative to the brake member, a relieving-side oil chamber and a brake-side oil chamber partitioned by a piston of the output cylinder. A bi-directional discharge pump driven by a motor, a first passage for guiding hydraulic oil discharged from the pump by the normal rotation of the motor to the loose oil chamber, and hydraulic oil discharged from the pump by the reverse rotation of the motor. And a second passage that leads to the brake-side oil chamber, and is applied to a brake device in which the operating direction of the output cylinder is switched by switching the discharge direction of the pump.
[0011]
Then, a third passage leading to the brake-side oil chamber hydraulic oil flowing out from the remission side oil chamber, and the normally open third solenoid valve interposed in the middle of the third passage, customary during service braking operation While the third solenoid valve is energized by the power supplied from the power source to close the third solenoid valve, the third solenoid valve is de-energized and the third solenoid valve is opened when the safety brake is activated. Control means for driving the motor with electric power supplied from the safety power source and guiding hydraulic oil discharged from the pump to the brake side oil chamber is provided.
[0012]
According to a second invention, in the first invention, the first electromagnetic valve interposed in the middle of the first passage, the second electromagnetic valve interposed in the middle of the second passage, And a control means for opening the second electromagnetic valve and closing the first and second electromagnetic valves when the release is maintained.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the stop is connected to an external hydraulic source, introduces pressurized hydraulic oil into the relieved side oil chamber, and introduces hydraulic oil in the brake side oil chamber into the reservoir tank. The brake release means is provided.
[0014]
A fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, an orifice is provided for imparting resistance to hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber through the third passage. did.
[0015]
Operation and effect of the invention
According to the first aspect of the present invention, the third passage is opened via the third electromagnetic valve when the safety brake is operated, such as when the main power supply is interrupted, and the operating hydraulic pressure is guided to the brake side oil chamber by operating the pump by the safety power supply. Therefore, a braking torque is generated by the biasing force of the brake spring and the hydraulic pressure of the output cylinder. For this reason, it is not necessary to make the spring force of the brake spring equivalent to the safety brake, and it is possible to avoid an increase in the size of the device due to the brake spring.
[0016]
When the stationary brake is activated, the third passage is opened via the normally open third electromagnetic valve, and the hydraulic oil in the release side oil chamber flows out from the third passage, so that the braking torque is generated by the urging force of the brake spring. .
[0017]
Thus, the safety brake and the stationary brake can be stably applied using the electrohydraulic actuator.
[0018]
According to the second invention, after the relieving operation performed by opening the first and second electromagnetic valves and operating the pump is finished, the first, When the second electromagnetic valve is closed, the hydraulic pressure of the release side oil chamber and the brake side oil chamber is maintained, so that the operation of the pump can be stopped and labor saving can be achieved.
[0019]
According to the third aspect of the invention, for example, when the vehicle is towed when the power source or the motor fails, the operation of the stationary brake can be released.
[0020]
According to the fourth aspect of the invention, the flow rate of the hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber is adjusted by the restriction of the orifice, so that the rising characteristic of the braking torque when the safety brake is operated can be set arbitrarily.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a system diagram of a railway vehicle brake device. In this brake device, the electrohydraulic actuator 70 presses the brake member 29 against the tread surface (braking member) of the wheel 60 to generate a braking torque. The electrohydraulic actuator 70 applies this pressing force to the brake member 29 by the urging force of the brake spring 5 and the hydraulic pressure of the output cylinder 71.
[0023]
The controller 50 exchanges information with the upper brake system 51, and operates the brake device as an auxiliary to an electric regenerative brake (not shown). The brake device performs the following brake functions depending on the driving conditions.
-Service brake operation: Used to brake a vehicle during normal driving.
・ Emergency brake operation: Used to exert the maximum braking torque of the vehicle.
-Safety brake operation: Used when the service brake system fails due to a power failure.
Stop brake operation: Used to prevent rolling of the vehicle while it is in the park.
[0024]
2 and 3 show a specific structure of the brake device. A double rod type output cylinder 71 is constituted by the body 1 and the piston 2 fixed to the vehicle body. The body 1 functions as a cylinder tube in which the piston 2 is slidably accommodated, and the release side oil chamber 3 and the brake side oil chamber 4 are partitioned by the piston 2.
[0025]
A brake spring 5 is compressed between the body 1 and the inside of the cylindrical piston 2. The spring force of the brake spring 5 is set so as to obtain a required braking torque when the stationary brake is operated.
[0026]
The brake spring 5 has a double spring structure including coil springs 61 and 62 having different winding diameters. Inside the piston 2, coil springs 61 and 62 are arranged concentrically with each other.
[0027]
In the body 1, spring seats 63, 64 with respect to the inner and outer coil springs 61, 62 are formed offset with respect to the axial direction of the piston 2, and the end portion of the inner coil spring 61 is radially formed by a step provided between the spring seats 63, 64. Is positioned. Similarly, spring seats 65 and 66 for the coil springs 61 and 62 are formed in the piston 2 so as to be offset in the sliding axis direction of the piston 2, and the end of the outer coil spring 62 is formed by a step provided between the spring seats 65 and 66. The part is positioned in the radial direction. As a result, the coil springs 61 and 62 do not interfere with each other.
[0028]
A cylindrical jerk rod 6 is slidably disposed inside the cylindrical piston 2, and an output pin 9 is connected to the jerk rod 6, and the output pin 9 is connected to the brake head 10 and the link via a shaft 12. 11 is pivotally connected to one end. The other end of the link 11 is rotatably connected to the body 1 via a shaft 73. That is, the link 11 rotatably connects the wheel head 10 to the body 1, and supports the force acting on the control wheel 29 from the wheel 60. A damper mechanism 23 is provided between the output pin 9 and the brake head 10 to suppress the relative displacement between them.
[0029]
A base end portion of the output pin 9 is rotatably connected to the inside of the cylindrical jerk rod 6 via a spherical bearing 8. As the output pin 9 is displaced in the axial direction, the output pin 9 is rotated via the spherical bearing 8 and tilted with respect to the central axis of the output cylinder 71.
[0030]
An adjustment mechanism 67 for adjusting the position of the output pin 9 in the axial direction with respect to the jerk rod 6 is provided. The adjustment pin 67 pushes out the output pin 9 in response to the progress of wear of the restrictor 29, so that the clearance of the restrictor 29 with respect to the tread surface of the wheel 60 can be adjusted.
[0031]
A jerk spring 7 including a plurality of disc springs is interposed between the cylindrical piston 2 and the jerk rod 6. The jerk spring 7 is set so that its spring force is weaker than the spring force of the brake spring 5. When the brake member 29 is pressed against the wheel 60 by the spring force of the brake spring 5, the jerk spring 7 acts as a buffer member, and the sudden increase in the pressing force during the braking operation is alleviated.
[0032]
A spring seat 68 for the jerk spring 7 is formed in an annular shape in the hollow piston 2. The spring seat 68 is formed at a position opposite to the spring seats 65 and 66 with respect to the brake spring 5. Thus, the brake spring 5 and the jerk spring 7 are accommodated side by side with the piston 2 sandwiched inside the piston 2. As a result, the body of the brake device can be made compact, and the brake device can be assembled in an intervening space where a conventional pneumatic brake device is provided.
[0033]
Further, since the brake spring 5 or the like is not disposed around the body 1, the degree of freedom of arrangement of the oil passage provided in the body 1 is increased, and the manifold block 16 is attached to the side portion of the body 1 and the electrohydraulic actuator 70. Can be unitized.
[0034]
The manifold block 16 is assembled with the solenoid valves 17, 18, 19, the motor 20, the pump 21, the accumulator 22, and the like constituting the electrohydraulic actuator 70, and a hydraulic circuit that connects them is formed.
[0035]
The body 1 is provided with pressure sensors 13 and 14 for detecting the pressures of the relieving side oil chamber 3 and the braking side oil chamber 4, respectively. Thus, since the electrohydraulic actuator 70 is provided as a unit in the body 1 and the manifold block 16, it is not necessary to provide hydraulic piping or the like on the vehicle body side, and only electric and signal wiring need be provided.
[0036]
FIG. 4 shows a hydraulic circuit of the electrohydraulic actuator 70. In the figure, reference numeral 21 denotes a bidirectional discharge type gear hydraulic pump, and a first discharge port that connects each discharge port of the bidirectional discharge hydraulic pump 21 to the relieving side oil chamber 3 and the braking side oil chamber 4. The second passages 41 and 42 form a closed circuit with the reservoir tank 22.
[0037]
The operation direction of the output cylinder 71 is switched by switching the rotation direction (discharge direction) of the pump 21 driven by the forward / reverse rotation motor 20.
When the pump 21 is rotating forward: hydraulic oil discharged from the pump 21 flows through the first passage 41 to the relieving side oil chamber 3, while hydraulic oil in the braking side oil chamber 4 passes through the second passage 42 and is pumped 21, the output cylinder 71 contracts and the control member 29 is separated from the wheel 60.
When the pump 21 rotates in reverse: The hydraulic oil discharged from the pump 21 flows into the braking side oil chamber 4 through the second passage 42, while the hydraulic oil in the relieving side oil chamber 3 passes through the first passage 41 and is pumped. 21, the output cylinder 71 is extended and the control member 29 is separated from the wheel 60.
[0038]
An orifice 27 is interposed in the passage connecting the first and second passages 41 and 42, and the operation of the output cylinder 71 is stabilized by increasing the rotational speed of the motor 20 to a certain level or more during operation.
[0039]
Normally closed first and second electromagnetic valves 19 and 18 are interposed in the middle of the first and second passages 41 and 42, respectively. The first and second electromagnetic valves 19, 18 are switched to the open positions for opening the first and second passages 41, 42 when energized, and the relieving side oil chamber 3 via the check valves 49, 48 when not energized. The operation position is switched to the closed position to stop the hydraulic oil from flowing out of the brake side oil chamber 4.
[0040]
The controller 50 switches the first and second electromagnetic valves 19 and 18 to the open position when the service brake that rotates the pump 21 is activated.
[0041]
The controller 50 opens the first and second electromagnetic valves 19 and 18 during the release operation to rotate the pump 21, while the release operation is finished and the release operation for holding the control member 29 away from the wheel 60 is performed. At the time of holding, the first and second electromagnetic valves 19 and 18 are switched to the closed position, and the rotation of the pump 21 is stopped. In this way, since the hydraulic pressures of the release side oil chamber 3 and the brake side oil chamber 4 are held by the first and second electromagnetic valves 19 and 18 at the time of holding release, the operation of the pump 21 can be stopped and labor saving is achieved. I can plan.
[0042]
The reservoir tank 22 is connected to the closed circuit of this electrohydraulic actuator via a drain passage 45. The drain passage 45 is connected to the first and second passages 41 and 42 via the first and second check valves 46 and 47. The first and second check valves 46 and 47 are opened and closed in conjunction with each other, and when one is opened, the other is closed.
[0043]
A third passage 43 is provided to guide the hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber 3 to the braking side oil chamber 4 when the safety brake is operated and when the stop brake is operated. A valve 17 is interposed. When the third electromagnetic valve 17 is opened, the hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber 3 is the third passage 43 → the drain passage 45 → the check valve 47 → the second passage 42 → the second electromagnetic valve 18 → the braking side oil chamber. It flows in order of 4.
[0044]
An orifice 26 is interposed in the middle of the third passage 43. Since the flow rate of the hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber 3 is adjusted by the restriction of the orifice 26, the rising characteristic of the braking torque during the operation of the safety brake can be arbitrarily set.
[0045]
Next, the operation of the electrohydraulic actuator 70 will be described.
[0046]
-When the stop brake is activated, all of the brake units are de-energized and the first and second electromagnetic valves 19 and 18 are switched to the closed position, while the third electromagnetic valve 17 is switched to the open position and the third passage 43 is opened. Open. As the piston 2 moves in the braking direction by the urging force of the brake spring 5, the hydraulic oil in the release side oil chamber 3 flows out through the third passage 43 via the third electromagnetic valve 17, while the hydraulic oil It flows into the brake side oil chamber 4 through the check valve of the second electromagnetic valve 18. In this way, the brake element 29 is pressed against the wheel 60 by the urging force of the brake spring 5, and a braking torque necessary for stopping is generated.
[0047]
-When the brake release operation is performed, the controller 50 operates in the following order when receiving a release operation command from the upper brake system 51.
(1) The controller 50 energizes all the third , second and first electromagnetic valves 17, 18 and 19, opens the first and second passages 41 and 42, and closes the third passage 43.
( 2) The electric motor 20 is operated, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 21 is sent into the loose oil chamber 3. In response to this oil pressure, the piston 2 moves in the releasing direction against the brake spring 5, and the control member 29 is separated from the wheel 60.
( 3) When the pressure P1 in the relieving side oil chamber 3 rises to a predetermined value or more during this relieving operation, the pressure switch 15 is turned on, and the controller 50 operates a display device (not shown) to inform the driver of this relieving operation state. .
( 4) The first electromagnetic valve 19 is de-energized to close the valve, the operation of the electric motor 20 is stopped, the pressure P1 of the relieving side oil chamber 3 is maintained, and the relieved state is maintained. Thus, when the brake 29 is held away from the wheel 60, the first and second electromagnetic valves 19 and 18 are closed to maintain the hydraulic pressure in the release-side oil chamber 3 and the brake-side oil chamber 4. Therefore, the operation of the pump 21 can be stopped and labor saving can be achieved.
[0048]
When the service brake is activated or the emergency brake is activated, the controller 50 operates in the following order upon receiving the service brake braking operation command or the emergency brake braking operation command from the upper brake system 51.
( 1) The controller 50 energizes all of the third , second, and first electromagnetic valves 17, 18, and 19, closes the third passage 43, and opens the first and second passages 41 and 42.
( 2) The electric motor 20 is operated, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 21 is sent into the brake side oil chamber 4. The piston 2 moves in the braking direction by receiving the oil pressure and the urging force of the brake spring 5, and presses the brake member 29 against the wheel 60 to generate a braking torque. At this time, the controller 50 feedback-controls the operation of the electric motor 20 so that the pressure difference P2-P1 between the relieving side oil chamber 3 and the braking side oil chamber 4 detected by the pressure sensors 13, 14 rises to a predetermined value or more. .
[0049]
When the safety brake is activated, the controller 50 operates in the following order upon receiving a braking operation command for the safety brake from the upper brake system 51.
( 1) The controller 50 stops energization of the third and first electromagnetic valves 17 and 19 and energizes the second electromagnetic valve 18. As a result, the first passage 41 is closed by the first electromagnetic valve 19 and the third passage 43 and the second passage 42 are opened.
( 2) The electric motor 20 is operated, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 21 is sent into the brake side oil chamber 4. The piston 2 moves in the braking direction by receiving the oil pressure and the urging force of the brake spring 5, and presses the brake member 29 against the wheel 60 to generate a braking torque. At this time, the hydraulic oil in the relieving side oil chamber 3 flows out through the orifice 26 of the third passage 43, and the rising characteristic of the braking torque is controlled by the orifice 26 and the jerk spring 7.
[0050]
As described above, the third passage 43 is opened via the third electromagnetic valve 17 when the safety brake is operated such as during a power failure, and the pump 21 is operated by the safety power source so that the hydraulic pressure is guided to the brake side oil chamber 4. The braking torque is generated by the urging force of the brake spring 5 and the hydraulic pressure of the output cylinder 71. As a result, it is not necessary to make the spring force of the brake spring 5 equivalent to a safety brake, and the brake spring 5 can avoid an increase in size of the device.
[0051]
Even if the hydraulic pump 21 does not operate due to a failure of the security power supply or the like, the third passage 43 is opened via the normally open third electromagnetic valve 17, and the hydraulic oil in the relieving side oil chamber 3 is supplied to the third passage 43. Due to the structure of flowing out of the passage 43, for example, even when the hydraulic pump 21 does not operate due to a failure of the safety power source, the piston 2 moves due to the urging force of the brake spring 5, and braking torque is generated. When the power supply fails, the second electromagnetic valve 18 is switched to the closed position, but the hydraulic oil flows into the brake side oil chamber 4 that opens and expands the check valve 48.
[0052]
When the vehicle is towed when the power source or the motor 20 fails, it is necessary to release the operation of the stop brake. In response to this, the hydraulic circuit of the hydraulic actuator 70 is connected to an external hydraulic source to introduce pressurized hydraulic oil into the relieving side oil chamber 3 and introduce hydraulic oil in the braking side oil chamber 4 into the reservoir tank 22. Stop brake release means is provided. As the stop brake release means, a manual hydraulic power source (manual pump) 80 is connected and a release passage (coupler) 81 for guiding the hydraulic oil fed from the manual release source to the release-side oil chamber 3 and a release passage 81 are interposed. A check valve 82, a stop valve 83 that closes the third passage 43, a fourth passage 44 that guides the hydraulic oil in the reservoir tank 22 to the braking-side oil chamber 4, and a stop valve 84 that closes the fourth passage 44. Prepare.
[0053]
When manually releasing the operation of the stop brake, the stop valve 83 is closed, the stop valve 84 is opened, and pressurized hydraulic oil is sent from the manual hydraulic power source 80 to the release passage 81. The hydraulic oil thus fed into the release passage 81 flows into the release side oil chamber 3 through the check valve 82 and moves the piston 2 against the brake spring 5. The hydraulic oil in the brake side oil chamber 4 that contracts with the movement of the piston 2 flows into the reservoir tank 22 through the manual valve 84. Thereby, the control device 29 is separated from the wheel 60, the operation of the stop brake is released, and the vehicle can be pulled.
[0054]
As described above, the brake device can stably apply the service brake, the safety brake, and the stop brake using the electro-hydraulic actuator 70 and the brake spring 5, while pulling the vehicle when the power source or the motor 20 is failed. In addition, the operation of the stop brake can be manually released to maintain the release state.
[0055]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a brake device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the brake device.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the brake device.
FIG. 4 is a hydraulic circuit diagram of the same electrohydraulic actuator.
[Explanation of symbols]
2 Piston 3 Relief-side oil chamber 4 Braking-side oil chamber 5 Brake spring 6 Jerk cylinder 7 Jerk spring 17 Third electromagnetic valve 18 Second electromagnetic valve 19 First electromagnetic valve 26 Orifice 29 Control element 41 First passage 42 Second passage 43 Third passage 50 Controller 70 Electric hydraulic actuator 71 Output cylinder 81 Relaxation passage

Claims

Driven by a motor, a brake spring that presses and biases the brake against the brake member, an output cylinder that displaces the brake against the brake member, a loose oil chamber and a brake oil chamber partitioned by a piston of the output cylinder A bidirectional discharge pump, a first passage for guiding hydraulic oil discharged from the pump by the normal rotation of the motor to the relieving side oil chamber, and hydraulic oil discharged from the pump by the reverse rotation of the motor to the braking side oil chamber. A third passage for guiding the hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber to the braking side oil chamber in a brake device comprising a second passage for guiding and switching an operating direction of the output cylinder by switching a discharge direction of the pump When, the first and normally open third solenoid valve interposed in the middle of the third passage, the electric power supplied from the commercial power at the time of service braking operation While to close the third electromagnetic valve is energized the solenoid valve, said by power energization of the third solenoid valve during safety braking is supplied from a safety power source with to open the third electromagnetic valve is stopped A railcar brake device comprising: a control unit that drives a motor to guide hydraulic oil discharged from the pump to the brake-side oil chamber.

A first electromagnetic valve interposed in the middle of the first passage, a second electromagnetic valve interposed in the middle of the second passage, and opening the first and second electromagnetic valves during the release operation, 2. The brake device for a railway vehicle according to claim 1, further comprising a control unit that closes the first and second electromagnetic valves when the release is held.

2. A stop brake release means for connecting pressurized oil to the relieving side oil chamber by connecting to an external hydraulic source and for introducing the working oil of the braking side oil chamber to a reservoir tank. The brake device for railway vehicles according to 1 or 2.

The railway vehicle brake device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an orifice for imparting resistance to hydraulic oil flowing out from the relieving side oil chamber through the third passage.