专利名称：一种铁路货车制动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路货车制动技术领域，尤其涉及一种铁路货车制动系统。
背景技术：
目前，我国铁路货车运用速度不高于120km/h，否则超过其规定的制动距离。在铁路客车持续提速和动车组(包括高速动车组)不断发展的今天，货车提速势在必行。现有铁路货车制动系统主要由制动控制系统和基础制动系统组成。制动控制系统包括制动控制阀、各种风缸以及一些连接它们的管系。其中，制动控制阀包括目前大量运用的120型制动控制阀和减压式KZW系列空重车自动调整阀。基础制动系统主要由闸瓦间隙自动调整器、闸瓦和杠杆系统等组成。铁路货车制动是利用轨道与车轮间的粘着力(以下称粘着力)对施加于车轮的摩擦力形成反作用力实现的，那么，粘着力和施加于车轮的摩擦力均是限制铁路货车制动的要素。施加于车轮的摩擦力过大，一方面超过车轮或闸瓦的须用负荷而使其破坏，另一方面，要求制动力大于粘着力便滑行而损坏车轮和轨道。由于粘着力是其固有特性，不仅随车辆运行速度还随环境(主要是轨面潮湿度)变化，而现有铁路货车只能利用其最小值，不能根据不同速度和轨面潮湿度适时利用而最大限度利用粘着力。因此，现有铁路货车装备只能满足120km/h以下的运用。另外，经分析现有的铁路货车制动系统还存在以下问题1)制动热负荷由车轮承担，无提高制动功率的空间，限制了铁路货车速度提高；2)闸瓦和车轮材料选择自由度小；3)基础制动系统采用相互关联的结构，不仅制动效率低而且不便于提高速度；4)无防滑装置，这限制了提高制动力；5)空重车自动调整阀为限压阀形式，浪费压力空气；6)闸瓦间隙自动调整器是调整所有闸瓦间隙之和。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高货车运行速度的铁路货车制动系统。为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种铁路货车制动系统，其包括制动控制系统和基础制动系统，所述基础制动系统包括在每车轴上设置至少一个盘形制动装置， 所述盘形制动装置包括随车轴旋转的制动盘、杠杆系统、间片和单元制动缸，所述间片与所述制动盘形成一定的间隙，所述杠杆系统作用于所述闸片，所述制动控制系统包括防滑器， 所述防滑器与所述单元制动缸连通，经所述防滑器进入所述单元制动缸的压缩空气的压力被所述单元制动缸转换为作用力输出，该作用力经过所述杠杆系统放大到所述闸片，然后所述闸片形成作用于所述制动盘上的正压力；所述防滑器在检测到发生轮对滑行时，关闭所述制动控制系统到所述单元制动缸的通路并打开所述单元制动缸到大气的通路从而缓解制动力以使车轴转速恢复到正常减速。作为一种实施方式，本发明第二方面的铁路货车制动系统，是本发明在第一方面的基础上，所述防滑器在检测到车轴转速恢复到正常减速时，关闭所述单元制动缸到大气的通路并打开所述制动控制系统到所述单元制动缸的通路从而重新建立制动力。作为一种实施方式，本发明第三方面的铁路货车制动系统，是本发明在第一方面的基础上，所述盘形制动装置还包括在所述单元制动缸内部设置用于自动调整所述制动盘两边的两片闸片之间的间隙以便所述闸片与所述制动盘之间的间隙减小到设定值的闸片间隙自动调整装置。作为一种实施方式，本发明第四方面的铁路货车制动系统，是在本发明第一方面到第三方面的任一项的基础上，所述制动控制系统还包括列车管、制动控制阀、工作风缸、 副风缸和调压式空重车自动调整装置，所述制动控制阀与所述列车管连通，所述工作风缸与所述制动控制阀连通，所述副风缸与所述制动控制阀连通，所述调压式空重车自动调整装置与所述制动控制阀连通，所述调压式空重车自动调整装置与所述防滑器连通，制动时，所述制动控制阀关闭所述列车管至所述工作风缸的通路以及所述列车管至所述副风缸的通路，并打开所述副风缸至所述调压式空重车自动调整装置的通路，所述副风缸的压缩空气经所述制动控制阀到所述调压式空重车自动调整装置，所述调压式空重车自动调整装置根据车辆重量调整所述压缩空气到预设值，然后经所述防滑器送入所述单元制动缸。作为一种实施方式，本发明第五方面的铁路货车制动系统，是在本发明第四方面的基础上，所述制动控制系统还包括初始充风或正常缓解时，所述制动控制阀关闭所述副风缸至所述调压式空重车自动调整装置的通路，并打开所述列车管与所述工作风缸的通路，所述列车管的压缩空气经所述制动控制阀为所述工作风缸充风，同时利用所述工作风缸内的压缩空气的压力使所述制动控制阀打开所述列车管与所述副风缸的通路，所述列车管的压缩空气经所述制动控制阀为所述副风缸充风。作为一种实施方式，本发明第六方面的铁路货车制动系统，是在本发明第四方面的基础上，用具有空重车自动调整功能的制动控制阀替换所述调压式空重车自动调整装置和所述制动控制阀，并且该具有空重车自动调整功能的制动控制阀直接与所述防滑器连通，制动时，所述制动控制阀关闭所述列车管至所述工作风缸的通路以及所述列车管至所述副风缸的通路，并打开所述副风缸至所述防滑器的通路，所述副风缸的压缩空气经具有空重车自动调整功能的制动控制阀时被该制动控制阀根据车辆重量调整为预设值，然后经所述防滑器送入所述单元制动缸。作为一种实施方式，本发明的铁路货车制动系统中，所述基础制动系统包括在每车轴上设置3个或4个相互独立的盘形制动装置。作为一种实施方式，本发明的铁路货车制动系统中，所述防滑器为机械式防滑器或电子防滑器。作为一种实施方式，本发明的铁路货车制动系统中，所述基础制动系统还包括用于控制盘形制动装置的手制动装置。本发明的铁路货车制动系统一方面通过采用本发明的盘形制动装置能够将制动热负荷由车轮转移到制动盘，从而可提高制动功率，适用于铁路货车速度提高；另一方面由于采用该种盘形制动装置便于防滑器控制，使得可以在货车制动系统中设置防滑器，这为制动力的提高并且为制动力跟随粘着力提供了装备基础。
图1是盘形制动装置的一实施方式的结构示意图。图2是本发明的铁路货车制动系统的一实施方式的结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
以及系统结构进行具体说明。本发明的铁路货车制动系统包括制动控制系统和基础制动系统。制动控制系统包括风缸(包括工作风缸和副风缸)、间接作用式制动控制阀、调压式空重车自动调整装置和防滑器以及连接这些部件的管系；基础制动系统包括至少一个盘形制动装置。如图1所示， 该盘形制动装置包括随车轴旋转的制动盘11、杠杆系统12、闸片13和单元制动缸14，闸片 13与制动盘11形成一定的间隙，杠杆系统12作用于闸片13。制动时，单元制动缸14将进入单元制动缸14的压缩空气的压力转换为作用力输出，该作用力经杠杆系统12放大后到闸片13，然后所述闸片13形成作用于所述制动盘11上的正压力，从而产生阻止车轴转动的摩擦力。本发明实施例中，制动控制系统的防滑器与基础制动系统的单元制动缸14连通， 来自制动控制系统的压缩空气通过单元制动缸14的压缩空气入口 141进入单元制动缸14。 本发明的盘形制动装置能够使得间片和制动盘的材料选择自由度大大增加。例如可以分别选择使摩擦性能随速度变化而跟随粘着力变化的材料。本发明的铁路货车制动系统的工作原理为制动控制阀根据铁路货车制动目标的要求将由副风缸导出设定的压缩空气输出到调压式空重车自动调整装置，调压式空重车自动调整装置根据车辆载重自动调整压缩空气为设定值，然后调压式空重车自动调整装置将调整后的压缩空气经防滑器到盘形制动装置的单元制动缸14。这样盘形制动装置将产生摩擦力阻止车轴转动。对于本发明的间接作用式制动控制阀，间接作用是指制动时，不是副风缸与列车管平衡后将多余压缩空气经过调压式空重车自动调整装置和防滑器直接送入单元制动缸 (直接作用式)，而是由工作风缸与列车管平衡并将多余的压缩空气输出到制动控制阀内的容积室，再由容积室压力作为信号并按照其信号预设值将副风缸压缩空气经过调压式空重车自动调整装置和防滑器送入单元制动缸。本发明实施中，采用调压式空重车自动调整装置相比于以前的减压式空重车自动调整装置的主要区别一方面在于调整压缩空气，而不是限制压缩空气(废弃多余部分)，另一方面在于增加了调整压缩空气的压力范围和准确性，改变了现有产品调整范围窄、排放压缩空气的模式。本发明实施例中，调压式空重车自动调整装置可以为2台，这2台空重车自动调整装置会根据车辆前后可能的不均勻载重分别自动调整压缩空气，以使列车保持等同的制动率。本发明实施例中，为每车轴都设置一防滑器，各车轴的防滑器自动检测相应的车轮是否滑行，在检测到发生滑行时，防滑器通过自身使制动控制系统到单元制动缸14的通路关闭并使单元制动缸14到大气的通路打开从而缓解制动力以使车轴转速恢复到正常减速。另外，防滑器还可以在检测到车轴转速恢复到正常减速时，通过自身使单元制动缸14 到大气的通路关闭并使制动控制系统到单元制动缸14的通路打开从而重新建立制动力。由于铁路货车速度提高后，相应的能量成平方关系增加，除了有限地延长制动距离外，必须提高制动力，然而制动力的提高意味着增加车轮产生滑行的风险，采用防滑器可以最大限度地利用不良工况的粘着力，因此能够使制动力设计到较高水平，即防滑器不仅为制动力的提高，而且为制动力跟随粘着力提供了装备基础。本发明实施例中，基础制动系统优选在每轴上设置3个或4个相同的盘形制动装置，并且这些盘形制动装置相互独立。这可以将铁路货车的运行速度提高到160km/h 200km/h。该结构的铁路货车制动系统，由于一个制动盘就可以承担原来闸瓦制动每轴能够承担的最大制动功率(340kw)，采用几个制动盘，因此能够成倍提高制动功率而提高货车运行速度，采用相互独立的几个制动单元，代替了原来大量笨重的杠杆系统，减小了车辆运行中的振动，因此能够提高运行速度，也便于防滑器按各车轴控制制动力。本发明实施例中，单元制动缸内部可以设置闸片间隙自动调整装置，其用于自动调整制动盘11两边的两片闸片之间的间隙以便闸片13与制动盘11之间的间隙减小到设定值。本发明的每个闸片间隙自动调整装置只调整两个闸片之间的距离，机构简单，调整精确，因此具有很高的灵敏度(20 30kPa)和效率，不仅适合防滑器控制，而且节省压缩空气的消耗。图2是本发明的铁路货车制动系统的一实施方式的结构示意图。如图2所示，铁路货车制动系统由制动控制系统A和基础制动系统B组成。制动控制系统A包括列车管1、 压力表2、塞门3、工作风缸4、制动控制阀5、副风缸6、空重车自动调整装置7、防滑器9和缓解指示器10。列车管1与外来供给风源(如定压600kPa)连通，在列车管路设置压力表2，用于测量列车管内的压缩空气的压力。在列车管1与外来供给风源之间设置塞门2，以控制风源或其他货车的的风源(包括制动信号)的接入或阻断。制动控制阀5与列车管1连通，工作风缸4与制动控制阀5连通，副风缸6与制动控制阀5连通，调压式空重车自动调整装置7与所述制动控制阀5连通，防滑器9与空重车自动调整装置7连通。图中，在列车管1与制动控制阀5的连通管路中、制动控制阀5与调压式空重车自动调整装置7的连通管路中分别设置了塞门。缓解(例如初始充风或正常缓解)时，由列车管1输送的压缩空气到制动控制阀 5的充气部为工作风缸4充风，同时利用工作风缸4中的压缩空气的压力打开列车管1与副风缸5的通路为副风缸5充风，直至列车管1内的压缩空气的压力与工作风缸4内的压缩空气的压力、副风缸5内的压缩空气的压力达到平衡状态。达到平衡状态后，理论上列车管1的压缩空气的压力等于工作风缸4内的压缩空气的压力并等于副风缸5内的压缩空气的压力，然而实际中依次略有减小。其中，上述充风过程是按照预先设定的压力和速度充入的，例如在1分钟内，工作风缸4和副风缸5内的空气的压力由OkPa充风到600kPa。
充风期间，制动控制阀5关闭副风缸6至调压式空重车自动调整装置7的通路，制动控制阀5没有压缩空气输出到调压式空重车自动调整装置7，基础制动装置无压缩空气的压力作用，作用力和摩擦力也随之消失。制动时，列车管内的压缩空气的压力减小(如从定压600沙￡1减小到500kPa)，制动控制阀5的平衡部接收这个压力减小信号，关闭缓解状态时列车管1至工作风缸4的通路以及列车管1至副风缸6的通路，由工作风缸4内的压力和列车管1内的压力取得平衡，以多余的空气部分作为风源(流量较小，作为信号)输出到制动控制阀5的容积室建立对应的压力值，该压力值经过制动控制阀5的作用部(放大流量)使得制动控制阀5打开副风缸6至空重车自动调整装置7的通路。这样，副风缸6的压缩空气作为风源经制动控制阀 5输出到空重车自动调整装置7。空重车自动调整装置7根据车辆重量自动将该压缩空气调整为预设值，然后经防滑器9送入单元制动缸14。单元制动缸14将压缩空气的压力转换为作用力驱动杠杆系统12放大该作用力， 该放大的作用力通过闸片13作用于随车轴一起旋转的制动盘11，形成阻止车轴旋转的摩擦力，即可使得货车减速运行。期间，如果防滑器检测到发生轮对滑行时，会关闭调压式空重车自动调整装置7 到单元制动缸14的通路并打开单元制动缸14到大气的通路从而缓解制动力以使车轴转速恢复到正常减速。本发明实施例中，防滑器可以是机械式防滑器也可以是电子式防滑器。以机械式防滑器为例，机械式防滑器接收车轴转速后变换成加速度(负值，转速减小)，并与设定的加速度限值(例如3 5m/s2)比较，若超过加速度限值，关闭调压式空重车自动调整装置7到单元制动缸14的通路并打开单元制动缸14到大气的通路，从而缓解制动力；待车轴转速恢复到正常时(即将车轴转速变换成加速度，该加速度小于设定的加速度限值)，关闭单元制动缸14到大气的通路并打开调压式空重车自动调整装置7到单元制动缸14的通路，重新建立制动力。如图2所示，缓解指示器10与防滑器9连通，并连通到各单元制动缸14。由防滑器9有或无输出压力空气控制缓解指示器10的2个位置，从而显示(或后续电子设备，如记录仪等使用和处理)制动或缓解状态。本发明实施例中，制动控制阀5和调压式空重车自动调整装置7可以设置在一个装置内，仍称为制动控制阀，其与前述描述的分离结构的区别是减小了外部管路。本发明实施例中，如图2所示，基础制动系统中还包括手制动装置8，直接作用于单元制动缸，这样在铁路货车停放或其它特殊情况可人力使货车制动。本发明实施例中，制动系统在无电源条件下，为纯机械制动系统；在有电源条件下，优选使用机电一体化或电子控制装置以提高制动系统的可靠性和灵活性。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式
中所公开的具体实施例，而是只要满足本发明权利要求中技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种铁路货车制动系统，包括制动控制系统和基础制动系统，所述基础制动系统包括在每车轴上设置至少一个盘形制动装置，所述盘形制动装置包括随车轴旋转的制动盘 (11)、杠杆系统(12)、闸片(13)和单元制动缸(14)，所述闸片(13)与所述制动盘(11)形成一定的间隙，所述杠杆系统(12)作用于所述闸片(13)，所述制动控制系统包括防滑器(9)， 所述防滑器(9)与所述单元制动缸(14)连通，经所述防滑器(9)进入所述单元制动缸(14)的压缩空气的压力被所述单元制动缸 (14)转换为作用力输出，该作用力经所述杠杆系统(12)放大到所述闸片(13)，然后所述闸片(13)形成作用于所述制动盘(11)上的正压力；所述防滑器(9)在检测到发生轮对滑行时，关闭所述制动控制系统到所述单元制动缸的通路并打开所述单元制动缸到大气的通路从而缓解制动力以使车轴转速恢复到正常减速。
2.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述防滑器(9)在检测到车轴转速恢复到正常减速时，关闭所述单元制动缸(14)到大气的通路并打开所述制动控制系统到所述单元制动缸(14)的通路从而重新建立制动力。
3.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述盘形制动装置还包括在所述单元制动缸(14)内部设置用于自动调整所述制动盘(11)两边的两片闸片之间的间隙以便所述闸片(13)与所述制动盘(11)之间的间隙减小到设定值的闸片间隙自动调整装置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述制动控制系统还包括列车管(1)、制动控制阀(5)、工作风缸0)、副风缸(6)和调压式空重车自动调整装置(7)，所述制动控制阀(5)与所述列车管⑴连通，所述工作风缸⑷与所述制动控制阀(5)连通，所述副风缸(6)与所述制动控制阀(5)连通，所述空重车自动调整装置(7)与所述制动控制阀( 连通，所述调压式空重车自动调整装置(7)与所述防滑器(9)连通，制动时，所述制动控制阀(5)关闭所述列车管⑴至所述工作风缸⑷的通路以及所述列车管(1)至所述副风缸(6)的通路，并打开所述副风缸(6)至所述调压式空重车自动调整装置(7)的通路，所述副风缸(6)的压缩空气经所述制动控制阀(5)到所述调压式空重车自动调整装置(7)，所述调压式空重车自动调整装置(7)根据车辆重量调整所述压缩空气为预设值，然后经所述防滑器(9)送入所述单元制动缸(14)。
5.根据权利要求4所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述制动控制系统还包括初始充风或正常缓解时，所述制动控制阀( 关闭所述副风缸(6)至所述调压式空重车自动调整装置(7)的通路，并打开所述列车管(1)与所述工作风缸(4)的通路，所述列车管(1)的压缩空气经所述制动控制阀(5)为所述工作风缸(4)充风，同时利用所述工作风缸内的压缩空气的压力使所述制动控制阀( 打开所述列车管(1)与所述副风缸(6) 的通路，所述列车管(1)的压缩空气经所述制动控制阀(5)为所述副风缸(6)充风。
6.根据权利要求4所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述调压式空重车自动调整装置(7)、所述制动控制阀( 替换为具有空重车自动调整功能的制动控制阀，该制动控制阀直接与所述防滑器(9)连通，制动时，所述制动控制阀(5)关闭所述列车管⑴至所述工作风缸⑷的通路以及所述列车管(1)至所述副风缸(6)的通路，并打开所述副风缸(6)至所述防滑器(9)的通路，所述副风缸(6)的压缩空气经具有空重车自动调整功能的制动控制阀时被该制动控制阀根据车辆重量调整为预设值，然后经所述防滑器(9)送入所述单元制动缸(14)。
7.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述基础制动系统包括在每车轴上设置3个或4个相互独立的盘形制动装置。
8.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述防滑器(9)为机械式防滑器或电子防滑器。
9.根据权利要求1所述的铁路货车制动系统，其特征在于，所述基础制动系统还包括用于控制所述盘形制动装置的手制动装置(8)。
全文摘要
本发明涉及一种铁路货车制动系统，包括制动控制系统和基础制动系统，基础制动系统包括在每车轴上设置至少一个盘形制动装置，盘形制动装置包括随车轴旋转的制动盘(11)、杠杆系统(12)、闸片(13)和单元制动缸(14)，闸片与制动盘形成一定的间隙，杠杆系统作用于闸片，制动控制系统包括与单元制动缸连通的防滑器(9)，经防滑器进入单元制动缸的压缩空气被单元制动缸转换为作用力输出，经杠杆系统放大到闸片，闸片形成作用于制动盘上的正压力；防滑器在检测到发生轮对滑行时，关闭制动控制系统到单元制动缸的通路并打开单元制动缸到大气的通路从而缓解制动力以使车轴转速恢复到正常减速。采用本发明可提高制动功率，适用于铁路货车速度提高。
文档编号B61H5/00GK102152800SQ20111004945
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者吕换小 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所