专利名称：货运列车制动系统的制动压力分级缓解的气动控制装置及方法
技术领域：
本申请总体上涉及货运列车制动控制系统，尤其涉及一种对货运列车制动控制系统中的制动缸压力进行分级缓解的气动控制装置和方法。
背景技术：
传统的货运列车制动系统由气动控制阀进行控制，由压力流体对列车每节车厢的制动效能进行控制。一个或多个机车与各节车厢通过一个制动管相互连接，制动管从机车上的主储气罐向每节车厢的储气罐提供压力流体。在标准的气动货运制动系统中，每节车厢上有一个车载储气罐，典型的储气罐分成紧急制动单元和辅助制动单元两部分，它们通过制动管、气动控制阀(PCV)及制动缸流体压力触发装置进行充压。气动控制阀选择性地将制动管、每个储气罐单元、制动缸装置和大气相连通。气动控制阀通过控制压力流体在制动缸与储气罐、大气之间的连通关系来对制动工作进行控制。气动控制阀的工作由司机在机车通过调节制动管中的压力进行控制。基本来讲，制动管中压力减少的信号会通知气动控制阀使压力流体从储气罐进入制动缸装置以进行制动。相反地，制动管中压力增加的信号会使得气动控制阀将制动缸与大气连通以缓解制动压力。
总体上，已经证明采用气动控制阀的传统气动制动系统是十分安全可靠的系统。但是，气动控制阀控制系统存在两个缺点压力的变化从机车传至所有车厢—或许是成百个车厢需要一段时间。因此，每节车厢上的气动控制阀检测到压力发生改变是顺序的，这样，每节车厢就是顺序制动的，而不是同时制动的。靠近机车的车厢上的气动控制阀可以很快检测到压力的改变，因而，这些车厢将会比后面的车厢提前制动。
另一个缺点是一旦施加了制动，缓解制动力的唯一方法是将制动缸与大气连通，使压力完全从制动缸释放出来。换句话说，制动缸的压力不能部分地减少。或者是保持全部的制动力、或者是缓解全部的制动力。而且，一旦制动缸的压力被缓解，当需要重新制动时，就要在制动管和储气罐中充压，这也需要时间。
现有技术中使用了带有ABDW、ABDX型装备的保压阀装置，ABDX型在直接缓解压力时能保持制动缸中的一部分压力。
新近研制的一种货运列车制动控制系统是电控气动(ECP)制动控制系统。在通常的ECP系统中，每节车厢上除了设置控制制动缸和储气罐或大气之间的压力交换的电磁线圈阀外，还都同时设置了一个电子控制器(EC)，其基本上取代了PCV的功能。这样，该EC可直接控制制动缸，可被称为制动缸控制(BCC)型ECP系统。
最初，这种BCC型ECP系统是作为传统气动系统的一个冗余系统进行测试的，而PCV的功能则作为制动控制装置的备份。然而，所有的电子BCC型ECP制动控制系统都正被安装使用着，且美国铁路协会(American Association ofRailroads，AAR)正在推进关于这种ECP系统的最少设备和最低工作条件具体要求的制定工作。
BCC型系统的一个优点是EC从机车获得电子信号，而对制动缸装置进行操纵的。这样，制动信号基本上可以即时传播，每节车厢上的制动实际上可以同时进行。另一个优点是由于电磁阀不必将制动缸压力完全缓解成大气压力，可以部分缓解制动缸中的压力，所以制动缸的压力可以调节。因此，司机可以根据需要适当增加或减少制动力来向EC发出指令。
但是，BCC型系统的一个不利条件是安装这样一个ECP系统的成本。例如，AAR制定的最低要求包括且不论其它的要求，机车上必须要有一个2500W的电源、一条230V的列车风管直流电缆以及每节车厢上一个带有电池作为备用电源的通信设备。这些要求显著地增加了成本因素。
发明内容
因此，需要一种能够提供气动控制地逐步缓解制动缸压力、以具有ECP系统分级缓解压力的优点、且不需要相关电子设备和成本的装置。
根据本发明的分级缓解阀(RGV)最好与气动控制阀制成一体，其中的气动控制阀例如是用在传统气动制动货运列车或具有类似装备的专列货车的车厢上的其它标准ABDX、或ABDX-L阀。
在货运列车的通常工作中，RGV进行直接缓解时必须与列车上所有其他车厢一致，而这些其它车厢的一些或大部分都未装备RGV。因此，RGV最好包括一个转换阀部分，用来在分级缓解方式和直接缓解方式之间进行选择转换。
在传统的直接缓解方式中，转换阀将RGV的分级缓解部分隔离，以便允许PCV以传统的方式缓解制动缸的压力。在分级缓解方式中，转换阀接入了一个配压阀部分，它基本与制动管中压力降低成比例地缓解制动缸中的压力。
转换阀可以响应于次级列车风管中的压力选择性地动作，其中的次级列车风管例如为一个由远端气源提供压力流体的主储气管。作为选择，转换阀也可以响应于制动管的压力进行动作，这样就不需要设置次级列车风管。在这种情况下，可另外设置一个制动管传感器阀部分，以控制RGV的动作。
作为可转换操作结构的一种替换方案，RGV也能设计成“固定”形式。固定RGV就是没有允许可选成直接缓解的转换阀部分的结构。这样，制动缸的压力可以一贯地按逐级方式进行缓解。
无论如何，可转换操作的RGV是目前更提倡的类型。任何装有可转换操作RGV的车厢都可以通过转换操作、设备定位操作而用在标准车厢(未装备RGV)的列车上，而不经过特定的操纵过程、在任何工作中都简单地充分且最经济地利用车厢也是合适的。
在由装备条件类似的这种车厢组成的专列货车上，各节车厢的分级缓解操作有几点好处，这大概是“固定”式RGV的一种应用。例如，在列车下坡需要减速至某一车速时，为了更多地利用动力制动使列车减速，部分缓解制动压力可以减少摩擦制动，这样有利于减少摩擦制动瓦的磨损。另外，分级缓解制动可以对列车的串动提供更加稳定的控制，减少车厢之间的作用力及因此而引起的损坏。特别是将列车牵引通过一沉降路段时情况更是这样。而且，可以节省压缩空气和机车燃料。该效果是由于减少了在起伏路段的制动；并避免了对列车进行不必要的减速或为避免缓解制动而施加无用的动力制动。这种情况发生在列车减速至所需的车速之下、但是火车司机知道在前方的下坡处需要更进一步制动的情况下。完全缓解制动因可实施分级缓解而成为不必要的了，因此节省了在更大下坡时进行更高程度的再次制动所消耗的压缩空气和时间。此处所述的装有分级缓解阀车厢的专列货车能够利用分级缓解特性提供改进的制动性能。
本发明更详细的内容、目的和益处通过下面的详细描述和关于某些实施例的附图将变得很清楚。
参考下面的附图和详细描述可以更充分地理解本发明，其中附图1是现有技术的货运列车气动制动系统的示意图；附图2是货运列车气动制动系统和一个ECP组合结构的示意图，其中ECP是附图1中所示传统气动制动系统的冗余系统；附图3是现有技术中完全由ECP控制的直接控制制动缸的货运列车制动系统示意图；附图4是带有分级缓解阀的图1所示气动制动系统的示意图；附图5示出了可转换操作的分级缓解阀的一个实施例；附图6示出了附图5所示的实施例在分级缓解位置时的情况；附图7示出了可转换操作的分级缓解阀的另一种实施例；附图8示出了附图5所示实施例在直接缓解位置和带有制动管传感器阀时的情况；附图9示出了附图8中的传感器阀在临界位置时的情况；附图10示出了附图9中传感器阀将转换阀改变到分级缓解位置的情况；附图11示出了“固定”式分级缓解阀的一个实施例；附图12是制动缸压力对时间的变化关系图，该图示出了分级缓解阀所能实现的制动控制类型；附图13是制动缸压力对时间的变化图，该图示出了用传统制动系统实现的制动控制；附图14示出了用来操纵连接分级缓解阀与ABD型气动阀的连接盘的一个实施例。
具体实施例方式
为了帮助理解本发明的优选实施例，首先描述附图1和2所示现有技术的货运列车制动控制系统将是有帮助的。
附图1中示出了一种传统的货运列车气动操作制动控制系统，其中例如为ABDX、ABDW或DB-60型的气动控制阀10(PCV)与制动管13(BP)、辅助储气罐(AUX)15和紧急储气罐(EMER)17连接。每个储气罐通常由BP13通过PCV中的辅助部分11和紧急部分12提供压力流体进行充压。PCV10还与流体压力触发的制动缸装置(BC)19相连，该装置使制动瓦与车轮摩擦控制车速。PCV10还有一个用来将BC19连通大气的排气部分21。作为选择，PCV10可以连接到一个保持器(RET)23上，通过该保持器可以按限定的速度将制动缸的气压缓解到大气中。
在工作中，PCV10检测制动管中压力的变化，基于这样的压力变化，或者用来自两个储气罐15、17或其中之一的流体增加制动缸的压力，或者排出制动缸19的压力缓解制动。按照惯例，制动管中的压力减少会指令控制PCV10根据制动管中的压力减少成比例施加制动，而制动管中的压力增加超过预定的最小设定值是连通BC将制动完全缓解的信号。
附图2中示出了现有技术中组合ECP和货运列车气动制动控制系统，该系统带有一个电子控制器(EC)25，它与一对用来控制压力流体从储气罐到制动缸19供应以施加制动的电磁动作执行阀(APPS、APPE)27、29一道连接AUX储气罐15和EMER储气罐17。EC25还与电磁动作缓解阀(SOL REL)27相连接，该阀能够将制动缸19与大气连通。如附图1中所示，也可设置RET23。
在该系统中，PCV10作为制动控制装置的备份，而EC25通常直接控制制动缸的压力。由于AUX储气罐15和EMER储气罐17从制动管13直接充入压力流体，在每个储气罐和BP13之间可提供逆止阀33。本领域中的技术人员知道防止从储气罐到制动管的回流也可以采用其他方式。
EC25通过一个压力传感器(P)35能检测制动缸的压力。在操作中，EC25能从指示施加或缓解制动的机车接收电子指令信号(CS)26。制动增加或减少的程度能被CS26和/或BP13传递。在一些安装位置的BP13(未示出)将制动指令传递给PCV10，这样，在有ECP系统的任何情况下，PCV10都能操作制动。在通常的情况下，为了施加制动，EC25可以驱动执行阀27、29或两者之一，将压力流体从储气罐供至BC19。EC25可以控制BC19中压力的缓解，提供内部压力减少(分级缓解)，而不是像传统的气动系统那样，完全缓解制动缸。
附图3示出了一个完全ECP制动控制系统，除了没有应用PCV10，该系统与附图2中所示的ECP系统相似。在这种系统中，有两个理由促使使用单个的单元储气罐14。首先，PCV10需要分开的AUX储气罐15和EM储气罐17进行操作。没有PCV10，双储气罐就不需要了。而且，在完全ECP系统中，由于所有的制动指令都是通过CS26传送到EC25的，BP13中的压力始终保持全压。另外，由于使用单储气罐，仅仅需要一个执行阀(APPN)28。类似于附图2的ECP系统，该ECP系统是其中EC25能直接控制BC19的压力的BCC型。同样，EC25也能提供制动压力的分级缓解。
在附图1中所示的控制货运列车气动制动系统中，制动功能由PCV10完成，无论何时信号通知制动缓解(受保持系统的限制)，BC19的压力将完全缓解。明显的缺点是，制动不能部分减少，只能完全缓解。如果制动力使列车减速过多，司机只能有两个选择完全缓解制动或使用动力制动。完全缓解制动意味着缓解制动后、在制动管和储气罐完全充满之前会有一段时间，而在这段时间内需要有适当的制动力。在第二种情况下，动力制动的效率很低并造成浪费。动力制动是在司机保持制动状态，同时施加动力增加列车速度抵抗制动。这明显是一个不需要的程序，然而这可能是唯一的选择。例如，当列车减速过多而司机知道，在再次需要制动之前没有足够的时间使制动管和储气罐充满时。
现在参见附图4，分级缓解的优点可以通过使用气动作用分级缓解阀(RGV)40得以实现。根据本发明，RGV40可以与货运列车制动控制系统相结合，通过将RGV40简单地连接到如附图1所示的PCV10。这样，无论何时信号通知缓解制动，PCV10通过RGV40释放制动压力，RGV40以逐级方式将制动压力缓解到大气中。
RGV40可以设计成连续操作或转换操作的。目前，可转换执行的RGV41、43的优选实施例在附图5-10中示出。连续分级缓解式的“固定”RGV45的优选实施例在附图11中示出。不同的实施例将在下面与相应的附图结合进行更充分的描述。
可转换执行的RGV41、43目前能以几种优选的方式操作。第一种方式是，专列货车上的车厢可以装备前述的铁路的AP37。配压阀42中将被转换阀44所调控，转换阀的动作响应于AP37中的压力变化的。这样，就不需要BPS阀了。
作为选择，专列货车可以装第二个机车或位于列车后部用无线或直接用电线来控制的压缩空气车，以提高制动管压力，如同现有的遥控机车那样。RGV41包括用来操作转换阀44调控配压阀42的BPS阀90。额外的压缩空气源将允许BP13的压力信号更快地传播，而且，RGV41、43提供的分级缓解将改进制动控制和动力制动的利用。在这种情况下，不必要有列车风管AP37。
同刚刚描述的转换情况相似的另一种选择是在专列货车足够短的情况下，不需要额外的机车或压缩车在远离前部机车的位置提供对BP13的控制。RGV41可以通过前述的BPS阀被BP13操作。虽然BP13的信号传播不很快，但是RGV41仍然能提供制动的平稳缓解及动力制动更好的利用。
使RGV40起动的另一个选择是利用制动管控制单元(BPCU)，其在沿着BP13的多个远离机车的选择位置上连接着的电控装置。BPCU包括电磁阀，用来响应于CS26局部调节制动管压力以加速信号从BP13到每节车厢PCV10传播速度。BPCU可以与AP37一起使用或者如前所述只与BP13一起使用。好处就是BP19的信号传播得非常快，使得每节车厢由PCV10操作的制动更迅速、与列车上其他车厢的制动更一致。简单地说，每个BPCU装置有电磁阀或控制电磁阀，响应制动施加指令将一定量的压力从BP13排出或响应制动缓解指令向BP13加压。在该系统中，多个远程BPCU沿着专列货车在间隔的位置与BP13相连。每个BPCU在其沿着BP13的位置上接收从机车来的电指令信号CS，减少或增加BP13的压力。这样，BP13的信号比独立传播的速度快得多地传遍整个列车。由于BP13的压力—与制动缸的压力相反地受到控制，因此这种类型的系统被称作制动管控制(BPC)型ECP系统。BCC基本上是电子辅助的气动控制系统，它能准确地完成BCC型ECP系统快速而统一的制动请求。重要的是，BPC系统仍然使用目前所有的货运列车上都有、并已经证明是可靠而通用的PCV10。而且，RGV40的使用，提供了进一步的制动压力分级缓解特性，更增强了BPC系统。因此，BCC系统基本上是在传统的气动系统增加BPCUs，并利用一个RGV40提供几乎与BCC型ECP系统相同的实际制动性能。此外，这种系统只需要BPCUs所需有限的电子装备。
在附图5-7所示的实施例中，RGV41、43可以选择性地安装在采用AP37的系统中。再参看附图4，由于AP37是供选择的，所以用虚线示出，或许是一个由机车提供压力流体的主储气罐管。压力的改变、特别是AP37中压力的改变超过预定值，可以用来激活RGV41、43。当AP37中的压力低于预定值时，BC19将通过PCV10以传统的方式进行缓解。
基本上，可转换操作的RGV41、43可以有两个分开的阀部分。第一部分是配压阀部分42，第二部分是转换阀部分44。如附图5-7中所示，转换阀部分44由AP37的压力激活，在分级缓解位置和直接缓解位置之间进行转换。虽然图中所示的转换阀部分44利用了一个简单的滑阀47，但其他形式的转换阀也能令人满意地使用。
在分级缓解位置，根据BP13的压力连通BC19进行缓解的过程中，转换阀44介入配压阀42控制BC19。在直接缓解位置，配压阀42与BC19分开，这样，PCV10以传统的方式控制BC19压力的缓解。
配压阀42的主要组成包括一逐级活塞60，一逐级弹簧62以及一逐级限制器64。在传统的直接缓解方式中，如图5所示，逐级活塞60在其一端68受到来自EMER储气罐17的压力，另一端66受到来自BP13的压力。除了BP13的压力，BC19的压力也可以通过制动缸在PCV10的缓解口72(见附图7)传至同一端66。在这种特别的配置中，BC19的压力，只在PCV10移动到使BC19的压力通过PCV10的缓解口72连接到配压阀42的位置时，才与逐级活塞60连通。
如图5所示，由于在AP37中没有空气，RGV41以传统的直接缓解操作方式进行配置。这允许转换滑阀47被转换弹簧压紧。在这种情况下，EMER储气罐17，如通常情况从操作部分的紧急充压部分被充满，并且在要求加速缓解时，空气可以从EMER储气罐17通过紧急充压部分流回。在配压阀42中，BP13的空气被转换滑阀47的上表面50阻塞，EMER储气罐17的空气通过转换滑阀47的上环状通路56连通到逐级活塞60的左侧66。由于EMER储气罐17的空气总在逐级活塞60的右侧，活塞60基本平衡。如图所示，逐级弹簧62使逐级限制器64离开其底座，允许操作部分的缓解口和保持管不受限制的连通，这样，要求进行制动缓解时，它将不受限制，除非由RET23以通常的方式进行限制。
当主AP37中有空气时，这种情况在附图6中示出。如图所示，AP37中的压力使转化滑阀47向上运动。在这个位置，滑阀47的上表面50打开与BP13的连接，而中间表面52切断了EMER储气罐17与逐级活塞60左侧66的连接。
因此，BP13通过滑阀47的上环状通路56与活塞的左侧连通，通过阀44的内部通路和一个控制孔70与紧急储气罐充压控制阀75的下侧相连。
最终，滑阀47的下表面54阻塞操作部分紧急储气罐充压口的连通，这样，使得EMER储气罐17在操作缓解过程中不能转储至BP13，以便允许控制分级缓解操作必需的BP13的压力进行逐级存储。
这种阻塞也会防止EMER储气罐17充压，除非阀75的充压检查允许EMER储气罐17储气罐的压力超过BP13中的压力的任何时间进行充压。
从车厢的角度来看，储气罐的充压和施加制动与传统的气动系统没有不同。但是，施加制动后进行制动缓解时，逐级隔膜65左侧66的压力比右侧68的压力低12-30帕，允许作用在隔膜65右侧68的EMER储气罐17的压力克服逐级弹簧62的力，使逐级活塞60向左并且使逐级限制器64保持在其底座上。
而在这时，由于PCV10转换至缓解位置，全部的制动缸压力连通到逐级限制器64的下侧，作用到限制器64的底座区，帮助逐级弹簧62使限制器64离开底座。底座直径、弹簧力和膜片区被选择成为使得逐级限制器64离开底座。在这种情况下，膜片的力会稍有过平衡，这样，允许限制器64抬起，稍稍减少制动缸压力，直至离开底座的力(随制动缸压力的降低而减小)刚好被逐级活塞60的力平衡，这时，逐级限制器64将落座在底座上并防止更进一步的制动缸缓解。
注意，在这种平衡条件下，逐级活塞60的轴力只受EMER储气罐17与BP13压力微分(或在制动缓解过程中获得的紧急储气罐稳态条件下，只受BP13压力)的影响。这样BP13中压力增加将减少微分值，干扰使逐级限制器64保持在底座的平衡，直至制动缸的压力再一次减少到如前述的限制器64关闭，但更低的BC19的压力。
这种动作将在整个制动缓解的过程中持续，与BP19压力的逐级升高相一致提供BC19压力的逐级减少。而且，由于最初的缓解比制动缸的压力值低5帕，这个差值将保持，完成制动压力缓解发生在BP13的压力比初始值低5-8帕时。这样可以保证每节车厢的制动管压力恢复到初始值时所有的制动将被缓解，允许在带有逐渐变细制动管的列车操作而不会阻止后部的制动。
由于一些带有这种系统的列车上有增加的制动管压力控制，后一特征在一些操作中将比其他的特征重要，将能保证可靠的制动缓解。
在附图7所示的RGV43的实施例中，BP13可以通过一对充压控制阀75、77与AUX储气罐15及EMER储气罐17相连。这就可以保证EMER储气罐17的压力总是相同或高于BP13的压力，而且AUX储气罐15在施加制动后可以更快地充压。储气罐充压控制阀75、77只允许压力流体从BP13到储气罐15、17沿着一个方向运送。每个充压控制阀75、77包括一个控制盘79、81，该盘被控制弹簧83、85偏压到BP13的通口处。控制弹簧83、85产生一定的压力差，在压力流体传送到储气罐15、17之前，BP13的压力必须克服该压力差。特别是，AUX储气罐15的控制阀77的控制弹簧85可以是变刚度的以完成其控制PCV10位置的重要功能，关于施加和缓解的模式，将与RGV43的操作相结合在下面进行更充分的描述。
如前述的RGV41、43，响应AP37中的压力和分级缓解方式中的压力，转换阀44可选择地介入配压阀42，或与之分离，将以同样的方式结合附图5-6进行描述。
逐级活塞60每侧的表面，与逐级弹簧62的刚度一起，最好设计成使得作用在逐级活塞60每侧的力在制动施加的过程中基本平衡，这样，逐级限制器64在底座中，并且无论何时BC13的压力减少制动缸中的压力也不会缓解。如前面结合现有技术所述，BP13的压力减少将信号通知PCV10施加制动。这样，当BP13的压力减少时，PCV10改变到施加位置，并从AUX储气罐15提供给BC19一定量的与BP13中的压力减少成比例的压力。由于BP13的压力已经减少，EMER储气罐17继续保持逐级限制器64关闭，这样，施加制动时没有压力缓解。而随后BP13中的压力增加将信号通知PCV10转换到缓解位置，在逐级限制器64之后连通BC19的压力。BC19的压力加到了增加的BP13的压力之上，导致作用在逐级活塞60上制动管侧68的力大于紧急储气罐侧66的力。这导致配压阀42缓解BC19中一定量的压力。BC19的压力一直被缓解到逐级活塞两侧的力再一次相同且逐级限制器64回到其关闭位置。RGV43缓解BC19的压力通常作为BP13的一个功能，因为BP13中增加的压力大约是克服EMER储气罐17打开逐级限制器64的压力差值。当从BC19中缓解了一定量的压力时，逐级活塞60保持其基本平衡的状态。如果，在BC19的压力分级缓解后，需要更高的制动力，BP13的压力可以被再次减少，以信号通知PCV10为BC19成比例地提供更多的压力。当PCV10仍然在施加模式时，BP13中压力的减少不会影响逐级活塞60，因为EMER储气罐17的压力通常仍保持恒定，且逐级限制器64仍在关闭位置，这样，BC19的压力不会缓解。因此，BC19中的压力被保持，在不需要每次从BC19排出所有压力的任何时候，允许制动以递增量减少或增加制动。
如前面提到的，关于施加和缓解模式，可以通过利用辅助储气罐控制阀77的弹簧系数，在分级缓解的过程中，对PCV10的位置进行控制。这样是由于PCV10可以被配置成，响应AUX储气罐15和BC19和/或BP13之间的压力差值，在缓解和施加模式之间转换。通常，PCV10及特别是其上的操作部分，可以通过连接BP13与AUX储气罐15防止缓解。但是，在这种情况下，制动缸缓解口必须直接连接到配压阀部分42。这种配置中RGV40的操作将在下面结合固定RGV45进行更详细的描述。另外，将结合RGV45的描述对如何利用AUX储气罐15的控制阀弹簧85的弹簧系数控制PCV10的位置进行详细的说明。
在使用远端机车或压缩单元车厢作为制动管控制增加装置的情况下，车厢上或许没有沿着列车排列的AP37来操作转换阀部分44。在这种情况下转换将受到BP13压力改变的影响，如图3和4所示，BP13将通过线14被连接到RGV40。特别地，BP13的压力高于货运列车负载压力(最大90帕)的部分可被用来信号通知车厢，转换阀部分44应当设定成分级缓解操作。
如果BP13的压力在110帕，超过临界值，譬如95至105帕，图8-10中所示的操作转换特性的压力可以被用来改变转换滑阀47到逐级位置，并且不会回到直接缓解操作位置，直至BP13的压力下降比完全操作制动所需值的大，低于临界值。
假设使用完全充满的BP13的压力110帕，完全操作平衡将发生在78.5帕，并且应当允许减少超过15帕。这样，滑阀47应当在BP13压力100帕时向上移动，并且不会向下移回，直至压力减小到低于63帕。附图8-10所示的配置可以完成这种操作。
参见附图8，配压阀部分42与转换阀部分44保持与前述结合附图5-7描述其操作的例子一样。但是，前面用到的连接AP37至滑阀47下侧的通道，在这种情况下，与制动管传感器(BPS)阀90相连。图8示出了初始充压的情况，此时上述通道先通过BPS90阀的导向轴92，进入检测弹簧94腔单元连通到大气，在图中通过上述腔单元的永久连接的排出口。
注意BP13的压力通到检测阀90，在此处压力作用在检测膜片96的右手侧，要求轴92向左抵抗预加的检测弹簧94。在100帕时，来自检测膜片96的力将克服弹簧94的力向右移动轴92，直至其端部接触止动导向98，如图9所示。
附图9示出轴92已经移动到接触止动导向98的右表面，这样阻止了至转换滑阀47底部的通道和大气的连通。任何通过止动导向98的泄漏将被止住，并将沿着上述腔单元在翻转锁定膜片100的右侧填充到该通道，该通道与上述膜片保持连通。
BP13中压力进一步稍有增加将克服导向止动弹簧102的力，并开始离开止动导向98，止动导向将引起进一步的动作。这种情况发生时，翻转锁定膜片100将增加其对检测膜片96的力，使止动导向98更加离开其底座并导致轴92快速移动至分级缓解导向位置，如图10所示。
在该位置上，BP13的空气既流向翻转锁定膜片100表面，也流向到转换滑阀47表面的通道，在转换滑阀47的表面克服转换弹簧48的力，将转换阀44变换到分级缓解位置。
如前所述，在逐级位置利用转换滑阀47是分级缓解得以实现，EMER储气罐17通过配压阀部分42的充压控制阀75进行充压，并在缓解操作无效期间将料返回BP13。
当BP13的压力在转换点已经被超过后减少时，如前简述的，必须在施加制动期间，BPS阀90将不会回到其最初的直接缓解位置。只有BP13的压力已经减少到检测膜片96与翻转锁定膜片100上力的和低于检测弹簧94预加值时，BPS阀90才能重新回到直接缓解位置。
由于翻转锁定膜片100的面积等于或大于检测膜片96的面积，作用在这对膜片上的压力必须减至50％或小于引起转换的压力值。这样如果100帕的BP13改变BPS阀90至分级缓解位置，BP13的压力将减小到50帕以下使BPS阀90重新回到直接缓解位置。由于这低于从100帕制动管而来的78帕的完全操作均衡值，见不会发生无意识地将车厢变换到直接缓解操作。而且，通过增加翻转锁定膜片100的尺寸，从分级缓解至直接缓解的转换点可以设定成所需的低值。
上述的BPS阀90可以方便地安装在操作部分和PCV10的管支架表面之间的填充片上，如图14所示。
现在，参见附图11，气动控制货运列车制动系统中设有一个持续分级缓解RGV45，该阀与可转换操作的RGVs41、43以同样的方式连接到PCV10。但是，在这种配置中，没有可选择的直接缓解方式，且来自BC19的压力总是以逐级的方式缓解。这样一个RGV45没有可供选择安装在配压阀部分42的转换阀46。无论何时信号通知进行缓解时，RGV45总是以逐级方式与BC连通。在这种配置中，AUX储气罐15充压控制阀77可以取消。另外，BC19排出可以沿着从PCV10开始的制动缸排出口72直接设在配压阀部分42。在其他方面，RGV45可以如图5-10所示的可转换操作的RGVs一样以同样的方式完成各种功能。例如，逐级活塞60同样受到BP13的压力、活塞制动管侧66BC19的排出压力，以及另一侧68的EMER储气罐17的压力。但一点不同是，BC19的压力与活塞制动管侧66直接相连。这与可选择的RGVs41、43相反，逐级限制器64通常只在PCV10在缓解位置，并且通过PCV10的制动缸排出口72将BC19的压力与配压阀部分42连通时才受到BC19的压力作用。可以对RGV45进行这种改变，使得无论PCV10是否在缓解位置，RGV45都能控制BC19的压力缓解。这是必要的，由于可能要防止PCV10在BP13的压力增加以便允许RGV45缓解BC19时缓解。但是，如前面指出的，在可转换操作的RGV43中的辅助充压控制阀77可以被设计成，在分级缓解期间，防止PCV10到缓解位置。在这种情况下，由于前述的同样原因，BC19的缓解必须直接到图7中的RGV43，类似于图11中所示的固定RGV45。
如果需要，固定RGV45可以提供一个孔108，该孔将体积相对较小，最好是约90立方英寸，的压力流体与PCV10操作部分的紧急储气罐孔73相连。若操作加速的缓解功能需要，PCV10可以将该部分流体传送到BP13，这样，可以在局部将BP13的压力增加1或2帕并提供缓解保证。
通常，配压阀部分42缓解的BC19的压力与BP13压力的增加成正比。特别是，逐级活塞60通常由EMER储气罐17的压力保持在BC19的压力可以被缓解的位置上。在逐级活塞60的另一侧，BP13的压力和BC19的缓解压力要求活塞60抵抗EMER储气罐17的压力。最初，活塞60每一侧的力基本平衡，这样，逐级限制器64被紧紧地固定，使得BC19与大气分离。RGV40设计成使得逐级限制器64在施加制动的过程中保持在基座上。当由BP13的压力减少信号通知施加制动时，PCV10从AUX储气罐15向BC19提供成比例的压力流体。
与可转换操作的RGVs不同，在RGV45中，BC19是直接连接到配压阀42的制动管侧68的。但是，由于BC19的压力通常与BP13的压力减少成正比，作用在逐级活塞60两侧的力仍然保持平衡。一旦已经施加制动，如果需要减少BC19的压力，BP13的压力可以被提高，这样为BC19压力的比例减少输出信号。BP13中压力的增加破坏了平衡，克服了EMER储气罐17的压力，使BC19的压力被缓解。但是，逐级限制器64只将带开状态保持到BC19中的压力缓解量已经与BP13的压力增加成比例时。发生这种情况时，由于BP13与BC19的压力的和再一次与EMER储气罐17的压力相等，逐级限制器64再次回到底座上。这样，可以看到，从BC19中缓解出来的压力通常是BP13增加的压力的函数。
除了只缓解出BC19压力的选择部分以外，RGV40也可以使BC19的压力在分级缓解之后以递增的方式增长。例如，随后需要BC19的压力增加，BP13压力的减少可以信号通知PCV10为BC19提供更多的压力流体。如前所述，BP13压力减少不会导致BC19压力缓解。这样，BC19的压力通过PCV10也能以递增的方式增加。而且，由于BC19中已经由RGV40保留了一定量的压力，提供给BC19以增加BC19压力的额外的压力流体可以少一些。这种压力增加之后，若认为再一次需要较少的BC19的压力，简单地增加BP13的压力可以按上述方式完成成比例缓解BC19的压力。因此，RGV40允许BC19的压力，根据需要，向上或向下，以递增的方式进行调整。另外，通过保留BC19中一定的压力，减少了需要来自储气罐的压力流体。
根据本发明通过RGV40提供的改进的制动控制以BC压力与时间关系图在附图12和13中示出。附图12中的线110实际示出了RGV40如何能以递增的方式无需完全将BC19连通到大气地减少BC19的压力。该图只示出了通过RGV40缓解BC19的压力的情况。应当知道，BC19的压力也能逐步增加(利用PCV10)并再一次逐步降低。在附图13中，曲线112、114示出了将BC19排放到大气的两种传统方法。曲线112表示将BC19的压力直接缓解到大气。可见，在几秒钟内BC19的压力被完全缓解。在使用RET23的情况下，如曲线114所示，虽然时间长了些，例如，大约6秒，但是最后仍将BC19的压力完全缓解了。
因此，很容易理解RGV40如何能极大地提高气动控制货运列车制动控制系统的制动能力。而且，带有RGV40的BPC型ECP系统目前具有BCC型ECP系统的优点，包括在保证已经证明了的气动控制制动系统的安全性和可靠性的同时，由RGV40提供对制动缸的压力进行递增式控制。
附图14示出了RGV40如何可操作地连接到ABDX(或ABDX-L)型气动控制阀120上。同样，也可以使用DB-60阀。由Westinghouse Airbrake Company制造的ABDX型控制阀120包括一个中央管支架部分123，在其一侧连接一个操作部分126，另一侧连接一个紧急部分129。操作部分126控制施加制动的操作，即将施加制动所要求的BC19的压力将低到预定值之下。来自AUX储气罐15的压力流体通常是施加这种制动操作的压力流体的来源。紧急部分129和EMER储气罐17通常只储备在列车必须尽可能快地停下的紧急情况所需的量。因此，RGV40设计成主要用来连接施加制动操作。最好在操作部分126和管支架123之间提供一个接触盘132。接触盘132提供所需的全部相互接触部分，这样，RGV40只需简单地连接到接触盘上。美国专利5,451,099中描述了接触盘132的例子，该专利已委派给代理人并将在此结合作为参考。带有接触盘和RGV的控制阀可以如附图3中所示的，结合到货运列车制动控制系统中。
系统工作情况例如，附图7中所示的RGV43的操作，当它被连接到一个带有如AP37的列车线主储气罐管的专列货车ABDX阀时的操作，将在下面进行更详细的描述。下述详细描述只是作为一个例子，使得这样的RGV的操作可以被更好的理解，但不会限制本发明的范围，本发明的范围由说明书后的权利要求书的全部范围确定。
RGV45连接到一个ABDX阀，AP37作为一个主储气罐管，除非AP37充压至主储气罐的压力，否则列车制动将自动地以传统的直接缓解的方式操作。当AP37充到超过105帕时，转换阀44自动加入分级缓解阀43。因此，在需要以分级缓解方式进行操作时，AP37可以被充到主储气罐的压力(约为135帕)。AP37也可以不充压或充压到BP13的压力(最大100帕)，而以直接缓解方式进行操作。
分级缓解当转换阀44激活分级缓解方式时会发生三件事(1)制动缸缓解通道52的路线从操作部分到RGV阀43，允许RGV阀43根据BP13的压力的任何递增式增加控制缓解；(2)BP13的压力加入EMER储气罐17充压控制阀75处理紧急状况后的重新充压，加入AUX储气罐15充压控制阀77在分级缓解过程中增加对AUX储气罐15重新充压的速度；(3)EMER储气罐17与ABDX操作部分断开，使EMER储气罐17与BP13的缓解连接无效，并且使操作加速缓解无效。这就使得在整个列车上BP13压力的小改变可以从机车和ECP BP13压力控制单元进行控制(将AP37的压力作为连续高压空气源)。
当以分级缓解方式操作时，为了增加操作制动缸的压力，任何时候都可能产生递增式BP13压力减少。虽然，初步的快速操作排气每次进行重复操作将排出BP13的压力，使压力至少减少1.5到2帕，BC19的压力的持续存在将使任何快速操作限制阀的动作无效。
在此例中，分级缓解操作过程期间控制ABDX阀操作位置，至少有两种选择。辅助储气罐控制阀弹簧83可以设为约2.5帕，随着施加制动，BP13的压力的最初增加，这将引起操作部分向缓解方向移动。在这种情况下，AUX储气罐15能随BP13压力增加更快地充压，但在开始缓解后，压力差值低于2.5帕时，将通过更加限制的充压阻流口。
换句话说，AUX储气罐15充压控制阀77的差值可以设为约0.5帕，低于操作部分的缓解差值，因此允许将BP13的压力连接到AUX储气罐15，以防止PCV10移动到缓解位置。在这种情况下，实际的BC19的压力线路指向配压阀部分42和转换阀44，当BC19的压力减少到约12帕时，也需要切断与辅助储气罐充压控制阀77的联系。这将使PCV10随着BP13压力的增加而缓解。目前，人们相信，允许操作部分缓解将是更简单且更可靠的选择。
在应用中，整个列车上多个远距离BPCUs38的分布将允许合理地快速完成制动缓解，即使PCV10设定在分级缓解操作模式。BPCUs可由AP37的压力支持。需要进行测试，决定具体的完全缓解的时间，但是这不是一个决定性因素，因为所有的制动将同时缓解，除去了产生不需要的空隙动作的可能性。
在主储气罐和BP13之间以及BP13与AUX储气罐之间提供的重新充压阻流器将提供快速反应，但是不会使一个长列车后部主储气罐的压力低于105帕的分级缓解临界压力值。AP37使用1-1/2英寸管将增大流量，减少高流量需求期间的压力梯度。如果必要，分级缓解临界值可以减小到95帕，而不是105帕，在以直接缓解方式操作时，将BP13的压力限制到90帕。另一方面，在转换阀部分44可以设计成带有较大的滞后，这样，只要AP37的压力超过转换压力，为了使转换阀部分44重新回到直接缓解状态，需要将压力减少到充分低于转换压力值。
不衰减性由于BP13的压力将被减少以施加制动，通常不能象直接操作ECP制动那样、例如BCC型系统，保持储气罐完全充满。在分级缓解过程中，沿着BP13的充压，在AUX储气罐15是逐级性且较快的，系统的不衰减性仍然有所增强。
用于气动控制阀的GRV接触面参见附图14，RGV40，在此例中可以是RGV43，最好安装在一个位于管支架122和ABDX阀120的操作部分126之间的接触盘132上，截断RET23和EMER储气罐17端口，并与其他需要的端口相连。转换阀部分44通过作用在转换滑阀47上AP37的压力操作。当AP37的压力低于105帕时，转换阀部分保持在直接缓解位置，保持通常情况下到操作部分126全部的气动连接，包括将BC19的压力排出到大气，或RET23的连接。当AP37的压力高于105帕时，克服转换弹簧48的力，转换滑阀47移动到分级缓解位置，在逐级模式下，该位置测量部分42以BP13压力的函数方式控制BC19压力的排放。
在分级缓解时，几个端口的连接会发生改变。EMER储气罐17切断了与操作部分126的连接，以防止随着缓解，EMER储气罐向BP13回流。这也会使加速的缓解操作无效。而且，BP13的压力会进入紧急和辅助充压控制阀75、77。这允许EMER储气罐17无需通过PCV10就可以进行重新充压，并且，在操作部分126缓解后，AUX储气罐15可以比平常情况更快地充压。最后，制动缸排出端口73的路线从操作部分126到配压阀部分42。配压阀42将BC19的压力与BP13压力的递增式增加成比例地截留或排放。
如果需要，可以如图6所示，将体积约90立方英寸的少量流体连接到ABDX阀120的操作部分126的EMER储气罐端口73。特别是，使用固定RGV45的情况需要如此。如果操作部分126触发了加速缓解操作，这些流体会流到BP13，通过局部地补充1或2帕增加BP13的压力并作为缓解保证特征。
制动缸压力制动缸压力图表—表1示出了对应多种制动管压力减少，从90帕和110帕起，一些典型的制动缸压力。
表1分级缓解阀平衡压力差值控制阀
表中包括用来进行比较的是针对同样的制动管压力减少，分级缓解比例阀压力和控制阀通常提供的标准制动缸压力。这些压力非常匹配，这表示制动缸的压力将通过分级缓解阀，其缓解路径与为BP13的压力减少通过控制阀施加压力时的路径相同，没有大的滞后。这允许制动缸压力进行无差别的递增式增加和减少，在转变期间不会带来任何破坏性的步骤。由于本发明不同的实施例会利用其他的阀，这些阀将根据特别设计的配置使用。
随着紧急气动制动的施加，紧急储气罐将为分级缓解提供一个较低的参考压力，在比通常情况低的BP13压力时，将制动缸的压力完全缓解。随后储气罐需要充分地重新充压，以存储通常的分级缓解模式。这不会引起任何大的问题，因为列车在施加紧急缓解过程中一定会停住，在任何情况下系统必须重新充压。
虽然已经详细叙述了本发明的某些实施例，本领域的技术人员可以理解，根据本发明所公开的内容可以对那些细节进行各种修改。因此，在此公开的详细的实施例只是示意性的并不会限制本发明的范围，本发明的范围应当通过下面的权利要求及其中的任何或全部实施例进行判断。
权利要求
1.用于铁路列车的分级缓解阀，上述铁路列车带有一个气动控制阀、一个制动管、至少一个从上述制动管充压的储气罐以及一个制动缸。上述分级缓解阀包括一个配压阀，该配压阀与上述制动缸相连并控制其相应于制动管中压力增加的压力排放。
2.如权利要求1的分级缓解阀，还包括上述配压阀与一个来自于上述至少一个储气罐，体积相对较小的流体相连通，当上述气动控制阀触发了加速缓解操作时，上述体积的流体与上述制动管相连。
3.如权利要求1的分级缓解阀，其中的至少一个的储气罐还包括一个紧急储气罐和一个辅助储气罐，上述配压阀排出制动缸的压力通常作为上述制动管和紧急储气罐的压力差的函数。
4.如权利要求3的分级缓解阀，其中的配压阀还包括一个逐级活塞，逐级活塞在制动管侧至少与制动管压力连通，逐级活塞在紧急储气罐侧至少与紧急储气罐压力连通。
5.如权利要求4的分级缓解阀，还包括制动缸压力与上述逐级活塞的制动管侧连通。
6.如权利要求5的分级缓解阀，还包括作用在上述逐级活塞制动管侧的逐级弹簧。
7.如权利要求6的分级缓解阀，还包括a.逐级活塞的紧急储气罐和制动管侧都有相应压力连通的表面积；b.上述相应表面积上的力与上述逐级弹簧设计的基本平衡，这样上述逐级活塞保持在关闭位置，没有压力响应上述制动管压力减少从上述制动缸装置中缓解；并且c.上述配压阀部分响应制动管的压力以逐级方式缓解制动缸压力。
全文摘要
用于货运列车制动系统的分级缓解阀，适用于铁路列车，该列车带有气动控制阀、紧急储气罐和辅助储气罐，每个储气罐通常通过一个制动管充入压力流体，流体压力激活制动缸装置，对列车施加制动。一个可转换操作的分级缓解阀可包括一个分级缓解阀和一个可选择介入分级缓解阀响应制动管的压力以逐级方式缓解制动缸压力的转换阀。换句话说，转换阀可以分离分级缓解阀并使气动控制阀缓解以传统方式缓解制动缸压力。转换阀可以响应由远程气源的压力流体供气的空气管中的压力进行操作。在没有转换阀的情况下，可以提供一个固定分级缓解阀，这时制动缸的缓解总是由分级缓解阀控制。任何一种分级缓解阀的配置都可以应用在ECP货运列车制动控制系统中。
文档编号B60T17/22GK1880140SQ20061007766
公开日2006年12月20日 申请日期2001年6月28日 优先权日2000年6月28日
发明者J·E·哈特, T·恩格尔 申请人:西屋气刹车技术股份有限公司