CN110159674B - 用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，不仅包括：制动缸、制动夹钳杠杆、闸片托以及杠杆吊座，还包括：制动监控装置，制动监控装置安装在所述闸片托上，用于监控所述闸片托的动作，并反馈监控信息(闸片位移、制动力等)，使得制动夹钳在参与制动的过程不仅可以按照车辆需求实现车辆制动施加和制动缓解以及停放制动施加和缓解等动作，还能形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)能及时发现，实时发现制动夹钳故障。

Description

用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳。

背景技术

目前运行的轨道交通车辆普遍采用盘式制动方式，在转向架或构架上安装制动夹钳，制动夹钳将压缩空气压力转化为闸片正压力，夹紧制动盘，实现制动。

制动夹钳一般包括：制动缸(brake cylinder)1、制动夹钳杠杆(brake caliperlever)3、闸片托4以及杠杆吊座2等，参见图1。

在轨道交通车辆实施制动过程中，EBCU(电子制动控制模块)根据车辆的速度以及车重信息进行逻辑计算，并通过控制PBCU(机械制动控制模块)产生车辆停车制动所需的空气压力施加至制动夹钳，制动夹钳根据输入的压缩空气响应输出制动和缓解的动作，完成车辆的停车制动过程，具体过程见图2。

从图2可以看出，作为制动系统的末端产品，制动夹钳在参与制动的过程中没有形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)无法及时发现，只能在车辆段进行检修维护时发现明显的故障，或者在车辆经过一段时间的运营表现出来异常，导致发现制动夹钳故障具有严重的滞后性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，能够使得动夹钳单元在参与制动的过程中形成一个完整的闭环控制，能够有效监控和反馈制动夹钳在制动过程中的最终状态、制动夹钳有无动作、产生动作后制动夹钳的制动力是否达到制动系统预定的要求值以及制动夹钳的缓解状态是否到位、缓解间隙是否正常以及是否发生不缓解(如带闸跑)等情况，能够及时发现制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)，实时性好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，包括：制动缸、制动夹钳杠杆、闸片托以及杠杆吊座，还包括：制动监控装置，该制动监控装置安装在该闸片托上，用于监控该闸片托的动作。

进一步地，该制动监控装置包括：位移传感器，该位移传感器用于采集该闸片托的位移信息。

进一步地，该制动监控装置包括：力传感器，该力传感器用于采集该闸片托的制动力。

进一步地，用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳还包括：气源控制装置，该气源控制装置包括：第一气压传感器和第二气压传感器，

该第一气压传感器连接在制动缸的常用制动管路内，用于监测常用制动管路内常用制动空气压力；

该第二气压传感器连接在制动缸的停放制动管路内，用于监测停放制动管路内停放制动空气压力。

进一步地，该气源控制装置还包括：常用制动电磁阀以及停放制动电磁阀，

该常用制动电磁阀设置在该常用制动管路内，用于控制常用制动空气压力；

该停放制动电磁阀设置在该停放制动管路内，用于控制停放制动空气压力。

进一步地，该制动缸设有用于控制制动螺杆伸出和缩回的该复位螺母，

该智能化制动夹钳还包括：间隙调整装置，该间隙调整装置设置在与制动缸连接的支撑拐上，并且，通过联轴器连接该复位螺母，以通过调整复位螺母控制该制动螺杆，进而控制该制动夹钳闸片托的开度。

进一步地，该间隙调整装置包括：直流电机，

该直流电机的电机轴通过联轴器连接该复位螺母。

进一步地，用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳还包括：数据处理装置，

该数据处理装置连接该制动监控装置，用于存储和分析该制动监控装置反馈的监控信号，根据该监控信号进行预警控制。

进一步地，该数据处理装置连接该气源控制装置、间隙调整装置，用于控制该气源控制装置和该间隙调整装置动作。

进一步地，该数据处理装置连接用户终端和/或该轨道交通车辆制动系统的电子制动控制模块，用于将该监控信号反馈至该用户终端和/或该电子制动控制模块，并接收该用户终端和/或该电子制动控制模块的控制指令，控制该气源控制装置、该间隙调整装置动作。

本发明提供的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，不仅包括：制动缸、制动夹钳杠杆、闸片托以及杠杆吊座，还包括：制动监控装置，制动监控装置安装在所述闸片托上，用于监控所述闸片托的动作，并反馈监控信息(闸片位移、制动力等)，使得制动夹钳在参与制动的过程不仅可以按照车辆需求实现车辆制动施加和制动缓解以及停放制动施加和缓解等动作，还能形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)能及时发现，实时发现制动夹钳故障。

并且，该智能化制动夹钳通过设置气源控制装置，能够控制常用制动空气压力和停放制动空气压力，利于检修维护。

再者，该智能化制动夹钳设有间隙调整装置，通过调整复位螺母控制所述制动螺杆，进而控制所述制动夹钳闸片托的开度，为后期的检修维护提供服务。

另外，该智能化制动夹钳的数据处理装置能够根据所述监控信号进行预警控制，并根据监控信号或指令控制气源控制装置、间隙调整装置，实现自动控制和远程控制。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为现有制动夹钳的结构图；

图2为轨道车辆制动系统制动原理框图；

图3为本发明实施例用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳的结构图；

图4为本发明实施例用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳的电路结构图；

图5为本发明实施例中数据处理装置9的模块图；

图6为本发明实施例中用户终端上的远程管理操作界面。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员，了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

现有制动夹钳在参与制动的过程中没有形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)无法及时发现，只能在车辆段进行检修维护时发现明显的故障，或者在车辆经过一段时间的运营表现出来异常，导致发现制动夹钳故障具有严重的滞后性。

为解决现有技术中的上述技术问题，本发明实施例提供一种用于轨道交通车辆(如城市轨道交通、城际轨道交通以及高速铁路等)的智能化制动夹钳，采用安装在闸片托上的制动监控装置监控所述闸片托的动作，并反馈监控信息(闸片位移、制动力等)，使得制动夹钳在参与制动的过程中形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现质量问题(如卡滞、漏风等情况)能及时发现，实时发现制动夹钳故障。

图3为本发明实施例用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳的结构图。参见图3，该用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳包括：制动缸1、制动夹钳杠杆3、闸片托4以及杠杆吊座2，该制动夹钳杠杆包括左、右两个制动夹钳杠杆，左右制动夹钳杠杆分别通过对应的杠杆轴安装在制动缸两侧，该杠杆吊座通过左右两个制动夹钳杠杆螺栓连接左右制动夹钳杠杆，左右两个闸片托通过左右两个闸片轴分别连接左右制动夹钳杠杆，闸片设置在闸片托上，轨道交通车辆的制动盘位于两闸片托之间，制动时，压缩空气通过该制动缸的常用制动管路输至制动缸，制动缸带动杠杆吊座和制动夹钳杠杆动作，进而带动两个闸片托朝向彼此靠近的方向移动，通过闸片和制动盘的相互作用，实现制动过程。

其中，该制动夹钳还包括：制动监控装置，制动监控装置安装在所述闸片托4上，用于监控所述闸片托4的动作。

并且，该制动监控装置可以将监控信息通过有线或无线方式传输至制动系统的EBCU(电子制动控制模块)，使得该EBCU(电子制动控制模块)可通过该监控信息获知制动夹钳的情况，进而更有针对性地进行控制。

另外，该制动监控装置也可以将监控信息通过有线或无线方式传输至用户终端，如用户手持终端(如手机)或中控室的监控装置，以便运维人员及时获知制动夹钳的情况，并在需要时主动采取调整或检修措施。

具体地，可基于物联网技术通过网络将数据反馈至用户终端。该无线方式可以包括：蓝牙、Wifi、无线通信网络(如3G、4G、5G、GPRS网络)、局域网等。

其中，该制动监控装置可以包括各种传感器，以便采集多种参数。

通过上述技术方案可以得知，本发明实施例提供的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳通过采用安装在闸片托上的制动监控装置监控所述闸片托的动作，并反馈监控信息(闸片位移、制动力等)，使得制动夹钳在参与制动的过程中形成一个完整的闭环控制，制动夹钳出现故障(如卡滞、漏风等情况)能实时发现。

在一个可选的实施例中，该制动监控装置还可以包括：位移传感器，位移传感器安装在闸片托上的位移采集点5，用于采集所述闸片托的位移信息。

具体地，在该制动夹钳的左右两个闸片托上均设置位移传感器，通过两个位移传感器采集两个闸片托的位移情况，以此得知制动或缓解时闸片的作动情况以及缓解间隙是否正常以及是否发生不缓解(如带闸跑)等。

另外，该位移传感器采集的是闸片托与制动盘之间的距离。制动或缓解时，可以通过该距离的变化得知制动情况，并且，还可以通过左右两个闸片托与制动盘之间的静态距离(即不进行制动或缓解动作时的距离)，判断闸片的磨损情况，以便及时对闸片进行维护或更换，防止闸片磨损严重时影响制动性能，避免安全事故。

在一个可选的实施例中，该制动监控装置还可以包括：力传感器，所述力传感器安装在闸片托上的制动力采集点6，用于采集所述闸片托的制动力。

具体地，通过在闸片托上安装力传感器，能够有效采集制动或缓解时作用在该制动力采集点6处的制动力，以此判断产生动作后制动夹钳的制动力是否达到制动系统预定的要求值。

当根据力传感器采集的制动力不满足预定的要求时，可能是由于制动夹钳老化、气源损耗等原因引起，此时，可以根据采集的制动力调整施加至制动缸的气压，以便后续制动的灵敏进行。

在一个可选的实施例中，该智能化制动夹钳还可以包括：气源控制装置7，用于在车辆正常运行过程中，作为风管的连接机构，并且，监测常用制动管路和停放制动管路中的风压；在故障工况下或者是检修工况下，实现制动夹钳的制动和缓解的动作，为后期的检修维护和远程诊断提供服务。

该气源控制装置包括：第一气压传感器、第二气压传感器、常用制动电磁阀以及停放制动电磁阀。

第一气压传感器连接在制动缸的常用制动管路内，用于监测常用制动管路内常用制动空气压力；

第二气压传感器连接在制动缸的停放制动管路内，用于监测停放制动管路内停放制动空气压力。

常用制动电磁阀设置在所述常用制动管路内，用于控制常用制动空气压力；

停放制动电磁阀设置在所述停放制动管路内，用于控制停放制动空气压力。

其中，通过采用两个气压传感器分别监测常用制动管路内常用制动空气压力以及停放制动管路内停放制动空气压力，可获知制动缸实际获得的气压，以便将监测的气压与预设PBCU(机械制动控制模块)产生的空气压力比较，差值为管路损耗，进而可根据该管路损耗对PBCU(机械制动控制模块)产生的空气压力进行补偿控制，使得该PBCU(机械制动控制模块)产生的空气压力通过管路传输至制动缸的空气压力等于制动所需空气压力，提高制动的灵敏度。

另外，通过常用制动电磁阀和停放制动电磁阀的开闭，可以控制是否向制动缸内输运气源，以此，方便检修维护。

本领域技术人员可以理解的是，当监测到的管路内的气压大于所需空气压力时，也可以通过微调常用制动电磁阀和停放制动电磁阀的开度，调整空气压力，以利于车辆所需制动的精准控制，尽量避免出现对标不准情况的发生。

值得说明的是，所述制动夹钳杠杆通过紧固螺栓连接在所述制动缸上，所述制动缸设有用于控制制动螺杆伸出和缩回的所述复位螺母。

在一个可选的实施例中，该智能化制动夹钳还可以包括：间隙调整装置8，所述间隙调整装置8固定安装在与制动缸连接的支撑拐上，并且，通过联轴器连接所述复位螺母，以通过调整复位螺母控制所述制动螺杆，进而控制所述制动夹钳闸片托的开度。

制动缸通过支撑拐传动连接制动夹钳杠杆，以通过支撑拐将制动力传输至制动夹钳杠杆。

其中，所述间隙调整装置可为直流电机，所述直流电机的电机轴通过联轴器连接所述复位螺母。

本领域技术人员可以理解的是，该间隙调整装置还可以根据需求设置在该智能化制动夹钳的其他位置，只需满足能够连接并控制该复位螺母即可，本发明不对间隙调整装置和复位螺母之间的连接结构进行限制。

具体地，间隙调整装置主要是利用直流电机转动带动制动螺母旋转，通过制动螺母旋转控制制动螺杆伸出和缩回，实现闸片托的张开和收合，进而实现闸片与制动盘之间的间隙的增大和缩小，主要一方面为后期的检修维护提供服务，另一方面可以自动的补偿闸片和制动盘之间的缓解。

其中，通过设置间隙调整装置，能够根据运维指令调整制动夹钳闸片托的开度，比如，在对闸片进行更换维护时，可以通过间隙调整装置打开制动夹钳杠杆，以便作业人员对闸片进行更换。

另外，在闸片存在一定磨损但是未达需要更换的程度时，该位移传感器采集的制动盘与闸片托之间的间隙大于设计值，此时，制动时的灵敏度会受到一定影响，可以根据位移传感器所采集的信号控制间隙调整装置减小制动夹钳杠杆的开度，进而减小闸片与制动盘之间的间隙，实现自动间隙调整功能，补偿由于闸片和制动盘磨耗而产生的误差，使得闸片在磨损的情况下，仍然能够灵敏制动，进一步增加了行车的安全性。

在一个可选的实施例中，该智能化制动夹钳还可以包括数据处理装置9，参见图4，该数据处理装置可以连接位移传感器、力传感器以及两个气压传感器，并且，可以连接电磁阀和间隙调整装置，并可通过有线或无线方式连接制动控制系统BCU以及用户终端，可接收并存储各传感器采集的信号，分析采集的信号，根据预设阈值进行预警控制，还可以根据预警情况或采集的信号控制电磁阀和间隙调整装置动作。或者，通过有线或无线方式将采集的信号反馈至所述用户终端和/或所述制动控制系统，并接收所述用户终端和/或所述制动控制系统的控制指令，控制所述电磁阀、所述间隙调整装置动作。

举例来说，当车辆运行到一定的里程或者一定的时间，需要对该智能化制动夹钳进行检修时，可以向该数据处理装置发送检修指令，进而控制该气源控制装置中的电子阀动作，并自动记录和分析各传感器采集的信号，对智能化制动夹钳的工况进行判断和预警。

其中，通过设置数据处理装置，配合制动监控装置、气源控制装置、间隙调整装置，能够实现自动控制和远程控制，利于检修维护和自动化，节省人力和物力，缩短检修时间。

图5为本发明实施例中数据处理装置9的模块图。如图5所示，该数据处理装置9可以包括：用于接收传感器采集的信号的接收模块、用于存储采集的信号以及各监控参数的预设阈值等的存储模块、用于对接收的信号进行逻辑处理和分析的数据处理逻辑运算模块、用于与用户终端和/或制动控制系统进行通信的通信模块以及控制电磁阀、间隙调整模块等部件的驱动控制模块。

用户终端上的远程管理操作界面如图6所示，包括：实时监测系统、故障分析系统、检修维护系统以及故障预测系统等。

其中，利用该实时监测系统进行日常监控；通过故障分析系统在制动夹钳故障时，分析制动夹钳的监控信号，以便辅助进行故障分析和定位。

在需要对制动夹钳进行检修维护时，通过该检修维护系统远程控制该制动夹钳，以实现自动检修。

另外，通过对若干个轨道交通车辆上的制动夹钳的监控信号进行汇总，形成制动夹钳监控大数据，可以利用机器学习处理大数据，总结出不同监控信号与不同故障之间的内在规律，然后利用该内在规律对特定制动夹钳的监控信号进行分析，能够实现故障预测，有利于预知故障并及时采取相应策略，防患于未然。

综上所述，本发明实施例提供的智能化制动夹钳在故障诊断上将实现实时的数据查看，在后期的检修维护上通过网络将实现一键化的操作。制动夹钳时刻进行故障监控，一旦制动夹钳出现故障(如制动不缓解、制动力不足以及风压不足)，能够及时的反馈给制动系统，避免更大故障的发生，利于故障排查和检修维护，能够及早发现问题和排查问题，另外，还可以运用大数据进行预测，提升车辆段等运用部门的管理效率以及减轻运营压力，同时可基于物联网技术，最终实现月度、年度检修维护以及故障诊断、排查的一键化操作。

例如，可以实现以下功能：

1.自动检修

制动夹钳的自动检修只需一个检修人员手里拿着一台用户终端，点击用户终端APP上的“年度自动检测”按钮，整列车的制动夹钳随即自动进行检测，并将结果形成报告反馈给操作者。

2.远程故障诊断

设计人员接到用户反馈的某制动夹钳出现故障时，设计人员可立即通过用户终端的远程数据记录平台查看运行数据，同时在高级权限下，可以进行制动夹钳的远程遥控和试验，实现查找原因的方便和快捷。

3.闸片的磨耗到限预警

通过用户终端可以查看闸片的磨耗剩余量(通过位移传感器采集的数据计算得到)，及时提醒运维人员更换闸片。

4.健康状况管理

通过集成多种监控数据，运营部门可以随时查看制动夹钳的健康状况，为制动夹钳检修维护提供指导。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，包括：制动缸、制动夹钳杠杆、闸片托以及杠杆吊座，其特征在于，还包括：制动监控装置，所述制动监控装置安装在所述闸片托上，用于监控所述闸片托的动作；

还包括：气源控制装置，所述气源控制装置用于在车辆正常运行过程中，作为风管的连接机构，并且，监测常用制动管路和停放制动管路中的风压；

所述气源控制装置包括：第一气压传感器和第二气压传感器，

所述第一气压传感器连接在制动缸的常用制动管路内，用于监测常用制动管路内常用制动空气压力；

所述第二气压传感器连接在制动缸的停放制动管路内，用于监测停放制动管路内停放制动空气压力。

2.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述制动监控装置包括：位移传感器，所述位移传感器用于采集所述闸片托的位移信息。

3.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述制动监控装置包括：力传感器，所述力传感器用于采集所述闸片托的制动力。

4.根据权利要求1所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，

所述气源控制装置还包括：常用制动电磁阀以及停放制动电磁阀，

所述常用制动电磁阀设置在所述常用制动管路内，用于控制常用制动空气压力；

所述停放制动电磁阀设置在所述停放制动管路内，用于控制停放制动空气压力。

5.根据权利要求4所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述制动缸设有用于控制制动螺杆伸出和缩回的复位螺母，

所述智能化制动夹钳还包括：间隙调整装置，所述间隙调整装置设置在与制动缸连接的支撑拐上，并且，通过联轴器连接所述复位螺母，以通过调整复位螺母控制所述制动螺杆，进而控制所述制动夹钳闸片托的开度。

6.根据权利要求5所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述间隙调整装置包括：直流电机，

所述直流电机的电机轴通过联轴器连接所述复位螺母。

7.根据权利要求5所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，还包括：数据处理装置，

所述数据处理装置连接所述制动监控装置，用于存储和分析所述制动监控装置反馈的监控信号，根据所述监控信号进行预警控制。

8.根据权利要求7所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述数据处理装置连接所述气源控制装置、间隙调整装置，用于控制所述气源控制装置和所述间隙调整装置动作。

9.根据权利要求8所述的用于轨道交通车辆的智能化制动夹钳，其特征在于，所述数据处理装置连接用户终端和/或所述轨道交通车辆制动系统的电子制动控制模块，用于将所述监控信号反馈至所述用户终端和/或所述电子制动控制模块，并接收所述用户终端和/或所述电子制动控制模块的控制指令，控制所述气源控制装置、所述间隙调整装置动作。