一种铁路机车及车辆制动机综合培训教学的实训方法与流程

本发明涉及到一种铁路机车及车辆部件现场培训教学实训装置，尤其是指一种铁路机车及车辆制动机综合培训方法，主要用于更快更好地提升铁路机车及车辆司乘人员、检修人员的故障判断和处理能力培训，适用各铁路局、铁路院校对于机车、动车、城轨或地铁制动机专业技能培训，属于教学培训方法及教具技术领域。

背景技术：

随着铁路电气化的全面推广，电力铁路机车及车辆已经在全国范围得到了普遍的推广使用，尤其是在我们国内的高铁技术走向世界以后，在电气化铁路的电力铁路机车及车辆操作、维修和保养等方面急需培训大量的人才，培养大量合格的司乘人员和检修人员迫在眉睫。然而，经过调研，目前针对铁路和谐型电力铁路机车及车辆乘务员应急处置及检修人员的技能实训，各铁路局、大专院校、机务段普遍缺乏系统直观的实训设施、设备，完全还是靠传统的跟车或现场检修进行学习培训，没有系统的培训手段和现代化的培训设施、设备，这样一则培训的机会很有限，只有在于设备检修的时候才能相应的培训学习，二则是这样的现场培训只能是根据现场实际所发生的状况来进行相应的培训学习，不能系统全面的进行培训学习，因此对铁路机车及车辆乘务员、检修人员的故障判断和处理能力亟待提高。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为cn201510191287.5，名称为“铁路机车及车辆制动机模拟及培训方法”的发明专利，该专利公开了一种铁路机车及车辆制动机模拟及培训方法，旨在将现有实车铁路机车及车辆复杂的控制方式，通过电子模拟出与实车制动机相似的动作和显示，达到培训学员的目的，把所有的故障现象，列入模拟系统中，使学员切实学会和掌握正常操作，故障的分析，判断，及处理方法。在学习过程中随机建立学员学习档案和教学过程的管理档案。

2、专利号为cn201521068137.7，名称为“交流传动内燃铁路机车及车辆培训用模拟操纵系统”的发明专利，该专利公开了一种交流传动内燃铁路机车及车辆培训用模拟操纵系统，包括操纵台总成(1)、电气控制设备(2)、柴油机模拟设备(3)、空气制动设备(4)、辅助电源设备(5)和空气辅助设备(6)，操纵台总成(1)控制电气控制设备(2)和空气制动设备(4)，辅助电源设备(5)为柴油机模拟设备(3)和空气辅助设备(6)供电，电气控制设备(2)控制柴油机模拟设备(3)和空气辅助设备(6)；采用了原有铁路机车及车辆的设备，减少了开发费用，同时更能接近真实的铁路机车及车辆，使乘务员在培训时身临其境，克服了传统模拟驾驶装置的缺点，使铁路机车及车辆乘务员不但能够接触整车大部分真实部件，进行故障处理也是真实的部件，提高了该模拟驾驶装置的模拟真实度。

3、专利号为cn201510627767.1，名称为“铁路机车及车辆及轨道监控装置仿真培训系统”的发明专利，该专利公开了一种铁路机车及车辆及轨道监控装置仿真培训系统，属于铁路职教培训领域。该系统由监控装置仿真模拟培训操作设备组成的培训考试模块，独立的培训题目设置模块，监控装置仿真模拟培训操作设备链接铁路前方线路实景视频播放模块、监控装置仿真模拟培训操作设备链接铁路站场3d电子沙盘同步控制模块组成。该专利解决了目前机务系统在铁路机车及车辆监控装置仿真模拟培训方面存在的问题，机务人员通过对本系统的操作与练习，能更好的学习、熟悉与应对实际操作中的各种操作手法与突发状况。

4、专利号为cn201320200031.2，名称为“铁路机车及车辆乘务员车上模拟培训考试装置”的实用新型专利，该专利公开了一种铁路机车及车辆乘务员车上模拟培训考试装置，提供了一种连接在铁路机车及车辆列车管上就可以对铁路机车及车辆乘务员进行制动机试验、非正常情况下行车办法及lkj装置培训及考试、连接简单、方便操作的教学设备，包括检测装置、数据处理装置、执行机构和、人机对话板和地面信号装置，乘务员可以在不挂车列时，通过日常的制动机试验或操作铁路机车及车辆制动系统，通过对列车管的排风时间，准确判断出折角塞门的状态及列车管的保压能力，并可根据地面信号的模拟，进行铁路机车及车辆运行操作，提高铁路机车及车辆乘务员对制动机的操作水平及判断能力，提高乘务员的非正常情况下行车办法的运用能力，提高乘务员lkj的运用能力，满足铁路机务系统铁路机车及车辆乘务员培训的需求

上述这些专利虽然都涉及到一些有关铁路机车及车辆事务的培训，而且名称为“铁路机车及车辆乘务员车上模拟培训考试装置”，专利号为cn201320200031.2，实用新型专利公开了一种利用连接在铁路机车及车辆列车管上的教学设备，对铁路机车及车辆乘务员进行制动机试验、非正常情况下行车办法及lkj装置培训及考试的教学设备，但通过仔细分析，这种设备必须通过实际的铁路机车及车辆来进行作业，而且只是通过对列车管的排风时间，准确判断出折角塞门的状态及列车管的保压能力，并可根据地面信号的模拟，进行铁路机车及车辆运行操作培训，所以应用十分有限，尚没有关于电力铁路机车及车辆制动机综合实训教育的培训方法及系统，因此仍有待进一步加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有铁路机车及车辆乘务员、检修人员的制动机综合培训所存在的问题，提出一种铁路机车及车辆制动机综合培训教学的实训方法，该种铁路机车及车辆制动机综合培训教学的实训方法配合其它仿真设备，实现铁路机车及车辆制动机综合培训教学，可以不用去现场就可以知道制动机的结构和工作原理，互动性强，提高了学员的兴趣，使学员不再被动地学习，而是主动地参与练习，强化学习效果。

为了达到这一目的，本发明提供了一种铁路机车及车辆制动机综合培训教学的实训方法，根据制动机常规培训教学的试验内容，利用仿真与真实部件相结合，在地面上设置模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台，模拟仿真制动单元上设有仿形制动执行单元，仿形制动执行单元由仿真制动柜进行控制，仿真制动柜又与仿真司机操作控制台连通控制，通过模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台组合完成制动机各项制动工况操作及自检试验，实现模拟仿真制动单元实训教学培训。

进一步地，所述的利用仿真与真实部件相结合是分别在模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台采用仿真部件与真实部件相结合形成简化的功能模块，再将简化的功能模块组合起来形成模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台，利用仿真部件与真实部件相结合的模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台进行制动机的各种工况试验。

进一步地，所述的模拟仿真制动单元上设置有仿形制动执行单元和仿真制动盘，仿形制动执行单元设置在仿真制动盘的侧面，仿真制动盘垂直放置在一个支撑底座上，在仿真制动盘旁边按照铁路机车及车辆制动机的位置设置一个吊架，将仿形的制动机制动执行元件模仿在铁路机车及车辆上的位置安装在吊架上，所述的吊架上设有制动机制动执行元件安装板，制动机制动执行元件安装板上安装有制动机所需的仿真制动执行元件，通过仿真制动执行元件与仿真制动盘配合进行各种制动机操作的实训教学培训。

进一步地，所述的仿真制动盘与铁路机车及车辆上的实际制动盘相仿，具有圆环形的结构，在圆环的下部分连接有制动盘安装块，制动盘安装块为长条形平面块；所述的制动盘安装块与圆环形的制动仿真盘连接在一起，制动盘安装块安放在支撑底座上，并由支撑底座上的制动盘卡条卡住，使得制动仿真盘在支撑底座上垂直地面竖立。

进一步地，所述的仿真制动柜采用真实部件与仿形部件相结合的结构，通过plc控制替代制动机的电-空制动控制单元（bcu），仿真制动柜内安装有仿形电空控制单元epcu，仿形电空控制单元epcu与电空调制器（epm）和制动控制器（大闸+小闸）连接，并通过rs485与司机室制动屏连接接收制动控制器发出的制动指令。

进一步地，所述的仿形电空控制单元epcu为仿真模块化结构，仿真模块统一安装在一个仿形壳体上，仿形壳体内设置有气路进行各个模块的功能实现，由plc控制模拟主管、均衡管、列车管和制动缸管的压力输出，通过各个仿真控制模块组合，在plc控制下，模拟实现制动机的操控。

进一步地，所述的仿真控制模块包括：

（a）列车管控制模块bpcp：主要控制列车管的压力；

（b）均衡风缸控制模块ercp：本务铁路机车及车辆状态时，根据自动制动手柄位置产生均衡风缸压力来提供列车管控制压力；

（c）13控制模块（13cp）：相当于操作小闸的作用；

（d）16控制模块（16cp）：相当于dk-1制动机分配阀的主阀的作用；

（e）20控制模块（20cp）：相当于重联阀。

进一步地，所述的仿真制动柜采用传感器和plc模拟车况信号，仿集成计算机m-ipm控制模式，并用集成管路柜组装，将仿形的电空控制单元epcu、信号控制柜x-ipm、中继接口模块rim、和真实的停车制动、撒砂装置、升弓控制模块等安装在制动柜中，方便操作和检修；所述的仿真制动柜在管路柜集成柜内背面安装可控气路替代实际的司机制动阀，通过可控气路实现列车管压力控制、均衡风缸压力控制、阶段缓解模式、一次缓解模式和故障处理模式的仿真控制。

进一步地，所述的阶段缓解模式包括控制初充风、再充风、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解、制动或缓解后保压、快速缓解、中立、紧急制动、总风低压保护；所述的一次缓解模式包括控制初充风、再充风、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解（初制动后缓解、常用制动后缓解、开始缓解）、制动或缓解后的稳定性、中立位、紧急制动、总风低压保护；所述的故障处理模式包括备用制动、转换并启动备用制动、惰行、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解、制动或缓解后保压、紧急与安全制动、中立过程、司机制动阀隔离、多级重联、司机室先导压力信息、快速缓解、备用模块的诊断。

进一步地，所述的仿真司机操作控制台外形为仿真城轨车辆司机操作台，仿真司机操作控制台上配置有高性能工业控制计算机、大屏幕液晶触摸显示器、可编程控制器（plc），并提供了并提供了模拟制动操作的仿真板腱和仿真开关，还有真实的制动控制器俗称大小闸这个是铁路机车及车辆原件，它与制动屏通讯联络发送指令，以及配合教学的高度智能化与人性化的人机交互模块化教学软件；所述的高性能工业控制计算机、大屏幕液晶触摸显示器、可编程控制器（plc）属于该教学试验台的上位机构，用于对下位机构的控制与显示；所述的教学软件采用面向对象的可视化开发工具作为主开发平台、辅以三维动画制作和图形处理软件，建成了由高度仿真的制动机各部件三维立体模型、动画、软件管理系统等众多部分组成的高度智能化与人性化的人机交互模块化教学软件；软件用于与实物模型、投影仪等配合来演示制动机组成、控制原理、以及制动机的综合作用原理。

本发明的优点在于：

本发明通过本发明通过模拟的方式，将制动机的各种制动操作通过模拟制动单元进行再现，具有教学直观，容易理解，可到达现场实际操作的真实感觉，通过模拟仿真演练操作，可完成制动机各项制动工况操作及自检试验的综合培训教学，以此来对学员进行模拟现场的培训教学，具有真实程度高，可以集中将各种结构原理和动作再现，有利于解决目前现场教学中的诸多难题；主要有以下一些优点：

1、可以在一台仿真试验台上将实施制动机的部件结构和动作原理模拟再现，便于学生全面了解制动机的全面情况，互动性强，提高了学员的兴趣，使学员不再被动地学习，而是主动地参与练习，强化学习效果；

2、通过剖开式设计的制动机实物模型，可以直观的看到制动机内部结构，便于学员对制动机的内部结构、安装方式等有更加深刻的认识；

3、仿真仿真试验台设置在培训室，便于在室内进行制动机的实训，不受现场条件的影响；

4、投影设备与操作台配合使用，主要用于制动机各模块和阀的原理和动作演示。投影仪将计算机上的原理和动画投射到幕墙上，给学员一个直观的认识。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明模拟仿真制动单元结构示意图；

图3是本发明模拟仿真制动单元的电空控制单元epcu部件布置示意图；

图4是本发明仿真制动柜结构示意图；

图5是本发明仿真司机操作控制台结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图1可以看出，本发明涉及一种铁路机车及车辆制动机综合培训教学的实训方法，根据制动机常规培训教学的试验内容，利用仿真与真实部件相结合，在地面上设置模拟仿真制动单元1、仿真制动柜2和仿真司机操作控制台3，模拟仿真制动单元1上设有仿形制动执行单元6，仿形制动执行单元6由仿真制动柜2进行控制，仿真制动柜2又由仿真司机操作控制台3进行控制，通过模拟仿真制动单元1、仿真制动柜2和仿真司机操作控制台3组合完成制动机各项制动工况操作及自检试验，实现模拟仿真制动单元实训教学培训。

进一步地，所述的利用仿真与真实部件相结合是分别在模拟仿真制动单元1、仿真制动柜2和仿真司机操作控制台3采用仿真部件与真实部件相结合形成简化的功能模块，再将简化的功能模块组合起来形成模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台，利用仿真部件与真实部件相结合的模拟仿真制动单元、仿真制动柜和仿真司机操作控制台进行制动机的各种工况试验。

进一步地，所述的模拟仿真制动单元1上设置有仿形制动执行单元6和仿真制动盘5（见附图2所示），仿形制动执行单元6设置在仿真制动盘5的侧面，仿真制动盘5垂直放置在一个支撑底座7上，在仿真制动盘5旁边按照铁路机车及车辆制动机的位置设置一个吊架8，将仿形的仿形制动执行单元6模仿在铁路机车及车辆上的位置安装在吊架8上；所述的吊架5上设有仿形制动执行元件安装板9，仿形制动执行元件安装板9上安装有制动机所需的仿形制动执行元件6，通过仿形制动执行元件6与仿真制动盘5配合进行各种制动机操作的实训教学培训。

进一步地，所述的仿真制动盘5与铁路机车及车辆上的实际制动盘相仿，具有圆环形的结构，在圆环的下部分连接有制动盘安装块11，制动盘安装块为长条形平面块；所述的制动盘安装块与圆环形的制动仿真盘连接在一起，制动盘安装块安放在支撑底座7上，并由支撑底座上的制动盘卡条12卡住，使得制动仿真盘在支撑底座上垂直地面竖立。在仿真制动盘5的上环下面吊装有反映制动机工作工况的显示器10，显示器10与仿真司机操作控制台3的制动控制系统连接，通过显示器10反映出所正在进行制动试验及其相关状态，以便学员直观了解制动的工况。

进一步地，所述的仿真制动柜2采用真实部件与仿形部件相结合的结构（如附图3所示），通过plc控制替代制动机的电-空制动控制单元（bcu），仿真制动柜2内安装有仿形制动执行单元（epcu）13，仿形制动执行单元（epcu）13与电空调制器（epm）和制动控制器（大闸+小闸）连接，并通过rs485与司机室制动屏连接接收制动控制器发出的制动指令。

进一步地，所述的仿形制动执行单元（epcu）13为仿真模块化结构（如附图4所示），仿真模块统一安装在一个仿形壳体19上，仿形壳体19内设置有气路进行各个仿真控制模块17的连接，并由plc控制模拟主管、均衡管、列车管和制动缸管18的压力输出；通过各个仿真控制模块17组合，在plc控制下，模拟实现仿真制动机的操控。

进一步地，所述的仿真控制模块17包括：

（a）列车管控制模块（bpcp）20：主要控制列车管的压力；

（b）均衡风缸控制模块（ercp）21：本务铁路机车及车辆状态时，根据自动制动手柄位置产生均衡风缸压力来提供列车管控制压力；

（c）13控制模块（13cp）22：相当于操作小闸的作用；

（d）16控制模块（16cp）23：相当于dk-1制动机分配阀的主阀的作用；

（e）20控制模块（20cp）24：相当于重联阀。

在仿形制动执行单元（epcu）13上还设有（bcpc）25对铁路机车及车辆制动缸控制，以及电源分线盒26，连接所有节点，为连接器供电。

进一步地，所述的仿真制动柜采用传感器和plc模拟车况信号，仿集成计算机m-ipm控制模式，并用集成管路柜组装，将仿形的电空控制单元（epcu）13、信号控制柜x-ipm、中继接口模块rim、和真实的停车制动、撒砂装置、升弓控制模块等安装在制动柜中，方便操作和检修；所述的仿真制动柜在管路柜集成柜内背面安装可控气路替代实际的司机制动阀，通过可控气路实现列车管压力控制、均衡风缸压力控制、阶段缓解模式、一次缓解模式和故障处理模式的仿真控制。

进一步地，所述的阶段缓解模式包括控制初充风、再充风、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解、制动或缓解后保压、快速缓解、中立、紧急制动、总风低压保护；所述的一次缓解模式包括控制初充风、再充风、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解（初制动后缓解、常用制动后缓解、开始缓解）、制动或缓解后的稳定性、中立位、紧急制动、总风低压保护；所述的故障处理模式包括备用制动、转换并启动备用制动、惰行、初制动、常用制动、断钩保护功能、缓解、制动或缓解后保压、紧急与安全制动、中立过程、司机制动阀隔离、多级重联、司机室先导压力信息、快速缓解、备用模块的诊断。

进一步地，所述的仿真司机操作控制台3外形为仿真城轨车辆司机操作台（如附图5所示），仿真司机操作控制台3上配置有制动机试验所需的高性能工业控制计算机（图中未显示）、大屏幕液晶触摸显示器14、可编程控制器（plc）（图中未显示），并提供了模拟制动操作的仿真板腱15和仿真开关16，还有真实的制动控制器俗称大小闸这个是铁路机车及车辆原件，它与制动屏通讯联络发送指令，以及配合教学的高度智能化与人性化的人机交互模块化教学软件（图中未显示）；所述的高性能工业控制计算机、大屏幕液晶触摸显示器、可编程控制器（plc）属于该教学试验台的上位机构，用于对下位机构的控制与显示；所述的教学软件采用面向对象的可视化开发工具作为主开发平台、辅以三维动画制作和图形处理软件，建成了由高度仿真的制动机各部件三维立体模型、动画、软件管理系统等众多部分组成的高度智能化与人性化的人机交互模块化教学软件；软件用于与实物模型、投影仪等配合来演示制动机组成、控制原理、以及制动机的综合作用原理。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的优点在于：

本发明通过仿真操作台、制动机实物模型和投影设备的配合，以及人机交互模块化教学软件协调软件模拟动画系统与制动机实物模型和投影设备三者的联锁动作，来演示制动机组成、控制原理、以及制动机的综合作用原理的综合培训教学，以此来对学员进行模拟现场的培训教学，具有真实程度高，可以集中将各种结构原理和动作再现，有利于解决目前现场教学中的诸多难题；主要有以下一些优点：

1、可以在一台仿真试验台上将实施制动机的部件结构和动作原理模拟再现，便于学生全面了解制动机的全面情况，互动性强，提高了学员的兴趣，使学员不再被动地学习，而是主动地参与练习，强化学习效果；

2、通过剖开式设计的制动机实物模型，可以直观的看到制动机内部结构，便于学员对制动机的内部结构、安装方式等有更加深刻的认识；

3、仿真仿真试验台设置在培训室，便于在室内进行制动机的实训，不受现场条件的影响；

4、投影设备与操作台配合使用，主要用于制动机各模块和阀的原理和动作演示。投影仪将计算机上的原理和动画投射到幕墙上，给学员一个直观的认识。