热优化的铁路车辆制动系统 |
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| 申请号 | CN201480021572.6 | 申请日 | 2014-05-21 | 公开(公告)号 | CN105189246B | 公开(公告)日 | 2017-11-28 |
| 申请人 | 韦伯太克控股公司; | 发明人 | 罗伯特·诺曼·斯卡福; 玛利亚·H·库恩; 格林·A·吉尔·芬持; 保罗·保利; | ||||
| 摘要 | 一种 铁 路车辆 制动 系统 ，包括至少两个继动 阀 、至少两个 摩擦制动 单元及至少一个 电制动 单元，至少两个继动阀彼此电连通且与制动管 流体 连通，至少两个摩擦制动单元与每个继动阀流体连通，至少一个电制动单元与每个继动阀电连通。一旦电制动单元之一失灵，与失灵的电制动单元电连通的继动阀就会向至少一个另外的继动阀发送 信号 ，以向与至少一个另外的继动阀流体连通的至少两个摩擦制动单元提供受压流体。至少两个继动阀包括集成的电继动阀。至少两个摩擦制动单元包括盘式制动单元。每个继动阀可被放置在制动管和主贮存管之间且与制动管和该主贮存管流体连通。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铁路车辆制动系统，包括： |
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| 说明书全文 | 热优化的铁路车辆制动系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2013年5月22日提交的第61/826,268号美国临时申请和于2014年5月20日提交的第14/282,357号美国实用新型申请的权益，该两项申请通过引用全文合并于此。 技术领域[0003] 本发明涉及一种铁路车辆制动系统，更具体地，涉及一种热优化的列车制动系统。 背景技术[0004] 现有用于重型轨道地铁列车车厢的制动系统在“每节车厢”或“每个拖车节”的基础上控制制动。在此应用中，每个拖车节独立于车厢或列车上的其他拖车节运行。当轨道车厢上所有的设备工作时，制动主要经由推进系统的马达进行。马达将运动着的列车的动能转换成电能，该电能通常会在电阻排中被转换成热能或者返回至电力网。摩擦制动仅会用在电力制动不能提供足够制动作用力的高速及低速的情形中。 [0005] 如果发生电力制动失灵，每个拖车节独立运行，失灵的拖车节的摩擦制动就会对失灵的拖车节施加所有所需的制动作用力。这样做的目的是维持所要求的总体列车制动比，而无需施加速度限制。在这种情况下，施加到失灵拖车节制动盘上的热负荷很高，车辆的每根车轴通常都需要两个盘。 [0006] 当前需要一种铁路车辆制动系统，其减少每节列车车厢上制动设备的数量。当前还需要一种铁路车辆制动系统，该系统要能减少制动设备的重量。当前还需要一种铁路车辆制动系统，其使所有列车车厢的制动设备的磨损均等。当前还需要一种铁路车辆制动系统，其降低制动设备的温度。 发明内容[0007] 在本发明的一实施例中，铁路车辆制动系统包括至少两个继动阀、至少两个摩擦制动单元及至少一个电制动单元，该至少两个继动阀彼此电连通且与制动管流体连通，该至少两个摩擦制动单元与每个继动阀流体连通，该至少一个电制动单元与每个继动阀电连通。一旦电制动单元之一失灵，与该失灵的电制动单元电连通的继动阀就会向至少一个另外的继动阀发送信号，以向与该至少一个另外的继动阀流体连通的该至少两个摩擦制动单元提供受压流体。 [0008] 该至少两个继动阀包括集成电继动阀。该至少两个摩擦制动单元包括盘式制动单元。每个继动阀可被放置在制动管和主贮存管之间，且与该制动管和该主贮存管流体连通。该至少两个摩擦制动单元包括钢制分段的盘式制动单元。该至少两个摩擦制动单元包括烧结的垫制动单元。 [0009] 在本发明的另一实施例中，铁路车辆制动系统包括至少两节火车车厢和制动系统，该至少两节火车车厢彼此电及流体连通，该制动系统与每节火车车厢流体连通。该制动系统包括至少两个继动阀、至少两个摩擦制动单元及至少一个电制动单元，该至少两个继动阀彼此电连通且与制动管流体连通，该至少两个摩擦制动单元与每个继动阀流体连通，该至少一个电制动单元与每个继动阀电连通。一旦制动系统之一的电制动单元之一失灵，与该失灵的电制动单元连通的继动阀就会向该制动系统内的至少一个另外的继动阀发送信号，以向与该至少一个另外的继动阀流体连通的该至少两个摩擦制动单元提供受压流体。 [0010] 至少一节火车车厢的制动系统的至少两个继动阀与其余火车车厢的至少一个继动阀电连通。继动阀彼此电连通。该至少两个继动阀包括集成电继动阀。该至少两个摩擦制动单元包括盘式制动单元。每个继动阀可被放置在制动管和主贮存管之间，且与该制动管和该主贮存管流体连通。该至少两个摩擦制动单元包括钢制分段的盘式制动单元。该至少两个摩擦制动单元包括烧结的垫制动单元。 [0011] 在本发明的另一实施例中，一种将制动器应用至铁路车辆的方法包括步骤：提供制动系统，该制动系统包括至少两个继动阀、至少两个摩擦制动单元及至少一个电制动单元，该至少两个继动阀彼此电连通且与制动管流体连通，该至少两个摩擦制动单元与每个继动阀流体连通，该至少一个电制动单元与每个继动阀电连通；将来自至少一个失灵的电制动单元的信号发送至与该至少一个失灵的电制动单元连通的至少一个继动阀；将来自与该至少一个失灵的电制动单元电连通的至少一个继动阀的信号发送至至少一个另外的继动阀；及向该至少两个摩擦制动单元提供来自至少一个另外的继动阀的受压流体。 [0012] 该方法还包括步骤：近似均等地将该制动系统的至少两个摩擦制动单元应用至失灵的电制动单元之一。该至少两个继动阀包括集成电继动阀。该至少两个摩擦制动单元包括盘式制动单元。每个继动阀可被放置在制动管和主贮存管之间，且与该制动管和该主贮存管流体连通。该至少两个摩擦制动单元包括烧结的垫制动单元。 附图说明[0014] 图1A和图1B是根据本发明的铁路车辆上的制动系统的示意图。 [0015] 图2是运用图1A和图1B的制动系统的一对密切结合的火车车厢的示意图。 具体实施方式[0016] 为了在下文中进行说明，所使用的空间定向术语，如在附图、图形或其他在下文说明书中所详细说明的，与所参照的实施例相关。但是，要理解的是，下文中进行说明的实施例会假设许多可替换的变体及配置。还应理解的是，在附图、图形或其他在下文说明书中详细绘示的具体的组件、装置、特征及运行顺序，仅起到示范作用而不是意在限制。 [0017] 本发明总体上涉及用于铁路车辆的制动系统，更具体地，涉及用于铁路车辆的热优化的制动系统。该制动系统的较佳的且不作限制的实施例在图1A和图1B中示出。 [0018] 参见图1A和图1B，对铁路车辆制动系统10进行了详细说明。下文会提供应用制动系统10的制动器的运行顺序和方法。制动系统10可提供在铁路车辆的拖车节(未示出)上。在图1A和图1B中示出的制动系统10描绘了应用至铁路车辆一辆拖车节上的制动系统10。要理解的是，类似的制动系统10可被安排成与该铁路车辆的另一拖车节流体连通。在此实施例中，该铁路车辆包括两辆拖车节，每个拖车节都包括如图1A和图1B中所示的制动系统10。 此处亦考虑到，如图2中所示的若干火车车厢100、200可彼此连结或“密切结合”，以产生多车厢的铁路车辆。在此实例中，提供在每节火车车厢100、200上的每个拖车节包括如图1A和图1B中所示的制动系统10。制动系统10可彼此流体连通，以产生沿该铁路车辆的一个统一的制动系统。 [0019] 再次参见图1A和图1B，制动系统10包括第一集成电继动阀(IERV)12A和第二集成电继动阀12B。集成电继动阀12A、12B在每节火车车厢100、200的每个拖车节上单独控制气压。每个集成电继动阀12A、12B包括微处理器14A、14B，微处理器14A、14B接收来自驾驶室安装的主控(未示出)或其他列车控制系统的、对于所要求的制动杠杆的指令。在一实施例中，微处理器14A、14B是包含在集成电继动阀12A、12B内的集成电路片上的计算机处理器。集成电继动阀12A、12B经由电信号与推进系统(未示出)的电制动单元16A、16B电连通，以补充推进系统提供的电制动，这由电制动单元16A、16B控制。火车车厢100、200上的所有设备工作时，制动主要经由推进系统的马达(未示出)进行。该马达将运动着的列车的动能转换成电能，该电能通常会在电阻排(未示出)内被转换成热能。集成电继动阀12A、12B经由微处理器14A、14B在制动系统10内建造的网络彼此交界或连通。经由该网络，集成电继动阀12A、12B可以分享诸如车辆重量、动态制动作用力及通过电连通施加的摩擦制动作用力等方面的信息。 [0020] 此外，集成电继动阀12A、12B可以与多个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D流体连接。在一实施例中，两个摩擦制动单元18A、18B与第一集成电继动阀12A流体连通，及两个摩擦制动单元18C、18D与第二集成电继动阀12B流体连通。在一实施例中，摩擦制动单元18A、18B、18C、18D被提供成盘式制动单元。盘式制动单元包括钢制分段的盘式制动单元。可替换地，摩擦制动单元18A、18B、18C、18D被提供成烧结的垫制动单元。但是，要理解的是，对本领域的技术人员而言，亦可使用另外类型的摩擦制动单元是显而易见的。一旦有流向其的受压流体，摩擦制动单元18A、18B、18C、18D就会向火车车厢100、200施加摩擦制动作用力。当被集成电继动阀12A、12B激活，摩擦制动单元18A、18B、18C、18D会将减速力施加至火车车厢 100、200。在本发明的一实施例中，火车车厢100、200的每根车轴上都安装有一个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D。通过在火车车厢100、200的每根车轴上仅提供一个摩擦制动单元 18A、18B、18C、18D，可减少设备成本、减少火车车厢100、200的重量，及需要的维护成本也更低。因此，在本发明的一实施例中，每节火车车厢100、200上都设有两个集成电继动阀12A、 12B和四个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D。 [0021] 参见图2，在本发明的一实施例中，若干火车车厢100、200可以连结或“密切结合”在一起以产生铁路车辆。在此实施例中，每节火车车厢100、200包括如图1A和图1B中所示的制动系统10。制动系统10彼此流体连通，且经由集成电继动阀12A、12B彼此电连通。 [0022] 再次参见图1A和图1B，制动系统10提供了控制方案，其中一旦电制动单元16A、16B之一的失灵，由火车车厢100、200的拖车节上的摩擦制动单元18A、18B、18C、18D所提供的制动作用力的部分就会转移到其他火车车厢100、200上的其他完全运作的拖车节上。电制动单元16A、16B失灵，集成电继动阀12A、12B用于连通及分配车厢重量和摩擦制动作用力，以最小化拖车节上的摩擦制动单元18A、18B、18C、18D的热负荷。使用此控制方案能实现更低的初始设备成本、更轻的总体设备重量及在连接着的火车车厢100、200之间实现更均等的设备磨损。 [0023] 在运行过程中，铁路车辆100的拖车节可能遭遇电制动单元之一失灵，例如16A，并且必须使用摩擦制动单元18A、18B用于向该铁路车辆100提供另外的制动作用力。这会在失灵的拖车节的摩擦制动单元18A、18B上增加额外的压力和磨损。当电制动单元16A失灵，此失灵信息会被发送至与失灵电制动单元16A所关联的集成电继动阀12A的微处理器14A，并被微处理器14A翻译。通过此信息，微处理器14A向另一集成电继动阀12B的微处理器14B发送电信号。由此，另一集成电继动阀12B会被通知，火车车厢100的另一拖车节上的电制动单元16A未正常工作。如果拖车节上的电制动单元16A未正常工作，另一集成电继动阀12B会经由摩擦制动单元18C、18D施加另外的摩擦制动作用力，以弥补施加至火车车厢100的电制动力的丢失的那部分差额。但是，待施加的另外的摩擦作用力会基于钢制车轮和钢制轨道的附着限制而受到限制——通常是17％左右，但亦考虑了其他限制。具有不正常运行的电制动单元16A的拖车节会继续应用摩擦制动单元18A、18B，但由于附加的摩擦制动单元18C、18D施加的附加的摩擦制动作用力，其程度低于所需的完全弥补电制动单元16A损失的程度。通过分配失灵拖车节的制动作用力，施加到每个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D的压力和磨损都会减少。这样就能允许在每根车轴上仅使用一个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D，为每节车厢降低成本和减轻重量。因此，作用至铁路车辆100的所有拖车节的总制动作用力足够满足列车操作者或列车控制系统所要求的制动率，由此，能安全地降低铁路车辆的速度或者安全地使铁路车辆停下。 [0024] 用此控制方案，每根车轴一个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D将会提供足够的热容量，由此防止摩擦制动单元18A、18B、18C、18D发生过热。用在摩擦制动单元18A、18B、18C、18D内的钢制盘相较于常规的铁制盘通常能在更高的温度下运行。尤其，钢制或铁制盘能用在拖车节上以向火车车厢100提供摩擦制动动作。另外，在其他各种垫中，烧结的或常规的有机制动垫，能被提供且可接受在更高的预期温度下运行。相较于常规的合成制动垫，烧结的垫通常能在更高的温度下运行。 [0025] 在本发明的一实施例中，若干附加特征被提供在制动系统10中。制动管20和主贮存管22被设成与火车车厢100、200流体连通。制动管20和主贮存管22向制动系统10提供受压流体，更具体地，向集成电继动阀12A、12B提供受压流体以激活摩擦制动单元18A、18B、18C、18D。用于铁路车辆100、200的喇叭控制器24与主贮存管22流体连通。紧急按钮26与制动管20流体连通。在紧急的场合，紧急按钮26被铁路车辆的操作者激活，以排出来自制动管 22的受压流体，从而应用紧急制动(未示出)。第一气压计28与主贮存管22流体连通。第二气压计30与管32流体连通，管32的位置在集成电继动阀12A和摩擦制动单元18A之间。气压计 28、30分别被用于监视通过主贮存管22及通过摩擦制动单元18A供给的空气压力。 [0026] 第一供给贮存器34与集成电继动阀12A流体连通以在集成电继动阀12A需要时向集成电继动阀12A供给附加的受压流体。集成电继动阀12A经由管32、36与摩擦制动单元18A、18B流体连通且被放置摩擦制动单元18A、18B之间。集成电继动阀12A亦经由管38与主贮存管22流体连通。此外，集成电继动阀12A经由管42、44与多个空气弹簧组件40流体连通。 多个空气弹簧组件40亦经由管46与主贮存管22流体连通。空气弹簧组件40基于火车车厢 100、200的气垫向操作者提供铁路车辆的高度和水平的读数。通过此读数，操作者根据需要调节施加在每节火车车厢100、200上的制动作用力的量。集成电继动阀12A亦经由管48与制动管20流体连通。在制动系统10的运行过程中，受压流体自制动管20和/或主贮存管22经由集成电继动阀12A和12B被供给至摩擦制动单元18A、18B、18C、18D。 [0027] 摩擦制动单元18A、18B经由管50彼此流体连通，及经由管54与停车制动控制单元52流体连通。停车制动控制单元52经由管56与主贮存管22流体连通。摩擦制动单元18A、18B经由管58、60与摩擦制动单元18C、18D流体连通。摩擦制动单元18C、18D经由管60彼此流体连通。 [0028] 制动管单元62分别经由管64、管66与制动管20、主贮存管22流体连通。制动管单元62被用于将来自主贮存管22的受压流体引向制动管20，或者被用于将来自制动管20的受压流体引向大气。主贮存器68经由管70与主贮存管22流体连通。主贮存器68内注满来自制动管20的受压流体，且当需要附加的制动作用力时，主贮存器68将此受压流体经由集成电继动阀12A、12B供给至摩擦制动单元18A、18B、18C、18D。主贮存器68亦经由管74与空气压缩单元72流体连通。空气压缩单元72吸入来自大气的空气并压缩该空气以向制动系统10提供附加的受压流体。 [0029] 集成电继动阀12B分别经由管76、管78，与制动管20、主贮存管22流体连通。多个空气弹簧组件80经由管82、84与集成电继动阀12B流体连通。该多个空气弹簧组件80亦经由管86与主贮存管22流体连通。供给贮存器88经由管90与集成电继动阀12B流体连通，以向集成电继动阀12B提供附加的受压流体。供给贮存器88亦经由管92与主贮存管22流体连通。集成电继动阀12B经由管94、96与摩擦制动单元18C、18D流体连通。在运行中，集成电继动阀12B将来自制动管20和/或主贮存管22的受压流体供给至摩擦制动单元18C、18D。 [0030] 比照图1A和图1B，对将制动器应用至火车车厢100的方法进行详细说明。以此方法进行的使用，如下文所述，制动系统10的位置在火车车厢100上。在运行过程中，例如，电制动单元之一16A失灵而不能运行，由此减少了火车车厢100的总的制动作用力。在此场合，电信号自电制动单元18A发送至制动系统10的集成电继动阀12A的微处理器14。此信号通知微处理器14A，电制动单元16A已失灵及已应用制动系统10的摩擦制动单元18A、18B来弥补制动作用力的减少。之后，微处理器14A会将电信号发送至另一集成电继动阀12B的微处理器14B。来自微处理器14A的信号通知另一微处理器14B，电制动单元16A已失灵及需要附加的摩擦制动作用力。作为回应，运行着的集成电继动阀12B的微处理器14B将信号发送至摩擦制动单元18C、18D，以将摩擦制动应用为附加的制动作用力。以此方式，摩擦制动单元18C、 18D向火车车厢100供给附加的制动力，使得可向另一摩擦制动单元18A、18B要求更少量的摩擦制动作用力。在一实施例中，所有的摩擦制动单元18A、18B、18C、18D会施加统一、均等的摩擦制动作用力，使得不需要仅一摩擦制动单元18A、18B、18C、18D供给较大量的摩擦制动作用力。此方法有助于减少每个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D所经受的压力和磨损。每个摩擦制动单元18A、18B、18C、18D的运行温度亦能降低，使得摩擦制动单元18A、18B、18C、 18D能有更长的操作寿命。 [0031] 亦考虑到，此方法亦可以用在多个火车车厢100、200上，以在附加的摩擦制动单元上分摊该摩擦制动作用力。在此实施例中，每节火车车厢100、200的集成电继动阀12A、12B彼此电连通。当火车车厢100、200之一的拖车节上的电制动单元16A、16B失灵时，信号被发送至至少一个另外的集成电继动阀12A、12B以转递通知，应将摩擦制动单元18A、18B、18C、18D应用至火车车厢100、200以供给附加的制动作用力。再一次地，每个摩擦制动单元18A、 18B、18C、18D各自施加均等量的摩擦制动力以降低铁路车辆的速度或使铁路车辆停下。 [0032] 附图和上文详细说明中示出了热优化铁路车辆制动系统的实施例，本领域的技术人员不出离本发明的保护范围和精神即可容易地想到其他实施例。据此，上述说明意在例示而不是意在限制。上文进行说明的发明由附加的权利要求书限定，及落在权利要求等同物的涵义和范围的发明的变体都包含在保护范围内。 |
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