阅读说明：本技术 一种多功能轨道交通刹车制动系统及方法 (Multifunctional rail transit brake system and method ) 是由 孙永武 柴正均 彭龙虎 申朝震 丁敏 李建辉 王娟 赵喜庆 何春岩 李海东 杨维 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：一种多功能轨道交通刹车制动系统及方法,属于轨道交通领域。启动制动刹车系统,控制器控制液压缸的油压增加来推动液压缸伸缩轴,油压作用下刹车片与铁轨达到一定的压力并产生摩擦来实现制动停车。当传感器检测刹车片与铁轨达到一定的压力时,传感器反馈信息到控制器,控制器控制液压缸的油压保持不变。关闭制动刹车系统之后刹车片自动复位。混合动力梯车两侧的卡轨轮与铁轨的紧密接触,随着混合动力梯车行驶卡轨轮自行转动,保证混合动力梯车能够抵抗侧移和倾覆的同时减小与轨道的摩擦。此外,混合动力梯车的轮缘在一定程度上也有预防混合动力梯车侧移和倾覆的作用。(A multifunctional rail transit brake system and a method belong to the field of rail transit. And starting the brake system, controlling the oil pressure of the hydraulic cylinder to increase by the controller to push the telescopic shaft of the hydraulic cylinder, and realizing brake parking by the brake pad and the rail reaching a certain pressure and generating friction under the action of the oil pressure. When the sensor detects that the brake pad and the rail reach a certain pressure, the sensor feeds back information to the controller, and the controller controls the oil pressure of the hydraulic cylinder to keep unchanged. The brake pad automatically resets after the brake system is turned off. The clamping rail wheels on the two sides of the hybrid power ladder car are in close contact with the rails, and rotate automatically along with the running of the hybrid power ladder car, so that the friction between the hybrid power ladder car and the rails is reduced while the hybrid power ladder car can resist lateral movement and overturning. In addition, the wheel rim of the hybrid ladder vehicle also has the function of preventing the hybrid ladder vehicle from side shifting and overturning to a certain extent.)

一种多功能轨道交通刹车制动系统及方法

技术领域

本发明涉及一种多功能轨道交通刹车制动系统及方法，具有刹车制动及系统防倾覆等功能，适用于各种轨道交通工具的制动刹车系统，属于轨道交通领域。

背景技术

目前国内外轨道交通工具的刹车装置主要采用安装于车辆两侧的车轮上刹车片进行制动，用于运行中根据需要控制交通工具的行驶速度和进行制动，当轨道类交通工具行驶速度较快时，在转弯处会产生离心力，严重时容易发生车辆侧向滑移或倾覆。

传统轨道交通的制动刹车系统的工作原理是在车轮垂直方向上施加正向压力，控制刹车片与车轮之间的摩擦力大小，消耗车辆的动能来实现控制车辆的行驶速度，实现紧急制动刹车等。这样的刹车系统往往对车轮轮盘的磨损较为严重，而且与轨道交通工具的轮盘摩擦也会产生热量，影响车轮的使用寿命。此外，随着刹车片磨损变薄，制动刹车装置的制动效果也随着显著降低，短时间内需要更换刹车片，刹车片的利用效率也较低。

在轨道交通工具的行使过程中防止车子脱轨和科学准确制动是学者研究和工程应用中亟待解决必要的问题，以往的轨道交通工具常采用凸起的车轮轮缘，依靠轮缘与轨道之间的横向相互作用来实现预防车子的出轨问题。这种方法虽取得了较好的效果，但仍然理论和方法措施有待创新，开展新型轨道制动装置的开发对于轨道交通工具的安全运行具有重大的理论的意义和应用价值。

发明内容

本发明提供了一种多功能轨道交通刹车制动系统及方法，克服了目前轨道交通类制动装置存在的制动刹车系统缺陷和抗倾覆控制技术等难点问题，并以本装置在轨道检查的混合动力梯车中的应用为例来介绍本发明的发明内容和使用方法。

本发明主要包括三部分：抗倾覆系统、轨道交通系统和制动刹车系统。具体的组成包括：

抗倾覆系统包括：卡轨轮(1.1)、卡轨轮轴(1.2)、连接器(1.3)、轴承顶套(1.4)，螺栓(1.5)。

轨道交通系统包括：车轮(2.1)、轮缘(2.2)、车轴(2.3)、铁轨(2.4)。

制动刹车系统包括：液压缸固定器(3.1)、连接轴(3.2)、液压缸(3.3)、液压缸伸缩轴(3.4)、刹车片(3.5)、传感器(3.6)、导线或无线遥控器(3.7)、控制器(3.8)。

连接器(1.3)包括：弹簧(1.3.1)、连接杆(1.3.2)。

液压缸伸缩轴(3.4)包括：伸缩轴(3.4.1)、内卡片(3.4.2)、调节螺母(3.4.3)。

抗倾覆系和制动刹车系统采用合适的螺栓安装于车轴合理的位置，抗倾覆系统可实现自动工作，制动刹车系统在操作人员的控制下完成制动刹车工作。抗倾覆系统和制动刹车系统的具体组成如下：

抗倾覆系统：抗倾覆系统在整个制动刹车装置中主要用于加强混合动力梯车与铁轨(2.4)的侧向接触，防止轮缘(2.2)提供的横向约束不足而产生向外的测向滑移和倾覆；卡轨轮(1.1)安装于混合动力梯车上，置于铁轨(2.4)的外侧，卡轨轮(1.1)与铁轨(2.4)外侧的凹槽上侧面紧密接触，且可随着混合动力梯车的行驶自由转动；连接器(1.3)包括弹簧(1.3.1)、连接厚铁片(1.3.2)，沿连接厚铁片(1.3.2)长度方向设有竖向凹槽，竖向凹槽的两端为半圆柱结构，弹簧(1.3.1)沿竖直方向置于连接厚铁片(1.3.2)的竖向凹槽中，弹簧(1.3.1)可在竖向凹槽中沿竖直方向自由伸缩且不能脱离长条孔；卡轨轮(1.1)安装于混合动力梯车上采用的方案：卡轨轮(1.1)与卡轨轮轴(1.2)一端同轴固定连接，卡轨轮轴(1.2)的另一端置于连接厚铁片(1.3.2)竖向凹槽的槽底端与弹簧(1.3.1)的一端固定连接，卡轨轮轴(1.2)的另一端可在连接厚铁片(1.3.2)竖向凹槽内在竖直方向自由震动，卡轨轮轴(1.2)轴向为水平方向；车轴(2.3)穿过连接厚铁片(1.3.2)竖向凹槽的槽上端且利用螺栓(1.5)与连接厚铁片(1.3.2)固定在一起；轴承顶套(1.4)安装于连接器(1.3)和车轮(2.1)之间，防止车轮(2.1)与和连接器(1.3)直接摩擦；

轨道交通系统：车轴(2.3)水平，车轮(2.1)同轴固定到车轴(2.3)上，铁轨(2.4)正上方支撑车轮(2.1)，车轮(2.1)一端边设有轮缘(2.2)，轮缘(2.2)平行贴于铁轨(2.4)的内侧上部且之间具有空隙，轮缘(2.2)、轴承顶套(1.4)分别位于车轮(2.1)的两端部；

制动刹车系统：液压缸固定器(3.1)固定到车轴(2.3)上，液压缸(3.3)通过连接轴(3.2)与液压缸固定器(3.1)固定连接，液压缸伸缩轴(3.4)的一端与液压缸(3.3)固定连接，液压缸伸缩轴(3.4)的另一端与刹车片(3.5)固定连接，液压缸伸缩轴(3.4)与车轴(2.3)平行，且可水平左右伸缩；刹车片(3.5)与铁轨(2.4)内侧面的凹槽水平相对应，且能够与铁轨(2.4)内侧面凹槽上下相贴合匹配；液压缸(3.3)设有传感器(3.6)，传感器(3.6)通过导线或无线遥控器(3.7)与控制器(3.8)连接。

优选刹车片(3.5)锥面结构，端部为小端面指向铁轨(2.4)内侧面的凹槽。

传感器为压力传感器。

本发明的原理是在需要刹车时，启动制动刹车系统，控制器(3.8)控制液压缸(3.3)的油压增加来推动液压缸伸缩轴(3.4)，油压作用下刹车片(3.5)与铁轨(2.4)达到一定的压力并产生摩擦来实现制动停车。当传感器(3.6)检测刹车片(3.5)与铁轨(2.4)达到一定的压力时，传感器(3.6)反馈信息到控制器(3.8)，控制器(3.8)控制液压缸(3.3)的油压保持不变。关闭制动刹车系统之后刹车片自动复位。混合动力梯车两侧的卡轨轮(1.1)与铁轨(2.4)的紧密接触，随着混合动力梯车行驶卡轨轮(1.1)自行转动，保证混合动力梯车能够抵抗侧移和倾覆的同时减小与轨道的摩擦。此外，混合动力梯车的轮缘(2.2)在一定程度上也有预防混合动力梯车侧移和倾覆的作用。

卡轨轮轴(1.2)和连接器(1.3)中的弹簧(1.3.1)连接，利用螺栓(1.5)加以固定，卡轨轮轴(1.2)与弹簧(1.3.1)不可以发生分离。卡轨轮(1.1)利用螺栓(1.5)连接在卡轨轮轴(1.2)上，同时保证卡轨轮(1.1)与铁轨(2.4)能够紧密贴合，梯车行驶中卡轨轮(1.1)可以自行转动。连接器(1.3)的连接厚铁片(1.3.2)利用螺栓(1.5)固定于车轴(2.3)上，保证连接厚铁片(1.3.2)和车轴(2.3)之间不发生相对移动和转动连接器(1.3)的弹簧(1.3.1)固定于车轴(2.3)的下方，与车轴(2.3)不可分离。连接厚铁片(1.3.2)中央设置放置弹簧(1.3.1)的竖向凹槽，保证弹簧(1.3.1)只能在凹槽内发生竖向伸缩，达到约束卡轨轮轴(1.2)只能在连接器(1.3)上竖向发生一定范围内的位移的目的，两者之间不发生水平移动和相对转动。当铁轨(2.4)的有横(纵)曲线变化时，弹簧自动调节长度来实现卡轨轮(1.1)上下移动，以实现卡轨轮(1.1)与铁轨(2.4)紧密接触，防止系统抗倾覆。

制动刹车系统：制动刹车系统主要用于车辆的制动刹车，是预防危险、实现车辆紧急停止的主要手段。刹车片(3.5)是刹车制动的主要部件，需要制动刹车时，启动制动刹车系统，刹车片(3.5)与铁轨(2.4)相接触，利用刹车片(3.5)与铁轨(2.4)摩擦来达到混合动力梯车的制动的效果。液压缸伸缩轴(3.4)包括伸缩轴(3.4.1)、内卡片(3.4.2)和调节螺母(3.4.3)，伸缩轴(3.4.1)直接穿过刹车片(3.5)的中心，调节螺母(3.4.3)和内卡片(3.4.2)位于刹车片(3.5)的两侧用于固定刹车片(3.5)，且调节螺母(3.4.3)位于伸缩轴(3.4.1)的端部。液压缸伸缩轴(3.4)的伸缩轴(3.4.1)直接控制刹车片(3.5)的位置，内卡片(3.4.2)和调节螺母(3.4.3)用于固定刹车片(3.5)的位置。刹车片(3.5)采用螺栓(1.5)与内卡片(3.4.2)连接，内卡片(3.4.2)与伸缩轴刚性连接，保证刹车片(3.5)不发生移动和转动。调节螺母(3.4.3)固定于刹车片(3.5)的外侧，阻止刹车片(3.5)向外发生移动，加强刹车片(3.5)的固定效果，保证刹车片(3.5)与液压缸伸缩轴(3.4)二者不发生相对移动和转动。液压缸(3.3)用于控制制动刹车系统中的油压，控制器(3.8)用于控制液压缸(3.3)达到提前设定好的固定压力值。液压缸(3.3)和控制器(3.8)利用导线(3.7)连接，控制器(3.8)在制动刹车系统启动后直接控制液压缸(3.3)的油压增加，在油压作用下刹车片(3.5)与铁轨(2.4)产生摩擦来实现制动停车。传感器(3.6)安装在液压缸(3.3)上，用以检测液压缸(3.3)中的油压。传感器(3.6)和控制器(3.8)利用导线(3.7)连接，传感器(3.6)通过导线(3.7)反馈信息到控制器(3.8)。当传感器(3.6)检测到刹车片(3.5)与铁轨(2.4)之间达到控制器(3.8)所设定的压力时，控制器(3.8)将控制液压缸(3.3)中的油压不再变化。制动刹车系统关闭后，控制器(3.8)控制刹车片(3.5)自动复位；正常使用过程中，刹车片(3.5)磨损变薄会影响制动刹车的效果。当无法达到提前设好的固定压力值时，传感器(3.6)向控制器(3.8)反馈液压缸(3.3)中的油压值没有达到控制器(3.8)所设定的压力值，控制器(3.8)控制液压缸(3.3)油压继续增大，直至达到提前设定的固定压力值，确保制动刹车的效果。为避免刹车片(3.5)磨损至一定程度时，伸缩轴(3.4)与铁轨(2.4)产生摩擦，伸缩轴(3.4)长度控制在一定范围内，保证刹车片(3.5)磨损至更换程度时，伸缩轴(3.4)无法继续伸长，仍然与铁轨(2.4)保持合适的距离。控制器(3.8)连接报警系统，当伸缩轴(3.4)无法伸长时，传感器(3.6)检测到液压缸(3.3)压力不足反馈到控制器(3.8)时，控制器(3.8)引发报警系统，提醒更换刹车片(3.5)。更换刹车片(3.5)时，手动控制液压缸(3.3)，使伸缩轴(3.4)收缩来人工更换刹车片(3.5)。液压缸(3.3)控制液压缸伸缩轴(3.4)来控制刹车片(3.5)的位置，实现制动刹车。连接轴(3.2)用于固定液压缸(3.3)的位置，保证液压缸(3.3)的位置不发生变化。液压缸固定器(3.1)、连接轴(3.2)、液压缸(3.3)采用高强度的螺栓(1.5)连接，保证液压缸固定器(3.1)、连接轴(3.2)、液压缸(3.3)不发生相对移动和转动。整个制动装置通过液压缸固定器(3.1)将固定于车轴(2.3)上的合适位置，使得系统在非工作状态下，刹车片(3.5)与铁轨(2.4)保持一定的距离，在工作状态下可以有效实现制动刹车。在整个制动刹车系统工作时要保证制动刹车系统与车轴(2.3)不发生位移与旋转。

本发明中的制动装置能有效预防混合动力梯车在弯道(曲线)处的发生倾覆风险，通过刹车片(3.5)与铁轨(2.4)的摩擦可以实现制动停车，同时有效减少了刹车片(3.5)与车轮(2.1)的摩擦对车轮(2.1)造成的损坏。本发明可用于梯车等轨道交通工具的制动刹车装置。

本发明包括但不限于以上内容。

附图说明

图1为刹车装置总体示意图；

图2为防倾覆系统部分的构造示意图；

图3为连接器细部连接示意图；

图4为制动刹车系统部分的构造示意图；

图5为液压缸伸缩轴的构造示意图。

1、抗倾覆系统：1.1、卡轨轮；1.2、卡轨轮轴；1.3、连接器；1.4、轴承顶套；螺栓1.5。

2、轨道交通系统：2.1、车轮；2.2、轮缘；2.3、车轴；2.4、铁轨。

3、制动刹车系统：3.1、液压缸固定器；3.2、连接轴；3.3、液压缸；3.4、液压缸伸缩轴；3.5、刹车片；3.6、传感器；3.7、导线；3.8、控制器。

其中：

1.3、连接器包括：1.3.1、弹簧；1.3.2、连接厚铁片。

3.4、液压缸伸缩轴包括：3.4.1、伸缩轴；3.4.2、内卡片；3.4.3、调节螺母。

具体实施方式

本发明提供新型的轨道刹车装置及方法，克服了目前轨道交通类制动装置存在的制动缺陷和控制难点问题。本发明可以广泛的应用于轨道类的工具的制动刹车系统，此处以本装置在轨道系统检查所使用混合动力梯车中的应用为例来介绍本发明的具体实施方案。

本发明利用刹车片3.5与铁轨2.4的摩擦来实现制动停车，减少刹车片3.5对车轮2.1的磨损；利用混合动力梯车两侧的卡轨轮1.1实现混合动力梯车与铁轨2.4的连接，从而防止混合动力梯车能够发生倾覆或侧移。具体的工作部分包括抗倾覆系统和制动刹车系统两个部分。两个部分的具体实施过程如下：

抗倾覆系统的安装：

本发明所提供的抗倾覆系统安装在混合动力梯车的车轮2.1外侧车轴2.3上，卡轨轮轴1.2和连接器1.3中的弹簧1.3.1连接，利用螺栓1.5加以固定，卡轨轮轴1.2与弹簧1.3.1不可以发生分离，保证整个装置工作过程中卡轨轮轴1.2和连接器1.3不发生相对转动。卡轨轮1.1利用螺栓1.5连接在卡轨轮轴1.2上，随着梯车的行驶卡轨轮1.1与铁轨2.4接触可以自行转动。在连接器1.3和车轮2.1中间要安装轴承顶套1.4，用于防止车轮2.1与和连接器1.3之间的摩擦。连接厚铁片1.3.2和车轴2.3利用适当的螺栓1.5连接起来，保证连接厚铁片1.3.2和车轴2.3之间不发生相对移动和转动。连接器1.3的弹簧1.3.1固定于车轴2.3的下方，与车轴2.3不可分离。连接厚铁片1.3.2中央设置安放弹簧1.3.1的竖向凹槽，保证弹簧1.3.1只能在凹槽内发生竖向伸缩，约束卡轨轮轴1.2只能在连接器1.3上竖向发生一定范围内的位移，不发生水平移动和相对转动。当铁轨2.4的有横纵曲线变化时，连接器1.3中的弹簧1.3.1可以发生竖向伸缩，可以根据铁轨2.4的变化自动调节自身长度。卡轨轮1.1与连接器1.3中的弹簧1.3.1连接，既要保证卡轨轮1.1与铁轨2.4紧密相接，又要保证铁轨2.4高度发生变化时卡轨轮1.1的位置可以发生少许上下移动。

制动刹车系统3的安装：

将刹车片3.5采用合适数量的螺栓1.5与内卡片3.4.2连接，内卡片3.4.2与伸缩轴3.4.1采用刚性连接，保证刹车片3.5与液压缸伸缩轴3.4二者不发生相对错动和转动。调节螺母3.4.3固定于刹车片3.5的外侧，阻止刹车片3.5向外发生移动，加强刹车片3.5的固定效果，此外也便于更换刹车片3.5。伸缩轴3.4.1直接控制刹车片3.5的位置来实现混合动力梯车的制动刹车。传感器3.6和控制器3.8固定于液压缸3.3上，利用导线3.7连接传感器3.6和控制器3.8，传感器3.6检测液压缸3.3的油压并反馈给控制器3.8，控制器3.8通过控制液压缸3.3的油压达到固定值来控制伸缩轴3.4.1的伸缩长度，保证制动刹车的效果。连接轴3.2与液压缸固定器3.1和液压缸3.3采用一定数量的螺栓1.5连接，保证连接轴3.2与液压缸固定器3.1和液压缸3.3不发生相对移动和转动。液压缸3.3的位置要保证刹车片3.5与铁轨2.4之间有合适的距离，避免影响制动刹车的效果和在正常情况下铁轨2.4与刹车片3.5发生磨损。利用液压缸固定器3.1将制动刹车系统固定于车轴2.3上，保证制动刹车系统工作时液压缸3.3相对于车轴2.3不发生位移。

抗倾覆系统工作过程：

抗倾覆系统的工作不需要人工操作，整个装置可实现自动预防风险发生。在整个装置的安装时需要按照梯车的大小采用合适强度的螺栓1.5，保证连接器1.3与卡轨轮1.1、车轴2.3的连接强度，使卡轨轮1.1与铁轨2.4紧密接触。在行驶过程中遇到弯道时，混合动力梯车一旦产生侧向滑移或离心运动的趋势，内侧轨道的卡轨轮1.1自动阻止混合动力梯车侧向滑移或倾覆。此外，连接器1.3中安装有弹簧1.3.1，当铁轨2.4的有横纵曲线变化时，连接器1.3内的弹簧1.3.1的长度可以自动调节解决铁轨2.4不平的问题，同时遇到障碍物时，抗倾覆系统同样还有抵抗混合动力梯车倾覆的作用。

制动刹车系统工作过程：

混合动力梯车在正常运行过程中，遇到需要减速或停车的情况，制动刹车系统3通过操控开关控制，当开关打开时，控制器3.8控制液压缸3.3中的油压值增大，推动液压缸伸缩轴3.4伸出而实现刹车片3.5与铁轨2.4的摩擦，达到制动刹车的目的。传感器3.6检测液压缸3.3的压力是否达到控制器3.8设定的固定值，将检测的数据通过导线3.7反馈到控制器3.8，控制器3.8来进一步调整液压缸3.3的压力，保证刹车片3.5与铁轨2.4之间的压力达到控制器3.8的设定值，达到制动刹车的效果。对于长期使用过程中，刹车片3.5长时间发生磨损而变薄，从而影响制动刹车系统3的制动效果的问题，控制器3.8通过控制液压缸3.3油压达到控制器3.8的设定值而解决，仍然有良好的制动刹车效果。伸缩轴3.4拥有合适的长度，刹车片3.5磨损至一定程度时，伸缩轴3.4无法继续伸长，仍然与铁轨2.4保持合适的距离。此时传感器3.6检测到液压缸3.3油压不足反馈到控制器3.8，控制器3.8引发报警系统，提醒更换刹车片3.5。更换刹车片3.5时，手动控制液压缸3.3，使伸缩轴3.4收缩来人工更换刹车片3.5。

安装制动刹车系统3时，在车轴2.3上选择合适的位置将其固定，保证伸缩轴3.4拥有的长度范围内，既能达到较好的刹车效果，又能保证刹车片3.5磨损至更换程度时，伸缩轴3.4端部仍然与铁轨2.4保持合适的距离。伸缩轴3.4拥有固定的长度，当刹车片3.5磨损至一定程度时，由于伸缩轴3.4无法继续伸长，刹车片3.5与铁轨2.4之间的压力达不到控制器3.8的设定值，此时传感器3.6检测到液压缸3.3油压不足反馈到控制器3.8，控制器3.8引发报警系统，提醒更换刹车片3.5。更换刹车片3.5时，手动控制液压缸3.3，使伸缩轴3.4收缩来人工更换刹车片3.5。

液压缸伸缩轴包括：伸缩轴、内卡片、调节螺母。

本发明的制动刹车装置采用一种全新的制动刹车装置和制动方法，不仅能用于多种轨道列车的制动刹车，而且能做到有效的防止列车侧向滑移和倾覆的效果。实践试用中表明，此装置能够实现列车的有效制动，防止列车发生侧移和倾覆的风险。