用於機車上的電動手制動器的集成系統的製作方法

2023-05-18 15:08:21

本發明涉及機車制動系統，並且更具體地，涉及一種集成到機車制動系統中的電動手制動器。

背景技術：

機車通常具有在機車被驅動和工作時使用的氣動制動系統和在停放機車時使用的手制動器。如果制動缸裡的空氣壓力洩漏(例如當機車被停放較長一段時間時)，應用手制動器可防止機車滑動。由於現代機車可承載超過400,000磅的重量，手動操作的手制動器必須產生一個相當大的制動力以將機車保持在斜坡上。因此，手動應用手制動器通常需要大量的努力並且實現足夠大的制動力取決於操作者的力量和技能。此外，機車手制動器位於機車駕駛室的外面並且通過沿著機車延伸的狹窄通道接近。手制動器的操作可能因此引起安全風險，尤其是在惡劣天氣情況下。

為了解決這些問題，引入了電動手制動器。例如，美國專利no.6427811公開了一種手制動器，其需要高功率電動機結合複雜和昂貴的齒輪鏈來產生所需的輸出力。諸如此類的系統還需要複雜的反饋方法以感測輸出負載並且在實現所需的力時關閉電動機。反饋方法的失效可能會導致保險絲熔斷、對組件的物理損壞或制動力不足。因此，存在對於能夠從機車駕駛室操作並且不需要複雜或失效傾向設計的電動手制動器的需求。

技術實現要素：

本發明包括一種用於機車制動器的電動手制動器，其具有與機車制動器互連的制動鏈以在當機車制動器處於釋放位置時的第一位置和當機車制動器處於應用位置時的第二位置之間移動。閉鎖被耦接在制動鏈上以便，包括延長的時間段，其在其中制動鏈的運動被阻止的鎖定位置和其中制動鏈自由移動的釋放位置之間是可移動的。計算機控制的制動器系統可與制動缸和閉鎖互連並且被編程為當制動缸已經將機車制動器移動到應用位置時將閉鎖設置到鎖定位置。致動器可以耦接到制動鏈以當制動鏈在第一位置和第二位置之間移動時收緊制動鏈中的鬆弛部分(slack)。致動器可包括被互連到計算機控制的制動器系統並且由其驅動的電動機或張緊缸以在制動器已經被應用後收緊制動鏈中的鬆弛部分。可選地，致動器可包括將制動鏈互連到機車制動器的連聯動裝置以便當制動器從釋放位置移動到應用位置時收緊制動鏈中的鬆弛部分。傳感器可被定位以確定製動鏈上的負載並向計算機控制的制動器系統提供對應於負載的信號。計算機控制的制動器系統可被編程以向列車主動控制系統提供控制制動缸和閉鎖的單個接口。機車控制系統可與計算機控制的制動器系統通信並且被編程以在制動鏈被閉鎖時禁止機車的操作。

通過對機車制動缸加壓以將機車制動器從釋放位置移動到應用位置或設置位置來使用電動手制動器。一旦制動器正被或者已經被制動系統所設置，電動手制動器即被激活以收緊制動鏈中的鬆弛部分。一旦制動器被現有的制動系統完全設置並且電動手制動器已經收緊必要的鬆弛部分，則使用制動器將制動鏈鎖定到位以將機車制動器保持在應用位置。

附圖說明

通過結合附圖閱讀以下詳細描述，將會更全面地理解和認識本發明，其中：

圖1是根據本發明的電動手制動器系統的第一示例的示意圖；

圖2是根據本發明的電動手制動器系統的第二示例的示意圖；

圖3是根據本發明的電動手制動器系統的第三示例的示意圖；

圖4是根據本發明的電動手制動器系統的第四示例的示意圖；

圖5是根據本發明的電動手制動器系統的等距視圖；

圖6是根據本發明的電動手制動器系統的另一個等距視圖；

圖7是根據本發明的電動手制動器的控制系統的透視圖。

具體實施方式

現在參考附圖，其中相同的附圖標記始終指代相同的部分，圖1所見為用於機車的電動手制動器系統10。手制動器系統10結合了一個計算機控制的制動器系統12，其常規地用於通過進一步採用此處所述的計算機控制的制動器系統12來啟動機車制動系統16的氣動制動缸14以應用機車制動器18。本領域技術人員將理解計算機控制的制動器系統12包括微計算機，其可被編程以操作機車的驅動器和機車制動系統16的氣動部分之間的電動-氣動接口。計算機控制的制動器系統12也可以通過控制線路22耦接到手制動器20。手制動器20例如通過由手制動器20收緊的鏈條24以機械的方式耦接到機車制動器18以將制動器18處保持在應用位置，從而提供停車制動功能。因此，手制動器20不被用於設置制動器，而是被嵌入用於在氣動制動系統從制動缸14釋放壓力的情況下保持所應用系統中的制動器。

手制動器20由張緊緻動器26驅動，所述張緊制動器可以是電子、氣動或者液壓電動機，其與控制線路22通信且響應於通過控制線路22發送的命令來驅動手制動器20並因此收緊鏈條24。例如，致動器26可以是耦接到手制動器20的驅動齒輪的電動機以旋轉驅動齒輪並且收緊鏈條24。例如，可採用其類似於用於起動柴油機車的起動機的大型柴油電動機上的74v直流起動電動機。諸如此類的電動機以小的尺寸提供高轉矩並且易於控制，在斷電時能夠在兩個方向中的任一方向上自由旋轉，並且可由機車電池供電。當制動缸14實際設置或應用制動器時，張緊緻動器26僅需要提供足夠的力來卷緊鏈條24中的鬆弛部分以便制動器不會釋放。然而，應當認識到，有多種通過手制動器20拉動鏈條24以提將制動器保持在應用位置所需的適度張力的方式。例如，可以將分離的電動機和捲筒連接到鏈條24的尾端，或者可以將氣動缸或液壓缸連接到該鏈條的尾端。在任何情況下，可以在電動機和手制動器齒輪之間設置滑動離合器以限制最大鏈條張力並且限制電動機的最大驅動轉矩。可選地，由於電動機電流(或者在使用是氣動電動機的情況下的氣壓)大小與電動機的轉矩成比例，因此系統10可監控由電動機汲取的電流大小並且在已經獲得所期望的轉矩時關閉電動機。

或者，如從圖中可見，致動器26可包括能縱向伸縮的張緊缸以收緊鏈條24和應用制動器18。計算機控制的制動器系統12可通過為致動器26提供網絡通信和控制節點而與制動器26進行通信。例如，致動器26的張緊缸的實施例可以響應於由計算機控制的制動器系統12通過控制線路22發送的命令被氣動地或液壓地驅動。在此實施例中，計算機控制的制動器系統12可被編程以應用機車氣動制動器，給張緊缸器26加壓(僅在停車制動設置期間)以通過手制動器20拉動鏈條24，因此使鏈條張緊，然後設置閉鎖40以將停車制動器保持在應用位置。一旦停車制動其被設置，由於閉鎖40將保持停車制動器設置，則機車氣動制動器和張緊缸26中的壓力可可被計算機控制的制動器系統12釋放。為釋放停車制動器，計算機控制的制動器系統12可被編程以對機車氣動制動器重新加壓，從而減小停車制動鏈中的張力，釋放來自張緊缸26的壓力，釋放閉鎖40，然後釋放機車氣動制動器。當張緊缸26和閉鎖40均被釋放時，機車制動缸的復位彈簧能夠通過手制動器20將鏈條24拉動到釋放狀態。可選地，可以通過具有小於應用制動器18所需(以便沒有通過致動器26的彈簧應用制動器18)但足以在應用制動器18時收緊和保持鏈條24中的任何鬆弛部分的的偏壓的彈簧來驅動張緊缸26，從而將制動器18保持在應用位置。

如在圖3中所看到的，制動器可包括機械換向聯動裝置30，其將鏈條24與制動缸14中的推桿32互連以便當制動缸14應用制動器18時鏈條24通過手制動器20移動。類似地，如在圖4中所看到的，致動器26可包括一系列換向器滑輪34，其將鏈條24直接耦接到制動缸14的推桿32以便在應用制動器18時鏈條24通過手制動器20移動。在這些實施例中，由於當應用制動器18時鏈條24將通過手制動器20平移，因此計算機控制的制動器系統12不需要發信號通知收緊制動鏈24中的鬆弛部分。

手制動器20包括諸如經由控制線路22互連到計算機控制的制動器系統12的手制動器閉鎖裝置40以用於與手制動器20中的捲筒選擇性地接合或脫離。鎖定手制動器20以避免其旋轉防止鏈條24通過手制動器20平移(停車制動器設置模式)，並且解鎖手制動器20允許鏈條24通過手制動器20平移(停車制動器釋放模式)。在圖1-4中所見的實施例中，當制動器處於應用位置時通過閉鎖裝置40鎖定製動鏈24會將制動器18保持在應用位置，這是因為即使制動缸14被減壓，制動鏈24的鎖定也將防止制動器18返回到釋放位置。閉鎖裝置40可以包括螺線管，氣動或液壓缸，或者能夠選擇性的結合或脫離以保持或釋放制動鏈24的其他制動器。

參考附圖5，張緊制動器26可被耦接到手制動器20的驅動齒輪50以使驅動齒輪旋轉並且收緊制動鏈條24。驅動齒輪耦接到滾筒52以便在旋轉時收緊或放出鏈條24。手制動器20還包括耦接到手輪柱58的手動驅動齒輪/棘輪56以便得用戶可以通過轉動安裝在手輪柱58上的手輪42來手動地驅動滾筒52。與驅動齒輪/棘輪56關聯的棘爪60防止驅動齒輪/棘輪56的反向旋轉並且從而在應用手制動器20之後使其保持在應用位置。手制動器20還包括離合器機構62，其允許手動驅動的齒輪/棘輪56和手輪42與滾筒52脫離，從而釋放滾筒52以旋轉和釋放鏈條24。延長的釋放機構64可被用於將離合器機構62保持在去離合位置以便滾筒52自由旋轉並且能夠在制動鏈24沒有完全展開或者軌道車輛的移動導致減小制動鏈24中的鬆弛部分的情況下避免無意地應用手制動器20。參考附圖6，閉鎖裝置40可以通過將柱66移進或移出與離合機構62的接合以鎖定或解鎖制動鏈24，由此控制棘爪60和驅動齒輪56是否能夠防止滾筒52的旋轉以便鏈條24鬆開。

為了設置停車制動器，機車操作員可按下專用按鈕或者在配備有計算機控制的制動器系統12的機車駕駛室內的顯示器上選擇合適的功能。響應於此命令，計算機控制的制動器系統12以一定壓力執行機車制動器18的氣動制動應用，該壓力被計算為提供用於該重量機車(加上預定的公差以補償在停車制動循環結束時的壓力馳豫)的適當設置的手制動器的等效保持力。一旦制動器18被設置到適當的壓力，則計算機控制的制動器系統12對致動器26供電以遠程應用手制動器20和張力制動鏈24，然後設置閉鎖裝置40。在設置好手制動器20後，計算機控制的制動器系統12可以可選地釋放制動缸14中的壓力。手制動器20將保持由制動缸14提供的全部停車制動力，但由於手制動器鏈條24和槽輪被完全裝載而引起的釋放而減小一個很小的量。因此，應用手制動器20所需要的高強力由計算機控制的制動器系統12通過氣動制動缸14提供，而氣動制動缸已是機車制動系統的必要組成部分，從而避免了需要複雜且昂貴的驅動機構來施加必需的力。手制動器20通過使用手制動器的低功率致動器26而輕微張緊，其僅需要提供足夠的力以適度張緊鬆弛的制動鏈條24並且最後由閉鎖裝置40設置。

為了釋放手制動器20，機車駕駛員可以按下在與計算機控制的制動器系統12相關的顯示器上選擇釋放功能的專用按鈕。計算機控制的制動器系統12被編程為通過使用制動缸14以與先前被用於設置手制動器20的大約相同的壓力來進行氣動制動應用而進行響應。計算機控制的制動器系統12隨後通過解鎖閉鎖裝置40而引起手制動器20的釋放，其允許制動鏈條24變得鬆弛。通過將制動缸14中的釋放壓力調節到小於用於進行手制動器應用的壓力的預定量，系統10能夠在制動鏈24和制動索具中提供足夠的應變能以便在釋放時鏈條24自由移動到完全鬆弛的狀態。儘管如此，氣動制動應用減小了手制動器鏈條24中的張力，從而減小致動閉鎖裝置40所需要的功率。在手制動器20處於釋放狀態時，計算機控制的制動器系統12排出制動缸14中的壓力，從而完成停車制動器釋放循環。當手制動器20處於解鎖狀態時，可以在兩個方向中的任一方向上通過手制動器20拉動手制動器鏈24。通過氣動地控制制動缸14，通過使用氣動制動應用的功率來設置/應用以及釋放機車制動器，手制動器系統10需要更小、更簡單和更低成本的部件。儘管其將需要更有力的優化的閉鎖裝置40，但系統10可被配置成在無需首先再加壓制動缸14的情況下釋放手制動器20。

手制動器20的狀態可以通過開環或閉環機構來確定。在開環方式中，將提前配置應用壓力和手制動器鏈條預張力來提供所需的停車制動力。手制動器的設置和釋放狀態則可以根據上一條命令被存儲在計算機控制的制動器系統12中。可選地，手制動器20可包括傳感器44，其確定製動器是否已經被加載到高閾值並且因而處於應用狀態，或者制動器處於低/零值而被釋放。傳感器44可包括位於手制動器鏈24的負載側的負荷傳感器，其輸出與鏈24的負載側中的張力成比例的電信號。傳感器44可以諸如通過通過線路22互連到計算機控制的制動器系統12以便成比例的電信號能被計算機控制的制動器系統12所接收。可選地，傳感器44可以是負載開關，其例如在一個負載狀態下打開而在另一個負載狀態下閉合。傳感器44也可被用於測量手制動器力以便計算機控制的制動器系統12中的邏輯能夠將該測量結果與表示應用的手制動器的閾值進行比較。該閾值可根據手制動器20的具體工作狀態而動態確定。閉鎖裝置40的位置/狀態還能夠被計算機控制的制動器系統12讀取並與命令狀態相關。使用這些方法中的任何一種，計算機控制的制動器系統12能夠向列車駕駛員提供手制動器20已按照命令被設置或釋放的指示，並且能夠在命令的狀態沒有被手制動器20實現時提供提供表示系統缺陷的警告。

參考附圖7，電動手制動器20經計算機控制的制動器系統12可被互連到機車控制計算機70(或列車主動控制系統)和/或機車事件記錄器72。因此，由手制動器20提供的信息諸如由傳感器44提供的信息可被用於觸發操作者通知或者甚至觸發防止操作者在手制動器20在被應用的情況下駕駛機車的自動互鎖。計算機控制的制動器系統12可進一步將手制動器20信息傳送給事件記錄器72以便隨時間跟蹤手制動器10的狀態。將電動手制動器20與計算機控制的制動器系統12集成也允許其中操作者能夠控制氣動制動器和停車制動器二者的單個接口。例如，系統10中傳感器44的使用可允許關於手制動器20是否處於命令的狀態的反饋以及關於手動進行應用或釋放的情況下手制動器40狀態的任何改變。牽引機車上的機車控制系統70也具有與機車組中拖拽機車進行通信和命令操作的能力。因此，來自計算機控制的制動器系統12的應用手制動器20的命令能夠以從牽引機車控制系統70到拖拽機車控制系統70的方式傳遞到其它機車，由此允許單個操作者在機車組中的所有機車上應用電動手制動器20。例如，牽引機車控制系統70和任何拖拽機車控制系統70之間的組內通信可以經由有線網絡總線諸如在ecp上使用的echelonpl22，通過乙太網或甚至通過使用任何數量的商業可用技術的無線通信網絡實現。同樣地，在配備有分布式電力系統的列車上，例如具有locotrol(r)分布式電力系統(可從getransporttationofchicagoil獲得)的列車上，來自計算機控制的制動器系統12的應用手制動器20的命令能夠以從牽引機車控制系統70到遠程機車控制系統70的方式而被傳輸到遠程分布式電力機車組中的其它機車，由此允許單個操作者在機車組中的所有機車上應用電動手制動器20。