具有电气冗余控制功能的制动控制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于轨道交通、用来操纵列车减速、停车制动作用的制动控制器，是铁路机车车辆制动系统的人机操作接口。本发明提供的制动控制器，包括：安装座，安装座上装有第一制动手柄组件和第二制动手柄组件，用于司机实现对列车或机车制动的操作，并通过电气信号输出制动作用指令；所述安装座还集成装有数个微动开关，并且在所述第一制动手柄组件和第二制动手柄组件上装有盘型凸轮与制动手柄组件联动，所述微动开关受所述盘型凸轮曲面升程控制而接通或断开以输出开关量信号；所述微动开关的开关量信号输出，仅用于机车车辆制动系统或制动控制器正常制动模式故障后的备用制动模式，用于反映司机使用制动控制器的制动、缓解操作指令。
【专利说明】
具有电气冗余控制功能的制动控制器
技术领域
[0001]本发明涉及一种制动控制器，尤其涉及一种用于铁路机车车辆的具有电气冗余控制功能的制动控制器。
【背景技术】
[0002]在轨道交通的机车车辆等移动设备上均装有制动系统，用于实现运行列车调速或停车，制动控制器作为制动系统的重要部分一般安装在机车(包括动力车或操纵车)上，是司机对列车进行制动控制的人机接口，发出制动或缓解指令并传输给机车制动系统的执行单元，从而达到控制全列车的制动、缓解功能。
[0003]机车车辆制动系统在经过了多年的技术发展后，目前已经实现了采用计算机以及网络通讯技术的制动控制系统，其中的制动控制器是将司机的操作动作通过模拟量或数字量等电气指令方式传送给制动系统的执行控制单元，最终实现对机车车辆的制动或缓解控制。
[0004]但是制动系统作为机车车辆的重要设备，其工作可靠性将直接影响到列车正常运营和运行安全，若列车在运行中发生制动系统故障时，其结果往往只能在轨道线路上等待其它动力机车的救援，造成了列车晚点并影响轨道线路的通过能力。为避免这种情况的发生，所以在机车设计中有时需要对制动控制系统进行冗余设计甚至双套设计，即在机车上设计安装一套主制动控制系统和一套备用制动控制系统，以便在主制动系统故障后仍可使用备用制动系统控制列车制动，以保证列车的正常运用。
[0005]目前不少机车安装了采用微机控制的制动系统，其中还有一部分机车同时也安装了备用制动系统，但是备用制动系统采用纯机械设计，并另外设置备用制动控制器。也就是说在对制动控制系统的冗余设计或双套设计时，需要两套制动控制器以分别对主制动控制系统和备用制动控制系统进行操作控制。当主制动控制系统因故障被隔离后，主制动控制器失去控制功能，转为备用制动控制器对备用制动系统的操纵，实现列车制动或缓解作用，满足列车继续运用要求。
[0006]使用机械备用制动控制器还造成机车空气管路设计复杂、装车部件增多、成本高，另外在司机操纵台面上还需要留有空间用于安装，整体系统结构不利于运用、维护等。
【发明内容】
[0007]因此，本发明就是结合在机车上制动控制器的实际使用中情况，对制动控制器中的结构进行新的组成设计，通过在一个制动控制器中进行结构变化及增加电器元件，实现将用于备用制动系统操作的制动控制器集成在同一个制动控制器中，使之具备电气冗余控制功能，即在以电子或电气输出的主系统故障后，通过电源转换实现以硬线控制输出制动、缓解指令的方式。本发明具有以下特征:
[0008]根据本发明的一个方面，提供一种制动控制器，其分别具有正常制动模式下和备用制动模式下的两种操作功能，并且这两种操作功能都是通过电气的方式输出制动指令，各自独立供电方式，且互不干扰。
[0009]根据本发明的一个方面，所述备用制动模式下的制动、缓解操作指令采用开关量信号的输出方式;所述正常制动模式下的制动、缓解操作指令，可采用通讯协议或开关量、或模拟量等输出方式;并且所述正常制动模式和备用制动模式可通过转换开关进行选择，备用制动模式下的操作功能必须在隔离正常制动模式操作功能后才能实现。
[0010]根据本发明的一个方面，制动控制器包括安装座，所述安装座上安装有第一制动手柄组件和第二制动手柄组件。正常制动模式下，所述第一制动手柄组件含有第一手柄，可用于对整列车的制动、缓解操作，所述第二制动手柄组件含有第二手柄，可用于对机车本车的制动、缓解操作;备用制动模式下，所述第一手柄或第二手柄作为备用制动操作手柄使用，用于对列车的制动、缓解操作。
[0011]根据本发明的一个方面，所述制动控制器设有数个微动开关和排风阀组件，安装在所述安装座上。其中所述微动开关包括缓解微动开关和制动微动开关，受所述第一制动手柄组件或第二制动手柄组件控制动作;所述排风阀组件，受所述第一制动手柄组件控制而开启或闭合。
[0012]根据本发明的一个方面，制动控制器还设有盘型凸轮，包括备用制动凸轮和紧急凸轮;所述备用制动凸轮安装在所述第一制动手柄组件或第二制动手柄组件转动轴上;所述紧急凸轮安装在所述第一制动手柄组件转动轴上。所述的盘型凸轮曲面上设置有多个凸轮升程，根据所述第一或第二手柄的旋转确定手柄所处相应位置，备用制动凸轮推动所述微动开关动作，紧急凸轮推动所述排气阀组件动作。
[0013]根据本发明的一个方面，备用制动模式下，可选择将第二制动手柄组件旋转的两个位置(如两个极限位置)作为缓解和制动位置;或者将第一制动手柄组件旋转的两个位置(如另一个极限位置与一个特定位置)作为缓解和制动位置，在这两个特殊位置，所述备用制动凸轮的升程分别推动缓解微动开关和制动微动开关动作。
[0014]根据本发明的一个方面，所述制动和缓解微动开关传动元件(按钮、杠杆、滚轮等)接近或轻触于所述备用制动凸轮基圆，随着所述备用制动凸轮的转动，凸轮曲面升程将推动所述传动元件使微动开关内部簧片动作，接通或断开其内部触点，实现开关量信号输出。
[0015]根据本发明的一个方面，所述微动开关的开关量信号电源可由所述制动控制器外部供给，并设有开关对其进行控制，当开关没有接通时，即使操作所述手柄转动会控制所述微动开关产生动作，但无开关量信号输出；所述供给电源仅在进行备用制动操作使用时才准予接通。
[0016]根据本发明的一个方面，在备用制动模式下，操纵所述备用制动操作手柄可以通过电气连接器向制动控制器外部输出缓解和制动指令的开关量信号。
[0017]根据本发明的一个方面，所述排风阀组件设置有输入压力通道和大气通道，并在内部腔室中设有气阀和弹性元件，其中输入压力通道用于引入机车车辆的列车管压力空气，大气通道用于向大气排出输入压力通道内的列车管压力空气;所述弹性元件推抵所述气阀，气阀的开启与闭合控制着输入压力通道与大气通道连通或切断;所述输入压力通道、气阀和大气通道的有效通径足够大，能够保证所述输入压力通道内压力空气快速排入大气，所述气阀的开启受所述第一手柄控制。
[0018]根据本发明的一个方面，所述第一制动手柄组件旋转的一个极限位置用于推动所述气阀开启，在这个极限位置所述紧急凸轮的升程控制所述气阀的开启。
[0019]根据本发明的一个方面，所述制动控制器无论是在正常制动模式还是在备用制动模式，第一手柄均能在极限位置控制并开启所述气阀，连通列车管压力空气与大气的通道。
[0020]根据本发明的一个方面，所述制动控制器还包括包覆所述安装座的外罩，所述控制板卡安装在所述外罩上;所述外罩还安装有电气连接器，用于制动控制器的对外电气接
□ O
[0021]本发明目的在于提供一种制动控制器，即可以在正常制动模式下进行制动指令操作，也可以在正常制动系统(包括制动控制器)故障时通过转换到备用制动模式下进行制动指令操作，同时制动控制器的纯机械紧急制动排风作用在这两种模式下都有效。
[0022]本发明在电子或电气控制机车制动系统的制动控制器中增加了至少两个微动开关，所述两个微动开关分别定义并用作缓解微动开关和制动微动开关，以及在第一制动手柄组件和第二制动手柄组件上增加了控制微动开关和机械排风阀动作的盘型凸轮。
[0023]所述的缓解微动开关和制动微动开关以及相应的盘型凸轮，仅用在制动控制器的备用制动操作模式下，实现对列车制动操作;而在正常制动模式下，所述的第一制动手柄组件通常用于对列车的制动操作，第二制动手柄组件通常仅用于对机车本车的制动操作。
[0024]本发明可根据不同需要选择将第一手柄或第二手柄设计为备用制动操作手柄，在备用制动模式下，操作第一手柄或第二手柄的旋转均可带动各自手柄组件上的盘型凸轮旋转，并在特定的位置推动缓解微动开关或制动微动开关动作，实现缓解或制动开关量信号的输出。
[0025]通过在制动控制器上或外部设置的转换开关用于选择是否使用备用制动模式，正常制动模式下，操纵第一和第二手柄旋转不会有用于备用制动的缓解或制动开关量信号输出。而备用制动模式仅在隔离正常制动模式的操作功能后(第一制动手柄组件的紧急制动排风控制除外)才有效。备用制动操作模式下，操纵所述备用制动操作手柄可以通过电气连接器向制动控制器外部输出要求列车或机车缓解和制动的开关量信号，。
[0026]目前为止，大多数机车上安装唯一制动控制系统，在其故障失效情况下往往影响到列车运行。尽管也有少量机车装有备用制动系统，但其仅是纯空气制动技术方式，并且在原制动控制器上另外增加一套机械制动控制器用于对备用制动的操作控制。
[0027]通过采用上述的技术方案，本项发明提供了一种结构紧凑的机车用制动控制器，将电气控制的制动操作作为备用制动操作，实现了正常制动系统操作和备用制动系统操作的功能集成，同时两套系统分别供电，通过转换开关选择而互不干扰，结构简单，方便操作，机车制动控制器的冗余设计有利于列车正常运行。
【附图说明】
[0028]下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中:
[0029]图1示出了本发明的制动控制器的结构图；
[0030]图2示出了本发明的制动控制器与部分零部件的连接关系；
[0031]图3(a)示出了用第二手柄作为备用制动手柄在特定缓解位时的缓解微动开关动作情况；
[0032]图3(b)示出了用第二手柄作为备用制动手柄在特定制动位时的制动微动开关动作情况；
[0033]图4示出了用第一手柄作为备用制动手柄的制动控制器结构；
[0034]图5示出了紧急凸轮与排风阀组件的接触关系；
[0035]图6示出了排风阀组件的结构；
[0036]图7(a)示出了缓解微动开关的触点形式；
[0037]图7(b)示出了制动微动开关的触点形式。
[0038]附图标记说明:
[0039]I安装座2第一制动控制手柄组件3第一手柄
[0040]4第二制动控制手柄组件5第二手柄6排风阀组件
[0041]7控制板卡模块8外罩9电气连接器
[0042]11紧急凸轮12备用制动凸轮13缓解微动开关
[0043]14制动微动开关15电位器21阀体
[0044]22气阀23阀口24推杆
[0045]25弹簧26橡胶密封件27输入压力通道
[0046]28大气通道31缓解常开触点32缓解引入端
[0047]33缓解引出端34制动常开触点35制动引入端
[0048]36制动引出端100制动控制器
【具体实施方式】
[0049]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]图1中示出了本发明的制动控制器100的主要零部件的结构以及之间大概的连接关系，图2更清晰地显示了部分零部件间的连接关系，是对图1的进一步补充，下面结合图1、图2对发明产品的组成、结构及功能作一个总体的描述。
[0051]图1示出了本发明的制动控制器100包括安装座1、第一制动手柄组件2、第二制动手柄组件4、排风阀组件6。制动控制器100还具有紧急凸轮11、备用制动凸轮12分别安装于第一制动手柄组件2和第二制动手柄组件4转动轴上，以及具有制动微动开关14、缓解微动开关13和电位器(或编码器)15等安装座I，备用制动凸轮12曲面正对缓解微动开关13和制动微动开关14，紧急凸轮11曲面正对排风阀组件;另外第一制动手柄组件2和第二制动手柄组件4上分别设有第一手柄3和第二手柄5;并且第二手柄5为备用制动操作手柄。
[0052]图2示出了制动控制器外罩8、安装座1、控制板卡模块7、电气连接器9等部分制动控制器部件。
[0053]在正常制动模式下操作第一手柄3或第二手柄5的旋转动作，使得第一制动手柄组件2或第二制动手柄组件4上的传动机构(如啮合齿轮)驱动电位器15转动，电位器15将因手柄操作而产生的角位移和新的位置转换成电信号，送至控制板卡模块7，经处理后通过电气连接器9送至制动控制器100外部，输出用于正常制动模式的制动指令，其中第一手柄3用于对列车的制动控制，而将第二手柄5用于对机车本车的制动控制。
[0054]如在运用过程中遇到正常制动模式体系设备故障，或其它原因需要使用备用制动模式时，通过操作设在制动控制器外部的转换开关进行切换，隔离正常制动模式功能，转换成备用制动模式，允许备用制动模式操纵指令通过电气连接器9输出至制动控制器外部。
[0055]选择了备用制动模式，操作第二手柄5(备用制动操作手柄)至缓解极限位置，第二制动手柄组件4上的备用制动凸轮12曲面升程随之转动至缓解微动开关13处，如图3(a)所示，凸轮曲面升程推动缓解微动开关13的传动元件使得缓解微动开关13内部簧片动作，常开触点闭合接通，引出端33有高电平输出，输出缓解指令;操纵第二手柄5转动至制动极限位置，第二制动手柄组件4上的备用制动凸轮12曲面升程随之转动至制动微动开关14处，如图3(b)所示，凸轮曲面升程推动制动微动开关14的传动元件使得制动微动开关14内部簧片动作，常开触点断开闭合，引出端36有高电平输出，输出制动指令;将第二手柄5转动至两个极限位置之间的任意位置，备用制动凸轮12曲面升程不会推动微动开关动作，引出端33和36没有高电平输出，默认制动保压指令。
[0056]图6示出了排气阀组件4结构，其基本组成部件包括:阀体21、输入压力通道27、大气通道28，以及气阀22、阀口 23、推杆24、弹簧25、密封件26等。输入压力通道27用于引入列车管压力空气，而大气通道28则用于从排风阀组件中向大气排出压力空气，通过阀口 23的开启和闭合，从而连通或断开输入压力通道27和大气通道28。具体而言，当气阀22受弹性元件如弹簧25推压落座在阀体内部形成的阀座上时，阀口23关闭，输入压力通道27和大气通道28断开；当推动推杆并克服弹簧25的压力并使气阀22离开其阀座时，阀口 23开启，如图6所示，输入压力通道27和大气通道28连通，由于阀口 23的通径(直径彡1mm以上)足够大，列车管压力空气直接迅速排入大气。
[0057]图4所示为第一手柄3控制排风阀组件动作，推动第一手柄3移动至其中一个极限位置，在此位置紧急凸轮设有一个升程可以推动排风阀组件6中的推杆24移动，最终打开阀□ 23，
[0058]图7(a)、图7(b)分别示出了缓解微动开关13和制动微动开关14触点接线和动作说明，其中缓解微动开关13选用常开触点31，引入端32用于引入直流电压，引出端33为输出端，触点31的闭合或断开控制引出端26的高电平输出。当缓解微动开关13无动作时，触点31断开，引出端33无高电平输出；当缓解微动开关13有动作时，触点31闭合，引出端33有高电平输出。制动微动开关14选用常闭触点34，引入端35用于引入直流电压，引出端36为输出端，触点34的闭合或断开控制引出端36的高电平输出。当制动微动开关14无动作时，触点34断开，引出端36无高电平输出；当制动微动开关14有动作时，触点34闭合，引出端36有高电平输出。
[0059]上面描述的本发明的制动控制器100仅是将用于对机车本车制动控制的第二手柄5设为备用制动操作手柄，在变化的实施例中，制动控制器也可将用于对列车制动控制的第一手柄3作为备用制动操作手柄，如图5所示，实现制动控制器在备用制动模式下的缓解、制动开关量指令输出。只是第一手柄3转动的其中一个极限位置已用于推动排风阀组件6中的气阀打开，选择将另一个极限位置和两个极限位置中的某个特定位置分别用于备用制动模式下的缓解位或制动位，第一手柄3转动至这两个位置时，凸轮曲面升程推动缓解微动开关13或制动微动开关14动作，分别有输出端33、36有高电平输出。
[0060]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种制动控制器，包括: 底座； 安装在所述底座上并相互独立工作的第一制动控制组件和第二制动控制组件； 其中所述制动控制器可在正常制动模式和备用制动模式之间切换，其中在正常制动模式下，所述第一制动控制组件和第二制动控制组件均可输出制动指令和缓解指令;在备用制动模式下，所述第一制动控制组件失效，所述第二制动控制组件可输出制动指令和缓解指令。2.根据权利要求1所述的制动控制器，其特征在于，所述备用制动模式下的制动、缓解指令采用开关量信号输出方式;所述正常制动模式下的制动、缓解指令采用通讯协议或开关量、或模拟量的输出方式;并且所述正常制动模式和备用制动模式可通过转换开关进行选择。3.根据权利要求1或2所述的制动控制器，其特征在于，还包括: 数个微动开关，其中包括缓解微动开关和制动微动开关，安装在所述安装座上，所述微动开关受所述第一制动控制组件或第二制动控制组件控制而动作； 排风阀组件，受所述第一制动手柄组件控制而开启或闭合，安装在所述安装座上。4.根据权利要求1或2所述的制动控制器，其特征在于，所述制动控制器还包括包覆所述安装座的外罩;所述外罩还安装有电气连接器和用于所述制动控制器的对外电气接口，将所述第一制动控制组件和第二制动控制组件的操作指令用电气形式传输到制动控制器外部。5.根据权利要求1或2所述的制动控制器，其特征在于，还设有数个盘型凸轮，包括备用制动凸轮和紧急凸轮;其中所述备用制动凸轮安装在所述第一制动控制组件或第二制动控制组件的转动轴上;所述紧急凸轮安装在所述第一制动控制组件的转动轴上。6.根据权利要求5所述的制动控制器，其特征在于，所述第一制动控制组件和第二制动控制组件分别含有第一手柄和第二手柄，第一制动控制组件和第二制动控制组件的转动轴可枢转地固定在所述安装座上，操作所述第一手柄和第二手柄的旋转均可带动各自手柄组件上的盘型凸轮旋转。7.根据权利要求5或6所述的制动控制器，其特征在于，所述的盘型凸轮上设置有多个凸轮升程，根据所述第一或第二手柄转动后产生确定的相应位置，或推动所述排气阀组件动作、或推动所述微动开关动作。8.根据权利要求6或7所述的制动控制器，其特征在于，将第二制动控制组件旋转的两个位置作为缓解和制动位置;将第一制动控制组件旋转的两个位置作为缓解和制动位置，在这两个位置，所述备用制动凸轮的升程分别推动缓解微动开关和制动微动开关动作。9.根据权利要求8所述的制动控制器，其特征在于所述微动开关的动作将接通或断开其内部触点，用于开关量信号输出。10.根据权利要求9所述的制动控制器，其特征在于，所述微动开关的开关量信号由所述制动控制器外部的电源供给电能，并设有开关对其进行控制；当开关没有接通时，无开关量信号输出。11.根据权利要求10所述的制动控制器，其特征在于，所述电源仅在进行备用制动操作使用时才准予接通。12.根据权利要求11所述的制动控制器，其特征在于，在备用制动模式下，操纵所述第二制动控制组件可以通过所述电气连接器向制动控制器外部输出缓解和制动的开关量信号。13.根据权利要求6或7所述的制动控制器，还可包括: 角位移传感器，将所述第一手柄和第二手柄因旋转作用产生的角位移转换成电信号； 控制板卡模块，接收所述第一手柄、第二手柄及角位移传感器的角位移信号和位置，并将信号转换后向所述制动控制器外部传送。14.根据权利要求13所述的制动控制器，角位移传感器、控制板卡模块或其它部件用于正常制动模式下的手柄制动、缓解操作指令输出。15.根据权利要求3所述的制动控制器，其特征还在于所述排风阀组件设置有输入压力通道和大气通道，其中输入压力通道用于引入所述制动控制器所安装机车车辆的列车管压力空气，大气通道用于向大气排出输入压力通道内的列车管压力空气； 气阀，所述排风阀组件中设有气阀和弹性元件，弹性元件推抵所述气阀，气阀的开启与闭合用于连通或切断输入压力通道与大气通道。所述输入压力通道、气阀和大气通道的有效通径足够大，能够保证所述输入压力通道内压力空气快速排入大气。16.根据权利要求15所述的制动控制器，其特征在于，所述气阀受所述第一制动手柄组件控制而开启或闭合。17.根据权利要求16所述的制动控制器，其特征在于，可将第一制动控制组件旋转的另一个极限位置用于推动所述气阀开启，在这个极限位置所述紧急凸轮的升程控制所述气阀的开启。18.根据权利要求17所述的制动控制器，其特征还在于，无论是在正常制动还是在备用制动模式下，第一制动控制组件均能在该极限位置控制并开启所述气阀，连通输入压力通道与大气通道。
【文档编号】B61H13/02GK105923011SQ201610270827
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】林晖, 张培峰, 池海, 李菲, 范宇, 叶柏洪
【申请人】中国铁道科学研究院, 北京纵横机电技术开发公司, 中国铁道科学研究院机车车辆研究所