專利名稱：基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道交通設(shè)備，尤其是一種高速列車和城市軌道交通空 氣制動系統(tǒng)中的制動信號轉(zhuǎn)換控制單元，具體地說是一種基于壓電比例閥的 軌道交通車輛電空制動單元。
背景技術(shù)：
眾所擊知，電空制動單元是高速列車和城軌車輛空氣制動系統(tǒng)的核心部 件，其作用是將控制制動的電信號轉(zhuǎn)換為控制車輛制動力的空氣壓力值?，F(xiàn) 用的電空制動單元將電信號轉(zhuǎn)換為通往制動缸壓力值需經(jīng)過模擬轉(zhuǎn)換閥、緊 急閥、稱重閥、中繼閥多個環(huán)節(jié)。其中，模擬轉(zhuǎn)換閥將電信號轉(zhuǎn)換為控制中 繼閥的氣壓信號，緊急閥、稱重閥為車輛緊急制動提供一個控制中繼閥的最 大氣壓信號，中繼閥將小流量的氣壓信號轉(zhuǎn)換為大流量的制動壓力空氣。由 于氣壓信號流到中繼閥的氣路較長，環(huán)節(jié)多，中繼閥上的控制信號具有一定
的衰減和滯后，影響中繼閥的響應(yīng)和控制精度；另一方面控制氣路中的彈性 元件特性的不一致性和退化，需經(jīng)常對其控制特性進行調(diào)整。模擬轉(zhuǎn)換閥將 電信號轉(zhuǎn)換氣壓信號的方式 一種是將電信號放大通過線圈的磁力推動控制 氣路的閥產(chǎn)生氣壓信號；另一種是用2個或4個兩位三通電磁閥按一定規(guī)律 的充、排氣產(chǎn)生氣壓信號。以上因素使得電空制動單元氣路復(fù)雜、體積和重 量大，驅(qū)動電磁閥的功率大，存在發(fā)熱和電磁干擾等，控制方式復(fù)雜，精度 較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的電空制動單元氣路復(fù)雜、體積和重量大，驅(qū) 動電磁閥的功率大，存在發(fā)熱和電磁干擾、控制方式復(fù)雜，精度較低等一系 列問題，發(fā)明一種不需要大電流、高電壓驅(qū)動、壽命長，控制方便，沒有死 區(qū)，壓力可以從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)，并且響應(yīng)快、精度高、可形成閉環(huán)控制的基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元。 本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種基于壓電比例閥的軌道交通車輛制動電空單元，其特征是它主要由 壓電比例閥4和中繼閥5組成，中繼閥5包括閥體11和安裝在閥體11上的 活塞式節(jié)止閥10，閥體11中設(shè)有氣室6，氣室6中安裝有將其分為A、 B兩 個氣室的膜片7，膜片7連接有限位塊8，限位塊8與頂桿9相連，頂桿9 的下端穿過調(diào)節(jié)氣室C與節(jié)止閥10的上端相對，節(jié)止閥10固定安裝在閥體 11上，其中心設(shè)有一個與大氣相通，并有可由頂桿9的下閥口開關(guān)的內(nèi)孔12， 在節(jié)止閥10的外側(cè)的環(huán)形凹槽中安裝有復(fù)位彈簧13，在閥體11上設(shè)有同時 與調(diào)節(jié)氣室C及壓電比例閥4的進氣口 1相通的進氣氣路14以及同時與調(diào) 節(jié)氣室C及氣室B相通的制動缸氣路15，所述的壓電比例閥4的輸出氣口 2 與氣室A相通，壓電比例閥4的排氣口3與大氣相通。
在通往壓電比例閥4的進氣口 1的進氣氣路14上安裝有過濾器16。
所述的節(jié)止閥10外側(cè)的安裝彈簧13的環(huán)形凹槽通過閥體1上所開設(shè)有 氣路與氣室B相通。
所述的氣室B安裝有采集其中的壓力并送往控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的壓 力傳感器17。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明通過將壓電比例調(diào)壓閥直接嵌入到一個專門設(shè)計的中繼閥的集 成裝置中，控制電路可根據(jù)制動需求信號(常用、保持、緊急、動力制動)、 車輛的載荷信號(空載、滿載等)、速度信號等處理后產(chǎn)生的電信號加到壓 電比例調(diào)壓闊上，由壓電比例調(diào)壓閥直接產(chǎn)生控制中繼閥氣壓信號，減少電 空轉(zhuǎn)換中的氣路和彈性環(huán)節(jié)。壓電比例調(diào)壓閥既可以工作在連續(xù)調(diào)節(jié)方式， 也可以工作于脈沖調(diào)節(jié)方式。
本發(fā)明中，壓電式電空單元的控制環(huán)節(jié)將處理后的制動需求信號通過輸 出壓電比例調(diào)壓閥轉(zhuǎn)換為驅(qū)動中繼閥的氣壓信號，減少了傳統(tǒng)電空轉(zhuǎn)換中的 氣路和彈性環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高；而且以壓電闊代替電磁閥，不再需 要大電流、高電壓驅(qū)動、壽命長，控制方便，沒有死區(qū)，壓力可以從零開始連續(xù)調(diào)節(jié)；并且電空單元通過控制環(huán)節(jié)形成閉環(huán)控制，整體響應(yīng)快、精度高。


圖1是本發(fā)明的壓電比例闊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的壓電式電空單元工作于緩解狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明的壓電式電空單元工作于制動狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明的壓電式電空單元工作于保壓狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖l-5所示。
一種基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，它主要由壓電比例 閥4(可采用市售的壓電式氣動比例閥加以實現(xiàn))和中繼閥5組成，壓電比例閥 4的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它可采用常開型結(jié)構(gòu)，也可采用常閉型結(jié)構(gòu)，兩者的 控制電路略有區(qū)別，它的控制方式可采用現(xiàn)有技術(shù)或根據(jù)其使用說明書加以 實現(xiàn)。中繼閥5是一個集成模塊，它包括閥體ll和安裝在閥體ll上的活塞 式節(jié)止閥10，在活塞式節(jié)止閥10上套裝有密封圈18，閥體11中設(shè)有氣室6， 氣室6中安裝有將其分為A、 B兩個氣室的膜片7，膜片7連接有限制其上 下位移，防止其振蕩的限位塊8，限位塊8與頂桿9相連，限位塊8與頂桿9 可為分體結(jié)構(gòu)，也可為整體結(jié)構(gòu)，頂桿9的下端穿過調(diào)節(jié)氣室C與節(jié)止閥10 的上端相對，節(jié)止閥10固定安裝在中繼閥5的閥體11中，其中心設(shè)有一個 與大氣相通，并有可由頂桿9的下閥口開關(guān)的內(nèi)孔12，在節(jié)止閥10的外側(cè) 的環(huán)形凹槽中安裝有復(fù)位彈簧13，在閥體11上設(shè)有同時與調(diào)節(jié)氣室C及壓 電比例閥4的進氣口 1相通的進氣氣路14以及同時與調(diào)節(jié)氣室C及氣室B 相通的制動缸氣路15，所述的壓電比例閥4的輸出氣口2與氣室A相通，壓 電比例閥4的排氣口3與大氣相通。如圖2所示。具體實施時，為了防止雜 質(zhì)進入壓電比例閥4中可在通往壓電比例閥4的進氣口1的進氣氣路14上安 裝一個過濾器16。此外，為了調(diào)節(jié)方便，還可使節(jié)止閥10外側(cè)的安裝彈簧 13的環(huán)形凹槽通過閥體1上所開設(shè)的氣路與氣室B相通。為了實現(xiàn)閉環(huán)準確 控制，還可在氣室B中安裝一個采集其中的壓力并送往控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控 制的壓力傳感器17。本發(fā)明各個工位的工作原理如下
一、 緩解位工作原理
當(dāng)控制信號為緩解狀態(tài)時，壓電比例調(diào)壓閥進氣口為關(guān)閉狀態(tài)，氣室A、
B均通大氣，膜片和頂桿為圖2狀態(tài)，節(jié)止閥在彈簧和制動風(fēng)缸的作用下關(guān) 閉制動風(fēng)缸與制動缸氣路；頂桿下閥口與節(jié)止閥有一定距離，制動缸通過頂 桿下閥口與節(jié)止閥上端面的間隙、節(jié)止閥芯內(nèi)孔通往大氣，如圖2所示。
二、 制動位工作原理
圖3為壓電式電空單元制動狀態(tài)示意圖。當(dāng)控制信號為制動時，壓電比 例調(diào)壓閥的閥片根據(jù)控制信號彎曲變形，在A氣室內(nèi)獲得一個與控制信號成 比例的壓力值，并推動彈性膜片和頂桿向下移動，首先由頂桿下閥口壓緊在 節(jié)止閥上表面關(guān)閉氣室C與大氣的通路，繼續(xù)下移推動節(jié)止閥下移，接通制 動風(fēng)缸與制動缸通路，制動風(fēng)缸的壓力氣體通過節(jié)止閥上閥口與閥座的間隙 進入制動缸和氣室B，氣室B氣體平衡膜片，制動缸內(nèi)的壓力值由節(jié)止閥的 位移調(diào)節(jié)，壓力傳感器將制動缸的壓力值反饋給控制器以實現(xiàn)壓力的精確控 制。
三、保壓位工作原理
圖4壓電式電空單元制動狀態(tài)示意圖。當(dāng)制動壓力達到規(guī)定值時，控 制器調(diào)節(jié)A氣室壓力，在B氣室和節(jié)止閥彈簧力的作用下，膜片與頂桿上移 置節(jié)止閥關(guān)閉，頂桿下閥口與節(jié)止閥上面處于關(guān)閉位置，使制動缸壓力保持 不變狀態(tài)，即保壓。
若要降低制動壓力，則調(diào)節(jié)A氣室壓力使膜片與頂桿上移，頂桿下閥口 與節(jié)止閥上端面產(chǎn)生一定間隙，使制動缸內(nèi)的氣體通過節(jié)止閥中孔排一部分 到大氣，直到建立新的平衡。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，其特征是它主要由壓電比例閥(4)和中繼閥(5)組成，中繼閥(5)包括閥體(11)和安裝在閥體(11)上的活塞式節(jié)止閥(10)，閥體(11)中設(shè)有氣室(6)，氣室(6)中安裝有將其分為A、B兩個氣室的膜片(7)，膜片(7)連接有限位塊(8)，限位塊(8)與頂桿(9)相連，頂桿(9)的下端穿過調(diào)節(jié)氣室C與節(jié)止閥(10)的上端相對，節(jié)止閥(10)固定安裝在閥體(11)中，其中心設(shè)有一個與大氣相通，并設(shè)有可由頂桿(9)的下閥口開關(guān)的內(nèi)孔(12)，在節(jié)止閥(10)的外側(cè)的環(huán)形凹槽中安裝有復(fù)位彈簧(13)，在閥體(11)上設(shè)有同時與調(diào)節(jié)氣室C及壓電比例閥(4)的進氣口(1)相通的進氣氣路(14)以及同時與調(diào)節(jié)氣室C及氣室B相通的制動缸氣路(15)，所述的壓電比例閥(4)的輸出氣口(2)與氣室A相通，壓電比例閥(4)的排氣口(3)與大氣相通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，其 特征是在通往壓電比例閥(4)的進氣口 (1)的進氣氣路(14)上安裝有過 濾器(16)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，其 特征是所述的節(jié)止閥(10)外側(cè)的安裝彈簧(13)的環(huán)形凹槽通過閥體(1) 上所開設(shè)有氣路與氣室B相通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，其 特征是所述的氣室B安裝有采集其中的壓力并送往控制系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的 壓力傳感器(17)。
全文摘要
一種基于壓電比例閥的軌道交通車輛電空制動單元，其特征是它主要由壓電比例閥(4)和中繼閥(5)組成，中繼閥(5)包括閥體(11)和活塞式節(jié)止閥(10)，閥體(11)中設(shè)有氣室(6)，氣室(6)中安裝有膜片(7)，膜片(7)連接有限位塊(8)，限位塊(8)與頂桿(9)相連，頂桿(9)的下端穿過調(diào)節(jié)氣室C與節(jié)止閥(10)的上端相對，其中心設(shè)有一個內(nèi)孔(12)，在節(jié)止閥(10)上還安裝有復(fù)位彈簧(13)，在閥體(11)上設(shè)有同時與調(diào)節(jié)氣室C及壓電比例閥(4)的進氣口(1)相通的進氣氣路(14)以及同時與調(diào)節(jié)氣室C及氣室B相通的制動缸氣路(15)，所述的壓電比例閥(4)的輸出氣口(2)與氣室A相通，壓電比例閥(4)的排氣口(3)與大氣相通。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，體積小，壽命長，響應(yīng)快的優(yōu)點。
文檔編號B60T13/68GK101531184SQ200910029819
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者姚恩濤, 游有鵬 申請人:南京航空航天大學(xué)