用于机车上的电动手制动器的集成系统的制作方法

本发明涉及机车制动系统，并且更具体地，涉及一种集成到机车制动系统中的电动手制动器。

背景技术：

机车通常具有在机车被驱动和工作时使用的气动制动系统和在停放机车时使用的手制动器。如果制动缸里的空气压力泄漏(例如当机车被停放较长一段时间时)，应用手制动器可防止机车滑动。由于现代机车可承载超过400,000磅的重量，手动操作的手制动器必须产生一个相当大的制动力以将机车保持在斜坡上。因此，手动应用手制动器通常需要大量的努力并且实现足够大的制动力取决于操作者的力量和技能。此外，机车手制动器位于机车驾驶室的外面并且通过沿着机车延伸的狭窄通道接近。手制动器的操作可能因此引起安全风险，尤其是在恶劣天气情况下。

为了解决这些问题，引入了电动手制动器。例如，美国专利no.6427811公开了一种手制动器，其需要高功率电动机结合复杂和昂贵的齿轮链来产生所需的输出力。诸如此类的系统还需要复杂的反馈方法以感测输出负载并且在实现所需的力时关闭电动机。反馈方法的失效可能会导致保险丝熔断、对组件的物理损坏或制动力不足。因此，存在对于能够从机车驾驶室操作并且不需要复杂或失效倾向设计的电动手制动器的需求。

技术实现要素：

本发明包括一种用于机车制动器的电动手制动器，其具有与机车制动器互连的制动链以在当机车制动器处于释放位置时的第一位置和当机车制动器处于应用位置时的第二位置之间移动。闭锁被耦接在制动链上以便，包括延长的时间段，其在其中制动链的运动被阻止的锁定位置和其中制动链自由移动的释放位置之间是可移动的。计算机控制的制动器系统可与制动缸和闭锁互连并且被编程为当制动缸已经将机车制动器移动到应用位置时将闭锁设置到锁定位置。致动器可以耦接到制动链以当制动链在第一位置和第二位置之间移动时收紧制动链中的松弛部分(slack)。致动器可包括被互连到计算机控制的制动器系统并且由其驱动的电动机或张紧缸以在制动器已经被应用后收紧制动链中的松弛部分。可选地，致动器可包括将制动链互连到机车制动器的连联动装置以便当制动器从释放位置移动到应用位置时收紧制动链中的松弛部分。传感器可被定位以确定制动链上的负载并向计算机控制的制动器系统提供对应于负载的信号。计算机控制的制动器系统可被编程以向列车主动控制系统提供控制制动缸和闭锁的单个接口。机车控制系统可与计算机控制的制动器系统通信并且被编程以在制动链被闭锁时禁止机车的操作。

通过对机车制动缸加压以将机车制动器从释放位置移动到应用位置或设置位置来使用电动手制动器。一旦制动器正被或者已经被制动系统所设置，电动手制动器即被激活以收紧制动链中的松弛部分。一旦制动器被现有的制动系统完全设置并且电动手制动器已经收紧必要的松弛部分，则使用制动器将制动链锁定到位以将机车制动器保持在应用位置。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将会更全面地理解和认识本发明，其中：

图1是根据本发明的电动手制动器系统的第一示例的示意图；

图2是根据本发明的电动手制动器系统的第二示例的示意图；

图3是根据本发明的电动手制动器系统的第三示例的示意图；

图4是根据本发明的电动手制动器系统的第四示例的示意图；

图5是根据本发明的电动手制动器系统的等距视图；

图6是根据本发明的电动手制动器系统的另一个等距视图；

图7是根据本发明的电动手制动器的控制系统的透视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同的附图标记始终指代相同的部分，图1所见为用于机车的电动手制动器系统10。手制动器系统10结合了一个计算机控制的制动器系统12，其常规地用于通过进一步采用此处所述的计算机控制的制动器系统12来启动机车制动系统16的气动制动缸14以应用机车制动器18。本领域技术人员将理解计算机控制的制动器系统12包括微计算机，其可被编程以操作机车的驱动器和机车制动系统16的气动部分之间的电动-气动接口。计算机控制的制动器系统12也可以通过控制线路22耦接到手制动器20。手制动器20例如通过由手制动器20收紧的链条24以机械的方式耦接到机车制动器18以将制动器18处保持在应用位置，从而提供停车制动功能。因此，手制动器20不被用于设置制动器，而是被嵌入用于在气动制动系统从制动缸14释放压力的情况下保持所应用系统中的制动器。

手制动器20由张紧致动器26驱动，所述张紧制动器可以是电子、气动或者液压电动机，其与控制线路22通信且响应于通过控制线路22发送的命令来驱动手制动器20并因此收紧链条24。例如，致动器26可以是耦接到手制动器20的驱动齿轮的电动机以旋转驱动齿轮并且收紧链条24。例如，可采用其类似于用于起动柴油机车的起动机的大型柴油电动机上的74v直流起动电动机。诸如此类的电动机以小的尺寸提供高转矩并且易于控制，在断电时能够在两个方向中的任一方向上自由旋转，并且可由机车电池供电。当制动缸14实际设置或应用制动器时，张紧致动器26仅需要提供足够的力来卷紧链条24中的松弛部分以便制动器不会释放。然而，应当认识到，有多种通过手制动器20拉动链条24以提将制动器保持在应用位置所需的适度张力的方式。例如，可以将分离的电动机和卷筒连接到链条24的尾端，或者可以将气动缸或液压缸连接到该链条的尾端。在任何情况下，可以在电动机和手制动器齿轮之间设置滑动离合器以限制最大链条张力并且限制电动机的最大驱动转矩。可选地，由于电动机电流(或者在使用是气动电动机的情况下的气压)大小与电动机的转矩成比例，因此系统10可监控由电动机汲取的电流大小并且在已经获得所期望的转矩时关闭电动机。

或者，如从图中可见，致动器26可包括能纵向伸缩的张紧缸以收紧链条24和应用制动器18。计算机控制的制动器系统12可通过为致动器26提供网络通信和控制节点而与制动器26进行通信。例如，致动器26的张紧缸的实施例可以响应于由计算机控制的制动器系统12通过控制线路22发送的命令被气动地或液压地驱动。在此实施例中，计算机控制的制动器系统12可被编程以应用机车气动制动器，给张紧缸器26加压(仅在停车制动设置期间)以通过手制动器20拉动链条24，因此使链条张紧，然后设置闭锁40以将停车制动器保持在应用位置。一旦停车制动其被设置，由于闭锁40将保持停车制动器设置，则机车气动制动器和张紧缸26中的压力可可被计算机控制的制动器系统12释放。为释放停车制动器，计算机控制的制动器系统12可被编程以对机车气动制动器重新加压，从而减小停车制动链中的张力，释放来自张紧缸26的压力，释放闭锁40，然后释放机车气动制动器。当张紧缸26和闭锁40均被释放时，机车制动缸的复位弹簧能够通过手制动器20将链条24拉动到释放状态。可选地，可以通过具有小于应用制动器18所需(以便没有通过致动器26的弹簧应用制动器18)但足以在应用制动器18时收紧和保持链条24中的任何松弛部分的的偏压的弹簧来驱动张紧缸26，从而将制动器18保持在应用位置。

如在图3中所看到的，制动器可包括机械换向联动装置30，其将链条24与制动缸14中的推杆32互连以便当制动缸14应用制动器18时链条24通过手制动器20移动。类似地，如在图4中所看到的，致动器26可包括一系列换向器滑轮34，其将链条24直接耦接到制动缸14的推杆32以便在应用制动器18时链条24通过手制动器20移动。在这些实施例中，由于当应用制动器18时链条24将通过手制动器20平移，因此计算机控制的制动器系统12不需要发信号通知收紧制动链24中的松弛部分。

手制动器20包括诸如经由控制线路22互连到计算机控制的制动器系统12的手制动器闭锁装置40以用于与手制动器20中的卷筒选择性地接合或脱离。锁定手制动器20以避免其旋转防止链条24通过手制动器20平移(停车制动器设置模式)，并且解锁手制动器20允许链条24通过手制动器20平移(停车制动器释放模式)。在图1-4中所见的实施例中，当制动器处于应用位置时通过闭锁装置40锁定制动链24会将制动器18保持在应用位置，这是因为即使制动缸14被减压，制动链24的锁定也将防止制动器18返回到释放位置。闭锁装置40可以包括螺线管，气动或液压缸，或者能够选择性的结合或脱离以保持或释放制动链24的其他制动器。

参考附图5，张紧制动器26可被耦接到手制动器20的驱动齿轮50以使驱动齿轮旋转并且收紧制动链条24。驱动齿轮耦接到滚筒52以便在旋转时收紧或放出链条24。手制动器20还包括耦接到手轮柱58的手动驱动齿轮/棘轮56以便得用户可以通过转动安装在手轮柱58上的手轮42来手动地驱动滚筒52。与驱动齿轮/棘轮56关联的棘爪60防止驱动齿轮/棘轮56的反向旋转并且从而在应用手制动器20之后使其保持在应用位置。手制动器20还包括离合器机构62，其允许手动驱动的齿轮/棘轮56和手轮42与滚筒52脱离，从而释放滚筒52以旋转和释放链条24。延长的释放机构64可被用于将离合器机构62保持在去离合位置以便滚筒52自由旋转并且能够在制动链24没有完全展开或者轨道车辆的移动导致减小制动链24中的松弛部分的情况下避免无意地应用手制动器20。参考附图6，闭锁装置40可以通过将柱66移进或移出与离合机构62的接合以锁定或解锁制动链24，由此控制棘爪60和驱动齿轮56是否能够防止滚筒52的旋转以便链条24松开。

为了设置停车制动器，机车操作员可按下专用按钮或者在配备有计算机控制的制动器系统12的机车驾驶室内的显示器上选择合适的功能。响应于此命令，计算机控制的制动器系统12以一定压力执行机车制动器18的气动制动应用，该压力被计算为提供用于该重量机车(加上预定的公差以补偿在停车制动循环结束时的压力驰豫)的适当设置的手制动器的等效保持力。一旦制动器18被设置到适当的压力，则计算机控制的制动器系统12对致动器26供电以远程应用手制动器20和张力制动链24，然后设置闭锁装置40。在设置好手制动器20后，计算机控制的制动器系统12可以可选地释放制动缸14中的压力。手制动器20将保持由制动缸14提供的全部停车制动力，但由于手制动器链条24和槽轮被完全装载而引起的释放而减小一个很小的量。因此，应用手制动器20所需要的高强力由计算机控制的制动器系统12通过气动制动缸14提供，而气动制动缸已是机车制动系统的必要组成部分，从而避免了需要复杂且昂贵的驱动机构来施加必需的力。手制动器20通过使用手制动器的低功率致动器26而轻微张紧，其仅需要提供足够的力以适度张紧松弛的制动链条24并且最后由闭锁装置40设置。

为了释放手制动器20，机车驾驶员可以按下在与计算机控制的制动器系统12相关的显示器上选择释放功能的专用按钮。计算机控制的制动器系统12被编程为通过使用制动缸14以与先前被用于设置手制动器20的大约相同的压力来进行气动制动应用而进行响应。计算机控制的制动器系统12随后通过解锁闭锁装置40而引起手制动器20的释放，其允许制动链条24变得松弛。通过将制动缸14中的释放压力调节到小于用于进行手制动器应用的压力的预定量，系统10能够在制动链24和制动索具中提供足够的应变能以便在释放时链条24自由移动到完全松弛的状态。尽管如此，气动制动应用减小了手制动器链条24中的张力，从而减小致动闭锁装置40所需要的功率。在手制动器20处于释放状态时，计算机控制的制动器系统12排出制动缸14中的压力，从而完成停车制动器释放循环。当手制动器20处于解锁状态时，可以在两个方向中的任一方向上通过手制动器20拉动手制动器链24。通过气动地控制制动缸14，通过使用气动制动应用的功率来设置/应用以及释放机车制动器，手制动器系统10需要更小、更简单和更低成本的部件。尽管其将需要更有力的优化的闭锁装置40，但系统10可被配置成在无需首先再加压制动缸14的情况下释放手制动器20。

手制动器20的状态可以通过开环或闭环机构来确定。在开环方式中，将提前配置应用压力和手制动器链条预张力来提供所需的停车制动力。手制动器的设置和释放状态则可以根据上一条命令被存储在计算机控制的制动器系统12中。可选地，手制动器20可包括传感器44，其确定制动器是否已经被加载到高阈值并且因而处于应用状态，或者制动器处于低/零值而被释放。传感器44可包括位于手制动器链24的负载侧的负荷传感器，其输出与链24的负载侧中的张力成比例的电信号。传感器44可以诸如通过通过线路22互连到计算机控制的制动器系统12以便成比例的电信号能被计算机控制的制动器系统12所接收。可选地，传感器44可以是负载开关，其例如在一个负载状态下打开而在另一个负载状态下闭合。传感器44也可被用于测量手制动器力以便计算机控制的制动器系统12中的逻辑能够将该测量结果与表示应用的手制动器的阈值进行比较。该阈值可根据手制动器20的具体工作状态而动态确定。闭锁装置40的位置/状态还能够被计算机控制的制动器系统12读取并与命令状态相关。使用这些方法中的任何一种，计算机控制的制动器系统12能够向列车驾驶员提供手制动器20已按照命令被设置或释放的指示，并且能够在命令的状态没有被手制动器20实现时提供提供表示系统缺陷的警告。

参考附图7，电动手制动器20经计算机控制的制动器系统12可被互连到机车控制计算机70(或列车主动控制系统)和/或机车事件记录器72。因此，由手制动器20提供的信息诸如由传感器44提供的信息可被用于触发操作者通知或者甚至触发防止操作者在手制动器20在被应用的情况下驾驶机车的自动互锁。计算机控制的制动器系统12可进一步将手制动器20信息传送给事件记录器72以便随时间跟踪手制动器10的状态。将电动手制动器20与计算机控制的制动器系统12集成也允许其中操作者能够控制气动制动器和停车制动器二者的单个接口。例如，系统10中传感器44的使用可允许关于手制动器20是否处于命令的状态的反馈以及关于手动进行应用或释放的情况下手制动器40状态的任何改变。牵引机车上的机车控制系统70也具有与机车组中拖拽机车进行通信和命令操作的能力。因此，来自计算机控制的制动器系统12的应用手制动器20的命令能够以从牵引机车控制系统70到拖拽机车控制系统70的方式传递到其它机车，由此允许单个操作者在机车组中的所有机车上应用电动手制动器20。例如，牵引机车控制系统70和任何拖拽机车控制系统70之间的组内通信可以经由有线网络总线诸如在ecp上使用的echelonpl22，通过以太网或甚至通过使用任何数量的商业可用技术的无线通信网络实现。同样地，在配备有分布式电力系统的列车上，例如具有locotrol(r)分布式电力系统(可从getransporttationofchicagoil获得)的列车上，来自计算机控制的制动器系统12的应用手制动器20的命令能够以从牵引机车控制系统70到远程机车控制系统70的方式而被传输到远程分布式电力机车组中的其它机车，由此允许单个操作者在机车组中的所有机车上应用电动手制动器20。