单元制动器（精选八篇）
单元制动器 篇1
关键词：单元制动器,手缓解辅助装置,旋转机构
1 问题的提出
新加坡地铁工程维护车是南车株机公司出口新加坡的新型电力、蓄电池双能源工程维护车。工程维护车采用了JZZ-2型踏面单元制动装置,此单元制动装置分为带停放和不带停放两种,每个转向架的构架上有两个带停放制动的单元制动装置,呈斜对称布置,如图1所示。为了能够人工手动对带停放制动的单元制动装置进行手动缓解,设置了手缓解拉环,由于设备布置的关系,该手缓解拉环位于车下,离构架边缘约315 mm,而新加坡工程车为侧轨供电,受流器位于构架外侧,机车通过其和侧轨的接触实现750 V~900 V供电。如果行车过程中工程车在坡道停车或者施加了停放制动后,需要手动缓解停放制动力,由于构架离受流轨较近,司乘人员需爬入车下拉动手缓解拉环,离供电电压为750 V~900 V的受流轨很近,存在很大的安全隐患。
因此,为了避免带停放制动的单元制动装置手动缓解时可能出现的安全隐患,需要设计一种手缓解辅助装置,以便实现安装简便、操作便捷安全。
2 停放制动手缓解原理
手动缓解是机车停放制动后在无风源的情况下,通过手动操作使停放制动缸缓解。图2为停放制动施加位和缓解位的示意图。其中图2a为基础制动装置的停放制动施加工况,此时停放缸中压力空气排出,制动螺杆沿竖向黑色箭头方向运动,推动楔块向下运动,楔块的斜面推动丝杆沿横向黑色箭头运动,使闸瓦贴紧踏面形成停放制动力。手动缓解停放制动时,拉动手柄拉杆,手柄拉杆的运动方向如图2b中黑色箭头所示,手柄拉杆带动棘轮挡销左移,取消非自锁螺母反向转动的限制。棘轮与锁紧机构脱开,调整螺母在停车制动器主弹簧的作用下旋转,由于棘轮套与调整螺母通过键连接,故棘轮套也绕调整螺杆旋转,至使停放缸缓解勾贝迅速下移,并与中间体接触,达到最低位置。由于停放缸缓解勾贝在停放弹簧的作用下达到最低位置不动,推动制动杆的轴向作用力在调整螺母上使之反向转动,制动螺杆相对于缓解勾贝作轴向运动,恢复到充风准备前的状态,如图2b所示。
1、棘轮套;2-手柄拉杆;3-缓解勾贝;4-停放弹簧;5-制动螺杆;6-调整螺母;7-小勾贝
手缓解结构如图3所示,手动缓解用力即克服手柄拉杆受到的拉杆弹簧力和其过程中受到由于密封件等带来的阻力,如果忽略由于密封件等带来的阻力,手动缓解位时根据拉杆弹簧的压缩量可以计算出手动缓解力F约为152N,此时手柄拉杆的横向位移为5 cm,即手动缓解时拉动手缓解环向左运动5 cm,即可实现手动缓解停放制动。
3 手缓解辅助装置的设计
3.1 设计方案
根据操作安全可靠、结构简单实用原则进行手缓解辅助装置设计。设计的手缓解辅助装置通过停放制动装置自身的安装孔安装在停放制动装置上,通过手缓解辅助装置实现停放制动力的彻底缓解。辅助装置上的拉杆伸出构架外侧,站在车体外侧拉动手拉杆,从而带动手动缓解机构,即可使停放制动装置快速缓解,实现操作的便捷性和安全性。
手缓解辅助装置包括连杆、旋块、座板、手拉杆等组成,结构示意图如图4。
1,5,7-销钉;2-平垫圈;3-开口销;4-连杆;6-旋块;8-连接座;9-弹簧垫圈;10-六角螺母;11-支座;12-手拉杆;13-座板;14-弹性圆柱销
连杆与带停放单元制动器的手柄拉杆下端连接,连杆的另一端与旋块旋转机构连接。手拉杆穿过座板滑动,座板固定连接在单元制动器上。旋块、连接座、支座等组成旋块旋转机构,其作用是将带停放的单元制动器上手柄拉杆向下运动,通过旋转机构转换为手拉杆的水平移动。通过手缓解辅助装置中支座的位置、旋块及连杆的尺寸,保证通过对手拉杆施加一定的力使手柄拉杆能达到彻底缓解位置。
3.2 主要零部件的功能
手缓解辅助装置中旋块与连杆、旋块与连接座、旋块与支座之间的铰接采用销钉加开口销连接,手动缓解时力的传递由弹性圆柱销—手拉杆—连接座—旋块—连杆—手柄拉杆。旋块的主要功能是:将连杆和手拉杆连接起来;向连杆传递手拉杆的手动缓解力。支座的主要功用是:作为旋块旋转的支点;满足旋块旋转时不发生摆动的自由度的要求。座板的功用是:将支座和手拉杆固定成一个整体,满足手拉杆手动缓解时的自由度要求;将辅助装置固定在单元制动器上,无需在单元制动器另开安装孔。
3.3 旋转机构的设计计算与校核
手缓解辅助装置中旋转机构采用旋块旋转来传递手的拉力,利用旋块旋转一定的摆角来实现手柄拉杆对带停放单元制动器的缓解功能。选择最优的旋块旋臂和连杆尺寸将有利于减小连杆运动时的摆角,摆角越小手柄拉杆水平方向的分力越小,为此连杆相对于手柄拉杆的摆角选择为不超过10°。为了保证手动缓解力与原设计值相近,旋转臂采用等臂长结构,角度∠BOC设计成60°。手拉杆和和座板之间采用间隙配合,这样可以满足手动缓解时手拉杆有微小转动的自由度要求。旋块和支座之间采用间隙配合,这样可以限制旋块向两侧晃动过大。手缓解辅助装置作用原理图如图5。
通过各零部件的尺寸和相对位置可以计算出用手缓解辅助装置手动缓解时拉动手拉杆所用力Ft。图中A、B、O、C为手缓解辅助装置的初始位置,BOC绕O点转动,A′,B′,C′为手动缓解停放制动力的位置。
对缓解位时A′、B′、C′进行受力分析,如图5所示,通过反推计算可以计算出力F1和手柄拉杆在手动缓解中受到的水平分力F3,计算步骤如下。
手动缓解所需力为F,连杆AB上的作用力F1为:
根据对B′点的受力分析,可以得出F2为:
旋块中长度OC等于OB,根据力矩平衡可知力Ft为:
将F=152N代入式(3)中可得:
通过计算,可得出手动缓解时手动缓解辅助装置所需拉力约为原手动缓解力的95%,即144.4 N。同样可以计算出由于连杆摆角对手柄拉杆产生的水平分力F3为:
此力对手柄拉杆产生的剪切应力约为0.3 MPa,由于手柄拉杆采用圆钢且经过调质处理,0.3 MPa远远小于其许用剪切应力290 MPa,满足手柄拉杆强度要求。
通过以上计算可以得出,使用手缓解辅助装置时所需拉力理论值为144.4 N,通过计算和校核可知,手缓解辅助装置完全可以实现手动缓解功能,满足使用要求。
4 试验验证
向单元制动装置停放制动缸充入600 kPa的压缩空气,停放制动缸缓解;压缩空气排空后,单元制动器制动正常;拉动手缓解辅助装置,停放制动缓解正常,重复试验制动器制动缓解均正常,无异常现象发生。
5 结语
本文的设计方案主要针对应用新加坡地铁工程维护车的单元制动装置,安装手缓解辅助装置后,当司乘人员需手动缓解停放制动时,只需站在车体外侧远离侧网受流器,拉动手缓解辅助装置上的手拉杆即可,从而完全避免了需钻入车下操作带来的安全隐患。通过设计计算、校核和手动缓解停放制动力试验,手缓解辅助装置完全满足使用要求。手缓解辅助装置的使用,杜绝了可能存在的安全隐患,提高了工程车运用的安全性和可用性。
参考文献
[1]闻邦春,鄂中凯.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2010.
[2]TB/T3145-2007,机车单元制动器[S].2007.
制动单元如何使用,排除再生能量？ 篇2
2014-8-20
制动单元：
制动单元的功能是当直流回路的电压Ud超过规定的限值时（如660V或710V），接通耗能电路，使直流回路通过制动电阻后以热能方式释放能量。制动单元可分内置式和外置式二种，前者是适用于小功率的通用变频器，后者则是适用于大功率变频器或是对制动有特殊要求的工况中。从原理上讲，二者并无区别，都是作为接通制动电阻的“开关”，它包括功率管、电压采样比较电路和驱动电路。
制动电阻：
具有同步触发功能的大功率制动单元 篇3
大功率制动单元是大型交流传动系统能耗制动最关键的设备之一,它的质量好坏将直接影响整个系统的安全及整体性能。当电机进行制动时,它将电能回馈到变频器或逆变器直流母线上,导致直流母线电压的升高。当直流母线电压达到一个预定限值时,制动单元自动开通,通过能耗电阻卸能将直流母线电压限制到可以接受的水平,避免由于直流回路过压导致变频器故障而停止运行。实际在大功率应用的场合,经常需要多台制动单元联合使用,以满足制动功率的需要。综合分析已知的包括国际大公司的产品,由于制动电压阈值的差异和电路参数的分散性,当多台制动单元并联使用时,均无法实现同步投入和同步触发,造成制动单元的烧毁,影响系统中其它主要设备的安全运行。
2 大功率制动单元的实现
随着近几年IGBT开关器件的不断发展,其电流、电压等级不断提高,目前大功率制动单元主要由专用的IGBT基于降压斩波电路(Buck Chopper)来实现,与其它可控的功率器件比较,这类型的晶体管在应用中具备一系列的优点,如可主动关断、不需要缓冲网络、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。为了实现制动单元单台大功率制动,一般由多只IGBT并联使用,冷却方式根据应用场合可以采用水冷和强迫风冷等。
制动单元是根据直流母线电压独立运行的,用绞合电缆把其连接到公共直流回路中,其控制电路电源由直流母线电压供电,无需外接。其主电路拓扑结构如图1所示。
直流母线电压通过控制电路转变为小电压信号,与给定电压阈值比较,通过运放与RC组成的滞环电路网络进行闭环调节,通过比较器产生PWM(Pulse Width Modulation)驱动信号来驱动功率器件工作,通过制动电阻把能量消耗掉。
3 大功率制动单元并联工作
3.1 独立工作的大功率制动单元并联使用
在许多实际应用场合中,由于回馈到直流母线上的能量非常大,单台制动单元无法及时响应和卸掉公共直流母线上多于的能量,为了提高制动功率,需要多台制动单元并联使用。并联的制动单元所用的电缆长度和截面必须一致,以保证电流的均衡分配。但在实际控制中,由于控制电路器件精度、制动电压阈值的差异和电路参数的分散性,当多台制动单元并联使用时,均无法实现同步投入和同步触发。这将造成先投入的制动单元负担过重,甚至过载,如果后续的制动单元不能及时投入,则先投入的制动单元损坏的可能性极大,工程实践也证明了这一点。
3.2 具有同步触发装置的大功率制动单元
为了实现大功率制动单元并联使用时,能够同步触发和同步投入,在控制系统中加入了自适应主从控制和同步触发装置。而且其主从控制的信号交换采用光纤通讯,从而提高了抗干扰能力和工作可靠性,特别适用于强干扰的大型交流控制系统中。
图2中Vin为每台制动单元自身产生的PWM驱动脉冲,其通过电阻R1连接作为自身U2(或门逻辑电路)的2号端输入信号,同时Vin通过三极管V1放大直接驱动三路光纤发送设备A11、A12、A13工作。A11中的U1为光纤发送头,R4、R5为光纤发送头的限流电阻,其作用是防止光纤发送头因过流被烧毁,图2中的光纤发送设备A11、A12、A13工作原理相同。B11为光纤接受设备,U3为光纤接受头,C1为光纤接受头电源1、2号端子间的突波吸收电容,作用是防止因电源的突变而烧毁光纤接受头,R2为光纤接受头的输出电阻,其一端与光纤接受头U3的3号端相连,另外一端与电源VCC(控制系统的工作电源,一般为+15V)相连。根据光纤接受设备的电路原理,我们特意设计U3为同向工作原理,当U3接受到高电平信号时,此时3号端通过电阻R2输出为高电平信号,当U3接受到低电平信号时,其3号端输出为低电平信号,最终U3的3号端输出信号作为U2(或门逻辑电路)的3号端的输入信号,图2中的B11、B12、B13电路原理一样,都是光纤接受设备,同理B12的输出信号作为U2的4号端的输入信号,B13的输出信号作为U2的5号端的输入信号,U2为四二输入的或门逻辑电路,U2的1号端为同向输出端,R3为1号端的输出电阻,通过R3的输出信号Vout作为IGBT的驱动脉冲,去驱动IGBT安全可靠的工作。
3.3 具有同步触发装置的大功率制动单元并联使用
图3中公共直流母线通过电连接U11(电压检测单元),U11通过电连接U12(脉冲发生单元),U12通过电连接自身的U13(同步触发装置),同时通过光纤连接其余制动单元的U23、U33、U43(同步触发装置);剩余制动单元同理。U13、U23、U33、U43的输出通过电连接去驱动各自的IGBT安全可靠的工作。
根据电压检测单元和脉冲发生单元工作原理,由于每台制动单元其制动电压阈值的差异和电路参数的分散性,每台制动单元的脉冲发生单元(U12、U22、U32、U42)的输出脉冲在占空比、频率上各不相同,提前工作的占空比大,最后工作的占空比小,但是,根据同步触发装置(U13、U23、U33、U43)或门逻辑电路工作原理,其输出脉冲只与最大输入占空比的脉冲有关,所以每台制动单元同步触发装置输出脉冲都与提前工作的制动单元的输出脉冲是一致的,因此,无论哪台制动单元先工作,其脉冲信号就作为主驱动信号,必将同时触发另外三台制动单元同时投入和同时工作。
4 设计实例
以下是具有同步触发装置的两台大功率制动单元并联工作时的情况。
定义:ch1“1#”制动单元IGBT驱动脉冲
ch2“2#”制动单元IGBT驱动脉冲
ch3“2#”制动单元自身产生的工作脉冲(光纤发送)
ch4“1#”制动单元自身产生的工作脉冲(光纤发送)
从工作波形可以看出,ch1、ch2、ch3波形的占空比基本一致,ch4波形的占空比相对窄,因为两台制动单元的放电阈值不一样,所以在同一电压源下,较低的即“2#”制动单元先工作,先工作的占空比较宽,后工作的较窄,而最终驱动IGBT工作的驱动脉冲又是一致的,说明同步触发功能起到了作用,实现了两台制动单元并联工作时,能够实现同步触发工作。
由于同步触发功能的实现有模拟电路和数字电路组成,所以工作脉冲在传送过程中有一定的延时,具体如图5所示。
从工作波形中可以看出,最终驱动IGBT工作脉冲ch1延迟ch2不到500ns,这主要是由器件造成的,但这么短的时间完全可以忽略。所以增加了同步触发功能的制动单元完全可以实现多台制动单元并联同步工作。
5 结论
通过同步触发装置解决了大功率制动单元并联使用时能够实现同步投入和同步触发,使得并联工作的各台制动单元的制动功率均衡。制动效率大大提高了,整个系统的安全可靠性也大幅度提高了。该功能大大提高了制动单元使用的灵活性,为大型传动系统能耗制动的硬件冗余提供了更大的自由度,彻底解决了由于能耗制动制动单元响应不够快而导致能量不能及时消耗给系统带来的严重威胁。
参考文献
[1]方涌奎,屈敏娟,张支钢.变频器控制系统的制动单元及其应用[J.]精密制造与自动化,2009.
[2]朱卫兵.变频器制动单元的使用及其计算[J.]江苏冶金,2006.
[3]王兆安,黄俊.电力电子变流技术[M.]机械工业出版社,2004.
单元制动器 篇4
2010年2月份, 济南铁路局K174次旅客列车运行至陇西站, 连续出现个别车辆盘形制动单元缓解不良现象。其中2月6日YZ25G353008一位制动单元, 2月9日YW25G679536三位制动单元, 2月20日YZ25G353005二位制动单元, 2月28日YZ25G353498一位制动单元缓解不良, 所幸车辆乘务员及时采取了措施。虽然未造成重大不良后果, 但接二连三地发生类似问题, 必须引起高度重视, 采取措施加以防范。
列车入库后, 对事故车辆进行了全面的检查确认。该批次车辆系唐山轨道客车有限责任公司出厂的新造25G型客车。它采用209P型转向架, SZP1、H300型制动盘, SP13型盘形单元制动缸, 装有104型分配阀和TFX1型电子防滑器。检查结果如下:
(1) 经单车试验确认104型分配阀和TFX1型号电子防滑器状态良好、作用正常。
(2) 分解检查单元制动缸确认工作正常无异状。
(3) 检查基础制动装置, 制动缸杠杆夹钳和闸片托吊完好, 闸片原型。
(4) 制动机状态试验, 制动时, 单元缸行程伸出, 闸片紧抱制动盘。缓解时, 单元缸行程复位迟缓, 夹钳杠杆移动欠灵活, 闸片仍靠制动盘。
(5) 测量制动夹钳内、外侧杠杆比例均为175/125。
(6) 分别发现353508车一位内侧杠杆、353005车二位外侧杠杆、353498车一位内侧杠杆、679536车三位外侧夹钳杠杆支点圆销转动卡滞, 圆销与衬套的配合间隙较小。
(7) 转向架各部油润不良。
发现的共同点是:每一个缓解不良的单元制动装置, 都存在一个或几个杠杆圆销卡滞和抗衡现象, 由此引起对盘形制动单元杠杆夹钳装置的重视。
2 故障原因排查
2.1 盘形制动单元缓解不良的表现类型及原因
(1) 全车盘形制动单元均缓解不良, 原因:空气制动机故障。
(2) 单元制动缸缓解不良, 原因:单元制动缸故障, 制动管系或电子防滑器排风阀堵塞。
(3) 缓解状态下制动缸活塞杆未回到原位, 原因:可能是制动缸活塞杆生锈造成卡死, 也有可能是制动缸杠杆夹钳或闸片托吊阻抗太大, 制动缸复原弹簧不足以克服阻力。
2.2 夹钳结构与盘形制动缸缓解不良的关系
目前, 我国新型客车转向架盘形制动装置采用SP2、SP13 、SP13A、 SP13B、SP19、SYSZ8型单元制动缸, 型号较多, 规格较杂。但夹钳式制动结构变化不大, 零部件基本相同, 技术参数有一定差别。如图1所示, 盘形制动单元夹钳杠杆组成, 水平横截面呈等腰梯形结构, 靠杠杆相对位移产生制动、缓解作用。杠杆部分有6只活动圆销分布其中, 杠杆中间圆销是夹钳传动支点, 分杠杆L2、L1于两侧。各圆销和衬套配合是一对良好的摩擦副。6组铰点相互约束联动, 构成闸片压力与杠杆比成正比的机械整体。任何活动圆销出现卡滞, 都会使整个机构发生运动抗衡。不同自重的车辆通过夹钳杠杆比L2/L1, 调节闸片压力大小, 以获得列车制动率的相对一致。以209P 系列转向架装有104型分配阀为例, 车辆自重46～50 t, 夹钳杠杆比为175/125。车辆自重50～55 t时, 杠杆比为181/119。
1-丝杆组成;2-止动铁;3-调整挡铁;4-导向螺栓;5-缸体;6-复原弹簧;7-活塞杆;8-膜板;9-缸盖;10-轴承;11-引导弹簧;12-引导挡铁;13-引导螺母;14-轴承;15-调整弹簧;16-调整螺母。
制动缸夹钳杠杆阻抗太大可能引起缓解不良, 这是由单元制动缸结构特点所决定的。如图2所示, 209P型转向架盘形制动装置采用SP13 (铁道科学研究院制造) 、SYSZ8 (青岛四方车辆研究所有限公司制造) 单元制动缸, 其特点是体积小、重量轻、结构紧凑、安全可靠。由于受设计空间及内部结构限制, 不可能采用刚度大的复原弹簧。正常情况下, 制动缓解时, 活塞在复原弹簧的伸张作用下, 恢复到缓解位置, 引导挡铁退回原位, 调整挡铁也退回原位, 活塞杆缩回, 带动夹钳闸片缓解。如果制动缸杠杆夹钳阻抗太大, 复原弹簧不足以克服阻力。活塞杆不能缩回, 夹钳杠杆及其闸片不能联动, 新闸片与制动盘间隙本来就很小, 必然造成合成闸片紧抱制动盘现象, 经长时间高温摩擦引起冒烟起火, 造成行车事故。
2.3 引起夹钳抗衡、阻抗过大的因素
制动缸夹钳杠杆阻抗过大, 与其组装质量和维修保养有着密切关系, 存在着两方面的可能性:
(1) 不同车型车辆因自重各异, 制动缸夹钳内、外杠杆比例不一致。配件基本相似, 尺寸差别较小, 组装时极易混装, 如果夹钳内、外杠杆混装, 破坏了夹钳结构平衡, 就可能造成夹钳机械抗衡或传动死点。经测量以上事故车故障部位, 制动夹钳内、外杠杆比均为175/125, 完全符合技术参数要求, 排除了配件混装可能引起抗衡的可能。
(2) 夹钳圆销与衬套的配合出现问题, 摩擦副的灵活性受到抑制, 如果圆销和衬套稍有生锈现象, 或者间隙中混入灰尘杂质而阻塞, 圆销在某一点位上受到偶发性卡滞, 甚至完全卡滞, 也可造成夹钳杠杆机械抗衡。特别是中间支点圆销与衬套相互卡滞, 将使夹钳杠杆失去调整作用, 发生制动单元缓解不良故障。现场勘查结果也印证了这一推测, 新车在出厂存放期间受油润不及时、外部环境较差等因素影响, 已不同程度地出现表面脏堵现象。而且其共同点是, 发生故障部位都存在内、外杠杆圆销至少有一只卡滞或抗衡严重的问题。据厂家提供的技术参数, 该车型制动系统各圆销与衬套的配合间隙为0.44～0.632 mm, 比《铁路客车运用维修规程》规定的限度0.5～1.0 mm要小, 维护不当更易产生卡滞和抗衡。
由此可见, 新出厂的209P型转向架盘形制动单元发生缓解不良故障, 与夹钳结构、夹钳圆销与衬套配合状态存在着密切关系。从中可以得出结论, 夹钳杠杆销套卡滞、机械抗衡是盘形制动单元缓解不良故障的主要原因。所以, 应特别注意夹钳圆销、衬套配合关系和状态, 把活动圆销卡滞问题作为检查重点。
3 防范措施
(1) 为了减少制动缸杠杆夹钳或闸片托吊机械抗衡, 防止圆销锈蚀, 对各活动圆销应定期涂润滑油脂, 始终保持油润状态良好。
(2) 装有新合成闸片的出厂车, 在段内试风检查时, 应反复制动、缓解多次, 经过几次制动缓解后, 充分调整各工作状态下间隙调整器的位置, 使闸片间隙恢复到标准值3～5 mm。
(3) 建议库列检对新出厂列车试闸作业时, 注意观察制动和缓解状态, 在缓解状态下, 仔细查看合成闸片与制动盘间隙, 逐辆、逐个对制动单元进行排查, 撬动测试闸片是否紧靠制动盘, 制动缸杠杆夹钳或闸片托吊是否存在抗衡现象, 发现问题及时处理。
(4) 对夹钳圆销与衬套的配合间隙过小者, 可更换转动灵活圆销, 消除摩擦副相互卡滞。
(5) 运行中发生意外事故时应相机行事, 可将车辆做关门车处理, 待返回检修基地再彻底检查处理。
4 效果
单元制动器 篇5
1 制动控制单元简介
ESRA制动系统的制动控制单元安装在车下, 是制动指令的执行装置。制动控制单元每节车均设有1个, 并受本节车辆微机制动控制单元 (EBCU) 的控制。由于动车和拖车的载重不同, 其BCU也略有不同。
制动控制单元主要由中继阀、紧急制动电磁阀、模拟转换器、称重限压阀、负载压力传感器、CV压力开关、总风压力开关和测试接头等部件组成, 所有部件均采用模块化设计, 安装在1块背板上, 便于维修和更换, 其结构如图1所示。
1—总风压力开关;2—模拟转换器;3—紧急制动电磁阀;4—CV压力开关;5—称重限压阀;6—负载压力传感器;7—中继阀
2 制动控制单元的工作原理
ESRA制动系统的制动控制单元 (BCU) 的工作原理为:当压缩空气从制动缸进入制动控制单元后分为三路, 一路进入模拟转换器, 一路进入紧急制动电磁阀, 一路进入中继阀, 具体如图2所示。
模拟转换控制器由充气阀、排气阀和压力传感器组成。当模拟转换器接到EBCU的制动指令时, 会根据制动命令分别控制充气阀和排气阀动作, 并产生相应的预控压力CV1。同时, 压力传感器将CV1的压力值转换成相应的电信号, 反馈到EBCU并与此时需要的理论压力值进行比较。如果大于或小于所需的制动要求, 则EBCU继续控制模拟转换器进行相应的充排气动作, 直至预控压力CV1与所需的制动要求相符。
紧急制动电磁阀为二位三通电磁阀。其中, 一路接制动风缸, 一路接模拟转换器的出口, 一路接重阀的进口。正常状态下, 紧急制动电磁阀通电, 从而沟通模拟转换器的出口与称重阀的进口;在车辆紧急制动时, 沟通制动风缸与称重阀的进口。紧急制动电磁阀输出的预控压力为CV2。
称重限压阀可限制过大的制动力, 保护车辆在制动时不会因制动力过大而滑行。在车辆进行常用制动时, 模拟转换器输出的预控制压力CV1受EBCU控制, 而EBCU的制动指令根据车辆的车速、负载和制动要求确定。此时, CV1压力将小于最大制动力, 称重限压阀仅起预防作用, 以防止模拟转换器动作失灵。在车辆进行紧急制动时, 称重限压阀将根据车辆载重的限制预控制压力处于合理范围内。称重阀出口的压力为CV3。
中继阀为流量放大阀, 控制单元制动机的制动缸压力与BCU中预控制压力CV3的压力相等。
3 常见故障和解决方案
在快轨三号线的实际运营中, 制动控制单元中出现较多的故障现象为有以下3种。
3.1 中继阀排气
正常工作情况下, 中继阀存在排气动作, 但在无人对车辆进行操作的情况下, 中继阀排气为非正常情况。此时, 可能为中继阀损坏或模拟转换器损坏。更换模拟转换器后故障消失。
3.2 车辆制动时单节制动力有延时
在车辆运行的过程中, 司控器手柄从制动位转到牵引位后, 有一节车辆的带制动力显示为0.2 bar, 其余为0.行驶一段时间后, 压力变为0, 恢复正常。如果电路故障一直存在, 且此故障每次都会消失, 则原因可能为模拟转换器动作迟缓, 更换模拟转换器后车辆恢复正常。
3.3 模拟转换器漏气
在巡检时发现, 模拟转换器有漏气, 由于模拟转换器由MB04B控制板控制, 所以, 可能为控制板故障或模拟转换器故障, 更换MB04B控制板后故障消除。
4 结束语
单元制动器 篇6
借鉴目前集成测试和虚拟仪器的先进设计思想, 通过编写应用软件, 部分取代传统仪器来实现现场数据的采集与分析已成为可能[2]。目前, 国内外许多公司推出了功能强大的计算机测试系统, 品种较多, 但价格相对昂贵, 对特定研究对象而言, 检测与诊断的针对性不强[3]。因此研制开发了高集成度、智能化的适合于制动控制单元的单板自动化检测系统, 便于定位故障回路, 同时适用于大批量生产产品的出厂检测和维护维修。
根据动车组制动控制单元的工作性能和测试要求, 本文以电流传感器技术和虚拟仪器为开发平台, 从系统框架、硬件和软件设计三部分对该系统进行详细的阐述与分析, 并进行了现场实际测试, 验证了系统的可行性和实用性。
1 系统整体结构及原理
制动控制单元是动车组制动系统的核心控制设备, 在制动系统中担负着制动力计算、电空制动演算控制、防滑控制、空压机控制、通信、监控及故障处理等任务。制动控制单元主要由CPU主板、接口板、防滑板、电源板等电路板组成, 各电路板间的连接器采用扁平电缆线连接。
自动化测试系统实现动车组制动控制单元单板导通测试、功能测试和特性测试等功能。测试时, 从被试板处输入测试信号, 通过信号调理电路, PXI数据采集卡对信号进行采样处理, 然后由嵌入式计算机进行自动化测试分析, 并实时显示、存储和打印测试结果。通过自动测试, 可定位到故障回路;通过手动试验, 可对单板进行手动单项测试, 进一步确定故障位置及发生故障的元器件。测试系统的整体结构如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 主控制器及板卡选型
嵌入式计算机是测试系统的核心, 自动化测试系统是以PXI嵌入式控制器为核心, 并结合PXI测试板卡, 给被测板提供激励信号, 并将被测板的响应输出信号采集并传回计算机进行处理。系统的硬件结构图如图2所示。
根据测试的需求, 选用PXI-8108高性能嵌入式控制器作为系统控制器, 采用PXI-4070数字万用表板卡、PXI-6528数字I/O板卡、PXI-6602 PWM产生及采集板卡、PXI-6723和PXI-6220多功能数据采集板卡等对输入输出信号进行采集处理。信号调理板在对PXI系统与被测电路板之间进行接口转换的同时还有完成对PXI系统输入输出信号调理的任务, 以满足被测电路板的实际工作需要和与采集板卡信号类型匹配。
2.2 电流传感器
针对CPU主板在进行EP阀功能测试时, 需要对制动控制单元输出的0~700 mA电流进行测量, 但是PXI模拟输入采集板卡是量程0~5 V电压输入, 因此需要采用电流传感器进行电流电压转换。但是传统的电流传感器的灵敏度比较低, 输出信号有偏置电压和噪声, 对于处理电路要求高, 系统成本高[4]。测试系统采用北京森社电子的电流变送器 (宇波模块) CHS-1AD/V0。宇波模块采用霍尔传感器的工作原理 (如图3所示) , 是一种先进的能隔离主回路 (原边) 与电子控制回路 (副边) 的电流变送器。其基本工作原理是磁平衡式的, 即主电流回路所产生的磁场通过一个次级线圈的电流所产生的磁场进行补偿, 使霍尔元件始终处于检测零磁通的工作状态。具有体积小、功耗低、噪声小、隔离效果好等优点[5]。
3 系统软件设计
自动化测试系统的软件设计遵循模块化设计原则, 采用LabVIEW软件进行编程[6], 实现可视化实时显示测试数据, 给出测试结果, 并能定位故障回路。测试软件主要由电路板测试模块、测试信息维护模块和人机交互模块组成, 设计了包括底层设备驱动、测试过程管理控制、程序基本测试驱动以及数据管理等子软件, 并可自动生成报表, 便于查询与打印。软件功能模块框图如图4所示。
进入系统后, 首先要对PXI采集板卡进行配置与自检;然后根据测试需求进行测试模式选择。如果是新类型的电路板, 则需要在管理主数据功能中进行登记, 并对测试项进行编辑, 以完成本类型测试板的资源配置;然后执行测试流程。如果测试结果显示故障, 则进行故障回路定位, 输出测试报表, 释放硬件资源占用, 系统软件的操作流程如图5所示。
用户可以根据测试需求选择自动检测和手动检测两种测试方案。在试验过程中, 测试软件会自动记录故障类型。系统在试验完成后弹出提示框, 并标记电路故障, 用户可以选择进行下一项检测, 或者结束测试, 进行维修。
4 实际测试分析
以拖车CPU电路板在空车情况下EP电流测试为例, 对工作正常和发生故障的CPU板进行分析对比。根据制动控制单元设计要求, EP电流输出允许误差为±15mA。图6 (a) 所示为无故障CPU板在快速制动下制动控制单元输出EP电流;图6 (b) 为发生故障CPU板在快速制动下输出EP电流;然后由手动单路测试确定是CPU板的AS1和AS2压力输入采集回路发生故障, 导致输出EP电流偏低。试验结果证明了宇波模块和测试系统的可靠性和准确性。
根据集成测试和虚拟仪器的先进设计思想, 开发了电路板自动化测试系统。整个测试系统集成度高、自动化程度高、扩展性强, 充分体现了虚拟仪器的优势, 功能扩展灵活、系统维护方便, 具有良好的应用前景。
参考文献
[1]陈战胜.CRH2型动车组BCU故障原因及处理和应急措施[J].河南科技, 2008 (9) :315-318.
[2]张琪, 侯加林, 闫银发, 等.基于虚拟仪器的电路板故障检测与诊断系统的研究[J].电子测量与仪器学报, 2011, 25 (2) :135-140.
[3]樊新海, 战军, 安钢, 等.装甲车辆底盘关键部件综合检测系统研制[J].兵工学报, 2009, 30 (7) :849-852.
[4]郭军, 刘和平, 刘平.基于大电流检测的霍尔传感器应用[J].传感器与微系统, 2011, 30 (3) :142-145.
[5]郭清, 王元昔.霍尔传感器在直流电机转速测量中的应用研究[J].传感器与微系统, 2011, 30 (7) :54-56.
单元制动器 篇7
1 铁路客车单元制动缸的概况
单元制动缸, 是由制动缸盖、活塞、活塞杆、皮碗及缓解弹簧等组成, 当压缩空气进入制动缸时, 推动活塞通过一套基础装置而起制动作用。单元制动缸是铁路动车系统的重要组成部分。单元制启对客列车运行及停留提供安全保证。随着铁路客运向着“提速、舒适、安全”的快速发展对客车制动系统的可靠性、安全性等提出了更高的要求。但长期以来由于受制动部件在设计、制造、乃至安装等诸多方面造成的质量缺陷使制动系统的使用状态满足不了使用要求的情况时有发生, 严重影响了车辆的使用效率和停留安全。我部在用的Z25B型客车就存在停留时单元制动缸保压时间严重不足的问题。
在旧型的空气制动机中, 一般采用的是三通阀的控制形式。它的基本性能比较简单而且功能作用也没用明确的进行区分, 在一定的情况下, 它只能够适用于一些尺寸比较固定的制动缸, 在检修过程中遇到了很多不利。基于此, 为了改善单元制动缸的性能, 使单元制动缸更多的适用于很多车型的通用性要求, 并且合理的配合空重车的调整以及防滑器等新技术的要求, 我国目前多采用104型制动机和F8阀型制动机。在104型制动机中, 它采用控制形式与三通阀的原理不同, 运用的是分配阀控制形式。也就是说, 将原来的直接作用的方式调整为目前的间接作用的方式。在制动机的结构上, 也比原来增加了几个部分, 包括工作风缸、容积室、均衡部等, 这些都为实现间接的作用方式发挥着自己的作用。与此同时, 一些专门配备的充气部机构, 也起到了协调副风缸和工作风缸之间的充气作用。
2 铁路客车单元制动缸保压不良的危害
制动机保压不良会带来以下几点危害:第一个是自然缓解。在正常保压状态下, 制动管、副风缸和制动缸互不相同, 但当节制阀泄露时, 副风缸压力大, 空气会流入制动缸;活塞不能够正常移动, 节制阀与滑阀粘连, 均造成节制阀不能遮断制动孔, 这样下去, 副风缸与制动管的压力平衡被打破, 主活塞由于查呀带动滑阀到缓解位置而造成自然缓解。对分配阀而言, 压力停止上升, 均衡阀将副风缸与制动缸的道路切断而形成保压位。当容积室压力达到一定值, 空气泄露, 活塞两侧的压力平衡被打破, 压力迫使均衡活塞下移, 制动缸排向大气的通路打开, 发生自然缓解。第二个是再制动。由上述分析我们可以知道副风缸的压力空气因故流入制动缸, 副风缸和制动管的压力平衡会被破坏从而产生自然缓解, 所以三通阀不会再制动。对分配阀而言紧急二段阀或者增压阀的密封圈泄露时。制动管或者副风缸空气露出, 容积室在保压情况下压力依旧上升, 富凤岗继续向制动缸输入空气产生再制动。对控制阀, 节制阀或局减阀密封出现问题都会使制动管中的压力空气进入制动缸, 产生再制动。第三个是列车管压下降。容积室压力发生改变决定着均衡阀的开关, 从而控制副风缸向制动缸的充气或制动缸压力空气的排放。制动缸漏泄, 容积室压力比制动压力大, 促使均衡活塞重开均衡啊, 副风缸向制动缸补气, 制动缸空气大量损失, 压力也大大损耗, 制动管压力经压力风缸洞开的充气阀向副风缸补充, 制动管压力下降。
3 解决铁路客车单元制动缸保压不良问题的措施
考虑到单元制动缸的连通管是根据每个车型的不同自带的, 所以连通管是配套且不可以改变的。但我们可以通过改变制动缸侧面所有的管接头来处理单元制动缸保压不良的问题。将管接头处理完以后, 就要调整原有的锥管螺纹的聚四氟乙烯薄膜的密封形式, 用传统的调和漆加麻刀的密封形式进行替代。在密封形式完成以后, 可以对客车的单车漏泄问题进行试验。试验结果表明, 经过调整后的密封形式的处理, 客车的漏泄量与以前相比有了很大的提高和完善。
在分配阀中, 可以选用新的结构形式和材料, 这样会比较方便检修以及延长检修期限。以104型客车为例, 在其分配阀的各零部件中, 应当做到比较好的统一和互换, 在众多的通用件中, 只有减少一些零件的规格, 才能方便各类的零件制造和检修。另外, 设置一些滤尘器也可以有效的提高其防止油垢、尘埃的侵入的功能, 对于延长检修期也有一定的好处。
其次, 可以联合机务和车务部门, 将原来的排净车辆主管压力的作业方式调整为减压100Kpa的方式。也就是说, 将原有的制动形式, 即紧急制动方式 (放大风) 调整为常用的制动方式, 这样, 再从435Kpa提高到460Kpa的副风缸的储风压力的保障下, 副风缸就能够拥有足够的压力来对制动缸进行必要的补风。在一定程度下, 这样的工作方式可以达到了我们想要的延长停留车的有效制动保压时间的目的。
4 结束语
随着交通运输行业的快速发展, 人们对于铁路和客车等交通运输行业的要求也越来越高。除了必要的速度以外, 频繁发生的交通事故更让人们对交通运输的安全有了更大的关注。本文所提到单元制动缸的保压不良的问题, 是由多种因素造成的。如果处理不当, 会直接影响铁路客车在运行过程中的安全保障情况。因此, 本文根据实际实验情况, 提出了两种解决方式, 这在一定程度上解决了保压不良的问题。
参考文献
[1]启明工作室.Visual C十十十SQL Server数据库应用系统开发与实例[M].北京:人民邮电出版社, 2004.
[2]傅佩喜, 何昌俊, 钱雪军, 杨文斌, 曹季烽, 客车单元制动缸检测系统的应用研究[J].铁路机车车辆, 2008, 6 (03) .
单元制动器 篇8
1 DAKO BZ8单元缸结构特点及工作原理
1.1 DAKO BZ8单元缸结构特点
DAKO BZ8型单元制动缸为皮碗式双向间隙自动调整制动缸。装用于部分25T型客车和青藏25T型客车的AM96转向架上。该单元制动缸主要由制动缸和闸片间隙调整器两部分组成, 见图1。
制动缸部分由制动缸体、皮碗、活塞、缓解弹簧、缸盖、连接件组成、防尘套等部件组成。
间隙调整器部分由丝杠、丝母、棘轮、掣子、凸轮套筒、滑轮、推力垫片、调整器压盖及压紧调整弹簧组成。
1.2 DAKO BZ8单元制动缸工作原理
该单元制动缸的制动缸部分工作原理与国产制动缸原理相同, 制动时向制动缸内冲入压缩空气, 推动活塞皮碗前移, 将压缩空气的压力转换为制动力, 并通过杠杆、闸片和制动盘传递到轮对, 实现车辆的制动作用。缓解时通过缓解弹簧的作用, 活塞皮碗复位。
间隙调整器部分利用凸轮、棘轮、丝母和丝杠的配合共同完成间隙调整作用。制动时, 间隙调整器部分与活塞同时向前伸出, 当闸片与制动盘间隙超过限定值时, 凸轮槽内的滑轮会越过凸轮槽的直线段, 进入螺旋槽, 由于滑轮相对缸体静止, 所以凸轮和安装在其上的掣子相对缸体转动, 掣子越过棘轮齿;缓解时, 在缓解弹簧的作用下, 调整器同活塞一起向后收回, 凸轮在滑轮作用下反向转动, 此时掣子在扁簧作用下压紧棘轮, 使得棘轮和凸轮共同反向转动, 棘轮的反转靠棘轮及与丝母的锥面在弹簧压力下的配合摩擦力传递到丝母, 使得丝母相对丝杠转动, 丝杠相对缸体伸出, 增大的间隙得以补偿。
由图2可看出, 整套机构中有两组起推力轴承作用的垫片组, 上下两片是钢片, 中间为可储藏润滑脂的特制的由金属网编织在非金属软片上的耐磨耗片。当凸轮或是棘轮在转动时钢片与耐磨耗片相对滑动, 以起减磨作用。
棘轮与丝母的锥面配合在单元制动缸正常工作时不动作, 制动时丝母与棘轮均不转动, 缓解时丝母与棘轮靠锥面配合摩擦力共同转动。但当遇到非正常情况, 即:①闸片与制动盘间隙过大;②调整丝母与丝杠间因外力作用不能灵活转动同时发生时, 棘轮在掣子的作用下转动, 丝母相对丝杠静止, 配合锥面发生相对滑动, 使得制动缸可以缓解, 但此时已经失去了间隙调整的作用。因此在检修时调整器上两个弹簧的作用力值尤其是内圈的密接弹簧的作用力范围显得尤为重要:作用力过小, 不能给锥面提供足够的压力, 摩擦力不足, 无法实现间隙调整;作用力过大, 摩擦力过大, 发生意外时, 回复弹簧提供给凸轮的旋转力不足以克服摩擦力, 无法实现缓解。
2 DAKO BZ8单元制检修试验工艺
由于目前国内还没有制定形成DAKO BZ8型单元制动缸完善的检修试验标准, 因此, 参考国产单元缸检修工艺、A4修规程要求和单元缸自身特点制定其检修工艺, 检修工艺流程:自转向架上分离制动缸——抛丸除锈——分解——清洗吹干——检查 (包括各弹簧做试验) ——组装——整体性能试验——装车。
2.1 从转向架分离制动缸并除锈
拆下制动缸底座上两侧的销子和双眼孔座上的两个销子以及制动管路, 可将制动缸从转向架上分离。对制动缸进行整体抛丸除锈, 除锈前需对制动管口等进行必要的防护。
2.2 分解单元制动缸
将制动缸固定在专用分解工作台上, 拆下防尘套和连接件组成。取出锁紧钢丝, 用专用三脚扳手打开间隙调节器压盖, 拿出间隙调节器组成。从外侧取下滑轮弹簧和两个滑轮。取下制动缸上盖上的呼吸堵和定位螺钉, 用专用扳手打开制动缸上盖并取出链接钢丝, 取出缓解弹簧和活塞组成。取下连接件组成中双眼孔座上的止退销和止转销, 分离丝杠和双眼孔座。
2.3 清洗吹干
对制动缸分解下零部件进行清洗, 去除制动缸体内和各零部件油污。考虑腐蚀性、挥发性和清洗效果等因素, 采用煤油作为清洗液清洗。清洗后用高压风枪吹干, 以免残留煤油腐蚀橡胶件。
2.4 检查制动缸各零部件
按《BSP25T型客车A4-1级检修规程》要求, 皮碗、防尘盖挡圈 (防尘套) 及各橡胶圈须更新。销子磨耗超过设计尺寸0.5mm须更新, 套磨耗超过设计尺寸0.7mm须更新。
由于DAKO BZ8型单元制动缸与国产单元缸在结构上存在很大不同, 尤其是间隙调整机构, 运用了凸轮、棘轮、丝杠丝母配合、锥面配合等多种机械运动机构, 这给检修测量部位的选择与标准的制定带来一定的难度。对单元制动缸所有零部件进行测量, 并绘制成三维图, 经过三维软件运动分析后, 确定了影响制动缸制动性能和间隙调节性能的关键部位尺寸及重要零部件的磨损限度。更新配件均除紧固件外均采用进口配件。
检查部位要求及判别标准如表1:
2.5 单元缸组装
零部件检测合格后, 可将制动缸按以下步骤组装:连接件组成组装—制动缸组装—间隙调节器组装—整体组装。
组装制动缸部分时, 需在皮碗、活塞和缸体内部涂抹适量RENOLIT HLT2型润滑脂, 抽拉几次, 使得润滑脂分布均匀, 然后放入复位弹簧, 再用专用工具安装制动缸前盖。
间隙调节器组装完成后, 拧紧调整器压盖, 卡紧防松卡圈, 旋入连接件组成, 准备试验。试验合格后, 旋出连接件组成, 安装防尘套。
2.6 整体性能试验
在单元缸组装完成后, 需在专用试验台上进行整体性能测试, 参照BSP《中国铁路高档座、卧车维护和修理手册》及国产单元制动缸的试验技术要求, 进行80KPa保压、600KPa保压试验, 要求泄露量应低于2KPa/4min。200KPa间隙调整器性能和稳定行程试验, 要求稳定行程为12±1.5mm。由于单次调整量不足1mm, 很难直接对其进行测量, 因此制定10调整量的总和不得小于5mm。空载单次全行程不小于26mm。带手制动制动缸做手制动动作试验。
3 建议
(1) 建议尽快组织车辆检修、制造、运用单位进一步修订完善DAKO BZ8型单元制动缸检修试验标准要求。
(2) 因维修配件进口周期较长, 建议开展DAKO BZ8型单元制动缸部分配件的国产化研制。
4 结束语
近年来已检修数百辆装用DAKO BZ8型单元制动缸的25T型客车, 检修后经装车运用考验, 单元制动缸各项功能良好, 达到了A4修的要求。
参考文献