CN103189250A

CN103189250A - 用于自动的压缩空气制动器的具有可变喷嘴横截面的控制阀

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Publication number: CN103189250A
Application number: CN2011800521126A
Authority: CN
Inventors: M·黑勒; V·克里洛夫; T·彼得; S·罗曼诺夫
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-09-12
Also published as: EA201001379A1; EP2619049A2; WO2012038283A3; EP2619049B1; CN103189250B; RU107738U1; EA023187B1; UA109027C2; WO2012038283A2

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的间接起作用的压缩空气制动器的控制阀，其包括三压力机构（24）和双压力机构（1），该双压力机构具有控制活塞（2；2'），主空气管路（L）的空气压力从一侧作用于该控制活塞，滑阀室（S）的空气压力从相反侧作用于该控制活塞，并且该控制活塞通过推杆（5）与加速阀（6）共同作用，所述加速阀在打开状态中将主空气管路（L）经由止回阀（12）并且将滑阀室（S）经由阀（8；8'）或孔（9）与通道（7）并且为了在制动开始时通过三压力机构（24）附加排气进一步与通道（13）连接以及在双压力机构（1）中与排气路径（14）与环境连接，在排气路径（14）中设置至少一个节流位置（10），该节流位置的有效横截面能通过双压力机构（1）中的操作装置从关闭或不起作用的状态或最小横截面一直变化到最大横截面。

Description

用于自动的压缩空气制动器的具有可变喷嘴横截面的控制阀

技术领域

本发明涉及一种用于自动的压缩空气制动器的控制阀，所述压缩空气制动器用于根据列车的连续的主空气管路中的压力和存储的从主空气管路中的压力导出的参考压力之间的压差形成制动缸压力。

背景技术

本发明的应用领域是轨道车辆。轨道车辆大多具有自动的压缩空气制动器，在其中主空气管路中的压力从正常运行压力起的降低引起制动缸压力的形成。主空气管路中降低的压力到升高的制动缸压力的传输功能以及相反传输功能由控制阀执行。主空气管路中压力变化的传输速度、在制动和释放时制动缸压力的建立和消除的梯度和均匀性是至关重要的参数，它们允许长的、沉重且快速的列车在没有危险的纵向动态力的情况下可靠运行。因此，控制阀具有在时间上控制所述过程的装置，所述装置的效率直接影响铁路运营的安全性和经济性。

原则上有利的是，制动缸中的压力升高——例如在突然的全制动或快速制动时——以统一作用进行。“统一作用”表示在一定的数值范围内在快速制动时制动缸填充时间与制动缸容积的大小或最大制动缸压力的大小的无关性。制动缸的填充不能过快进行，以避免列车中危险的纵向力。相反，不必要地慢的填充意味着不必要地长的制动距离并且因此同样不可取。

根据众所周知的现有技术，借助继电器阀实现统一作用，继电器阀设置在控制阀后面。但该解决方案的缺点在于除了控制阀外还需要这种继电器阀。

由专利文献DD239166已知，在没有继电器阀的三压力控制阀上实现统一作用，其方式是将决定制动缸填充时间和排空时间的喷嘴设置在三压力控制阀的与主空气管路连接的室上游。这种解决方案的缺点在于，控制室中的空气有可能流入主空气管路中，从而可引起主空气管路中信号传输的不利的放缓。

在作者为V.I.KRYLOV的标题为“Tormoza

Sostava”（莫斯科，Transport1968，第147页）的专业书籍中说明了一种气动控制阀，其中，参考压力S通过控制阀的主体部件转化为制动缸压力。主体部件通过使压缩空气经由特定大小的孔从空气存储容器流向制动缸来产生制动缸压力。因此制动缸填充时间相关于这些孔与制动缸容积的比值。然而，为了在制动信号于主空气管路中有效加速的情况下实现统一作用，制动时间应与主体部件的孔尺寸和制动缸容积无关，由此形成可统一广泛使用的控制阀。

RU481480公开了一种管路部件。该管路部件由主空气管路中的压力变化在参考空间、即所谓的滑阀室中形成压力变化。参考体积包括被主空气管路中的压力和参考压力加载的可移动的活塞并且操作附加排气阀和滑阀室排气阀，与滑阀室排气阀并联一个不灵敏喷嘴。从附加排气阀排出的压缩空气分叉到一个附加排气通道中和一个通往环境的喷嘴中。

该解决方案的缺点在于，或者可使主空气管路中的信号传输加速，这需要通往环境的喷嘴足够大，或者可使滑阀室的中压力足够慢地降低，这需要小得多的喷嘴。为了足够慢地建立列车前面部分中的制动缸压力，必须使滑阀室的中压力足够慢地降低。

当列车中信号传输不能有效加速或当制动缸压力不能足够慢地建立时，会在列车中出现危险的纵向力。为了避免纵向力，必须限制列车长度或列车重量，或使用用于延迟制动缸压力的附加装置，这不利于经济性。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于自动的压缩空气制动器的气动控制阀，该控制阀包括管路部件，该管路部件形成用于制动缸压力所需时间曲线的参考压力并且同时分散地在列车中确保主空气管路中的压力降低的有效加速。

根据本发明，该任务以根据权利要求1前序部分的气动控制阀为基础结合该权利要求的特征部分特征来解决。下面的从属权利要求给出本发明有利的扩展方案。

本发明包括这样的技术教导，即在从控制室S向环境的压力排气路径上设置至少一个可变的喷嘴，该喷嘴的横截面可通过操作装置从关闭状态或最小横截面一直变化到最大横截面。这种可变性既可分级又可无级地进行。除了至少一个喷嘴外，可并联或串联多个喷嘴，所述多个喷嘴的至少一个用作根据本发明的可变喷嘴。

通过可变的横截面，可在主空气管路快速下降时实现参考压力S的足够缓慢的下降，因此该参考压力可作为基准用于具有统一作用的制动缸填充时间。当主空气管路中的压力缓慢下降时，喷嘴可这样增大，以便可流出加速制动所需的空气量。

因此根据本发明的控制阀的优点在于，即使在较长列车的端部上也可通过选择适合的最大横截面最佳地调节该控制阀对主空气管路中压力下降的加速作用。与此相应，可通过适合选择用于列车头部的最小横截面调节制动缸压力足够缓慢的形成，这可避免危险的纵向力。这两点允许列车具有更快的速度或更长的长度。

另外，基于喷嘴横截面对参考压力从恒定空间的排气速度的影响产生这样的优点，即形成的梯度与制动缸数量和大小以及制动缸最大压力无关，因此可在经济上有利地制造统一的控制阀。

在四种优选的实施方式中产生其它优点。

对于第一种实施方式提出，通过加速阀阀体上的杆来操作可变喷嘴。在该杆中设置两个喷嘴，所述两个喷嘴通过一个孔连接，该孔在通过密封装置分开的空间和阀壳体中的排气孔或排气喷嘴上构成通向环境中的空气路径。这样确定孔的尺寸，使得其相对于喷嘴基本不参与空气路径的节流。

在加速阀关闭或略微打开的位置中，两个喷嘴建立从KZE通道经排气孔或排气喷嘴到环境中的连接。这相当于状态“L缓慢下降并且通道KZE的空气出口较大以便加速制动”，例如在较长列车的端部上。有效起作用的是相应于与排气孔或排气喷嘴串联的两个并联作用的喷嘴的横截面的排气横截面，在此串联连接中哪一个元件引起较大阻力并不重要。当加速阀足够大地打开后并且排气阀因此被打开后，喷嘴之一移动越过固定在壳体上的动密封装置，因此该喷嘴不再建立KZE通道到环境中的连接。这相当于状态“L快速下降并且通道KZE的空气出口较小以便适度缓慢地以统一作用填充制动缸”，例如在列车前面部分中。

该实施方式的优点在于，用于改变喷嘴横截面的操作装置以最简单的方式构造成加速阀延长部的形式，并且基于与加速阀一起的强制的共同操作可实现高的运行安全性。

根据第二种实施方式，相对于作为操作装置的可移动的活塞设置两个并联连接的喷嘴。该活塞在此为独立于管路部件控制活塞作用的、用于操作喷嘴的部件。活塞在此用于关闭阀座，为此固定在壳体上的密封装置与活塞的端面共同作用。活塞在关闭方向上被压簧和KZE通道的压力加载。在相反方向上，参考压力S作用于活塞。当活塞靠置在密封装置上时，仅其中一个喷嘴仍建立从KZE通道到环境中的连接，第二喷嘴因现在关闭的阀座不起作用。这是指主空气管路中快速排气的情况，其特征为通道KZE中和控制室S中的压力近似相等。在此情况下总体上仅较小的、减缓S压力排气的排气横截面起作用。在主空气管路排气缓慢时，其特征为控制室S和通道KZE之间的压差较大，活塞向上移动并且借助节流位置之和总体上较大的、加速主空气管路排气的横截面起作用。

这种结构方式的优点在于，该操作可独立于已经存在的控制阀及空间上的或制造技术上的限制被实现为独立的组件。

第三种可能的实施方式类似于第二种实施方式，区别在于，所述喷嘴串联构造。作为串联的等效措施，从较小排气横截面向较大排气横截面的转换这样进行，即通过操作装置相对于喷嘴之一接通旁路。

为此设置一个阀。该阀通过活塞逆着压簧的力被打开。喷嘴之一与阀并联并且第二喷嘴在通往环境的流出方向上设置在该阀下游。活塞在打开方向上被参考压力加载。在关闭方向上活塞被KZE通道的压力加载以及用压簧辅助加载。

在第三种实施方式中，活塞优选构成阀座的封闭元件，所述的密封装置可设置在壳体侧或活塞侧。可在不改变作用原理的情况下进行从座阀到滑阀的替换。代替接通或关闭多个喷嘴之一，也可例如通过圆锥体向喷嘴孔的接近而逐渐改变一个喷嘴，由此可形成多级的变化。这种实施方式的优点在于，基于喷嘴的串联连接可比并联连接时选择更大的最小直径，由此避免堵塞危险并降低制造精度要求。

第四种可能的实施方式又包括加速阀上的杆作为可变喷嘴的操作装置。该杆具有一个同轴孔以及在杆轴线的三个位置上的具有适合直径的横向孔。

三个横向孔中的两个用作可变的或固定的喷嘴，第三个远离加速阀的喷嘴在其横截面中与同轴孔一样大于所述两个喷嘴。

杆可在两个密封装置之间滑动地移动，当加速阀在较强或快速制动的情况下而大大打开时所述杆在碰撞后打开用于参考压力的排气阀。两个密封装置之间的内部空间用于将压缩空气经由壳体中的排气孔或排气喷嘴导出，从外部包围内部空间的外部空间或者说外部通道接收从打开的加速阀和排气阀出来的压缩空气。根据借助杆关闭、略微打开或进一步打开排气阀，通过没有、一个较大的或者两个横向孔被移动越过内部空间和外部空间之间的密封装置来实现喷嘴的可变化性。在此下述位置是可能的：

在关闭位置中（行驶位置），所有横向孔处于内部空间中，因此没有横向孔与外部空间连接，即不进行排气。在加速阀略微打开的位置中，一个横向孔处于外部空间中并且两个横向孔处于内部空间中。通过适当确定各横向孔的尺寸、尤其是使最外侧的第三横向孔足够大，这相当于外部空间经内部空间相对强的排气，由此可实现所希望的主空气管路的分散排气的有效加速。

在加速阀大大打开的位置中，杆撞击到参考压力的排气阀上并且也打开排气阀。在该位置中仅一个孔还处于内部空间中。通过适当确定各横向孔的尺寸、尤其是使最内侧的横向孔足够小，在该位置中产生相当于统一作用所需的参考压力排气梯度的小排气横截面。

在不改变该原理的情况下，上述横向孔中的每一个可通过多个在相同纵坐标上分布在杆圆周上的横向孔来代替。根据密封装置结构类型这有利于使用寿命，因为多个小的走过的孔引起的密封装置负荷可小于一个大的孔引起的密封装置负荷。

附图说明

下面借助附图结合本发明四种优选实施例的说明详细阐述改进本发明的其它措施。附图如下：

图1为一般形式的气动控制阀的管路部件的示意性侧视图；

图2a和2b为在两个可能的运动位置中的、根据第一种实施方式的管路部件中的根据本发明的可变喷嘴技术的局部放大图；

图3根据第二种实施方式的管路部件中的根据本发明的可变喷嘴技术的局部放大图；

图4为根据第三种实施方式的管路部件中的根据本发明的可变喷嘴技术的局部放大图；

图5为根据第四种实施方式的管路部件中的根据本发明的可变喷嘴技术的局部放大图。

具体实施方式

根据图1，气动控制阀的在此示出的又称为管路阀的双压力机构1具有控制活塞2，该控制活塞从一侧通过第一控制室3被加载主空气管路压力L。存在于相配的第二控制室4中的参考压力S从相反侧作用于控制活塞2。从控制活塞2伸出杆5，该杆以其端部操作加速阀6。

杆5在此支撑在用于参考压力S的排气阀8上，该排气阀通过一个压簧保持关闭。该压簧强于加速阀6的压簧，因此加速阀首先打开。通过控制活塞2的杆5打开加速阀6，进行制动加速，其方式是，压缩空气附加地从主空气管路L经由止回阀12和集成在管路部件1中的通道KZE7（附加排气通道）排入环境中。通道KZE为此可具有通往控制阀的又称为主体部件的三压力机构24的第一排气路径13，通过该排气路径在制动开始时可泄漏出更大的空气量。

通过打开排气阀8建立参考压力S与通道KZE的连接，因此两个室中的压力接近相等，止回阀12关闭并且不再有空气从主空气管路L中排出，而是从参考压力室中排出空气。

根据本发明，在通道KZE7通往环境的排气路径14中设置第一节流位置10和第二节流位置11。第二节流位置11具有固定横截面，而第一节流位置10在横截面中可变。可变的节流位置10的横截面可通过操作装置从最小横截面一直变为最大横截面，以便在不影响加速效果的情况下确保制动缸填充时间的统一作用。如节流位置可完全打开或关闭，就已确保充分的可变性。但也可用定义的最小横截面代替关闭位置，在此情况下不需要第二节流位置11。

在图2a和2b所示的实施方式中，通过加速阀6'阀体上的杆17'来操作可变的节流位置10'和11'。

节流位置10'和11'位于杆17'中，所述节流位置通过孔14'连接，该孔经由通过密封装置分开的空间和排气孔或排气喷嘴15'构成从通道KZE到环境中的空气路径。这样确定排气路径14'的尺寸，使得其与节流位置相比基本不参与空气路径的节流。

在图2a所示的加速阀6'的关闭或略微打开的位置中，两个节流位置10'和11'建立从通道KZE7'经排气孔或排气喷嘴15'到环境中的连接。这相当于状态“L缓慢下降并且通道KZE的空气出口较大以便加速制动”，例如在较长列车的端部上。有效起作用的是相应于与排气孔或排气喷嘴15'串联的节流位置10'和11'的排气横截面，在此串联连接中哪一个元件引起较大阻力并不重要。

在图2b中当加速阀6'足够大地打开后并且排气阀8'因此被打开后，可变节流位置10'移动到固定在壳体上的动密封装置16'上，因此节流位置10'不再建立KZE通道7'到环境中的连接。

这相当于状态“L快速下降并且通道KZE的空气出口较小以便适度缓慢地以统一作用填充制动缸”，例如在列车前面部分中。

根据图3所示的第二种实施方式，相对于作为操作装置的可移动的活塞20''设置两个并联连接的节流位置10''和11''。活塞20''在此用于关闭阀座，为此固定在壳体上的密封装置18与活塞20''的端面共同作用。活塞20''在关闭方向上被压簧19''和KZE通道7''的压力加载。在相反方向上，参考压力S作用于活塞20''。当活塞20''靠置在密封装置18''上时，仅节流位置11''建立从通道KZE7经由在活塞20中同轴设置的排气路径14到环境中的连接。这是指主空气管路中快速排气的情况，其特征为通道KZE中和控制室S中的压力近似相等。在此情况下借助节流位置11''总体上仅较小的、减缓S压力排气的节流位置起作用。在主空气管路排气缓慢时，其特征为控制室S和通道KZE之间的压差较大，活塞17向上移动并且借助节流位置10''和11''总体上较大的、加速主空气管路排气的节流位置起作用。

根据图4所示的第三种实施方式，设置两个彼此串联的节流位置10'''和11'''以及一个阀21。该阀通过活塞20'''逆着压簧22的力被打开。节流位置11'''与阀21并联并且节流位置10'''在通往环境的流出方向上设置在阀21下游。活塞20'''在打开方向上被参考压力S加载。在关闭方向上活塞20'''被KZE通道7的压力加载以及被压簧22辅助加载。节流位置的可变化性因此通过阀21的可接入的旁路实现。

图5所示的结构性实施方式再次示出加速阀6''''的阀体上的杆17''''作为可变节流位置的操作装置，在该杆中设置两个彼此并联的节流位置10''''和11''''和一个相对于节流位置为较大尺寸的孔23''''以及一个以横向孔形式的同轴的连接孔。在所示的加速阀6''''关闭位置中，通道KZE7''''不通过节流位置与环境连接。当加速阀6''''打开后，孔23''''首先移动到KZE''''通道中，在此通过两个节流位置10''''和11''''以及排气孔15与环境进行连接。这相当于状态“L缓慢下降并且通道KZE的空气出口较大以便加速制动”，例如在较长列车的端部上。

当加速阀6''''进一步打开后，可变的节流位置10''''移动到固定在壳体上的动密封装置16''''上，以致现在仅节流位置11''''构成通道KZE7''''与环境的连接的窄口。这相当于状态“L快速下降并且通道KZE的空气出口较小以便适度缓慢地以统一作用填充制动缸”，例如在列车前面部分中。

本发明不局限于上述四种优选的实施方式。相反也可考虑落入权利要求书保护范围中的变型方案。例如也可能的是，为根据本发明的可变节流位置结构构造无级变化的横截面，以便实现统一作用。

附图标记列表

1 双压力机构 15 排气孔或排气喷嘴

2 控制活塞 16 动密封装置

3 第一控制室 17 杆

4 第二控制室 18 密封装置

5 杆 19 压簧

6 加速阀 20 活塞

7 通道KZE 21 阀

8 排气阀 22 压簧

9 节流阀 23 孔

10 节流位置 24 三压力机构

11 节流位置 S 参考压力

12 止回阀 L 主空气管路压力

13 通道 KZE 附加排气通道

14 排气路径

Claims

1.控制阀，用于轨道车辆的间接起作用的压缩空气制动器，该控制阀包括三压力机构（24）和双压力机构（1），该双压力机构具有控制活塞（2；2'），主空气管路（L）的空气压力从一侧作用于该控制活塞，滑阀室（S）的空气压力从相反侧起作用并且该控制活塞通过推杆（5）与加速阀（6）共同作用，所述加速阀在打开状态中将主空气管路（L）经由止回阀（12）并且将滑阀室（S）经由阀（8；8'）或孔（9）与通道（7）连接并且为了在制动开始时通过三压力机构（24）附加排气进一步与通道（13）连接以及在双压力机构（1）中与排气路径（14）与环境连接，其特征在于，在排气路径（14）中设置至少一个节流位置（10），该节流位置的有效横截面能通过双压力机构（1）中的操作装置从关闭的或不起作用的状态或最小横截面一直变化到最大横截面。

2.根据权利要求1的控制阀，其特征在于，多个节流位置（10、11）彼此并联或串联地设置在通道（7）的排气路径（14）中，所述节流位置之一（10）具有可变的有效横截面，另一节流位置（11）具有固定的有效横截面，通过双压力机构（1）的操作装置来改变横截面，即节流位置（10）打开、关闭、减小、移动到起作用的压缩空气流之外或能通过打开旁路增大。

3.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于，为了操作节流位置（10'）的横截面变化，使用加速阀（6'）延长部中的杆（17'），在所述杆中至少节流位置（10'和11'）连接到排气路径（14）上，在加速阀（6）关闭时所有节流位置（10'、11'）建立从通道（7'）到环境中的连接，并且在加速阀（6'）打开后，节流位置（10'）通过杆（17'）移动到固定在壳体上的动密封装置（16'）上，因此该节流位置不再建立从通道（7）到环境中的连接。

4.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于，为了将通道（7''）和环境连接，设置至少两个并联的节流位置（10''、11''），其中一个节流位置（11''）始终将通道（7''）与环境连接起来并且通过活塞（20''）控制通道（7''）经由另一节流位置（10''）与环境的连接的打开和关闭，压簧（19''）以及通道（7''）的压力在关闭方向上作用于活塞并且参考压力（S）在相反方向上作用于活塞。

5.根据权利要求1或2的控制阀，其特征在于，为了将通道（7'''）和环境连接，设置至少两个串联的节流位置（10'''、11'''），其中一个节流位置（11'''）始终将通道（7'''）与环境连接起来，第二节流位置（10'''）的有效横截面能通过由阀（21）接入的旁路这样改变，使得通过活塞（20'''）控制阀（21）的打开和关闭，压簧（22）和通道（7'''）的空气压力在关闭方向上作用于活塞并且滑阀室（S）中的空气压力在相反方向上作用于活塞。

6.根据权利要求1的控制阀，其特征在于，用于参考压力（S）的阀（8）集成设置在控制活塞（2）中。

7.根据权利要求1的控制阀，其特征在于，用于参考压力（S'）的阀（8'）设置在控制活塞（2'）之外并且能通过控制活塞（2'）经由杆（17'）操作，控制室（S'）的压缩空气与通道（7'）分开或连接。

8.根据权利要求1的控制阀，其特征在于，用于参考压力（S''''）的阀（8''''）设置在控制活塞（2''''）之外并且能通过控制活塞（2''''）经由杆（17''''）操作，控制室（S''''）的压缩空气与在止回阀（1''''）和加速阀（6''''）之间的间隙（31''''）分开或连接。

9.根据权利要求1的控制阀，其特征在于，为了操作节流位置（10''''）的横截面变化，使用加速阀（6''''）延长部中的杆（17''''），该杆可轴向移动地支承在多个密封装置（16''''）中，通道（7''''）的压力施加在这些密封装置（16''''）中的至少一个上并且在杆中集成有喷嘴（10''''和11''''）以及孔（23''''），当加速阀（6''''）关闭时，各密封装置阻断通道（7''''）与环境的连接，当加速阀（6''''）有限打开时，孔（23''''）移动越过这些密封装置（16''''）之一，使得该孔构成绕过这一个密封装置的旁路，在该旁路的另一端部上，节流位置（10''''和11''''）并联，当加速阀（6''''）进一步打开时，节流位置（10''''）附加地也移动越过这一个密封装置（16''''），使得在喷嘴（10''''）和孔（23''''）并联并且节流位置（11''''）和该并联形成串联的情况下构成通道（7''''）通往环境的减小的旁路。

10.根据上述权利要求之一的控制阀，其特征在于，在压缩空气经由喷嘴（10和/或11）或孔（23）通往环境的路径上设置对于流出的压缩空气具有一定节流作用的另一通道（15）。

11.轨道车辆，其包括气动制动设备，该气动制动设备包括至少一个根据上述权利要求之一的气动控制阀。