CN103273941B - 一种空电混合制动***及其空气制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空电混合制动***及其空气制动控制装置，包括分别与第一控制器、第二控制器连接的第一比例电磁铁、第二比例电磁铁；设有进气腔、出气腔和排气腔的阀体，进气腔与出气腔之间设有供气阀口，出气腔和排气腔之间设有排气阀口；贯穿进气腔、出气腔和排气腔的阀杆，阀杆的第一端、第二端分别连接第一比例电磁铁，第二比例电磁铁、中部设有供气阀芯和排气阀芯，增压时供气阀口打开、排气阀口关闭，减压时供气阀口关闭、排气阀口打开。这样，空气制动力随电制动力的变化而变化，成本较低。

Description

一种空电混合制动***及其空气制动控制装置

技术领域

本发明涉及轨道电力工程车技术领域，尤其涉及一种空电混合制动***及其空气制动控制装置。

背景技术

对于轨道电力工程车来说，电制动的充分使用是其相对于内燃型工程车的主要优势之一。电制动能将工程车的动能转换为电能，既可以产生较大的减速度所需的制动力，又能将制动时的能量重复利用。但是，工程车的运行速度等因素又直接影响电制动力的大小，因此，需要空气制动力时补充制动。这种优先采用电制动力、空气制动力作为补充的制动模式称为空电混合制动，具有空电混合制动功能的轨道电力工程车是工程车的发展方向，得到了越来越广泛的应用。

具有空电混合制动功能的轨道电力工程车设有空电混合制动***，该***包括电制动控制装置和空气制动控制装置。目前，现有技术条件下，空气制动控制装置通常采用微机处理单元控制快速气动阀实现对空气制动的精确控制，使空气制动力随时根据电制动力的变化而变化，确保总的制动力大小不受影响，从而确保工程车的运行安全。

但是，具有微机功能的制动控制单元的造价非常高，而轨道电力工程车本身对制动机的性能要求并不高，如采用具有微机功能的制动控制单元的制动***会造成制动***其它功能的浪费，并且，还会增加整车制造成本，降低其市场竞争力。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，另辟蹊径设计一种空电混合制动***的空气制动控制装置，既能实现对空气的精确控制，又具有结构简单、生产成本较低的优点。

发明内容

本发明的目的为提供一种空电混合制动***的空气制动控制装置，该装置能够实现空气制动力时根据电制动力的变化而变化，确保总的制动力大小不受影响，并且结构简单、生产成本较低。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空电混合制动***的空气制动控制装置，包括：

第一比例电磁铁，与第一控制器连接，用于将所需制动力对应的电信号转化为正向位移并输出；

第二比例电磁铁，与第二控制器连接，用于将电制动力对应的电信号转化为反向位移并输出；

阀体，设有进气腔、出气腔和排气腔，所述进气腔通过进气管与空压机连通，所述出气腔通过出气管与空气制动装置连接，所述排气腔通过排气管与大气连通；所述进气腔与所述出气腔之间设有供气阀口，所述出气腔和所述排气腔之间设有排气阀口；

阀杆，贯穿所述进气腔、出气腔和排气腔，所述阀杆的第一端连接所述第一比例电磁铁，第二端连接所述第二比例电磁铁、中部设有供气阀芯和排气阀芯；

当所需制动力大于电制动力时，所述阀杆输出正向位移，所述供气阀芯脱离所述供气阀口，所述排气阀芯封堵所述排气阀口；当所需制动力小于电制动力时，所述阀杆输出反向位移，所述供气阀芯封堵所述供气阀口，所述排气阀芯脱离排气阀口。

优选地，还包括压力反馈腔，所述压力反馈腔通过反馈管与所述出气管连通，所述阀杆贯穿所述压力反馈腔，且所述压力反馈腔顶部通过第一弹性部件与所述第一比例电磁铁或第二比例电磁铁连接；

当所述压力反馈腔的压力等于所需制动力与电制动力的差值所对应的推力时，所述供气阀芯封堵所述供气阀口、所述排气阀芯封堵所述排气阀口。

优选地，所述阀体内设有第一弹性板，所述排气腔的顶板为第二弹性板，所述第一弹性板和第二弹性板的周壁均与所述阀体内壁固定连接，所述阀杆贯穿所述第一弹性板和第二弹性板的中部，所述第一弹性板、第二弹性板和所述阀体内壁三者围成所述压力反馈腔。

优选地，所述第一弹性部件为弹簧。

优选地，所述第一弹性板、所述第二弹性板均为橡胶板。

优选地，所述第一比例电磁铁的衔铁底端连接有第一连杆和第一活塞，所述第一弹性部件连接于所述第一活塞底端。

优选地，所述进气腔的底板为第三弹性板，所述第三弹性板的周壁与所述阀体内壁固定连接，所述第二比例电磁铁的衔铁顶端连接有第二连杆和第二活塞，所述第二活塞通过第二弹性部件与所述第三弹性板连接。

优选地，所述阀体在与所述第一弹性板、所述第一活塞三者围成的第一腔体侧壁上设有第一通气孔，所述阀体在与所述第一活塞二者围成的第二腔体侧壁上设有第二通气孔，所述第一通气孔、所述第二通气孔与大气连通。

优选地，所述阀体在与所述第三弹性板、所述第二活塞三者围成的第三腔体侧壁上设有第三通气孔，所述阀体在与所述第二活塞二者围成的第三腔体侧壁上设有第四通气孔，所述第三通气孔、所述第四通气孔均与大气连通。

由于阀杆的两端分别与第一比例电磁铁、第二比例电磁铁连接，因此阀杆在二者的共同作用下产生的位移为所需制动力、电制动力的差值即空气制动力所对应的位移，下面具体介绍该装置的控制过程：

增压状态：当电力工程车的所需制动力大于电制动力时，第一比例电磁铁输出的正向位移量大于第二比例电磁铁输出的反向位移量，因此阀杆在第一比例电磁铁和第二比例电磁铁的共同作用下产生正向位移，推动阀杆向下移动，使得排气阀芯封堵排气阀口、供气阀芯脱离供气阀口，即进气腔和出气腔连通，出气腔和排气腔隔离。此时，空压机输出的高压空气经进气管、进气腔、出气腔和出气管流入空气制动装置，实现空气制动装置的增压。

减压状态：当电力工程车的所需制动力小于电制动力时，第一比例电磁铁输出的正向位移量小于第二比例电磁铁输出的反向位移量，因此阀杆在第一比例电磁铁和第二比例电磁铁的共同作用下产生反向位移，带动阀杆向上移动，使得排气阀芯脱离排气阀口、供气阀芯封堵供气阀口，即进气腔和出气腔隔离、出气腔和排气腔连通。此时，空气制动装置的空气经出气管、出气腔、出气阀口、排气腔和排气管流入大气，实现空气制动装置的减压。

由上述工作过程可知，上述空气制动控制装置通过第一比例电磁铁、第二比例电磁铁能够将空气制动力所对应的电信号转化为位移信号，并通过阀杆的位移控制供气阀口、排气阀口打开或关闭，简单、方便地实现了空气制动的精确控制，使得空气制动力时根据电制动力的变化而变化。并且，上述空气制动控制装置还具有结构简单、生产成本较低的特点。

本发明还提供一种空电混合制动***，包括电制动控制装置和空气制动控制装置；所述空气制动控制装置采用如上所述的空气制动控制装置。

由于上述空气制动控制装置具有如上技术效果，因此，包括该空气制动控制装置的空电混合制动***也应当具有如上技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供空气制动装置的一种具体实施方式的结构示意图，并示出了该装置的增压状态图；

图2为图1的减压状态图；

图3为图1的稳压状态图。

图1至图3中部件名称与附图标记之间的对应关系为：

第一比例电磁铁11；第一比例电磁铁的衔铁111；第一连杆112；第一活塞113；

第二比例电磁铁12；第二比例电磁铁的衔铁121；第二连杆122；第二活塞123；

阀体2；供气阀口21；排气阀口22；第一通气孔23；第二通气孔24；第三通气孔25；第四通气孔26；

进气腔3；进气管31；第三弹性板32；

出气腔4；出气管41；

排气腔5；排气管51；

阀杆6；供气阀芯61；排气阀芯62；

压力反馈腔7；第一弹性板71；第二弹性板72；反馈管73；

第一弹性部件81；第二弹性部件82。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种空电混合***的空气制动控制装置，该控制装置不仅能实现空气制动力随电制动力的大小变化而变化，并且具有结构简单、操作方便、成本较低的特点。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供空气制动装置的一种具体实施方式的结构示意图，并示出了该装置的增压状态图；图2为图1的减压状态图；图3为图1的稳压状态图。

在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明提供一种空电混合制动***的空气制动控制装置，该装置包括第一比例电磁铁11、第二比例电磁铁12、阀体2和阀杆6。

第一比例电磁铁11与***的第一控制器连接，用于将所需制动力对应的电信号转化为正向位移并输出；

第二比例电磁铁12与***的第二控制器连接，用于将电制动力对应的电信号转化为反向位移并输出；

阀体2设有进气腔3、出气腔4和排气腔5，进气腔3通过进气管31与空压机连通，出气腔4通过出气管41与空气制动装置连接，排气腔5通过排气管51与大气连通；进气腔3与出气腔4之间设有供气阀口21，出气腔4和排气腔5之间设有排气阀口22；阀杆6贯穿进气腔3、出气腔4和排气腔5，阀杆6的第一端连接第一比例电磁铁11，第二端连接第二比例电磁铁12、中部设有供气阀芯61和排气阀芯62。

由于阀杆的两端分别与第一比例电磁铁11、第二比例电磁铁12连接，因此阀杆在二者的共同作用下产生的位移为所需制动力、电制动力的差值(即空气制动力)所对应的位移，下面具体介绍该装置的控制过程：

增压状态：当电力工程车的所需制动力大于电制动力时，第一比例电磁铁11输出的正向位移量大于第二比例电磁铁12输出的反向位移量，因此阀杆在第一比例电磁铁11和第二比例电磁铁12的共同作用下产生正向位移(图1中向下的位移)，推动阀杆6向下移动，使得排气阀芯62封堵排气阀口22、供气阀芯61脱离供气阀口21，即进气腔3和出气腔4连通，出气腔4和排气腔5隔离。此时，空压机输出的高压空气经进气管31、进气腔3、出气腔4和出气管41流入空气制动装置，实现空气制动装置的增压。

减压状态：当电力工程车的所需制动力小于电制动力时，第一比例电磁铁11输出的正向位移量小于第二比例电磁铁12输出的反向位移量，因此阀杆在第一比例电磁铁11和第二比例电磁铁12的共同作用下产生反向位移(图1中向上的位移)，带动阀杆6向上移动，使得排气阀芯62脱离排气阀口22、供气阀芯61封堵供气阀口21，即进气腔3和出气腔4隔离、出气腔4和排气腔5连通。此时，空气制动装置的空气经出气管41、出气腔4、出气阀口、排气腔5和排气管51流入大气，实现空气制动装置的减压。

由上述工作过程可知，上述空气制动控制装置通过第一比例电磁铁11、第二比例电磁铁12能够将空气制动力所对应的电信号转化为位移信号，并通过阀杆的位移控制供气阀口21、排气阀口22打开或关闭，简单、方便地实现了空气制动的精确控制，使得空气制动力时根据电制动力的变化而变化。并且，上述空气制动控制装置还具有结构简单、生产成本较低的特点。

还可以进一步设置上述空气制动控制装置的其他具体结构。

在另一种具体实施方式中，如图1至图3所示，上述空气制动控制装置还可以包括压力反馈腔7，压力反馈腔7通过反馈管73与出气管41连通，阀杆6贯穿压力反馈腔7，且压力反馈腔7顶部通过第一弹性部件81与第一比例电磁铁11或第二比例电磁铁12连接。当压力反馈腔7的压力等于所需制动力与电制动力的差值所对应的推力时，供气阀芯61封堵供气阀口21、排气阀芯62封堵排气阀口22。

具体的方案中，上述阀体2内设有第一弹性板71，排气腔5的顶板为第二弹性板72，第一弹性板71和第二弹性板72的周壁均与阀体2内壁固定连接，阀杆6贯穿第一弹性板71和第二弹性板72的中部，第一弹性板71、第二弹性板72和阀体2内壁三者围成压力反馈腔7。

采用这种结构，如图1所示，阀杆6在两个比例电磁铁的合力作用下产生正向位移时，推动阀杆6向下移动、打开供气阀口21、关闭排气阀口22的同时，使得第一弹性板71和第二弹性板72的中部产生向下的位移，即压力反馈腔7整体产生向下的拉伸变形。增压过程中，出气管41中的压缩空气的一部分流入空气制动装置，另一部分通过反馈管73流入压力反馈腔7，使压力反馈腔7内部的压力不断增大，当压力反馈腔7的压力增大到其向上的推力等于第一比例电磁铁11和第二比例电磁铁12的合力时，推动第一弹性板71、第二弹性板72的中心向上移动，直到第一弹性板71、第二弹性板72整体恢复到水平状态，如图3所示，此时供气阀芯61封堵供气阀口21，排气阀芯62封堵排气阀口22，这样，空气制动装置中的空气压力保持当前不变，即处于增压时的稳压状态。

同理，如图2所示，阀杆6在两个比例电磁铁的合力作用下产生反向位移时，推动阀杆6向上移动，关闭供气阀口21、打开排气阀口22的同时，使得第一弹性板71和第二弹性板72的中部产生向上的位移，即压力反馈腔7整体产生向上的拉伸变形。减压过程中，出气管41中的压缩空气一部分流入排气腔5，另一部分通过反馈管73流入压力反馈腔7，使压力反馈腔7内部的压力不断增大，当压力反馈腔7的压力增大到其向下的推力等于第一比例电磁铁11和第二比例电磁铁12的合力时，推动第一弹性板71、第二弹性板72的中心上下移动，直到第一弹性板71、第二弹性板72整体恢复到水平状态，如图3所示，此时供气阀芯61封堵供气阀口21，排气阀芯62封堵排气阀口22，这样，空气制动装置中的空气压力保持当前不变，即处于减压时的稳压状态。

由此可见，上述采用压力反馈腔7的空气制动控制装置能够在空气制动的过程中实现自动稳压，保证空气制动的工作稳定性。可以想到，上述压力反馈腔7并不仅限于上述结构，例如，可以在阀体2内设置第一隔板和第二隔板，二者均与阀体2的周壁滑动连接，第一隔板、第二隔板和阀体2内周壁围成上述压力反馈腔7。采用这种结构，同样能够在空气制动的过程中实现自动稳压。但是，这种压力反馈腔7涉及到第一隔板、第二隔板和阀杆的重力问题，因此，对于第一弹性部件81的弹性系数有更加严格的要求，并且第一比例电磁铁11的受力较为复杂。此外，上述压力反馈腔也并不仅限与排气腔5邻接，也可以将其设置于进气腔3连接。

具体的方案中，上述第一弹性部件81可以具体为弹簧。采用弹簧作为第一弹性部件81连接压力反馈强与比例电磁铁，能够保证空气制动控制装置的工作稳定性，并且具有成本较低的特点。当然，第一弹性部件81还可以采用橡胶等其他弹性材料。

另外，上述第一弹性板71、第二弹性板72可以均为橡胶板。橡胶板具有变形量较大、韧性较好的优点，因此将其作为压力反馈腔7的弹性板能够延长空气制动控制装置的使用寿命。当然，上述两个弹性板还可以采用其他材料。

在另一种具体实施方式中，第一比例电磁铁的衔铁111底端可以连接有第一连杆112和第一活塞113，第一弹性部件81连接于第一活塞113底端。

采用这种结构，工作过程中，第一比例电磁铁11的推力首先传递给第一连杆112，第一连杆112的位移带动第一活塞113在阀体2内壁滑动，第一活塞113的位移再带动第一弹性部件81、阀杆6等部件移动。由于活塞的外周壁与阀体2的内周壁滑动配合连接，因此第一活塞113在移动过程中具有一定的导向作用，从而保证第一弹性部件81、阀杆6等部件能够沿阀体2的中心轴线运动，避免阀杆6倾斜运动造成供气阀口21或排气阀口22存在漏气等不稳定现象的发生，进一步保证空气制动控制装置的工作稳定性。

在另一种具体实施方式中，如图1所示，进气腔3的底板为第三弹性板32，第三弹性板32的周壁与阀体2内壁固定连接，第二比例电磁铁的衔铁121顶端连接有第二连杆122和第二活塞123，第二活塞123通过第二弹性部件82与第三弹性板32连接。

相类似地，采用这种结构，第二活塞123在移动过程中也具有一定的导向作用，进一步保证第二弹性部件82、阀杆等部件能够沿阀体的轴线运动，保证工作稳定性。

在另一种具体实施方式中，上述阀体2在与第一弹性板71、第一活塞113三者围成的第一腔体侧壁上设有第一通气孔23，阀体2在与第一活塞113二者围成的第二腔体侧壁上设有第二通气孔24，第一通气孔23、第二通气孔24与大气连通。

采用这种结构，使得第一腔体和第二腔体始终保持与大气压相同的压力，避免由于第一弹性板71在压缩和拉伸造成第一腔体的压力变化，避免由于活塞在上、下移动过程中造成该腔室的压力变化，保证空气制动控制装置的工作稳定性和可靠性。

类似的方案中，阀体2在与第三弹性板32、第二活塞123三者围成的第三腔体侧壁上设有第三通气孔25，阀体在与第二活塞123二者围成的第三腔体侧壁上设有第四通气孔26，第三通气孔25、第四通气孔26均与大气连通。

与第一腔体和第二腔体的技术效果相同，采用这种结构能够保证第三腔体和第四腔体的压力保持为大气压，进一步保证空气制动装置的工作稳定性和可靠性。

此外，本发明还提供一种空电混合制动***，包括电制动控制装置和空气制动控制装置；空气制动控制装置采用如上的空气制动控制装置。

由于上述空气制动控制装置具有如上技术效果，因此，包括该空气制动控制装置的空电混合制动***也应当具有如上技术效果，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种空电混合制动***及其空气制动控制装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，包括：

第一比例电磁铁（11），与第一控制器连接，用于将所需制动力对应的电信号转化为正向位移并输出；

第二比例电磁铁（12），与第二控制器连接，用于将电制动力对应的电信号转化为反向位移并输出；

阀体（2），设有进气腔（3）、出气腔（4）和排气腔（5），所述进气腔（3）通过进气管（31）与空压机连通，所述出气腔（4）通过出气管（41）与空气制动装置连接，所述排气腔（5）通过排气管（51）与大气连通；所述进气腔（3）与所述出气腔（4）之间设有供气阀口（21），所述出气腔（4）和所述排气腔（5）之间设有排气阀口（22）；

阀杆（6），贯穿所述进气腔（3）、出气腔（4）和排气腔（5），所述阀杆（6）的第一端连接所述第一比例电磁铁（11），第二端连接所述第二比例电磁铁（12）、中部设有供气阀芯（61）和排气阀芯（62）；

当所需制动力大于电制动力时，所述阀杆（6）输出正向位移，所述供气阀芯（61）脱离所述供气阀口（21），所述排气阀芯（62）封堵所述排气阀口（22）；当所需制动力小于电制动力时，所述阀杆（6）输出反向位移，所述供气阀芯（61）封堵所述供气阀口（21），所述排气阀芯（62）脱离排气阀口（22）。

2.根据权利要求1所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，还包括压力反馈腔（7），所述压力反馈腔（7）通过反馈管（73）与所述出气管（41）连通，所述阀杆（6）贯穿所述压力反馈腔（7），且所述压力反馈腔（7）顶部通过第一弹性部件（81）与所述第一比例电磁铁（11）或第二比例电磁铁（12）连接；

当所述压力反馈腔（7）的压力等于所需制动力与电制动力的差值所对应的推力时，所述供气阀芯（61）封堵所述供气阀口（21）、所述排气阀芯（62）封堵所述排气阀口（22）。

3.根据权利要求2所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述阀体（2）内设有第一弹性板（71），所述排气腔(5)的顶板为第二弹性板(72)，所述第一弹性板(71)和第二弹性板(72)的周壁均与所述阀体(2)内壁固定连接，所述阀杆(6)贯穿所述第一弹性板(71)和第二弹性板(72)的中部，所述第一弹性板(71)、第二弹性板(72)和所述阀体(2)内壁三者围成所述压力反馈腔(7)。

4.根据权利要求3所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述第一弹性部件(81)为弹簧。

5.根据权利要求3所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述第一弹性板(71)、所述第二弹性板(72)均为橡胶板。

6.根据权利要求2-5任一项所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述第一比例电磁铁的衔铁(111)底端连接有第一连杆(112)和第一活塞(113)，所述第一弹性部件(81)连接于所述第一活塞(113)底端。

7.根据权利要求6所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述进气腔(3)的底板为第三弹性板(32)，所述第三弹性板(32)的周壁与所述阀体(2)内壁固定连接，所述第二比例电磁铁的衔铁(121)顶端连接有第二连杆(122)和第二活塞(123)，所述第二活塞(123)通过第二弹性部件(82)与所述第三弹性板(32)连接。

8.根据权利要求7所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述阀体(2)在与所述第一弹性板(71)、所述第一活塞(113)三者围成的第一腔体侧壁上设有第一通气孔(23)，所述阀体(2)在与所述第一活塞(113)二者围成的第二腔体侧壁上设有第二通气孔(24)，所述第一通气孔(23)、所述第二通气孔(24)与大气连通。

9.根据权利要求8所述的空电混合制动***的空气制动控制装置，其特征在于，所述阀体(2)在与所述第三弹性板(32)、所述第二活塞(123)三者围成的第三腔体侧壁上设有第三通气孔(25)，所述阀体在与所述第二活塞(123)二者围成的第三腔体侧壁上设有第四通气孔(26)，所述第三通气孔(25)、所述第四通气孔(26)均与大气连通。

10.一种空电混合制动***，包括电制动控制装置和空气制动控制装置;其特征在于，所述空气制动控制装置采用如权利要求1-9任一项所述的空气制动控制装置。