专利名称：用于自动施用和释放轨道车辆的手制动器的两级缸体的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用在轨道型车辆上的手制动组件，更特别地，本发明涉及无需操作者手动地卷紧手制动器上的链而在轨道车辆上自动致动并施用制动器的装置。
背景技术：
在构思并研发本发明之前，轨道车辆的手制动机构在本领域中公知。它们通常包括设置在竖直平面中并安装在一轴上的巨大的可旋转手轮，所述轴可以通过齿轮链来使链鼓轮旋转，从而卷起一链，该链在其远离链鼓轮的一端固定至轨道车辆的制动传动装置。当手轮沿一个方向旋转时，制动器被施用并且通过接合手轮轴上的止动轮的棘爪防止手轮轴沿相反的方向旋转。
可以通过从止动轮解除棘爪来释放制动器，但是这种解除会使手轮以及齿轮链的齿轮快速旋转。为了避免手轮快速旋转，设计了一种手制动机构，其公知为“快速释放”机构。通常，这些快速释放机构在手轮轴和齿轮链之间包括可释放的连接装置。当连接装置被释放时，由于没有棘爪和止动轮的限制，齿轮链的齿轮快速旋转，但手轮保持静止。
美国铁路协会(AAR)发布了用于设计和操作轨道车辆的手制动机构的规范。竖向轮、齿轮链、手制动机构分成三类，即(1)标准动力-在链上提供3350磅(lbs)的平均力，且125磅的转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
(2)中间动力-在链上提供4475磅(lbs)的平均力，且125磅的转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
(3)高动力-在链上提供6800磅(lbs)的平均力，且125磅的转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
在制动器固定之后，当手制动机构被释放时，齿轮链快速旋转。这导致齿轮以及其它部件受到高的力和震动的作用，特别是在链从链鼓轮上完全放掉的时候。
最近，AAR还将寿命测试增加到其规范中，不满足寿命测试的手制动机构不允许出售用在美国铁路的交换维修服务中操作的轨道车辆上。对于快速释放制动器的AAR寿命测试要求后来的制动器承受3000次快速释放操作。
为了满足这种寿命测试要求，当采用该寿命测试时，即使标准动力的手制动机构也必须修改。当采用寿命测试之前出售的中间动力的手制动机构经受寿命测试时，发现其部件过早地磨损或者被损坏，必须在这种手制动机构的外部增加减震器或吸震器，以克服这种磨损或损坏。当然，这种外部减震器并不是所需要的，不仅因为其在手制动机构的外部，而且还因为额外的费用，并且在利用中间动力的手制动机构替换标准动力的手制动机构的情况下，它需要在轨道车辆上进行设备的场合修改。在采用寿命测试之前出售的高动力的手制动机构类似地也不能通过寿命测试。应记住，这种高动力的制动机构通常具有附加的齿轮以在链上提供所需的力，并且这会导致在手制动机构释放期间至少一些齿轮具有较高的旋转速度。
尽管使用外部减震器可以解决较高动力的手制动机构所具有的问题，但这会要求AAR规范作出变化以允许使用这种外部减震器。曾试图重新设计高动力的手制动机构，例如通过使其更坚固，使得其在不使用外部减震器的情况下满足寿命测试，但这种试图没有成功。
本发明所关注的轨道车辆制动器的一个特性是施用到链上的力，因此，手制动器部件是非直线的，并且取决于制动器施用或释放的程度。因此，当施用制动器时，需要较小的力来缩减链和制动传动装置中的松弛，同时满足AAR要求，链上最终的力必须为如上所述，即对于标准动力的制动器为3350磅，对于中间动力的制动器为4475磅，对于高动力的制动器为6800磅。在缩减了制动传动装置中的松弛(其可能需要链行进例如5-15英寸)后，链上的力随着制动手轮进一步转动以固定制动器而指数地增加，例如从200磅增加到最终值。在松弛被缩减后达到最终值的过程中，链可能仅行进2或3英寸。
类似地，当手制动器被释放时，链的力指数地下降并且在手制动器被释放之后很快达到较小的值。前述的待审申请教导了一种单级双向作用的缸体，其不管手制动机构中所产生的力，每一冲程排出相同体积的流体压力。结果，在制动施用周期的起始处浪费了一部分量的流体压力，在所述开始处，需要很小的力来缩减链中的松弛。由于所述流体压力的源通常为具有预定容积的紧急风缸，在制动施用的结束处可得到较小的流体压力，以满足链力要求。
从上面的讨论可以看出，有利地是优化流体压力的消耗，使得在制动施用的第一阶段期间消耗较少的流体，从而当需要更高的压力以满足最小的链力要求时给制动施用的关键的结束阶段留下更多可用的流体。
发明内容
本发明包括两级施用缸体，其具有第一驱动杆和第二驱动杆。驱动臂在一端连接至第一驱动杆并在远端接合一杠杆。操作棘爪连接至该杠杆，并且弹簧装置被设置用于将操作棘爪推压到与一棘轮接触。该棘轮可与布置在手制动组件的外壳构件中的手制动齿轮组件的至少一个齿轮接合。在制动周期的起始处，施用缸体内的力的施用导致第一驱动杆和驱动臂从缸体向外移动并向杠杆施用向下的力，从而导致操作棘爪接合棘轮内的齿。第一回位弹簧设置在施用缸体内以推动驱动臂返回到其初始位置。棘轮的旋转导致手制动齿轮组件的齿轮沿会导致制动装置施用的方向旋转。施用缸体内的压力的重复施用使得手制动齿轮组件的齿轮旋转足够的量，从而导致制动的施用。还设有保持棘爪以与棘轮配合。在制动周期的结束时，缸体内流体压力的持续施用导致第二驱动杆从缸体向外运动并施用所需的力以完成制动施用。至少一个控制阀机构可与连接至杠杆的扳机接合，以控制施用缸体的操作。还设置至少一个控制阀装置以将流体压力的路径重定向到缸体的另一侧并帮助回位弹簧使第一活塞完全回位到其初始位置。
图1为用于包括本发明优选的施用缸体的自动致动手制动卷绕系统的优选控制构造的示意图。
图2为其中第一杆处于大体缩回位置的本发明的示意图。
图3为其中第一杆处于大体伸出位置的本发明的示意图。
图4为其中的第二杆和第一杆处于大体伸出位置本发明的示意图。
图5为其中施用缸体第一杆处于大体缩回位置的包含本发明的手制动组件的前视图。
图6为其中施用缸体第一杆处于大体伸出位置的包含本发明的手制动组件的前视图。
图7为其中施用缸体第二杆和第一杆处于大体伸出位置的包含本发明的手制动组件的前视图。
具体实施例方式
提供下面的背景信息来帮助读者理解本发明通常所用的环境。除非本文件中特别指出，这里所使用的术语并不意欲限制为任何特殊的较窄的解释。
在进行本发明的各种实施例的更详细的描述之前，为了理解本发明以及简明的原因，应理解，具有相同功能的相同部件在这里所示的每一幅图中均用相同的附图标记表示。
参考图2-7，本发明的自动施用手制动器包括通常用300表示的操作装置，该操作装置可与这种手制动器接合。在本优选实施例中，操作装置300包括弹簧回位的两级缸体。本优选的压力流体为气动的。可选地，当需要时也可以采用液压流体压力。气动缸体300包括外圆柱形壳体构件324、具有第一表面以及相对的第二表面的第一活塞构件308，安装该第一活塞构件308用于在第二杆304的内表面形成的圆柱形壳体内往复运动。
在向其施用气动压力时，邻近活塞308的第一端并且与第二活塞构件304的内表面接触的常规密封构件326在圆柱形构件的一端处提供气密腔室，使得施用到该腔室中并且施用到活塞308的第一端上的气动压力使活塞308能够向前运动。设置第一回位弹簧312用于使活塞308回位到其初始位置。活塞308的相对的第二端连接至第一驱动杆302的第一部分。第一驱动杆302的第二部分连接至驱动臂306的第一部分，该驱动臂具有可与杠杠152接合的第二部分。
此外，气动缸体300包括第二活塞构件310，该第二活塞构件具有第一表面和相对的第二表面并安装用于沿圆柱形壳体324的内表面往复运动。在向其施用气动压力时，邻近活塞310的第一端并且与圆柱形活塞构件324的内表面接触的常规密封构件328在圆柱形构件的一端处提供气密腔室，使得施用到该腔室中并且施用到活塞310的第一端上的气动压力使得活塞310能够向前运动。
设置第二回位弹簧314以使活塞310回位到其初始位置。活塞310的相对的第二端连接至第二驱动杆304的第二部分。布置在圆柱形壳体324内的第一气动流体压力连通装置320使得气动流体压力能够施用到活塞空腔中并从中排出。第一气动流体连通装置320可以是能够提供气动流体压力到活塞空腔中的任何公知类型。布置在圆柱形壳体324内的第二气动流体压力连通装置316使得气动流体压力能够施用到第二活塞310的杆侧的空腔中并从中排出。此外，当第二杆处于如图2和3所示的稳定状态位置时，这种流体压力连通装置316能够使气动流体压力施用到第一活塞308的杆侧的空腔中并从中排出。
额外地，布置在缸体300内的预定几何形状的第三流体压力连通装置318使得流体压力能够施用到第一活塞308的杆侧的空腔与第二活塞310的杆侧的空腔之间并从中排出，以及与流体压力连通装置316配合作用允许气动流体的预定流量以维持流体压力的预定范围，从而与弹簧314配合地作用在第二活塞310的杆侧，以便在第一活塞308向前行进的过程中将第二活塞维持在稳定状态，如图2所示。
此外，当第二杆304处于如图4所示的伸出位置时，流体压力连通装置318使得流体能够施用到第一活塞308的杆侧的空腔中并从中排出。至少一个操作棘爪(未示出)连接至杠杆152并且设置弹簧装置156用于将操作棘爪(未示出)推压到与棘轮(未示出)接触。该棘轮(未示出)可与布置在手制动组件20的机架构件中的手制动齿轮组件40的至少一个齿轮14接合。通过第一流体连通装置320的流体压力的初始施用产生了作用在操作缸体300的第一驱动杆活塞308上的力，该力促使驱动臂306从缸体向外运动并施用向下的力至杠杆152，从而促使操作棘爪(未示出)接合棘轮(未示出)内的齿。一旦缩回，第一杆回位弹簧312被设置在操作缸体300内以在通过第二杆孔318进入的流体压力的帮助下将驱动臂306推压回到其初始位置。棘轮(未示出)的旋转使得手制动齿轮组件40的齿轮14沿施用制动装置施用的方向旋转。还设有保持棘爪(未示出)，其与一棘轮(未示出)配合。至少一个控制阀可与连接至杠杆152的扳机172接合，以控制操作缸体300的操作。该控制阀系统包括第一往复阀装置220和第二往复阀装置230。还设有至少一个控制阀装置240以重定向通过末端流体连通装置316和通过缸体300的第二杆孔318的流体压力的路径，以帮助第一杆回位弹簧312使活塞308完全回位到其完全回位的位置。现在更特别地参考图1，其中在稳态条件下，第一缸体活塞308借助于其弹簧312完全回位。因此，在活塞308后方没有空气压力，并且启动施用所有需要的就是致动连接至施用阀构件200的按钮202，从而开始卷紧制动器的过程。还允许来自紧急风缸(未示出)的流体压力源50流过阀200并流到连接至致动阀210的先导阀(pilot)212。先导阀212中压力的增大到预定值导致阀210打开并允许流体压力50流动通过阀210至第一往复阀220和第二往复阀230。
进一步参考图5，第一扳机170接合连接至阀230的按钮232并允许流体压力50流过阀230并进入连接至第一往复阀220的先导阀224。先导阀224中的预定压力将导致阀220移位并允许流体压力50沿四个方向流过阀220。流体压力的第一方向是流向活塞308的后侧，从而使活塞308现在向下驱动第一杆302，以将空气通过快速排放阀290推出缸体至大气中，更具体地，使杠杆152沿顺时针方向旋转，从而使手制动器20卷紧。额外地，当负载完全施用时，流体压力会流至连接到致动阀210上的先导阀214，从而使阀210移位到排泄位置并切断来自紧急风缸的流体压力供给50。此外，流体压力会通过快速排放阀280流至连接至转换阀242，使阀240移位并允许流体压力供给50流到活塞308的前侧，从而进一步帮助其回位到初始位置。
另外，流体压力将通过气门282排出到大气。一旦活塞308到达其冲程的底部，扳机172将致动连接至第一往复阀220的按钮222，从而闭合阀220。此外，回位弹簧312将驱动活塞308至其初始位置，从而将空气通过快速排放阀290从缸体中推出到大气284。扳机172接合按钮232，从而开启阀230，这将使空气通过再次第一往复阀220回到缸体中。在制动施用的第一阶段中，当需要最小的力时，制动系统的卷绕只借助于通过上述控制阀装置和回位弹簧312在操作缸体300内重复施用压力而通过第一杆302的往复来进行，从而使手制动齿轮组件的齿轮旋转足够的量以消除制动施用机构内的松弛。
当制动机构内的松弛被消除时，推动手制动齿轮旋转的力增加。最终，通过第一杆302传递的力的大小不足以克服机构中所产生的力。通过第一流体连通装置320进入的流体压力50在缸体中集聚并在第二杆活塞310上形成增加的力。当该力增加时，第二杆304开始起作用并开始向外移动。在这一延伸过程中的预定点，第二杆孔318受到限制，从而防止流体压力进入到第一缸体。布置在该第二杆内的排气装置用于在第二驱动杆运动时将流体压力向外排出。在本优选实施例中，该装置包括布置在第二杆304的外表面上的纵向空腔322，该腔室322平行于第二杆轴线定向，从而在其行径过程中的第二预定点形成将滞留在缸体的驱动杆空腔中的流体排出的排出路径，从而允许第二驱动杆304进一步伸出。
可选地，排气装置还也可以使用其它公知装置形成，包括多个阀，这些阀不取决于第二杆的相似的横截面变化。在其向外运动的过程中，第二杆304的前导端遇到连接至第一杆的驱动臂306，并且与第一杆配合地推动制动齿轮进一步旋转，以实现所需的制动力。当实现这种负载时，阀220和阀290之间的管线上的压力将增加，使阀210移位并与大气通气，但是更重要地，关闭流体压力的供给50。同时，先导阀242内的预定压力将使阀240移位，从而允许流体压力流到缸体300的底侧并与回位弹簧312和314配合，以使制动设备20内的保持棘爪(未示出)脱离。
虽然已经依据专利条约详细叙述了用于实施本发明的优选实施例及各种其它变型，但本发明所涉及的领域的普通技术人员会认识到在不背离本发明的精神和附属权利要求的范围的情况下实施本发明的各种可选方式。
权利要求
1.一种可与手制动组件接合用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，所述设备包括(a)操作装置，其具有可与布置在所述手制动组件的外壳构件中的齿轮组件的至少一个齿轮接合的至少一部分，用于沿导致所述至少一个制动装置施用的方向操作所述齿轮组件；(b)流体压力源，其连接至所述操作装置，用于周期性地向所述操作装置供给预定压力，所述预定压力至少足以导致所述至少一个制动装置的施用；以及(c)一装置，其连接至所述流体压力源，用于启动向所述操作装置供给所述预定压力，从而借助于所述手制动组件导致所述至少一个制动装置自动施用。
2.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括控制装置，该控制装置连接在所述操作装置和所述流体压力源之间，用于控制周期性地供给到所述操作装置的所述预定压力。
3.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述操作装置包括两级缸体，所述两级缸体包括(a)圆柱形壳体；(b)流体压力操作的第一活塞，其可在所述圆柱形壳体中轴向移动；(c)第一驱动杆，其一端连接至所述第一活塞，所述第一驱动杆在远端连接至一驱动臂，所述第一驱动杆可沿向外的方向移动，以用于初始的制动施用，该初始的制动施用需要低的力来卷紧所述手制动组件的链；(d)第一弹簧装置，用于使所述第一活塞回位到其初始位置；(e)第一流体压力连通装置，其布置在所述圆柱形壳体中间，所述第一流体压力连通装置邻近所述第一活塞，以用于将流体压力施用到所述两级缸体以及将流体压力从所述两级缸体中排出；(f)流体压力操作的第二活塞，其可在所述圆柱形壳体中轴向移动；(g)第二驱动杆，其一端连接至所述第二活塞，所述第二驱动杆在远端连接至一驱动臂，所述第二驱动杆可沿向外的方向移动，以用于最终的制动施用，该最终的制动施用需要高的力来施用所述制动装置；(h)第二弹簧装置，用于使所述第二活塞回位到其初始位置；(i)第二体流体压力连通装置，其邻近所述第一驱动杆和所述第二驱动杆布置在所述圆柱形壳体内，所述第二流体压力连通装置将流体压力提供到所述两级缸体以及将流体压力从所述两级缸体中排出；(j)布置在所述两级缸体内的预定几何形状的第三流体压力连通装置，其能够在所述第一活塞的杆侧的空腔和所述第二活塞的杆侧的空腔之间施用以及排出流体压力，所述第三流体压力连通装置通过与所述第二流体压力连通装置的配合作用允许通过预定流量的所述流体，以维持预定范围的流体压力，所述预定范围的流体压力与第二回位弹簧配合地作用在所述第二活塞的所述杆侧，从而在所述第一活塞的向外行进过程中将所述第二活塞维持在稳定状态。
4.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括用于从所述两级缸体排出所述流体压力的装置。
5.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述操作装置包括用于将所述流体压力源连接至所述操作装置的至少一个阀装置。
6.根据权利要求5的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述操作装置包括用于将所述流体压力源连接至所述操作装置的多个阀装置。
7.根据权利要求5的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括用于从所述至少一个阀装置排泄所述流体压力的装置。
8.根据权利要求6用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括用于从所述多个阀装置排泄所述流体压力的装置。
9.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述流体压力源是气动的。
10.根据权利要求4的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述排出装置为布置在所述第二杆的外表面中的纵向空腔，所述空腔平行于所述第二杆的轴线定位，所述空腔在其行进的第二预定点处形成排泄滞留在所述缸体的驱动杆空腔中的流体的排出路径，从而允许所述第二驱动杆进一步伸出。
11.根据权利要求4的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述排出装置包括不取决于所述第二杆的相似的横截面变化的多个阀。
12.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括控制阀装置，以将压力流体供给重定向到所述操作装置的相对侧。
13.根据权利要求1的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括用于当所述操作装置反向时从所述操作装置排泄所述流体压力的装置。
14.根据权利要求13的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述排泄装置为至少一个快速排放阀。
15.根据权利要求13的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述排泄装置为多个快速排放阀。
16.根据权利要求13的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述排泄装置为预定直径的流体压力管线。
17.一种可与手制动组件接合用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，所述设备包括(a)操作装置，其具有可与布置在所述手制动组件的外壳构件中的齿轮组件的至少一个齿轮接合的至少一部分，用于沿会导致所述至少一个制动装置施用的方向操作所述齿轮组件；(b)流体压力源，其连接至所述操作装置，用于周期性地向所述操作装置供给预定压力，所述预定压力至少足以导致所述至少一个制动装置的施用；以及(c)一装置，其连接至所述流体压力源，用于启动向所述操作装置供给所述预定压力，从而借助于所述手制动组件导致所述至少一个制动装置自动施用；(d)控制装置，该控制装置连接在所述操作装置和所述流体压力源之间，用于控制周期性地供给到所述操作装置的所述预定压力；以及(e)排泄装置，其连接至所述操作装置，用于从所述操作装置排泄所述流体压力。
18.根据权利要求17的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述操作装置包括将所述流体压力源连接至所述操作装置的多个阀装置。
19.根据权利要求17的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述设备还包括用于从所述多个阀装置排泄所述流体压力的装置。
20.根据权利要求17的用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的设备，其特征在于，所述流体压力源为气动的。
21.一种用于自动施用固定至带有一手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置的方法，所述方法包括以下步骤(a)致动第一活塞，该第一活塞能够使第一驱动杆沿向外的方向运动，用于初始制动施用，该初始制动施用需要低的力以卷起所述手制动组件的链；(b)将流体压力从所述第一驱动杆空腔排出到第二驱动杆空腔，以将第二活塞维持在其初始位置，用于初始制动施用，该初始制动施用需要低的力以卷起所述手制动组件的所述链；(c)致动第二活塞，该第二活塞能够使第二驱动杆沿向外的方向运动，用于最终制动施用，该最终制动施用需要高的力来施用制动装置；以及(d)在所述第二驱动杆向外运动以用于需要高的力来施用所述制动装置的最终制动施用的过程中，将流体压力从所述第二驱动杆空腔排出到大气中。
全文摘要
一种可与手制动组件接合的设备，该设备用于自动施用固定至带有所述手制动组件的轨道车辆的至少一个制动装置。本发明的所述设备包括操作机构，其具有可与布置在所述手制动组件的外壳构件中的齿轮组件的至少一个齿轮接合的至少一部分，用于操作所述齿轮组件。本发明的设备为两级启动缸体(300)，其具有用于制动施用的初始阶段的第一部分(308)和用于最终制动以施用高的力的第二部分(310)，从而符合AAR规定。流体压力源连接至操作机构，用于周期性地向所述操作装置供给预定压力。控制装置连接至所述流体压力源，用于启动向所述操作装置供给所述预定压力。另一控制装置连接至流体压力源，用于调节向操作装置的这种预定压力的供给，从而借助于手制动组件导致制动的制动施用。
文档编号B60T7/02GK101048307SQ200580037314
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月14日 优先权日2004年10月28日
发明者H·R·索默菲尔德 申请人:瓦博泰克控股公司