在构思并研发本发明之前，轨道车辆的手制动机构在本领域中公 知。它们通常包括设置在竖直平面中并安装在一轴上的巨大的可旋转 手轮，所述轴可以通过齿轮链来使链鼓轮旋转，从而卷起一链，该链 在其远离链鼓轮的一端固定至轨道车辆的制动传动装置。当手轮沿一 个方向旋转时，制动器被施用并且通过接合手轮轴上的止动轮的棘爪 防止手轮轴沿相反的方向旋转。
可以通过从止动轮解除棘爪来释放制动器，但是这种解除会使手 轮以及齿轮链的齿轮快速旋转。为了避免手轮快速旋转，设计了一种 手制动机构，其公知为“快速释放”机构。通常，这些快速释放机构 在手轮轴和齿轮链之间包括可释放的连接装置。当连接装置被释放时， 由于没有棘爪和止动轮的限制，齿轮链的齿轮快速旋转，但手轮保持 静止。
美国铁路协会(AAR)发布了用于设计和操作轨道车辆的手制动 机构的规范。竖向轮、齿轮链、手制动机构分成三类，即：
(1)标准动力-在链上提供3350磅(lbs)的平均力，且125磅 的转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
(2)中间动力-在链上提供4475磅(lbs)的平均力，且125磅 的转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
(3)高动力-在链上提供6800磅(lbs)的平均力，且125磅的 转向力施用到直径为22英寸的轮的轮缘。
在制动器固定之后，当手制动机构被释放时，齿轮链快速旋转。 这导致齿轮以及其它部件受到高的力和震动的作用，特别是在链从链 鼓轮上完全放掉的时候。
最近，AAR还将寿命测试增加到其规范中，不满足寿命测试的手 制动机构不允许出售用在美国铁路的交换维修服务中操作的轨道车辆 上。对于快速释放制动器的AAR寿命测试要求后来的制动器承受3000 次快速释放操作。
为了满足这种寿命测试要求，当采用该寿命测试时，即使标准动 力的手制动机构也必须修改。当采用寿命测试之前出售的中间动力的 手制动机构经受寿命测试时，发现其部件过早地磨损或者被损坏，必 须在这种手制动机构的外部增加减震器或吸震器，以克服这种磨损或 损坏。当然，这种外部减震器并不是所需要的，不仅因为其在手制动 机构的外部，而且还因为额外的费用，并且在利用中间动力的手制动 机构替换标准动力的手制动机构的情况下，它需要在轨道车辆上进行 设备的场合修改。在采用寿命测试之前出售的高动力的手制动机构类 似地也不能通过寿命测试。应记住，这种高动力的制动机构通常具有 附加的齿轮以在链上提供所需的力，并且这会导致在手制动机构释放 期间至少一些齿轮具有较高的旋转速度。
尽管使用外部减震器可以解决较高动力的手制动机构所具有的问 题，但这会要求AAR规范作出变化以允许使用这种外部减震器。曾 试图重新设计高动力的手制动机构，例如通过使其更坚固，使得其在 不使用外部减震器的情况下满足寿命测试，但这种试图没有成功。
本发明所关注的轨道车辆制动器的一个特性是施用到链上的力， 因此，手制动器部件是非直线的，并且取决于制动器施用或释放的程 度。因此，当施用制动器时，需要较小的力来缩减链和制动传动装置 中的松弛，同时满足AAR要求，链上最终的力必须为如上所述，即 对于标准动力的制动器为3350磅，对于中间动力的制动器为4475磅， 对于高动力的制动器为6800磅。在缩减了制动传动装置中的松弛(其 可能需要链行进例如5-15英寸)后，链上的力随着制动手轮进一步 转动以固定制动器而指数地增加，例如从200磅增加到最终值。在松 弛被缩减后达到最终值的过程中，链可能仅行进2或3英寸。
类似地，当手制动器被释放时，链的力指数地下降并且在手制动 器被释放之后很快达到较小的值。前述的待审申请教导了一种单级双 向作用的缸体，其不管手制动机构中所产生的力，每一冲程排出相同 体积的流体压力。结果，在制动施用周期的起始处浪费了一部分量的 流体压力，在所述开始处，需要很小的力来缩减链中的松弛。由于所 述流体压力的源通常为具有预定容积的紧急风缸，在制动施用的结束 处可得到较小的流体压力，以满足链力要求。
从上面的讨论可以看出，有利地是优化流体压力的消耗，使得在 制动施用的第一阶段期间消耗较少的流体，从而当需要更高的压力以 满足最小的链力要求时给制动施用的关键的结束阶段留下更多可用的 流体。

本发明包括两级施用缸体，其具有第一驱动杆和第二驱动杆。驱 动臂在一端连接至第一驱动杆并在远端接合一杠杆。操作棘爪连接至 该杠杆，并且弹簧装置被设置用于将操作棘爪推压到与一棘轮接触。 该棘轮可与布置在手制动组件的外壳构件中的手制动齿轮组件的至少 一个齿轮接合。在制动周期的起始处，施用缸体内的力的施用导致第 一驱动杆和驱动臂从缸体向外移动并向杠杆施用向下的力，从而导致 操作棘爪接合棘轮内的齿。第一回位弹簧设置在施用缸体内以推动驱 动臂返回到其初始位置。棘轮的旋转导致手制动齿轮组件的齿轮沿会 导致制动装置施用的方向旋转。施用缸体内的压力的重复施用使得手 制动齿轮组件的齿轮旋转足够的量，从而导致制动的施用。还设有保 持棘爪以与棘轮配合。在制动周期的结束时，缸体内流体压力的持续 施用导致第二驱动杆从缸体向外运动并施用所需的力以完成制动施 用。至少一个控制阀机构可与连接至杠杆的扳机接合，以控制施用缸 体的操作。还设置至少一个控制阀装置以将流体压力的路径重定向到 缸体的另一侧并帮助回位弹簧使第一活塞完全回位到其初始位置。
附图说明
图1为用于包括本发明优选的施用缸体的自动致动手制动卷绕系 统的优选控制构造的示意图。
图2为其中第一杆处于大体缩回位置的本发明的示意图。
图3为其中第一杆处于大体伸出位置的本发明的示意图。
图4为其中的第二杆和第一杆处于大体伸出位置本发明的示意 图。
图5为其中施用缸体第一杆处于大体缩回位置的包含本发明的手 制动组件的前视图。
图6为其中施用缸体第一杆处于大体伸出位置的包含本发明的手 制动组件的前视图。
图7为其中施用缸体第二杆和第一杆处于大体伸出位置的包含本 发明的手制动组件的前视图。

提供下面的背景信息来帮助读者理解本发明通常所用的环境。除 非本文件中特别指出，这里所使用的术语并不意欲限制为任何特殊的 较窄的解释。
在进行本发明的各种实施例的更详细的描述之前，为了理解本发 明以及简明的原因，应理解，具有相同功能的相同部件在这里所示的 每一幅图中均用相同的附图标记表示。
参考图2-7，本发明的自动施用手制动器包括通常用300表示的 操作装置，该操作装置可与这种手制动器接合。在本优选实施例中， 操作装置300包括弹簧回位的两级缸体。本优选的压力流体为气动的。 可选地，当需要时也可以采用液压流体压力。气动缸体300包括外圆 柱形壳体、具有第一表面以及相对的第二表面的第一活塞构件308， 安装该第一活塞构件308用于在第二杆304的内表面形成的圆柱形壳 体内往复运动。
在向其施用气动压力时，邻近活塞308的第一端并且与第二杆(第 二活塞构件)304的内表面接触的常规密封构件326在圆柱形构件的 一端处提供气密腔室，使得施用到该腔室中并且施用到活塞308的第 一端上的气动压力使活塞308能够向前运动。设置第一回位弹簧312 用于使活塞308回位到其初始位置。活塞308的相对的第二端连接至 第一驱动杆302的第一部分。第一驱动杆302的第二部分连接至驱动 臂306的第一部分，该驱动臂具有可与杠杠152接合的第二部分。
此外，气动缸体300包括第二活塞构件310，该第二活塞构件具 有第一表面和相对的第二表面并安装用于沿圆柱形壳体的内表面往复 运动。在向其施用气动压力时，邻近活塞310的第一端并且与圆柱形 壳体的内表面接触的常规密封构件328在圆柱形构件的一端处提供气 密腔室，使得施用到该腔室中并且施用到活塞310的第一端上的气动 压力使得活塞310能够向前运动。
设置第二回位弹簧314以使活塞310回位到其初始位置。活塞310 的相对的第二端连接至第二杆(驱动杆)304的第二部分。布置在圆 柱形壳体内的第一气动流体压力连通装置320使得气动流体压力能够 施用到活塞空腔中并从中排出。第一气动流体连通装置320可以是能 够提供气动流体压力到活塞空腔中的任何公知类型。布置在圆柱形壳 体内的第二气动流体压力连通装置316使得气动流体压力能够施用到 第二活塞310的杆侧的空腔中并从中排出。此外，当第二杆处于如图 2和3所示的稳定状态位置时，这种流体压力连通装置316能够使气 动流体压力施用到第一活塞308的杆侧的空腔中并从中排出。
额外地，布置在缸体300内的预定几何形状的第三流体压力连通 装置318使得流体压力能够施用到第一活塞308的杆侧的空腔与第二 活塞310的杆侧的空腔之间并从中排出，以及与流体压力连通装置316 配合作用允许气动流体的预定流量以维持流体压力的预定范围，从而 与弹簧314配合地作用在第二活塞310的杆侧，以便在第一活塞308 向前行进的过程中将第二活塞维持在稳定状态，如图2所示。
此外，当第二杆304处于如图4所示的伸出位置时，流体压力连 通装置318使得流体能够施用到第一活塞308的杆侧的空腔中并从中 排出。至少一个操作棘爪(未示出)连接至杠杆152并且设置弹簧装 置156用于将操作棘爪(未示出)推压到与棘轮(未示出)接触。该 棘轮(未示出)可与布置在手制动组件20的机架构件中的手制动齿轮 组件40的至少一个齿轮14接合。通过第一流体连通装置320的流体 压力的初始施用产生了作用在操作缸体300的第一驱动杆活塞308上 的力，该力促使驱动臂306从缸体向外运动并施用向下的力至杠杆 152，从而促使操作棘爪(未示出)接合棘轮(未示出)内的齿。一旦 缩回，第一杆回位弹簧312被设置在操作缸体300内以在通过第二杆 孔318进入的流体压力的帮助下将驱动臂306推压回到其初始位置。 棘轮(未示出)的旋转使得手制动齿轮组件40的齿轮14沿施用制动 装置施用的方向旋转。还设有保持棘爪(未示出)，其与一棘轮(未示 出)配合。至少一个控制阀可与连接至杠杆152的扳机172接合，以 控制操作缸体300的操作。该控制阀系统包括第一往复阀装置220和 第二往复阀装置230。还设有至少一个控制阀装置240以重定向通过 末端流体连通装置316和通过缸体300的第二杆孔318的流体压力的 路径，以帮助第一杆回位弹簧312使活塞308完全回位到其完全回位 的位置。现在更特别地参考图1，其中在稳态条件下，第一缸体活塞 308借助于其弹簧312完全回位。因此，在活塞308后方没有空气压 力，并且启动施用所有需要的就是致动连接至施用阀构件200的按钮 202，从而开始卷紧制动器的过程。还允许来自紧急风缸(未示出)的 流体压力源50流过阀200并流到连接至致动阀210的先导阀(pilot) 212。先导阀212中压力的增大到预定值导致阀210打开并允许流体压 力50流动通过阀210至第一往复阀220和第二往复阀230。
进一步参考图5，第一扳机接合连接至阀230的按钮232并允许 流体压力50流过阀230并进入连接至第一往复阀220的先导阀224。 先导阀224中的预定压力将导致阀220移位并允许流体压力50沿四个 方向流过阀220。流体压力的第一方向是流向活塞308的后侧，从而 使活塞308现在向下驱动第一杆302，以将空气通过快速排放阀290 推出缸体至大气中，更具体地，使杠杆152沿顺时针方向旋转，从而 使手制动器20卷紧。额外地，当负载完全施用时，流体压力会流至连 接到致动阀210上的先导阀214，从而使阀210移位到排泄位置并切 断来自紧急风缸的流体压力供给50。此外，流体压力会通过快速排放 阀280流至连接至转换阀242，使阀240移位并允许流体压力供给50 流到活塞308的前侧，从而进一步帮助其回位到初始位置。
另外，流体压力将通过气门282排出到大气。一旦活塞308到达 其冲程的底部，扳机172将致动连接至第一往复阀220的按钮222， 从而闭合阀220。此外，回位弹簧312将驱动活塞308至其初始位置， 从而将空气通过快速排放阀290从缸体中推出到大气284。扳机172 接合按钮232，从而开启阀230，这将使空气通过再次第一往复阀220 回到缸体中。在制动施用的第一阶段中，当需要最小的力时，制动系 统的卷绕只借助于通过上述控制阀装置和回位弹簧312在操作缸体 300内重复施用压力而通过第一杆302的往复来进行，从而使手制动 齿轮组件的齿轮旋转足够的量以消除制动施用机构内的松弛。
当制动机构内的松弛被消除时，推动手制动齿轮旋转的力增加。 最终，通过第一杆302传递的力的大小不足以克服机构中所产生的力。 通过第一流体连通装置320进入的流体压力50在缸体中集聚并在第二 杆活塞310上形成增加的力。当该力增加时，第二杆304开始起作用 并开始向外移动。在这一延伸过程中的预定点，第二杆孔318受到限 制，从而防止流体压力进入到第一缸体。布置在该第二杆内的排气装 置用于在第二驱动杆运动时将流体压力向外排出。在本优选实施例中， 该装置包括布置在第二杆304的外表面上的纵向空腔322，该腔室322 平行于第二杆轴线定向，从而在其行径过程中的第二预定点形成将滞 留在缸体的驱动杆空腔中的流体排出的排出路径，从而允许第二驱动 杆304进一步伸出。
可选地，排气装置还也可以使用其它公知装置形成，包括多个阀， 这些阀不取决于第二杆的相似的横截面变化。在其向外运动的过程中， 第二杆304的前导端遇到连接至第一杆的驱动臂306，并且与第一杆 配合地推动制动齿轮进一步旋转，以实现所需的制动力。当实现这种 负载时，阀220和阀290之间的管线上的压力将增加，使阀210移位 并与大气通气，但是更重要地，关闭流体压力的供给50。同时，先导 阀242内的预定压力将使阀240移位，从而允许流体压力流到缸体300 的底侧并与回位弹簧312和314配合，以使制动设备20内的保持棘爪 (未示出)脱离。
虽然已经依据专利条约详细叙述了用于实施本发明的优选实施例 及各种其它变型，但本发明所涉及的领域的普通技术人员会认识到在 不背离本发明的精神和附属权利要求的范围的情况下实施本发明的各 种可选方式。