專利名稱：用于車輛的制動系統(tǒng)和適于高速運(yùn)行的鐵路車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種軌道列車制動系統(tǒng)，尤其是涉及一種適用于高速鐵路列車的制動系統(tǒng)。更具體地說，本實用新型涉及一種用于車輛的制動系統(tǒng)和適于高速運(yùn)行的鐵路車輛。
背景技術(shù)：
目前干線軌道列車普遍采用的制動控制系統(tǒng)是基于列車管減壓制動、充氣緩解的自動式制動系統(tǒng)。其制動力的控制模式為當(dāng)實施某一級別的制動指令時，為便于制動力的控制，其制動力在整個制動過程中保持恒定而與速度大小無關(guān)(不考慮列車風(fēng)阻的前提下)。同時，目前200km/h的干線軌道列車普遍采用的基礎(chǔ)制動裝置包括制動夾鉗裝置、盤型制動裝置及固定式粉末冶金閘片。高速列車比普通列車運(yùn)行速度提高后，在單位時間內(nèi)司機(jī)對列車運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，包括制動調(diào)速操作相應(yīng)增加。這要求對列車的制動力控制靈活、壓力控制更為精確。同時由于輪軌粘著系數(shù)在高速區(qū)大大降低，因此要求必須解決如何充分利用粘著，確保高減速度下制動能力的實現(xiàn)。傳統(tǒng)的自動式空氣制動機(jī)受到緩解充風(fēng)和制動減壓速率的限制，難以實現(xiàn)高速列車制動的以上要求。伴隨著高速列車運(yùn)行速度的提高，其制動所需轉(zhuǎn)換的能量急劇增加。此時優(yōu)化列車基礎(chǔ)制動裝置的制動力分配，減少摩擦副的磨耗尤為重要。傳統(tǒng)的自動式制動難以實現(xiàn)最充分的利用列車的電制動(再生制動或電阻制動)，不能實現(xiàn)整列車的制動力優(yōu)化分配。同時，由于極端情況下的安全緊急制動需要按照純空氣制動考慮，這意味著制動過程中巨大的動能需通過制動盤及間片轉(zhuǎn)化為熱能散失在大氣中。這就要求采用大功率的制動盤以及高性能的閘片，使得制動盤與閘片之間的作用力盡量均勻分配，以減少或避免由于摩擦副的熱負(fù)荷分配不合理造成過大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致摩擦副產(chǎn)生熱斑以及不可接受的裂紋，從而大大縮短產(chǎn)品的壽命。同時緊急制動分級控制對于改善摩擦副的負(fù)荷分配也是非常重要的。這些都是傳統(tǒng)的自動式制動系統(tǒng)難以實現(xiàn)的。高速列車上大量采用了電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制動系統(tǒng)也需要適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、自動測試、系統(tǒng)診斷以及與列車其它系統(tǒng)的通訊，同時需要采用諸如冗余措施、故障導(dǎo)向安全設(shè)計實現(xiàn)制動系統(tǒng)安全性、可靠性的最大提高。這也是傳統(tǒng)的自動式制動系統(tǒng)難以實現(xiàn)的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有高安全性、高可靠性的高速列車制動系統(tǒng)；可以實現(xiàn)制動力的靈活、準(zhǔn)確控制，空氣制動與電制動的連續(xù)配合，制動力以致摩擦副的熱負(fù)荷優(yōu)化分配，降低制動盤及閘片的LCC(全壽命周期成本)。[0009]根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，制動系統(tǒng)具有第一直通式制動子系統(tǒng)，第一直通式制動子系統(tǒng)與車輛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信地連接。進(jìn)一步地，第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有閉環(huán)控制模擬閥。[0011 ] 進(jìn)一步地，第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有高/低壓切換電磁閥。進(jìn)一步地，第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有制動手柄或緊急制動按鈕，制動手柄或緊急制動按鈕與列車管道連接并控制列車管道的壓力。進(jìn)一步地，制動系統(tǒng)還具有第二自動式空氣制動機(jī)作為備用系統(tǒng)。進(jìn)一步地，制動系統(tǒng)設(shè)置有鑄鋼制動盤以及浮動式粉末冶金閘片作為基礎(chǔ)制動裝置。進(jìn)一步地，浮動式粉末冶金閘片上安裝有多個摩擦單元，摩擦單元與閘片的鋼背之間采用彈性聯(lián)接的安裝方式。進(jìn)一步地，制動系統(tǒng)設(shè)置有軸盤作為基礎(chǔ)制動裝置。進(jìn)一步地，制動系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有軸控方式的防滑裝置，防滑裝置包括設(shè)置于每個軸的防滑閥和速度傳感器。根據(jù)本實用新型的另一方面，提供一種適于高速運(yùn)行的鐵路車輛，其特征在于，車輛包括前述任一種用于車輛的制動系統(tǒng)。本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)采用了微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制式的直通式制動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)制動力的靈活、準(zhǔn)確控制，同時可最大程度利用電制動及實現(xiàn)整列車的空氣制動及電制動的最佳配合。備用制動系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的自動式空氣制動機(jī)，可用于直通式制動機(jī)故障情況下維持列車的運(yùn)營以及用于列車的救援或運(yùn)輸。緊急制動采用氣動及電動多重冗余的驅(qū)動措施，具有極高的安全性、可靠性。同時，系統(tǒng)具有完整的自動測試、故障診斷功能。本實用新型基礎(chǔ)制動裝置采用了大功率鑄鋼制動盤以及浮動式粉末冶金閘片?？梢詫崿F(xiàn)摩擦副間制動力的均勻分配，使得熱負(fù)荷均勻，無熱斑的產(chǎn)生，降低其磨耗，提高其壽命ο本實用新型采用了微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制式的直通式制動系統(tǒng)，備用系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的自動式空氣制動機(jī)。緊急制動采用氣動及電動多重冗余的驅(qū)動措施，具有極高的安全性、可靠性。由于微機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)具有完整的自動測試、故障診斷功能。列車正常運(yùn)行時采用直通式制動系統(tǒng)，此時各車的制動微機(jī)接收到制動指令后，通過閉環(huán)控制模擬閥B60. 02的輸出壓力，可實現(xiàn)制動力的靈活、精確控制；同時通過對高/低壓切換電磁閥B60. 08的控制，可實現(xiàn)緊急制動壓力的高/低壓分階段控制。在直通式制動系統(tǒng)故障情況下，此時可使用自動式備用制動系統(tǒng)維持列車的運(yùn)營。此時通過備用制動手柄C02對列車管進(jìn)行減壓或充風(fēng)，各車的分配閥B55. 02根據(jù)列車管壓力的變化，實現(xiàn)相應(yīng)的制動或緩解作用。本實用新型基礎(chǔ)制動裝置采用了大功率鑄鋼制動盤(動車每軸兩個輪盤，拖車根據(jù)最大熱負(fù)荷每軸兩個或三個軸盤)以及浮動式粉末冶金間片?？梢詫崿F(xiàn)摩擦副間制動力的均勻分配，熱負(fù)荷均勻，無熱斑的產(chǎn)生，降低其磨耗，提高其壽命。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是一、正常情況下采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的直通式制動機(jī)；在直通式制動系統(tǒng)故障情況下，可轉(zhuǎn)換至采用傳統(tǒng)的自動式空氣制動機(jī)的備用制動系統(tǒng)維持列車的運(yùn)營。制動力控制靈活，制動缸壓力控制精確，動作迅速靈敏。二、采用了與粘著相關(guān)的制動力控制模式，高速區(qū)時制動力較小而低速區(qū)時制動力較大。有利于充分利用粘著，減少列車在惡劣天氣或特殊環(huán)境情況下因為粘著不足而發(fā)生滑行的可能。三、緊急制動采用了高/低壓分級的緊急控制，一方面出于粘著的考慮，同時便于優(yōu)化摩擦副的熱負(fù)荷。四、能夠最大程度的利用電制動，實現(xiàn)整列車的制動力優(yōu)化分配。五、在直通式制動系統(tǒng)故障情況下，可轉(zhuǎn)換至備用制動系統(tǒng)維持列車的運(yùn)營，提高了列車的可用性。六、采用了浮動式粉末冶金閘片，可以實現(xiàn)摩擦副間制動力的均勻分配，熱負(fù)荷均勻，無熱斑的產(chǎn)生，降低其磨耗，提高其壽命。摩擦單元磨耗到限后閘片鋼背可以重復(fù)使用。七、具有完整的系統(tǒng)自動測試、故障診斷功能。八、采用了多重冗余控制及故障導(dǎo)向安全的設(shè)計策略，系統(tǒng)安全性、可靠性高。
本實用新型的上述及其它特征將通過參照附圖對本實用新型的詳細(xì)示例性實施例的描述而變得更加清楚，其中圖1是本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)原理圖。圖2是本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)氣動原理圖。圖3a和圖北是標(biāo)準(zhǔn)粉末冶金閘片與本實用新型采用的浮動式閘片原理對比示意圖。圖如和圖4b是分別采用標(biāo)準(zhǔn)粉末冶金閘片及本實用新型的浮動式閘片后，制動盤的溫度分布對比示意圖。
具體實施方式
以下將參照示出了本實用新型示例性實施例的附圖對本實用新型進(jìn)行更全面的描述。但是，本實用新型可以以多種不同形式來實施，而不應(yīng)該僅限于這里所闡述的示例性實施例來構(gòu)造。當(dāng)然，提供這些示例性實施例是為了使本公布更全面和完整，并能夠向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本實用新型的范圍。附圖中，為了清楚起見，裝置的尺寸和相對尺寸可能被放大了。下面，將參照附圖詳細(xì)解釋本實用新型。參照圖1和圖2，圖1描述的是本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)應(yīng)用于典型的四節(jié)車單元(即，2節(jié)動車和2節(jié)拖車)的原理圖。但該制動系統(tǒng)不局限于此編組方式，可應(yīng)用于各種靈活編組的列車。列車可以是一種適于高速運(yùn)行的鐵路車輛。圖2詳細(xì)描述了本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)頭車氣動原理圖，拖車的氣動原理與此類似。如圖所示，制動系統(tǒng)具有第一直通式制動子系統(tǒng)，第一直通式制動子系統(tǒng)與車輛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信地連接。第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有閉環(huán)控制模擬閥。第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有高/低壓切換電磁閥。第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有制動手柄或緊急制動按鈕，制動手柄或緊急制動按鈕與列車管道連接并控制列車管道的壓力。另外，制動系統(tǒng)還具有第二自動式空氣制動機(jī)作為備用系統(tǒng)。下面，參照圖1和2更加詳細(xì)地說明本實用新型的制動系統(tǒng)。首先，參照圖1。正常運(yùn)行時，司機(jī)通過主控端司機(jī)室內(nèi)制動手柄C23控制直通式制動機(jī)的制動緩解作用。此時C23輸出的制動指令通過冗余的CAN總線分別輸往冗余的本車BOT1. 1及BOT1. 2。正常情況下BOT1. 1承擔(dān)列車制動管理主機(jī)的功能，負(fù)責(zé)整列車的制動管理、分配計算功能，同時控制本車空氣制動力的實施。BCU1. 1通過網(wǎng)絡(luò)獲知每輛車的質(zhì)量、最大空氣制動能力、最大電制動能力以及每輛車的制動機(jī)的狀態(tài)(正常或切除)，從而在充分利用電制動及整列車混合制動的原則下，計算出每輛車需要實施的空氣制動力對應(yīng)的制動指令，并通過網(wǎng)絡(luò)將該指令傳輸給每一輛車。每輛車的BCUx. 1控制模擬閥B60. 02，輸出精確的壓力，通過下游的中繼閥進(jìn)行流量放大，再經(jīng)防滑閥后輸往各制動缸，最后通過基礎(chǔ)制動裝置實現(xiàn)對應(yīng)的制動力。當(dāng)BOT1. 1故障時，系統(tǒng)將自動切換到BOT1. 2承擔(dān)列車的制動管理、分配計算功能。由于微機(jī)控制及網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，使得制動系統(tǒng)具有完善的自動測試功能以及故障診斷功能。同時主B⑶會將各車制動機(jī)的情況匯總后，經(jīng)列車網(wǎng)絡(luò)匯報給列車TMS，并可顯示在司機(jī)操作屏上。當(dāng)直通式制動機(jī)故障情況下，此時需要切換到備用的自動式制動系統(tǒng)。此時司機(jī)通過備用制動手柄C02控制列車管的壓力，該壓力的變化通過貫穿整列車的列車管傳給安裝在每一輛車上的分配閥。各分配閥根據(jù)列車管壓力變化控制產(chǎn)生相應(yīng)的制動或緩解作用，從而實現(xiàn)對列車的制動或緩解控制。使用備用制動時，電制動不可用，同時只具有最基本的制動及緩解功能，而且制動缸壓力建立時間大大延長，此時需要對列車進(jìn)行限速運(yùn)行。列車的緊急制動采用多重冗余控制，它通過傳統(tǒng)的列車管以及列車緊急制動環(huán)路來實現(xiàn)緊急制動控制，具有極高的安全性、可靠性。圖1中，操縱制動手柄C23至緊急位或按壓緊急制動按鈕N03，都會一方面使得列車管壓力迅速排大氣，同時斷開列車緊急制動環(huán)路，這樣每車的直通式制動系統(tǒng)及自動式制動機(jī)都會迅速輸出一個壓力，雙向閥比較后輸出較高的壓力，經(jīng)中繼閥進(jìn)行流量放大后輸往制動缸。同時，由于其它任何原因?qū)е碌牧熊嚬艽笈棚L(fēng)或者緊急制動環(huán)路中斷，都會導(dǎo)致緊急制動的可靠實施。本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)還采用了軸控方式的高性能防滑器，包括每軸一個的防滑閥Gl以及速度傳感器G2，防滑控制功能集成在BCUX. 1內(nèi)。圖2詳細(xì)描述了本實用新型高速鐵路列車制動系統(tǒng)頭車氣動原理圖。拖車的氣動原理與此非常類似，只是不需要司機(jī)操縱裝置，同時基礎(chǔ)制動裝置稍有不同，例如輪盤可改為軸盤，同時盤的數(shù)量根據(jù)列車制動所需轉(zhuǎn)換的最大能量而不同。氣動制動控制單元B02內(nèi)集成了直通式和自動式制動機(jī)的主要部件，以及制動機(jī)的切除裝置。另外，參照圖3a和3b。制動系統(tǒng)設(shè)置有鑄鋼制動盤以及浮動式粉末冶金閘片作為基礎(chǔ)制動裝置。浮動式粉末冶金閘片上安裝有多個摩擦單元，摩擦單元與閘片的鋼背之間采用彈性聯(lián)接的安裝方式。本實用新型基礎(chǔ)制動裝置采用了大功率鑄鋼制動盤，動車每軸兩個輪盤，拖車根據(jù)最大熱負(fù)荷每軸兩個或三個軸盤。制動閘片全部采用了 ISOBAR浮動式粉末冶金閘片。見圖3a和圖北，浮動式閘片跟其它一般粉末冶金閘瓦一樣，都安裝了數(shù)個小的摩擦單元，但由于摩擦單元與閘片鋼背間采用了彈性聯(lián)接安裝方式，使得制動壓力可以均勻的傳遞到每一個小的摩擦單元，從而改善了其表面承壓狀況，可以減少制動盤的熱應(yīng)力，以及因此而造成的熱裂紋。制動盤的熱容量因此可以大大提高。同時這種閘片磨耗到限后，可以只更換小的摩擦單元，閘片鋼背可以重復(fù)使用。圖如和圖4b反應(yīng)了配裝不同閘片，制動盤的溫度分布情況，從圖中可以看出，采用浮動式閘片大大改善了制動盤的溫度分布均勻的問題。以上是對本實用新型的說明，而不應(yīng)被解釋為限制本實用新型。雖然已經(jīng)描述了本實用新型的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在實質(zhì)上沒有脫離本實用新型的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，可以對示例性實施例進(jìn)行多種變型。因此，可以理解，以上是對本實用新型的說明，而不應(yīng)被解釋為限制于所描述的特定示例性實施例，并且對所公開的示例性實施例的變型、以及其它示例性實施例將旨在被包括于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動系統(tǒng)具有第一直通式制動子系統(tǒng)， 所述第一直通式制動子系統(tǒng)與車輛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信地連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有閉環(huán)控制模擬閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步連接有高/低壓切換電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述第一直通式制動子系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有制動手柄或緊急制動按鈕，所述制動手柄或所述緊急制動按鈕與所述列車管道連接并控制所述列車管道的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動系統(tǒng)還具有第二自動式空氣制動機(jī)作為備用系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動系統(tǒng)設(shè)置有鑄鋼制動盤以及浮動式粉末冶金閘片作為基礎(chǔ)制動裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述浮動式粉末冶金閘片上安裝有多個摩擦單元，所述摩擦單元與所述閘片的鋼背之間采用彈性聯(lián)接的安裝方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動系統(tǒng)設(shè)置有軸盤作為基礎(chǔ)制動裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的制動系統(tǒng)，其特征在于，所述制動系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有軸控方式的防滑裝置，所述防滑裝置包括設(shè)置于每個軸的防滑閥和速度傳感器。
10.一種適于高速運(yùn)行的鐵路車輛，其特征在于，所述車輛包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于車輛的制動系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公開了一種用于車輛的制動系統(tǒng)和適于高速運(yùn)行的鐵路車輛。用于車輛的制動系統(tǒng)具有第一直通式制動子系統(tǒng)，第一直通式制動子系統(tǒng)與車輛的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信地連接。根據(jù)本實用新型，其能夠減少列車在惡劣天氣或特殊環(huán)境情況下因為粘著不足而發(fā)生滑行的可能，同時便于優(yōu)化摩擦副的熱負(fù)荷。
文檔編號B60T8/176GK202320262SQ20112056980
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者王建華 申請人:克諾爾車輛設(shè)備(蘇州)有限公司