空气后备制动转换系统及方法、轨道交通车辆与流程

1.本发明涉及电力、内燃等机车领域，特别是一种空气后备制动转换系统及方法、轨道交通车辆。


背景技术：

2.空气后备制动是电空制动故障后的一种应急操作系统，能实现列车管的控制，是我国大部分电力机车、内燃及蓄电池机车配备了该系统，仅在电空制动系统故障或者其它设备故障时采用空气后备制动进行临时行车。目前传统机车空气后备制动系统有一种是利用电空制动系统中原有中继阀，通过一些气路转换实现后备制动阀控制中继阀的目的，空气后备制动系统投入前需进行多个气路和电路切换的操作，如第一步需司乘人员操作机械间制动柜153转换塞门，电气柜制动机电源开关，再操作司机室中后备模块上转换塞门。由于传统机车的空气后备转换步骤较多，且操作部件分散在几个不同位置，距离较长，增加了司乘人员操作漏项及失败的可能性以及操作人员的劳动强度，对司乘人员操作准确性要求较高。空气后备一般是在电空制动系统故障情况下的应急操作系统，当转换步骤较多，操作位置不同，且此时司乘人员一般处于高度集中及紧张的状态，传统的机车空气后备转换操作方法就容易出错，导致转换失败，增加操作时间，不利于故障快速应急处理。
3.空气后备制动还有可能在机车电源控制系统故障的情况下进行操作，针对失电紧急模式的传统机车空气后备制动模式转换时，需引入电源控制前或后遮断电磁阀得电，才能确保中继阀投入，若此时机车电源控制系统故障，则无法进行空气后备制动模式转换，给机车运用带来影响，失去了空气后备制动纯气动操作的原则。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种空气后备制动转换系统及方法、轨道交通车辆，实现电空制动系统到空气后备制动的纯气路转换。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种空气后备制动转换系统，包括第一遮断阀、第一遮断电磁阀；所述第一遮断阀输入口、第一遮断电磁阀输入口均接列车管，所述第一遮断阀输出口接中继阀第一输入口，所述中继阀第二输入口接列车管；所述中继阀的预控口接均衡风缸；还包括：
6.第一切换阀，第一输入口与所述第一遮断电磁阀输出口连通，第二输入口与第一遮断阀的预控口连通，第一切换阀预控口与转换塞门输入口连通；
7.第二切换阀，第一输入口、第二输入口分别与风源、均衡风缸连通；第二切换阀预控口与所述转换塞门输入口连通；
8.第三切换阀，输入口接所述中继阀预控口，输出口接制动阀输入口；第三切换阀预控口与所述转换塞门输入口连通；
9.所述制动阀输出口与所述转换塞门输入口连通。
10.借由上述结构，本发明可以实现后备制动阀控制均衡风缸的投入、电空制动均衡
风缸压力控制通路投入、前遮断电磁阀投入、后遮断电磁阀投入，实现了电空制动系统到空气后备制动的纯气路转换。
11.本发明的系统还包括：
12.第二遮断电磁阀，输入口与所述中继阀第二输入口连通，输出口与第四切换阀第三输入口连通；
13.第四切换阀，第一输入口与所述中继阀第二输入口连通，第二输入口与第二遮断阀预控口连通，第四切换阀预控口接所述转换塞门输入口；
14.第二遮断阀，两个输入口分别接中继阀第二输入口和列车管。
15.上述结构可以实现后备制动阀控制均衡风缸的切除、电空制动均衡风缸压力控制通路切除、前遮断电磁阀切除、后遮断电磁阀切除。
16.所述制动阀输出口与所述转换塞门输入口之间的气路上设有调压阀。调压阀为压力调整阀，空气后备制动控制时，控制均衡风缸的定压。
17.所述制动阀输出口与所述调压阀输入口之间的气路上设有压力检测装置。压力检测装置用于校验调压阀的压力。
18.所述转换塞门、第三切换阀、第二切换阀、第一切换阀、第四切换阀的微动开关串联，该串联支路两端分别接备用电源正极和负极。
19.所述串联支路与状态显示装置电连接。状态显示装置根据各切换阀常开电路显示系统转换状态，正常位时，各切换阀常开电路断开，状态显示装置显示系统未转换，空气位时，由于各切换阀动作，常开电路闭合，状态显示装置将受到备用电源经各常开电路闭合后输出的电信号，显示系统转换成功。
20.继电器线圈一端接入所述转换塞门的微动开关与所述第三切换阀微动开关之间；继电器线圈另一端接所述状态显示装置输出端；所述继电器的触点两端分别接机车控制电源和制动机电源。继电器根据转换塞门常开电路动作，空气位时，当转换塞门常开电路闭合，继电器得电，常闭触点断开，自动断开制动机电源；正常位时，当转换塞门常开电路断开，继电器失电，常闭触点闭合，制动机正常供电，电空制动系统正常投入运用。
21.本发明还提供了一种利用上述空气后备制动转换系统实现后备制动控制的方法，该方法包括：
22.当切除空气后备制动系统时，操作转换塞门至空气位，切断机车总风至第三切换阀、第二切换阀、第一切换阀、第四切换阀的通路，切断制动阀至均衡风缸的通路，连通电空制动均衡压力控制风源(即来自电空制动均衡压力控制通路的风源)至均衡风缸的通路，连通第一遮断电磁阀与第一遮断阀，连通第二遮断电磁阀与第二遮断阀，切断制动阀与均衡风缸的通路；
23.当投入空气后备制动系统时，操作转换塞门101至正常位，连通机车总风至第三切换阀、第二切换阀、第一切换阀、第四切换阀切换阀的通路，连通制动阀至均衡风缸的通路，切断电空制动均衡压力控制风源至均衡风缸的通路，切断第一遮断电磁阀与第一遮断阀，切断第二遮断电磁阀与第二遮断阀，操纵制动阀104手柄至制动、中立、缓解时，控制均衡风缸的减压、保压和升压。
24.当投入空气后备制动系统时，备用电源还经过第三切换阀、第二切换阀、第一切换阀、第四切换阀的微动开关常开触点，输出后备转换成功的电信号。
25.作为一个发明构思，本发明还提供了一种轨道交通车辆，其采用上述空气后备制动转换系统。
26.与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明的系统可将目前传统机车空气后备制动转换多步操作简化成一步操作，实现电空制动系统到空气后备制动的纯气路转换，包括后备制动阀控制均衡风缸的投入与切除气路转换、电空制动均衡风缸压力控制通路投入与切除的气路转换、前遮断电磁阀投入与切除功能的气路转换、后遮断电磁阀投入与切除功能的气路转换；同时，本发明还实现了电路切换，包括通过转换塞门常开触点切断制动机电源、后备制动转换气路控制的各切换阀常开触点串联后的反馈信号，从纯气路上切除同时增加了后备转换是否成功的反馈信号，空气后备制动转换塞门状态显示，为司乘人员提供转换成功的反馈信号，有利于司乘人员判断转换是否成功并简化操作，提高了转换效率。
附图说明
27.图1为本发明实施例气路部分结构图；
28.图2为本发明实施例电路部分原理图。
具体实施方式
29.如图1所示，本发明实施例系统主要由后备转换塞门101、后备调压阀102(即调压阀)、压力测点103(压力检测装置)、后备制动阀104(即制动阀)、后备均衡压力切换阀105(第三切换阀)、电空均衡压力切换阀106(第二切换阀)、均衡风缸107、前遮断电磁阀108(第一遮断电磁阀)、前遮断切换阀109(第一切换阀)、后遮断电磁阀110(第二遮断电磁阀)、后遮断切换阀111(第四切换阀)、前遮断阀112(第一遮断阀)、中继阀113、后遮断阀114(第二遮断阀)等组成。其中电空制动均衡风缸压力控制由制动系统电空制动控制，中继阀113为流量放大阀，根据均衡风缸压力产生列车管压力，即均衡风缸压力上升，列车管压力上升，均衡风缸压力下降，列车管压力通过中继阀下降。
30.后备转换塞门101为两位三通带电联锁反馈部件，塞门有正常位、空气位两个位置，正常位时切断总风，同时排空后备制动阀与调压阀之间通路的气压及后备均衡压力切换阀104、电空均衡压力切换阀105、前遮断切换阀109、后遮断切换阀111的预控口压力，且输出一个高电平信号。空气位时沟通总风至调压阀、后备制动阀的通路，沟通总风至后备均衡压力切换阀104、电空均衡压力切换阀105、前遮断切换阀109、后遮断切换阀111的预控口压力间的通路。
31.后备调压阀102为压力调整阀，用于在空气后备制动控制时，控制均衡风缸的定压。
32.压力测点103为用于校验调压阀压力的装置。
33.后备制动阀104为空气后备制动阀，具有制动、中立、缓解三个位置，满足机车空气后备制动时对均衡风缸压力的控制。操作后备制动阀手柄至缓解位时，沟通经调压后的总风至均衡风缸的通路，使均衡风缸压力充至定压，中立位时切断进气口、出气口、排气口的通路；制动位时切断总风的通路，同时沟通均衡风缸与后备制动阀排气口的通路，使得均衡风缸的压力经后备制动阀排气口排风。
34.后备均衡压力切换阀105为两位三通带电联锁的切换阀，正常位时，沟通a1口与a3排气口的通路，切断a2口压力,微动开关sa断开；空气位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a3排气口与其它口的通路，微动开关sa闭合。
35.电空均衡压力切换阀106为两位三通带电联锁的切换阀，正常位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a3排气口与其它口的通路，微动开关sa断开；空气位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a1口与a3排气口的通路,微动开关sa断开。
36.均衡风缸107为一定容积的风缸，该容积可以根据试验以及经验来设置。首先，该容积与后备制动阀104缩孔大小需匹配，同时根据实际管路计算缓解状态和制动状态时，均衡风缸及管系(包括阀内部腔室容积)容积变化，根据气体状态方程确定前后容积变化对压力的影响值，若影响值大于设定值(容积变化产生的压力变化在系统控制的压力精度范围内即可)，则需增大风缸容积，消除容积变化对压力的影响；若影响值小于设定值，则可适当减小风缸容积，当影响值在设定值范围内，则无需更改风缸容积。计算容积后，还需根据缩孔大小实际验证该容积下排风及充风是否符合要求，最后确定风缸压力值。即保证风缸容积尽量小，但需满足缓解状态和制动状态不影响压力变化，风缸充风和排风过程不影响压力。
37.根据经验，一般会保证均衡风缸容积(包括所有管系容积)在2l～4l之间。小于2l时，若均衡风缸两个状态(充风和缓解)切换时容积变化大于0.1l，在初始压力为600kpa的情况下，均衡风缸前后(即两个状态)压力变化将超过30kpa。
38.本发明实施例计算均衡风缸两个状态下前后容积的变化值，再根据气体状态方程计算在定压600kpa(该压力是常用值)时前后压力因容积变化带来的影响，假如因系统阀件结构原因，前后容积状态增大量
△
v超过0.1l，那么：p1*v1＝p2*(v1
△
v)，p1为前一个状态下v1容积下的压力；p2为变化后的v2容积下的压力；v1为前一个状态下均衡风缸的容积；v2为变化后变化的容积值；t1、t2分别为前后状态的温度。若v1取2l，p1取600kpa，会得出压力变小29kpa左右，若系统的控制精度取
±
7kpa，那么这个压力变化量太大，影响系统控制精度，因此有两种方法调整均衡风缸容积，一是需要增大均衡风缸容积，使得均衡风缸前后压力变化控制在7kpa范围内；二是尽可能从设计上减少制动后的容积变化量，使其在前后状态下容积变化量小于0.02l(这样变化值大约在7kpa，针对2l容积)。气体在对定容积充风和排风时还会产生一定的温度变化，容积越小，变化越明显，反过来温度变化又会造成压力变化，因此在实际工程中一般通过在计算的基础上再适当增大容积(一般在原基础上增大10％
‑
30％)，并通过模拟试验来确定充排风过程对容积压力的影响，保证容积压力变化在期望的控制精度值内。
39.前遮断电磁阀108为两位三通电磁阀，受电空制动控制系统控制，正常时，电磁阀得失电可以控制总风经前遮断切换阀109至前遮断阀112预控口，前遮断阀根据预控口有无压力控制气路的关闭和打开。
40.前遮断切换阀109为两位三通带电联锁的切换阀，正常位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a3排气口与其它口的通路，微动开关sa断开；空气位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a1口与a3排气口的通路,微动开关sa断开。该阀主要用于隔离前遮断电磁阀对前遮断阀的控制，实现前遮断阀112自主控制。
41.后遮断电磁阀110为两位三通电磁阀，受电空制动控制系统控制，正常时，电磁阀
得失电可以控制中继阀出口经后遮断切换阀111至后遮断阀114预控口，后遮断阀根据预控口有无压力控制气路的关闭和打开，沟通或切断中继阀控制列车管的通路。
42.后遮断切换阀111为两位三通带电联锁的切换阀，正常位时，沟通a1口与a3排气口的通路，切断a2口压力,微动开关sa断开；空气位时，沟通a1口与a2口的通路，切断a3排气口与其它口的通路，微动开关sa闭合。该阀主要用于隔离后遮断电磁阀对后遮断阀的控制，实现后遮断阀114自主控制。
43.前遮断阀112为两位两通切换阀，当预控口无压力时，只要进口有压力，前遮断阀会打开进气口和出气口通路，当预控口c1有压力时，前遮断阀关闭进气口和出气口的通路。
44.后遮断阀114为两位两通切换阀，当预控口无压力时，后遮断阀关闭进气口和出气口的通路，当预控口c1与进气口相通时，进气口有压力后，后遮断阀会沟通进气口与出气口的通路。
45.状态显示装置115根据各切换阀常开电路显示系统转换状态，正常位时，各切换阀常开电路断开，状态显示装置显示系统未转换，空气位时，由于各切换阀动作，常开电路闭合，状态显示装置将受到备用电源经各常开电路闭合后输出的电信号，显示系统转换成功。
46.电源切断继电器根据转换塞门常开电路动作，空气位时，当转换塞门常开电路闭合，继电器得电，常闭触点断开，自动断开制动机电源；正常位时，当转换塞门常开电路断开，继电器失电，常闭触点闭合，制动机正常供电，电空制动系统正常投入运用。
47.该系统将后备均衡压力切换阀105微动开关、电空均衡压力切换阀106微动开关、前遮断切换阀微动开关、后遮断切换阀微动开关常开点串联后与后备制动状态灯连接，当各部件均转换到位时，状态指示灯亮，表示后备制动转换成功，当状态指示灯灭，表示后备制动切除；同时还将常闭点分开接入机车中央控制单元，用于判断各切换阀实际状态，用于故障判断。
48.该系统将实现通过后备转换塞门101的气路转换，从气路上实现各条通路的切换，保证空气后备制动系统正常运用。
49.考虑到空气后备制动为机车特殊工况下的应急处理操作，该系统的转换采用纯气路控制，且状态显示灯采用备用电路，这样设计防止机车控制电路故障而无法操作空气后备制动系统。
50.本发明实施例保留了原机车电空制动系统控制列车管的控制通路(108、112、113、110、114)，当切除空气后备制动系统时，操作空气后备转换塞门101至空气位，切断机车总风至105、106、109、111切换阀的通路，切断后备制动阀至均衡风缸的通路，沟通电空制动均衡压力控制至均衡风缸的通路，沟通前遮断电磁阀对前遮断阀的控制，沟通后遮断电磁阀对后遮断阀的控制，切断操纵后备制动阀104手柄控制均衡风缸107的通路，实现电空制动均衡风缸压力控制通路对均衡风缸107的控制，进而控制中继阀113，达到电空制动时控制列车管的目的。
51.当投入空气后备制动系统时，操作空气后备转换塞门101至正常位，沟通机车总风至105、106、109、111切换阀的通路，沟通后备制动阀至均衡风缸的通路，切断电空制动均衡压力控制至均衡风缸的通路，切断前遮断电磁阀对前遮断阀的控制，切断后遮断电磁阀对后遮断阀的控制，实现操纵后备制动阀104手柄至制动、中立、缓解时，可以控制均衡风缸107的减压、保压和升压，进而控制中继阀113，达到控制列车管的目的。同时备用电源还经
过105、106、109、111微动开关常开触点，输出一个后备转换成功的电信号，提示司机空气后备转换成功。
52.当机车电空制动系统故障或其它情况需要启用后备制动系统时，可通过转换后备转换塞门实现空气后备制动系统的投入与切除，同时具有后备制动转换塞门及相关切换阀的状态反馈，实现空气后备制动控制列车管的功能。
53.当需采用空气后备制动系统时，操作空气后备转换塞门101至空气位，总风经空气后备转换塞门101
‑
a1口至a2口，经后备调压阀102到达空气后备制动阀104
‑
a1口；同时总风到达后备均衡切换阀105
‑
c1口，此时切换阀动作，沟通a1与a2口，切断a1与a3连通的通路，切换阀微动开关动作，常开点闭合；总风到达电空均衡切换阀106
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c1口，此时切换阀动作，沟通a1口与a3口，切断a1与a2口的通路，切换阀微动开关动作，常开点闭合；到达前遮断切换阀109
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c1口，此时切换阀动作，沟通a2与a3排气口的通路，切断a1口与a2口的通路，切换阀微动开关动作，常开点闭合；到达后遮断切换阀111
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c1口，此时切换阀动作，沟通a1与a2口的通路，切断a3口与a2口的通路，切换阀微动开关动作，常开点闭合。此时101塞门微动开关输出一个低电平信号给机车控制系统，反馈后备转换塞门动作位置的信号，105、106、109、111切换阀微动开关全部闭合后将沟通备用电源与状态显示灯的通路，后备状态灯亮，同时备用电源还输出一个高电平信号给机车控制系统，反馈后备转换成功的信号。
54.此时电空制动均衡压力控制通路不能经电空均衡压力切换阀106控制均衡风缸107的压力，电空制动系统前遮断电磁阀108不能控制前遮断阀112，前遮断阀112根据中继阀总风压力沟通a1与a2口，实现中继阀供风；电空制动系统后遮断电磁阀110不能控制后遮断阀114，后遮断阀114根据中继阀出口压力沟通a1与a2口，实现中继阀出口与列车管的连通通路。最后，实现空气后备制动阀104经后备均衡压力切换阀105控制均衡风缸107的压力。
55.此时当后备制动阀104至缓解位，后备制动阀a1口与a2口沟通，总风经101、105经后备制动阀的a1口、a2口到达均衡风缸107，实现给均衡风缸充风功能；当后备制动阀104至保压位，后备制动阀切断所有通路，a1、a2口保压，实现均衡风缸保压功能；当后备制动阀104至制动位时，后备制动阀a2口与a3排气口沟通，均衡风缸107压力经105a2口、a1口至后备制动阀a2口、a3口排向大气，实现均衡风缸排风功能。
56.中继阀113根据均衡风缸压力产生列车管压力，即均衡风缸压力上升，列车管压力上升，均衡风缸压力下降，列车管压力通过中继阀下降，最终实现控制机车列车管的功能，达到空气后备制动系统的要求。