CN102029989A - 半挂汽车列车自动防折叠装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半挂汽车列车自动防折叠装置，该装置包括凸轮鼓式制动器(11)、曲柄连杆机构和控制***，当车速、方向盘转角、第五轮转角以及制动踏板位置这四个条件同时满足相应的条件后，控制***才向制动电磁阀(K1)发出制动指令，利用凸轮鼓式制动器11、曲柄连杆机构对牵引车(4)和半挂车(5)之间的相对转动进行约束，防止制动时折叠的发生；该装置可调节组合连杆(22)长度，以适配不同类型的牵引车或安装位置，且便于维修和更换。该装置可以应用于各种半挂汽车列车上，用于防止在高速行进中因刹车减速或紧急制动而由惯性造成的半挂车(5)折叠。

Description

半挂汽车列车自动防折叠装置

技术领域

本发明属于汽车列车技术领域，特别涉及一种半挂汽车列车高速紧急制动过程中自动防折叠装置。

背景技术

相关数据显示，在一定的运输半径范围内，半挂汽车列车的运输效率和运输成本是最经济的，比铁路运输和海运效率要高很多。半挂汽车列车在公路运输中表现出的突出优点，使得其应用范围越来越广泛。另一方面，由于自身结构的特点，在高速紧急制动过程中，与单车相比其稳定性有所降低，并容易产生特殊的失稳现象──折叠，这种现象的产生增加了其发生交通事故的可能性，是半挂汽车列车在使用中的极大障碍。

一般认为，不正确的制动和不利的路面条件容易造成牵引车后轴轮胎与路面之间难以产生足以维持列车稳定运行的侧向力，引发后轮侧滑，从而导致折叠现象的发生，即牵引车和半挂车之间的夹角为锐角，这种情况在高速行驶条件下尤其明显。在高速公路上行驶，半挂汽车列车一旦发生折叠，极易造成车毁人亡、连环追尾等重大交通事故。故应采取措施，防止折叠的发生。

要防止半挂汽车列车高速紧急制动时发生折叠，可以通过提高牵引车后轮的侧向力和限制半挂车与牵引车之间的横摆角来实现。提高车轮制动时的侧向力目前做的比较好的就是制动防抱死***和电子制动力分配***。遗憾的是，即使是装备了制动防抱死或电子制动力分配***的半挂汽车列车，也无法保证半挂汽车列车高速紧急制动时不发生折叠现象。因此，限制半挂车与牵引车之间的横摆角就成为防止半挂汽车列车高速紧急制动时发生折叠的一种重要途径。

铰接车辆（半挂汽车列车是其中一种）的折叠问题就一直受到人们的重视，并试图通过增加辅助装置来提高抗折叠能力。因此，也就出现了很多各种各样的防折叠装置。纵观这些防折叠装置，主要是采用电磁线圈齿轮齿条、液压缸以及止动销等方式。由于这类防折叠装置耗能大、增加较多零部件、不适合甩挂运输等缺点，尤其是控制不够实时、准确，它们都没有获得广泛的实际应用。

因此，如何能够设计一种节能、环保，且控制准确、通用性强的防折叠装置，成为了本领域技术人员一直希望得以解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半挂汽车列车高速紧急制动时的自动防折叠装置，该装置采用凸轮鼓式制动器和曲柄连杆机构对牵引车和半挂车之间的相对转动进行约束，并通过控制***自动防止制动时折叠的发生。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的半挂汽车列车自动防折叠装置，包括凸轮鼓式制动器、曲柄连杆机构和控制***；

所述凸轮鼓式制动器为现有技术，其包括制动蹄、制动凸轮轴、制动底板、制动鼓、制动气室和回位弹簧；

所述曲柄连杆机构由曲柄和组合连杆组成，所述组合连杆包括连杆A和连杆B，所述曲柄的一端与凸轮鼓式制动器的制动鼓刚性连接，其另一端与连杆A的一端通过轴接方式相连接，连杆A的另一端为套筒形状，所述连杆B为V字形状，且该V字的夹角为钝角，连杆B的一端***连杆A的套筒中，并通过螺栓固定与连杆A的相对位置，其另一端通过轴接的方式连接到牵引车车架上；

所述凸轮鼓式制动器置在半挂车前部的底部，且凸轮鼓式制动器的制动底板与半挂车车架通过螺栓方式固定；

所述控制***包括方向盘转角传感器、第五轮转角传感器、车速传感器、制动踏板传感器、制动电磁阀、快放电磁阀和电子控制单元。

所述电子控制单元包括AD转换器、微控制器（MCU）、开关管；

所述方向盘转角传感器的输出连接到一个AD转换器的输入端，该AD转换器的输出端连接到微控制器的一个输入端；

所述第五轮转角传感器的输出连接到另一个AD转换器的输入端，该AD转换器的输出端连接到微控制器的一个输入端；

所述车速传感器的输出连接到微控制器的一个输入端；

所述制动踏板传感器的输出连接到微控制器的外部中断输入端；

所述微控制器的一个输出端通过电阻连接到一个开关管的基极上，该开关管的集电极连接到制动电磁阀输入的一端，制动电磁阀输入的另一端连接到直流电源正极上；

所述微控制器的一个输出端通过电阻连接到另一个开关管的基极上，该开关管的集电极连接到快放电磁阀输入的一端，快放电磁阀输入的另一端连接到直流电源正极上；

所述微控制器的一个输出端通过电阻连接到工作指示灯的负极，工作指示灯的正极连接到直流电源正极上；

所述微控制器的一个输出端通过电阻连接到故障指示灯的负极，故障指示灯的正极连接到直流电源正极上；

所述制动电磁阀的输出连接到凸轮鼓式制动器的进气管上；

所述快放电磁阀的输出连接到凸轮鼓式制动器的出气管上；

所述控制***在工作的时候将自动点亮工作指示灯，出现故障时将自动点亮故障指示灯，工作指示灯和故障指示灯也可以通过手动方式点亮或关闭。

本发明的有益效果在于：本发明的半挂汽车列车自动防折叠装置耗能低、零件少且控制实时、准确，通用性强，能够在高速紧急制动时防止折叠的发生，满足甩挂运输要求，便于维修和更换。

附图说明

图1 为半挂汽车列车的示意图

图2 为本发明的半挂汽车列车自动防折叠装置的安装位置示意图

图3 为曲柄连杆机构在半挂汽车列车正常转弯时的工作状态示意图

图4 为凸轮鼓式制动器的结构示意图

图5 为本发明的半挂汽车列车自动防折叠装置的控制***框图

图6 为电子控制单元的电路图

图7 为图5中的微控制器的程序流程图

图中  1牵引座    2牵引车车架  3半挂车车架  4牵引车  5半挂车

11凸轮鼓式制动器   12制动蹄  13制动凸轮轴  14 制动底板  15 制动鼓 16制动气室  17 回位弹簧

21 曲柄  22组合连杆  23连杆A  24连杆B  

31方向盘转角传感器   32 第五轮转角传感器  33车速传感器  34制动踏板传感器 35电子控制单元

41方向盘转角传感器输出  42第五轮转角传感器输出  43车速传感器输出 44制动踏板传感器输出   

U1 微控制器    U2 AD转换器A  U3 AD转换器B   K1 制动电磁阀  K2 快放电磁阀

D1工作指示灯 D2故障指示灯  

X 牵引座的中心点             

Y凸轮鼓式制动器的制动鼓在半挂车车架上的固定点   

Z 曲柄连杆机构与牵引车车架的连接点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：

下面的实施例中：微控制器采用STC89S52，ADC采用ADC0831，车速传感器采用KMI1-15，方向盘转角传感器采用SP2801A502， 第五轮转角传感器采用SP2821A502，快放电磁阀采用4V430，制动电磁阀采用 4V430。

如图1至图4所示， 本发明的半挂汽车列车自动防折叠装置，包括凸轮鼓式制动器11、曲柄连杆机构和控制***；

所述凸轮鼓式制动器11为现有技术，其包括制动蹄12、制动凸轮轴13、 制动底板14、制动鼓15、制动气室16和回位弹簧17；

所述曲柄连杆机构由曲柄21和组合连杆22组成，所述组合连杆22包括连杆A23和连杆B24，所述曲柄21的一端与凸轮鼓式制动器11的制动鼓15刚性连接，其另一端与连杆A23的一端通过轴接方式相连接，连杆A23的另一端为套筒形状，所述连杆B24呈V字形状，且该V字的夹角为钝角，连杆B24的一端***连杆A23的套筒中，并通过螺栓固定与连杆A24的相对位置，其另一端通过轴接的方式连接到牵引车车架2上；

所述凸轮鼓式制动器11置在半挂车前部的底部，凸轮鼓式制动器11的制动底板14与半挂车车架3通过螺栓方式固定。

所述控制***包括方向盘转角传感器31、第五轮转角传感器32、车速传感器33、制动踏板传感器34、制动电磁阀K1、快放电磁阀K2和电子控制单元35。

所述电子控制单元包括AD转换器U2、微控制器U1；

所述方向盘转角传感器输出41连接到AD转换器AU2的输入（U2的第2脚），AD转换器AU2的输出（U2的第6脚）连接到微控制器U1的输入端P22；

所述第五轮转角传感器42输出连接到AD转换器BU3的输入（U3的第2脚），AD转换器BU3的输出（U3的第6脚）连接到微控制器U1的输入端P25；

所述车速传感器输出43连接到微控制器U1的输入端P10；

所述制动踏板传感器输出44连接到微控制器U1的外部中断输入端（U1的INT1脚）；

所述微控制器U1的输出端P15通过电阻R6连接到开关管Q1的基极上，该开关管Q1的集电极连接到制动电磁阀K1输入的一端，制动电磁阀K1输入的另一端连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器U1的输出端P13通过电阻R7连接到开关管Q2的基极上，该开关管Q2的集电极连接到快放电磁阀K2输入的一端，快放电磁阀K2输入的另一端连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器U1的输出端P12通过电阻R4连接到工作指示灯D1的负极，工作指示灯D1的正极连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器U1的输出端P11通过电阻R5连接到故障指示灯D2的负极，故障指示灯D2的正极连接到直流电源正极5V上；

制动电磁阀K1的输出连接到凸轮鼓式制动器11的进气管上；

快放电磁阀K2的输出连接到凸轮鼓式制动器11的出气管上；

所述控制***在工作的时候将自动点亮工作指示灯D1，出现故障时将自动点亮故障指示灯D2。

本发明的自动防折叠装置可以通过调节连杆B24的***连杆A23套筒中的长度，从而改变组合连杆22整体的长度，以适应凸轮鼓式制动器11在半挂车5上不同的安装位置；当凸轮鼓式制动器11与第五轮中心距发生变化时，通过调节组合连杆22的长度以适应甩挂运输的要求。

本发明的工作原理如下：

根据三角形稳定原理分析：如图3所示，中心点X、固定点Y和连接点Z构成了一个三角形，其中XY边、XZ边的长度是固定的，且XZ边的位置相对牵引车也是固定的，如果半挂车5相对牵引车4转动（即发生折叠），固定点Y的运动轨迹是沿着以中心点X为圆心、以XY的长度为半径做圆周运动，因XY边、XZ边的长度是固定的，且XZ边的位置相对牵引车也是固定的，因此固定点Y做圆周运动的结果，就是改变了三角形的三个内角，而三角形的两个边XY边、XZ边的长度是固定的，因此也就必然改变了YZ边的长度，因此允许YZ边的长度改变，也就是允许半挂车5相对牵引车4转动，即可以正常转弯；

如果不允许YZ边的长度改变，也就是三角形的三边长度均固定，再加上其中XZ边的位置相对牵引车也是固定的，那么就形成了一个稳定的三角形，也就是中心点X、固定点Y和连接点Z相对牵引车4均是固定的，也就是半挂车5相对牵引车4固定，不能转动，即可以防止折叠。

本发明的工作方式如下：

在半挂车汽车列车在静止或从静止开始起动后，凸轮鼓式制动器11首先处于初始状态，其制动鼓15是可以相对制动底板14进行转动的，因为曲柄连杆机构的曲柄21的一端是与制动鼓15刚性连接的，因此曲柄21是可以相对制动底板14，即相对半挂车5进行转动的，同时因为曲柄21的另一端与组合连杆22的一端是通过轴接的方式连接的，而组合连杆22的另一端也是通过轴接的方式与牵引车车架2相连接，因此组合连杆22可以相对于曲柄21、牵引车车架2分别做相对转动，其结果就是此时可以改变曲柄连杆机构与牵引车车架2的连接点Z到凸轮鼓式制动器11的制动鼓15在半挂车车架3上的固定点Y的距离，也就是此时允许半挂车5相对牵引车4转动，即半挂车汽车列车可以正常转弯； 

在半挂车汽车列车起动后，在行进过程中，微控制器U1不断检测并处理从方向盘转角传感器31、第五轮转角传感器32、车速传感器33、制动踏板传感器34传送过来的信号数据，当方向盘转角小于30°、第五轮转角大于10°、车速大于70km/h、制动踏板被踩下这四个条件同时被满足时，微控制器U1才向制动电磁阀发出指令，制动电磁阀K1开启，高压气体经过凸轮鼓式制动器11的进气管进入制动气室，并推动制动调整臂带动制动凸轮轴13转动，制动凸轮轴13推使制动蹄12压靠制动鼓15，使制动鼓15不能相对制动底板14进行转动，也就使与制动鼓15刚性连接的曲柄21不能相对半挂车5转动，如图3所示，因曲柄21的长度、XZ边的位置均是固定的，因此组合连杆22与曲柄21的夹角也就固定（此时理论上可以将组合连杆22整体视为三角形的一个边），根据三角形稳定原理，两边及其夹角固定，三角形就固定，三角形固定也就使得YZ边的长度固定，即固定了曲柄连杆机构与牵引车车架2的连接点Z到凸轮鼓式制动器11的制动鼓15在半挂车车架3上的固定点Y的距离，此时不允许半挂车5相对牵引车4转动，即防止了半挂车汽车列车在高速行进中因刹车减速或紧急制动而由惯性造成的折叠现象。

一旦微控制器U1检测到方向盘转角小于30°、第五轮转角大于10°、车速大于70km/h、制动踏板被踩下这四个条件中只要有一个条件不满足，微控制器U1就会向快放电磁阀K2、制动电磁阀K1发出指令，制动电磁阀K1关闭，快放电磁阀K2开启，迅速排放凸轮鼓式制动器11的制动气室16里的高压空气，制动蹄12在回位弹簧17的作用下复位，凸轮鼓式制动器11迅速解除制动。

Claims (3)

1.一种半挂汽车列车自动防折叠装置，其特征在于包括凸轮鼓式制动器（11）、曲柄连杆机构和控制***，所述凸轮鼓式制动器（11）与曲柄连杆机构为刚性连接。

2.根据权利要求1所述的半挂汽车列车自动防折叠装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构由曲柄（21）和组合连杆（22）组成，所述组合连杆包括连杆A（23）和连杆B（24），所述曲柄（21）的一端与凸轮鼓式制动器（11）的制动鼓（15）刚性连接，其另一端与连杆A（23）的一端通过轴接方式相连接，连杆A（23）的另一端为套筒形状，所述连杆B（24）呈V字形状，且该V字的夹角为钝角，连杆B（24）的一端***连杆A（23）的套筒中，并通过螺栓固定与连杆A（24）的相对位置。

3.根据权利要求1所述的半挂汽车列车自动防折叠装置，其特征在于：所述控制***包括方向盘转角传感器（31）、第五轮转角传感器（32）、车速传感器（33）、制动踏板传感器（34）、制动电磁阀（K1）、快放电磁阀（K2）和电子控制单元（35）, 所述电子控制单元（35）包括AD转换器、微处理器（U1）；所述方向盘转角传感器（31）的输出连接到AD转换器A（U2）的输入端，AD转换器A（U2）的输出连接到微处理器（U1）的输入端；

所述方向盘转角传感器输出（41）连接到AD转换器AU2的输入，AD转换器A（U2）的输出连接到微控制器（U1）的输入端（P22）；

所述第五轮转角传感器（42）输出连接到AD转换器B（U3）的输入，AD转换器B（U3）的输出连接到微控制器（U1）的输入端（P25）；

所述车速传感器输出（43）连接到微控制器（U1）的输入端（P10）；

所述制动踏板传感器输出（44）连接到微控制器（U1）的外部中断输入端（INT1）；

所述微控制器（U1）的输出端（P15）通过电阻（R6）连接到开关管（Q1）的基极上，该开关管（Q1）的集电极连接到制动电磁阀（K1）输入的一端，制动电磁阀（K1）输入的另一端连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器（U1）的输出端（P13）通过电阻（R7）连接到开关管（Q2）的基极上，该开关管（Q2）的集电极连接到快放电磁阀（K2）输入的一端，快放电磁阀（K2）输入的另一端连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器（U1）的输出端（P12）通过电阻（R4）连接到工作指示灯（D1）的负极，工作指示灯（D1）的正极连接到直流电源正极5V上；

所述微控制器（U1）的输出端（P11）通过电阻（R5）连接到故障指示灯（D2）的负极，故障指示灯（D2）的正极连接到直流电源正极5V上；

制动电磁阀（K1）的输出连接到凸轮鼓式制动器（11）的进气管上；

快放电磁阀（K2）的输出连接到凸轮鼓式制动器（11）的出气管上。

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