矿用电机车的空气制动装置及矿用电机车的制作方法

本发明涉及一种空气制动装置，尤其涉及一种矿用电机车的空气制动装置及矿用电机车，属于矿机车技术领域。

背景技术：

矿用电机车是一种用于井下运输大巷和地面的长距离运输的牵引设备，牵引着由矿车或人车组成的列车在轨道上运走，完成对煤炭、矸石、材料、设备、人员等的运送。

矿用电机车的主要组成包括车架、走行部(行走装置)、制动系统、牵引传动系统、操纵控制系统等，其中制动系统是最重要的机械组成部分之一，它一般包括电气制动、弹簧制动和空气制动三种制动装置，其中空气制动一般作为紧急制动使用。

目前矿用电机车中主流的空气制动装置的工作原理示意图如图1所示，由空气压缩机11产生的压缩空气经过单向阀12进入总风缸13，经过净化装置20净化后，经减压阀30调节压力后提供给手动换向阀40。手动换向阀40具有制动端和缓解端，且制动端和缓解端均与制动缸50之间形成有相应的通路。当驾驶员将该手动换向阀40置于制动端，即图1中的i端，净化后的压缩空气将通过对应的通路进入制动缸50的缸体内，推动制动缸50内的活塞运动，压缩缓解弹簧并带动活塞推杆运动，进而推动基础制动杠杆，实现制动；当将该手动换向阀40置于缓解端，即图中的ii端，净化后的压缩空气将使制动缸50内的缓解弹簧弹开，制动缸50缸体内的压缩空气随之排出，从而使活塞及活塞推杆恢复原位，基础制动杠杆松开，实现缓解。

上述空气制动装置，虽然在正常工作状态下能够满足矿用电机车紧急制动的需求，但是一旦其中的任意一个制动缸50损坏，比如制动缸50出现漏气，那么制动缸50与手动换向阀40的制动端之间的通路将漏风并导致制动失败，影响了安全生产。

技术实现要素：

本发明提供一种矿用电机车的空气制动装置及矿用电机车，用以解决目前空气制动装置中，因部分制动缸发生故障而影响矿用电机车的制动功能的问题。

一方面，本发明提供一种矿用电机车的空气制动装置，具有第一换向阀、第二换向阀以及两组以上的制动缸，其中：第一换向阀与制动缸之间形成制动通路，且第一换向阀与制动缸之间形成缓解通路；第二换向阀设置在制动通路中，第二换向阀具有两个以上的出气口，各出气口分别与相应组的制动缸连接，第二换向阀能够控制各出气口与相应组的制动缸之间的连通与切断。

进一步的，第二换向阀为气控换向阀、电控换向阀或手动换向阀。

进一步的，空气制动装置具有两组制动缸，第二换向阀为三位五通气控换向阀。

进一步的，第一换向阀为气控换向阀、电控换向阀或手动换向阀。

进一步的，在第一换向阀与第二换向阀之间还安装有比例阀。

进一步的，比例阀为电控比例阀，比例阀连接有一控制开关。

进一步的，第一换向阀为电控换向阀，第一换向阀与上述控制开关连接。

进一步的，上述空气制动装置还具有减压阀，减压阀与第一换向阀连接。

另一方面，本发明提供一种矿用电机车，具有车架和上述空气制动装置，该空气制动装置安装在车架上。

进一步的，上述矿用电机车为矿用蓄电池式电机车、矿用架线式电机车或矿用超级电容式电机车。

本发明提供的矿用电机车的空气制动装置，通过在第一换向阀与制动缸之间的制动通路上安装有第二换向阀，该第二换向阀的多个出口分别与相应组的制动缸连接，并能够控制各出气口与相应组制动缸之间的连通与切断，因而在部分制动缸故障时，即压缩空气依然能够进入其余组未发生故障的制动缸内，从而实现制动。因而使矿用电机车的制动系统具有极高的可靠性及安全性。

本发明提供的矿用电机车，由于安装有上述空气制动装置，该空气制动装置能够在部分制动缸发生故障的条件下，依然能够实现制动，因而提高了矿用电机车的可靠性，保证安全生产。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为现有矿用电机车中空气制动装置的工作原理示意图；

图2为本发明实施例一中矿用电机车的空气制动装置的工作原理示意图；

图3为本发明实施例一中第二换向阀在正常状态下的工作原理示意图；

图4为本发明实施例一中第二换向阀在故障状态下的工作原理示意图；

图5为本发明实施例二中矿用电机车的空气制动装置的工作原理示意图。

附图标记说明：

11-空气压缩机；12-单向阀；

13-总风缸；14-安全阀；

15-压力继电器；20-净化装置；

21-过滤器；22-油水分离器；

30-减压阀；40-手动换向阀；

41-第一换向阀；42-第二换向阀；

50-制动缸；60-制动通路；

70-缓解通路；80-比例阀。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

矿用电机车是轨道车辆运输的一种牵引设备。按照电能来源区分，矿用电机车通常可分为架线式、蓄电池式及及超级电容式。

矿用电机车主要由机械部分和电气部分组成，其中机械部分包括车架、轮对、轴承箱、弹簧托架、制动系统、撒砂装置、连接缓冲装置；电气部分包括电动机、控制器、电阻箱、空气自动开关(架线式)或蓄电池(蓄电池式)或超级电容电源装置(超级电容式)。

矿用电机车的车架是矿用电机车的主体部分，一般采用框架式焊接钢结构。车架主要组成包括车梁、缓冲器和轴卡。其中车梁是矿车的主要承载部件；缓冲直接承受牵引力和冲击力；轴卡是车架与轮对的连接体，目前多采用插销式。车架上安装有司机室、控制器、行走装置、制动系统、电动机和电阻箱等设备。

司机室内设置有电控柜和操纵台，司机室前方和两侧均安装有玻璃窗，以便于瞭望。轮对是矿用电机车的行走装置。轴箱是轴承箱的简称，内有两列滚动轴承，与轮对两端的轴颈配合安装。轴箱两侧的滑槽与车架上的导轨相配，上面有安放弹簧托架的座孔。弹簧托架是用于缓和矿用电机车运行中对机车的冲击和振动的结构。撒砂装置是用来向车轮前沿轨面上撤砂，以增大车轮与轨道间的摩擦系数，从而获得较大的牵引力或制动力。

矿用电机车的制动系统通常包括电气制动、弹簧制动和空气制动三种制动装置。其中，电气制动为矿用电机车的常规制动，可实施回馈制动、电阻制动、零制动之间的自动转换；弹簧制动一般作为长期停车时的驻车制动；而空气制动一般作为紧急制动使用。

实施例一

图2为本发明一实施例中矿用电机车的空气制动装置的工作原理示意图。

如图2所示，空气制动装置具有第一换向阀41、第二换向阀42以及两组以上的制动缸50，其中：第一换向阀41与制动缸50之间形成制动通路60，且第一换向阀41与制动缸50之间形成缓解通路70；第二换向阀42设置在制动通路60中，第二换向阀42具有两个以上的出气口(未图示)，各出气口分别与相应组的制动缸50连接，第二换向阀42能够控制各出气口与相应组的制动缸50之间的连通与切断。

具体的，空气制动装置具有空气压缩机11、单向阀12、总风缸13、净化装置20等。由空气压缩机11(简称空压机)产生的压缩空气，比如产生压力不超过0.8mpa的压缩空气，经过单向阀12后进入总风缸13，然后经过净化装置20的净化，得到净化后的压缩空气并提供给第一换向阀41。

第一换向阀41具有制动端和缓解端。当矿用电机车需要制动时，比如需要紧急制动时，驾驶员将第一换向阀41置于制动端，压缩空气将通过制动通路60进入第二换向阀42。

在正常状态下，即所有制动缸50均未发生故障，且所有制动缸50与第二换向阀42之间的通路也未发生漏气，第二换向阀42的各出气口分别与相应组的制动缸50连通，即整个制动通路60为连通状态，因此，压缩空气将被第二换向阀42分为多路并从各出气口分别进入相应组的制动缸50的缸体内，推动制动缸50内的活塞(未图示)运动，压缩缓解弹簧(未图示)并带动活塞推杆运动(未图示)，进而推动基础制动杠杆(未图示)，实现紧急制动。

而在故障状态下，比如某一组或某几组中的制动缸50漏气，则第二换向阀42切断相应出气口与故障组的制动缸50之间的通路，但是依然能够与非故障组的制动缸50之间连通，即压缩空气依然能够从第二换向阀42进入非故障组的制动缸50内，并实现制动。

当矿用电机车不需要紧急制动时，驾驶员将第一换向阀41置于缓解端，则来自第一换向阀41的压缩空气将通过缓解通路70，使制动缸50内的缓解弹簧弹开，制动缸50缸体内的压缩空气随之被排出，从而使活塞及活塞推杆恢复原位，基础制动杠杆松开，实现缓解。

因此，本实施例提供的空气制动装置，在某一或某几个制动缸50损坏或管路漏气等发生故障的情况下，依然能够提供制动力，实现矿用电机车的紧急制动，因而提高了矿用电机车制动系统的可靠性以及矿用电机车的安全性。

本实施例中，第二换向阀42可以是气控换向阀、电控换向阀(也称为“电磁换向阀”)或手动换向阀。为了更详尽的阐述本实施方式的原理及效果，以下将以气控换向阀为例进一步说明：

图3为本发明实施例一中第二换向阀在正常状态下的工作原理示意图；图4为本发明实施例一中第二换向阀在故障状态下的工作原理示意图。

请参照图2、图3和图4，第二换向阀42具有用于与第一换向阀41连通的进气口，即图3和图4中的p处(以下称为“进气口p”)；第二换向阀42还具有至少两个出气口，比如图3和图4中的a处和b处(以下分别称为“出气口a”和“出气口b”)，出气口的具体数量与制动缸50的组数相对应，比如每组制动缸50可分别连接一个出气口，比如图2中所示的空气制动装置具有两组共四个制动缸50，则该第二换向阀42具有两个出气口，比如第二换向阀42具体可以为三位五通气控换向阀。

进一步参考图3，当需要紧急制动时，若所有制动缸50均正常工作，未发生漏气等故障，来自第一换向阀41的压缩空气将经进气口p，进入第二换向阀42中，然后被分成两路并由出气口a和出气口b分别进入相应组的制动缸50的缸体中，实现紧急制动。

进一步参考图4，若发生故障，比如与出气口a相应组中的某一个或两个制动缸50出现漏气等故障，则第二换向阀42的阀芯(未图示)将向右移动，使压缩空气不能再由进气口p流向出气口a，因此出气口a和与其相应组的制动缸50之间的通路将被切断，而同时压缩空气依然能够由进气口p流向出气口b，随后进入相应组的制动缸50中，实现制动。

反之，若与出气口b相应组的制动缸50发生故障，则第二换向阀42的阀芯将向左移动，那么出气口b和与其相应组的制动缸50之间的通路将被切断，而出气口a和与其相应组的制动缸50之间仍旧能够连通，压缩空气仍旧能够从进气口p经出气口a进入与其对应组的制动缸50中，同样能够实现紧急制动功能。

上述第二换向阀42具体可以是加压控制、卸压控制和差压控制的气控换向阀，通过压力变化控制第二换向阀42内阀芯的运动，进而控制各出气口与相应组的制动缸之间通路的连通与切断。

以采用差压控制方式的气控换向阀为例，当某一个出气口处对应的通路漏气或与该出气口相应组的制动缸50发生故障，则该出气口侧对应通路内压力减小，气控换向阀的阀芯在压力差的作用下自行发生运动，该通路将会被切断，而其它出气口与相应组的制动缸之间的通路仍旧保持连通。因此使第二换向阀42能够自动控制各出气口与相应组的制动缸50之间的连通与切断。加压控制和卸压控制的气控换向阀的工作原理同上，在此不做过多描述。

由此可见，当第二换向阀42为气控换向阀时，若制动缸50出现漏气等故障，由于压力变化，第二换向阀42内的阀芯能够自动感知故障的发生并发生自动移动，最终实现成功制动。

上述第二换向阀42除了可以是气控换向阀以外，还可以是电控换向阀(电磁换向阀)或手动换向阀。当然，还可以采用本领域常用的其它类型的换向阀以及相应的控制方式，本领域技术人员可根据实际情况合理选择，在此不做特别限定。

本实施例中的空气压缩机11、单向阀12、总风缸13，可以与目前传统空气制动装置中相应设备一致，本实施例在此不做过多限定。其中，还可以在总风缸13上进一步安装有安全阀14和压力继电器15，提高整个空气制动装置的安全性和稳定性，如图2所示。

本实施例中的净化装置20，可以根据矿用电机车的实际应用工况环境合理设置，比如可以包括至少一个过滤器21和至少一个油水分离器22。

进一步参考图2，空气压缩机11产生的压缩空气经单向阀12进入总风缸13，然后进入净化装置20进行净化处理：首先经过滤器21过滤，滤除掉其中的固体颗粒，然后经油水分离器22净化，去除掉压缩空气中的水分和油分等杂质，最后再经过滤器21进一步过滤，最终得到的净化后的压缩空气。净化后的压缩空气的压力被减压阀30调整到规定的压力后，再提供给第一换向阀41。

本实施例中的第一换向阀41，可以是传统矿用电机车常用的换向阀，比如可以是气控换向阀、电控换向阀或手动换向阀40等，本实施例在此不做特别限定。

进一步参考图2，为控制制动力的大小，还可以在总风缸13与第一换向阀41之间安装减压阀30，其能够将压缩空气的压力调节到预设大小，比如将压力为0.8mpa的压缩空气调整为0.5mpa。

本实施例中的制动缸50，可以是传统矿用电机车中常用的制动缸50，比如可以是中国发明专利申请200910063456.1中记载的铁路货车制动装置的制动缸，本实施例在此不做特别限定。

具体的，本实施例对于每组制动缸50中的制动缸50的数量不做特别限定，可根据实际需求合理设置，比如每组制动缸50中含有一个、两个或更多数量的制动缸50。

本实施例提供的空气制动装置，在某一或某几个制动缸50损坏或管路发生故障的情况下，依然能够提供制动力，实现矿用电机车的紧急制动，因而提高了矿用电机车的可靠性以及安全性。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例对矿用电机车的空气制动装置进行进一步补充说明。本实施例未说明的部分与前述实施例一相同。

请继续参考图5，为有效控制通入制动缸50内的压缩空气的压力，以进一步调节制动力大小，还可以在第一换向阀41与第二换向阀42之间的制动通路60上安装比例阀80。

本实施例中，制动通路60上的比例阀80能够调整来自于第一换向阀41的压缩空气的压力，并将调节压力后的压缩空气提供给第二换向阀42，从而能够调节制动力的大小，进一步提高了空气制动装置的制动性能和可靠性。

具体的，上述比例阀80可以是电控比例阀，其与控制开关(未图示)连接，即通过控制开关控制比例阀80的工作，比如可选用本领域常用的伺服阀。

并且，通过比例阀80与减压阀30之间的配合，能够合理控制矿用电机车的制动力的大小，提高矿用电机车的安全性和可靠性，并能够延长矿用电机车的使用寿命。

进一步的，上述比例阀80可以与第一换向阀41协同工作，比如比例阀80为电控比例阀，第一换向阀41也为电控换向阀，并且比例阀80与第一换向阀41之间连接有同一控制开关，这样可通过同一控制开关同时控制比例阀80与第一换向阀41的工作，使比例阀80与第一换向阀41之间能够配合工作，实现空气制动装置工作的电控自动化。

并且，由于电控换向阀的体积更小，反应更快，所以当第一换向阀41为电控换向阀时，还能够提高整个空气制动装置的操作灵敏度。

本实施例提供的空气制动装置，在某一或某几个制动缸50损坏或管路漏气等发生故障的情况下，依然能够提供制动力，实现矿用电机车的紧急制动，因而提高了矿用电机车制动系统的可靠性以及矿用电机车的安全性。并且，由于能够更有效的控制制动力的大小，进一步提高了矿用电机车的可靠性。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例提供一种矿用电机车，具体为矿用蓄电池式电机车，其具有车架和空气制动装置，该空气制动装置安装在车架上。其中，空气制动装置的结构、功能与前述实施例相同，此处不再赘述。

具体的，矿用蓄电池式电机车，包括机械部分和电气部分，其中机械部分包括车架以及安装在车架上的上述空气制动装置，还包括传动装置、轴箱、轮对、弹簧托架等，电气部分包括电动机、隔爆插销、控制器、电阻箱、蓄电池等。蓄电池提供的直流电经隔爆插销、控制器、电阻箱进入电动机，驱动电动机运转。电动机通过传动装置带动车轮转动，从而牵引列车行驶。

本实施例提供的矿用电机车，其空气制动装置能够在部分制动缸50发生故障时仍旧能够实现紧急制动的功能，因而使该矿用电机车具有很好的可靠性和安全性。

实施例四

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例提供一种矿用电机车，具体为矿用架线式电机车，其具有车架和空气制动装置，该空气制动装置安装在车架上。其中，空气制动装置的结构、功能与前述实施例相同，此处不再赘述。

具体的，矿用架线式电机车，其结构包括机械部分和电气部分，其中机械部分与实施例三中的矿用蓄电池式电机车的机械部分结构类似，在此不做过多说明。电气部分包括电动机、控制器、电阻箱、空气自动开关、受电弓等。

本实施例提供的矿用电机车，其空气制动装置能够在部分制动缸50发生故障时仍旧能够实现紧急制动的功能，因而使该矿用电机车具有很好的可靠性和安全性。

实施例五

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例提供一种矿用电机车，具体为矿用超级电容式电机车，其具有车架和空气制动装置，该空气制动装置安装在车架上。其中，空气制动装置的结构、功能与前述实施例相同，此处不再赘述。

具体的，矿用超级电容式电机车，其结构包括机械部分和电气部分，其中机械部分与实施例三中的矿用蓄电池式电机车的机械部分结构类似，在此不做过多说明。电气部分包括电动机、控制器、超级电容电源装置。其中，超级电容电源装置安装在车架上，并连接电动机和控制器。

本实施例提供的矿用电机车，其空气制动装置能够在部分制动缸50发生故障时仍旧能够实现紧急制动的功能，因而使该矿用电机车具有很好的可靠性和安全性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。