本发明涉及一种货运列车的制动系统，尤其是涉及一种用于货运列车的空电制动系统。
背景技术：
针对铁路货车快速、重载的发展，对列车制动系统控制要求也越来越高。货物列车从大功率制动的防滑设计到空重车载荷制动力巨大差别的调整，以及混编列车和长大列车编组，现有机械控制难以适应提高制动性能的要求，迫切需要电子控制方式。
在现有货运列车难以施行固定编组列车的电缆供电运营条件下，针对原有列车空气制动基本模式，在车辆制动控制系统中加装电子控制单元和电磁阀及流量放大用的中继阀、以及传感器，需要小功率的电能。因此根据现有货车上的制动气源和气路系统，研究气压动力供电装置。
现有货车因没有电，使得制动控制技术发展受到严重限制。如中国专利201610019048.6公开了一种用于货运列车的空气制动系统，其通过辅助制动管路的设置使得能满足货运列车不同载荷状态的制动要求，具有压力空气损耗低、制动闸瓦磨耗量及车轮踏面磨损小等优点，但是其仍然局限于空气制动系统内，无法完全克服空气制动的缺陷。
因此，本发明正是基于现有的空气制动系统模块而提出气动力供电的空电制动系统，在不改变原有货物列车制动系统功能和基本结构基础上，利用制动系统气源的压力空气发电，在原有货车制动系统基础上，加装电子控制单元以解决快速、重载、混编列车空重车调整、车辆防滑等精细控制问题。为保证新的系统兼容性，在气源供电不足情况下自动导向原有的货车制动系统。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于货运列车的空电制动系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于货运列车的空电制动系统，包括由第一组合式集尘器、120型分配阀、副风缸、加速缓解风缸、制动缸、机械比例阀、测重机构和降压风缸连接组成的空气制动系统模块，所述的空电制动系统还包括电控制动调整模块，以及给电控制动调整模块供电的气动发电模块，所述的电控制动调整模块包括切换电磁阀、比例电磁阀、中继阀和制动电子控制单元，其中，所述的切换电磁阀接入120型分配阀和机械比例阀之间管路，从切换电磁阀还引出电控制动气路依次连接比例电磁阀、中继阀和制动缸，所述中继阀还连接副风缸，所述的制动电子控制单元连接荷载传感器和速度传感器，并控制切换电磁阀和比例电磁阀开闭；
切换电磁阀不带电时，电控制动气路断开，120型分配阀和机械比例阀之间管路接通，空气制动系统模块进行货运列车制动；切换电磁阀带电时，120型分配阀和机械比例阀之间管路关闭，电控制动气路接通，电控制动调整模块进行货运列车制动。在本发明的空电制动系统中，所述的120型分配阀与机械比例阀连接，120型分配阀与机械比例阀之间还设有切换电磁阀，切换电磁阀通常不带电。当切换电磁阀不带电时，120型分配阀与机械式空重车调整组件(包括机械比例阀、测重机构以及降压风缸)相连通，再联接制动缸，保持原有的空气制动系统功能；当切换电磁阀带电时，使得120型分配阀通入机械式空重车调整组件的气路转到电控制动调整模块控制的气路，实现制动电子控制单元控制空重车制动力大小和车辆制动防滑作用。
作为优选的实施方案，所述的比例电磁阀还引出气路连接副风缸，在比例电磁阀与副风缸之间设置通断电磁阀，该通断电磁阀还连接制动电子控制单元。
作为优选的实施方案，所述的制动电子控制单元设置有空重车制动模式，其接受安装在摇枕处的荷载传感器和车轴处的速度传感器的信号变化，反馈控制比例电磁阀的阀门开启度，进而调节进入制动缸的压力空气。在本发明的空电制动系统中，所述的制动电子控制单元连接安装于四个车轴上的速度传感器。四路速度传感器将速度信号传送到制动电子控制单元，经处理后，制动电子控制单元按照一定的时间间隔采样，分别计算各轴的速度和减速度。并将各轮对的转动线速度与车辆运行速度进行对比，以得到相应的速度差与滑移率，将各轴的减速度、速度差和滑移率分别与相应的判据进行比较。当达到有关的判据标准时，制动电子控制单元通过控制比例电磁阀以减少副风缸进入制动缸的压力空气，实现将制动力减小，最终消除车轮的滑行现象。制动电子控制单元还连接载荷传感器。制动电子控制单元接收载荷感应器传递的空重载状态信号。当货运列车空载时，制动电子控制单元控制比例电磁阀减少副风缸进入制动缸的压力空气，降低制动缸的气压，减小制动力；当货运列车重载时，制动电子控制单元控制切换电磁阀打开，增大制动缸的气压，以增大列车重载时的制动力矩，必要时制动电子控制单元控制通断电磁阀得电，连通副凤缸至比例电磁阀的气路，进一步增大通过比例电磁阀的流量，以增大列车重载时制动力。
作为优选的实施方案，所述的气动发电模块包括依次连接的第二组合式集尘器、储风缸组件、气动发电机和蓄电瓶单元，其中，所述的第二组合式集尘器与列车管连接，所述的蓄电瓶单元储存气动发电机输入的电能，并作为电控制动调整模块的供电电源连接制动电子控制单元。
作为上述优选的实施方案的进一步优选，所述的储风缸组件包括串联连接的两个储风缸。
作为上述优选的实施方案的进一步优选，在储风缸组件与第二组合式集尘器之间还设有单向阀。
本发明通过在适用于常规货运列车的由列车管、120型分配阀、制动缸、副风缸、加速缓解风缸、机械式空重车调整组件(由机械比例阀、测重机构、降压风缸组成)的空气制动系统模块基础上增设由储风缸组件、气动发电机、蓄电池单元(包括蓄电池和管理系统)组成的气动发电模块，同时增设由制动电子控制单元、切换电磁阀、比例电磁阀、中继阀以及各传感器组成的电控制动调整模块，其中气动发电模块为电控制动调整模块供电，最终实现空电制动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明在货运列车制动系统的基础上增设气动发电模块，改变货运车辆因无电而无法实现电子控制精确制动力的现状。气动发电模块是利用货车原有的列车管气路为分散在各节车厢上的蓄电瓶单元进行集中充电，在货运列车出发整备时并具有不受外部环境的影响、适应性高、结构简单、寿命高等优点，使得本发明可靠性高、维修成本低，从而提高货运列车制动的安全性；
(2)本发明在气动发电模块中，在列车管与储风缸组件之间设有单向阀，避免储风缸内气压的逆流，不干扰原有空气制动系统工作性能；
(3)本发明在空电制动系统中，120型分配阀与机械比例阀之间的通路上设置切换电磁阀，根据切换电磁阀的有无电，可实现空电联合制动。当切换电磁阀不带电时，120型分配阀与机械式空重车调整组件相连通，为空气制动；当切换电磁阀带电时，120型分配阀将屏蔽机械式空重车调整组件，与电控制动调整组件相通，为电制动。在空电两种情况下，均能实现制动力的空重车制动力调整，在有电时能精确控制空重车制动力调整及防滑，在失电时自动导向原有空气制动回路，不改变现有制动控制模式，实现与现有货运列车制动系统完全通用，大大提高了各种车辆制动系统的兼容性和安全性。
(4)本发明在空电制动系统中，在货运列车制动系统的基础上增设电控制动调整组件模块。电控制动调整组件模块中的制动电子控制单元连接四轴上的速度传感器。与现有技术相比，本发明具有防滑功能，避免轮轨发热、擦伤以及列车脱轨事故，提高列车运行的安全性。
(5)本发明在空电制动系统中，制动电子控制单元连接荷载传感器，用应变片感应车辆空重车。当货运列车空载时，制动电子控制单元通过精确控制比例电磁阀的开启度，减少进入制动缸的压力空气，从而减小制动力；进一步增加副风缸通比例电磁阀通路，当货运列车重载时，制动电子控制单元通过控制比例电磁阀的开启度，增大进入制动缸的压力空气，以增大制动力矩。此外制动电子控制单元可接受机车或地面传递的电信号，可更进一步拓展功能。与原有的机械式空重车调整装置相比，本发明适应性、灵敏度更高。
附图说明
图1为本发明的空电制动系统的结构示意图；
图中，1-气动发电模块，1.1-第二组合式集尘器，1.2-单向阀，1.3-储风缸，1.4-储风缸，1.5-气动发电机，1.6-蓄电瓶单元；
2-电控制动调整模块，2.1-切换电磁阀，2.2-比例电磁阀，2.3-中继阀，2.4-制动电子控制单元，2.5-荷载传感器，2.6-速度传感器，2.7-通断电磁阀；
3-空气制动系统模块，3.1-第一组合式集尘器，3.2-120型分配阀，3.3-机械比例阀，3.4-制动缸，3.5-降压风缸，3.6-测重机构，3.7-副风缸，3.8-加速缓解风缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施方式中部件结构若无特别说明，则表明均可采用常规已知结构。
实施例
一种用于货运列车的空电制动系统，其结构如图1所示，包括由第一组合式集尘器3.1、120型分配阀3.2、副风缸3.7、加速缓解风缸3.8、制动缸3.4、机械比例阀3.3、测重机构3.6和降压风缸3.5连接组成的空气制动系统模块3，空电制动系统还包括电控制动调整模块2，以及给电控制动调整模块2供电的气动发电模块1，电控制动调整模块2包括切换电磁阀2.1、比例电磁阀2.2、中继阀2.3和制动电子控制单元2.4，其中，切换电磁阀2.1接入120型分配阀3.2和机械比例阀3.3之间管路，从切换电磁阀2.1还引出电控制动气路依次连接比例电磁阀2.2、中继阀2.3和制动缸3.4，中继阀2.3还连接副风缸3.7，制动电子控制单元2.4连接荷载传感器和速度传感器2.6，并控制切换电磁阀2.1和比例电磁阀2.2开闭；
作为一个优选的实施方式，比例电磁阀2.2还引出气路连接副风缸3.7，在比例电磁阀2.2与副风缸3.7之间设置通断电磁阀2.7，该通断电磁阀2.7还连接制动电子控制单元2.4，这样在必要时可以通过制动电子控制单元2.4控制通断电磁阀2.7得电，连通副风缸3.7与比例电磁阀2.2之间气路，进一步增大比例电磁阀2.2的流量，以增大列车重载时的制动力。
制动电子控制单元2.4设置有空重车制动模式，其接受安装在摇枕处的荷载传感器和车轴处的速度传感器2.6的信号变化，反馈控制比例电磁阀2.2的阀门开启度，进而调节进入制动缸3.4的压力空气。在本发明的空电制动系统中，制动电子控制单元2.4连接安装于四个车轴上的速度传感器2.6。四路速度传感器2.6将速度信号传送到制动电子控制单元2.4，经处理后，制动电子控制单元2.4按照一定的时间间隔采样，分别计算各轴的速度和减速度。并将各轮对的转动线速度与车辆运行速度进行对比，以得到相应的速度差与滑移率，将各轴的减速度、速度差和滑移率分别与相应的判据进行比较。当达到有关的判据标准时，制动电子控制单元2.4通过控制比例电磁阀2.2以减少副风缸3.7进入制动缸3.4的压力空气，实现将制动力减小，最终消除车轮的滑行现象。制动电子控制单元2.4还连接载荷传感器。制动电子控制单元2.4接收载荷感应器传递的空重载状态信号。当货运列车空载时，制动电子控制单元2.4控制比例电磁阀2.2减少副风缸3.7进入制动缸3.4的压力空气，降低制动缸3.4的气压，减小制动力；当货运列车重载时，制动电子控制单元2.4控制切换电磁阀2.1打开，增大制动缸3.4的气压，以增大列车重载时的制动力矩，必要时制动电子控制单元2.4控制通断电磁阀2.7得电，连通副凤缸至比例电磁阀2.2的气路，进一步增大通过比例电磁阀2.2的流量，以增大列车重载时制动力。
作为一个优选的实施方案，气动发电模块1包括依次连接的第二组合式集尘器1.1、单向阀1.2、两个储风缸1.3、1.4、气动发电机1.5和蓄电瓶单元1.6，其中，第二组合式集尘器1.1与列车管连接，蓄电瓶单元1.6储存气动发电机1.5输入的电能，并作为电控制动调整模块2的供电电源连接制动电子控制单元2.4。气动发电模块1的工作原理为：列车管与储风缸1.3、1.4之间设有单向阀1.2，储风缸1.3、1.4单向气路接受列车管压力空气；气动马达连接储风缸1.3、1.4，接收储风缸1.3、1.4的气压并转化为机械动力输出，通过连接输入轴给气动发电机1.5发电，并经过整流后输入蓄电瓶单元1.6，从而实现将气压转化为电能。蓄电瓶单元1.6与电控制动调整模块2连接，作为电控制动调整模块2的供电电源。
本发明的电控制动调整模块2和空气制动系统模块3的工作原理如下：
在120型分配阀3.2与机械式比例阀3.3的通路上设有切换电磁阀2.1。由气动发电模块1为切换电磁阀2.1供电。切换电磁阀2.1通常不带电；当车辆制动时，120型分配阀3.2通向制动缸3.4管路的压力空气首先触动切换电磁阀2.1得电。
在切换电磁阀2.1不带电的情况下，本发明的工作原理如下：
当列车管充气时，经120型分配阀3.2作用，将列车管的压力空气充入副风缸3.7，副风缸3.7后向加速缓解风缸3.8充气。
当货运列车制动时，副风缸3.7内的压力空气经120型分配阀3.2输出，进入制动缸3.4，有以下两种工况：
当测重机构3.6测试货运列车处于重载状态时，测重机构3.6使得制动缸3.4与降压风缸3.5不连通，此时制动缸3.4内为重车压强。
当测重机构3.6测试货运列车处于空载状态时，测重机构3.6使制动缸3.4与降压风缸3.5相通；货运列车制动时，副风缸3.7的压力空气经由机械比例阀3.3通往制动缸3.4，同时也经过测重机构3.6通往降压风缸3.5，制动缸3.4内为空车压强；降压风缸3.5与机械比例阀3.3连通，如果制动缸3.4压强超过一定值时，则降压风缸3.5通往机械比例阀3.3的压力空气将切断制动缸3.4的供风通路。
通过变化制动缸3.4内气压改变制动力的大小，制动缸3.4将作用于其活塞上的压力空气经基础装置传递到闸瓦上，使列车产生制动作用。
当货运列车制动缓解时，加速缓解风缸3.8内的定压空气经120型分配阀3.2向列车管逆流，产生局部增压，加速相邻货车的缓解，从而提高全列车的缓解波速，保证缓解的一致性。
在切换电磁阀2.1带电的情况下，本发明的工作原理如下：
当车辆制动时，120型分配阀3.2通向制动缸3.4管路的压力空气首先触动切换电磁阀2.1得电，比例电磁阀2.2及中继阀2.3一路进入压力空气，另一路流向机械式空重车调整装置气路被切换电磁阀2.1关闭。在制动电子控制单元2.4设置的空重车制动模式，同时根据摇枕处荷载传感器2.5、4个车轴的速度传感器2.6信号的变化，来控制制动比例电磁阀2.2的阀门开启度。因比例电磁阀2.2流量较小，需要在通路中加装中继阀2.3来放大流量。最后，改变进入制动缸3.4的压力空气大小压力从而调整制动力，达到车辆空重车调整装置和防滑效果。
列车管充气、货运列车制动缓解的工作原理与切换电磁阀2.1不带电的情况相同。
当货运列车制动时，副风缸3.7内的压力空气经120型分配阀3.2输出，进入制动缸3.4，有以下两种工作情况：
当荷载传感器2.5感应货运列车重载时，制动电子控制单元2.4控制比例电磁阀2.2开启度增大，压力空气经中继阀2.3流量放大后进入制动缸3.4，增大制动缸3.4的压强，以增大列车重载时的制动力矩；必要时制动电子控制单元2.4控制通断电磁阀2.7得电，连通副凤缸3.7至比例电磁阀2.2的气路，进一步增大通过比例电磁阀2.2的流量，以增大列车重载时制动力。
当荷载传感器2.5感应货运列车空载时，制动电子控制单元2.4控制比例电磁阀2.2开启度减小，减少进入制动缸3.4的压力空气，降低制动缸3.4的压强，减小制动力。
当切换电磁阀2.1带电时，本发明还具有防滑功能，工作原理如下：制动电子控制单元2.4连接安装于四个车轴上的速度传感器2.6。四路速度传感器2.6将速度信号传送到制动电子控制单元2.4，经处理后，制动电子控制单元2.4按照一定的时间间隔采样，分别计算各轴的速度和减速度；并将各轮对的转动线速度与车辆运行速度进行对比，以得到相应的速度差与滑移率，将各轴的减速度、速度差和滑移率分别与相应的判据进行比较。当达到有关的判据标准时，制动电子控制单元2.4通过控制比例电磁阀2.2减小开启度以减少进入制动缸3.4的压力空气，实现将制动力减小，最终消除车轮的滑行现象，提高列车运行的安全性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。