铁路货车的空气制动设备、系统及方法与流程

本申请涉及铁路货车制动技术领域，特别是涉及一种铁路货车的空气制动设备、系统及方法。

背景技术：

铁路货车一般采用空气制动系统作为其调速、停车的控制系统，是车辆运行必不可少的装置。空气制动系统中压缩空气不但是执行制动动作的动力源，同时还是列车前后车辆制动控制的信号源，在列车制动过程中，当机车发出制动指令时，列车管压力变化由前向后传递，引发列车中车辆顺序开始制动作用。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：列车内前后车辆制动、缓解动作不一致，车辆间冲击力较大；在铁路货车车厢经常重新编组的情况下，传统空气制动系统适应性差。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适应性高的铁路货车的空气制动设备、系统及方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种铁路货车的空气制动设备，包括主控制器、多个车载控制设备；主控制器设于与机车相邻的货车车厢上；各车载控制设备分别设于各货车车厢上，且分别与各货车车厢一一对应；车载控制设备包括无线通讯设备，以及连接无线通讯设备的从控制器；

主控制器获取货车编组信息，并根据货车的编组信息建立无线自组网络；无线自组网络包括各无线通讯设备构成的网络节点；

设于与机车相邻的货车车厢上的从控制器获取列车管的压力变化量，并根据压力变化量生成动作信号；并将动作信号传输给主控制器；主控制器接收动作信号，并将动作信号向各网络节点传输；各从控制器在相应的网络节点中获取动作信号，并根据动作信号向相应的货车车厢的空气控制阀传输动作指令；空气控制阀根据接收到的动作指令或空气波信号执行动作；空气波信号由列车管的首端部位充风或排风生成。

在其中一个实施例中，还包括与各货车车厢一一对应的轴端发电设备；

轴端发电设备设于铁路货车转向架的车轴外端；轴端发电设备用于向车载控制设备和主控制器供电。

在其中一个实施例中，还包括用于检测列车管压力值的压力传感器；

压力传感器连接设于与机车相邻的货车车厢上的从控制器。

一方面，本发明实施例提供了一种空气制动系统，包括列车管，远程服务器，以及如上述任一项铁路货车的空气制动设备；

远程服务器连接主控制器，并向主控制器传输编组信息。

在其中一个实施例中，还包括连接主控制器的手持终端；

手持终端用于向主控制器传输编组信息。

一方面，本发明实施例提供了一种铁路货车的空气制动方法，应用于如上述空气制动设备，方法包括：

获取控制命令；

根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

在其中一个实施例中，控制命令包括制动命令和缓解命令；

根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作的步骤包括：

当控制命令为制动命令时，指示列车管进行排气动作；

当控制命令为缓解命令时，指示列车管进行充气动作。

一方面，本发明实施例提供了一种铁路货车的空气制动装置，包括：

获取模块，用于获取控制命令；

执行模块，用于根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

一方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。

另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述铁路货车的空气制动设备，包括主控制器、多个车载控制设备；主控制器设于与机车相邻的货车车厢上；各车载控制设备分别设于各货车车厢上，且分别与各货车车厢一一对应；车载控制设备包括无线通讯设备，以及连接无线通讯设备的从控制器；通过设于各个货车车厢的车载控制设备进行制动和缓解动作，提高列车制动和缓解的同步性，降低列车内部车辆间的纵向冲动力，保证车辆运行安全，有利于提高重载列车的牵引吨位和车辆编组数量，从而提高经济效益。同时实现了列车制动、缓解的电波和空气波双作用控制，无论哪个通信信号(即上述的动作信号和空气波信号)到达各货车车厢都可控制车辆制动，列车前后车辆制动、缓解的同步性在传统空气制动的基础上提高，且可实现与采用传统空气制动的车辆进行混合编组。此外，本申请提供的铁路货车的空气制动设备不需要设置贯通列车的电缆，结构简单、可靠。同时，在机车上不设有任何设备，摆脱了对机车的依赖，实施更为便利。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中有线式电控空气制动系统的结构框图；

图2为一个实施例中铁路货车的制动结构图；

图3为一个实施例中铁路货车的空气制动设备的第一示意性结构框图；

图4为一个实施例中铁路货车的空气制动设备的第二示意性结构框图；

图5为一个实施例中铁路货车的空气制动设备的第三示意性结构框图；

图6为一个实施例中空气制动系统的结构框图；

图7为一个实施例中铁路货车的空气制动方法的流程框图；

图8为一个实施例中铁路货车的空气制动装置的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

目前，针对铁路货车的空气制动系统一般有以下几种：

第一种为有线式电控空气制动系统。如图1所示，该系统在传统空气制动系统的结构基础上增设贯通列车的有线电缆，采用有线电缆作为制动电信号的传播媒介。上述方法必须在车辆上布置贯通列车的电缆，同时还需做好防漏电、防盗、防水、防磕碰等安全和防护措施。该方案在固定编组的单元列车上便于实现，但不适合我国铁路货车需要经常解编和重新编组的国情，不便于运用管理。

第二种为空气制动系统包括安装在机车上的机车模块和安装于列车各车辆的车辆模块，通过无线方式由机车向车辆传送制动信号。上述方案需要在机车上加装设备，既有机车改造规模大、周期长；同时在上述方案中电控和空气控制虽然可以切换，但同一时间只能采用一种方式，不能实现与传统空气制动系统车辆的混编。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种铁路货车的空气制动设备，包括主控制器、多个车载控制设备；主控制器设于与机车相邻的货车车厢上；各车载控制设备分别设于各货车车厢上，且分别与各货车车厢一一对应；车载控制设备包括无线通讯设备，以及连接无线通讯设备的从控制器；

主控制器获取货车编组信息，并根据货车编组信息建立无线自组网络；无线自组网络包括各无线通讯设备构成的网络节点；

设于与机车相邻的货车车厢上的从控制器获取列车管的压力变化量，并根据压力变化量生成动作信号；并将动作信号传输给主控制器；主控制器接收动作信号，并将动作信号向各网络节点传输；各从控制器在相应的网络节点中获取动作信号，并根据动作信号向相应的货车车厢的空气控制阀传输动作指令；空气控制阀根据接收到的动作指令或空气波信号执行动作；空气波信号由列车管的首端部位充风或排风生成。

其中，机车是牵引或推送铁路车辆运行，而本身不装载营业载荷的自推进车辆，俗称火车头。货车车厢为装载营业载荷的车辆。编组信息包括设于各货车车厢的无线通讯设备的配置、网络参数以及位置信息。列车管纵贯列车用来制动的风管，又称制动管。无线通讯设备可以为本领域任意一种无线通讯设备，在此不做具体限定。

具体的，主控制器主要用于进行建立无线自组网络，主控制器在接收到编组信息后，与处于各个火车车厢的无线通讯设备进行信息确认，以完成无线自组网络的组建。无线自组网络不需要固定设备支持，各节点即各无线通信设备自行组网。通信时，由其他用户节点进行数据的转发。这种网络形式突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，能够更加快速、便捷、高效地部署。主控制器可以采用本领域任意一种技术手段建立无线自组网络，在此不做具体限定。需要说明的是，编组信息可以由远程服务器下发，也可以由手持终端传输。

机车在进行制动操作或缓解操作时，列车管的前端开始排风或充风，列车管压力产生变化，制动空气波信号开始由前向后传递，列车各货车车厢开始基于传统空气制动方式产生制动作用。需要说明的是，当机车进行制动时，列车管排风。当机车进行缓解操作时，列车管进行充风。缓解操作是指松开刹车,当司机将制动阀放在缓解位置时，总风缸的压缩空气进入制动主管，经制动支管进入三通阀，推动主动活塞连同滑阀向右移动，打开充气沟，使压缩空气经充气沟进入副风缸，直到副风缸内的空气压力和制动主管内的压力相等为止。在三通阀主活塞移动的同时，和他连在一起的滑阀也跟着向右移动，使得制动缸内的压缩空气经过滑阀下的排气口排出，于是制动缸活塞被弹簧的弹力推回原位，使闸瓦离开车轮而缓解。

从控制器设于与机车相邻的货车车厢上，即设于与机车相连的货车车厢上。从控制器可以通过本领域任意手段去获取列车管的压力变化量，在一个具体示例中，可以通过设置压力传感器获取列车管的压力，进而得到列车管的压力变化量。

动作信号可以包括制动动作和缓解动作。若列车管充气，则压力变化量为正值，若列车管排气，则压力变化量为负值。上述压力变化量均为当前次压力检测值与上一次压力检测值的差。当压力变化量为负值时，生成制动信号并传输给主控制器。当压力变化量为正值时，生成缓解信号并传输给主控制器。主控制器通过无线自组网络向其他网络节点传输该动作信号。主控制器也是该无线自组网络的节点之一。需要说明的是，任意网络节点均可以当做中继点，向周围的网络节点传输该动作信号。

从控制器从相应的网络节点获取动作信号，并向列车管传输动作指令。具体的，从控制器在位于同一节货车车厢的的网络节点获取动作信号，并向该节货车车厢的列车管传输动作指令。在一个具体示例中，如图3所示，从控制器通过向控制阀传输控制指令，在需要制动的情况下，指示空气控制阀动作以使副风缸的风进入制动缸，从而推动鞲鞴对车轮产生制动力，完成制动操作；在需要缓解的情况下，指示空气控制阀动作(例如打开制动缸通往大气的排风口，关闭副风缸向制动缸的充气口)，以使制动缸内的风压降低，鞲鞴在弹簧作用下解除对车轮的制动力。从而列车缓解。

同时，当空气波信号传输到相应货车车厢的列车管时，空气控制阀也可以根据空气波信号进行相应的动作。具体为：火车头上有空气压缩机，它将空气压缩后储存在总风缸里，总风缸压力为750-900kpa，总风缸通过很长的列车管将后面所有的列车的制动系统串联起来。当列车需要制动时，司机将司机室的制动阀打到制动位，进行排风，使列车管风压降低，后面列车的副风缸压力大于列车管时，推动滑阀动作，使副风缸内的风进入制动缸，从而推动鞲鞴对车轮产生制动力，完成制动操作。当列车速度降低后需要再次起速时，司机将制动阀打到运行位(缓解位)，此时总风缸向列车管充风，列车管内压力增大，当大于副风缸压力时，推动滑阀移动，关闭副风缸向制动缸的充风过程，同时打开制动缸通往大气的排风口，使制动缸内风压降低(详细见三通阀原理)，鞲鞴在弹簧作用下解除对车轮的制动力。从而列车缓解。

上述铁路货车的空气制动设备，通过设于各个货车车厢的车载控制设备进行制动和缓解动作，提高列车制动和缓解的同步性，降低列车内部车辆间的纵向冲动力，保证车辆运行安全，有利于提高重载列车的牵引吨位和车辆编组数量，从而提高经济效益。同时实现了列车制动、缓解的电波和空气波双作用控制，无论哪个通信信号(即上述的动作信号)到达各货车车厢都可控制车辆制动，列车前后车辆制动、缓解的同步性在传统空气制动的基础上提高，且可实现与采用传统空气制动的车辆进行混合编组。此外，本申请提供的铁路货车的空气制动设备不需要设置贯通列车的电缆，结构简单、可靠。同时，在机车上不设有任何设备，摆脱了对机车的依赖，实施更为便利。

在其中一个实施例中，如图4所示，提供了一种铁路货车的空气制动设备，包括主控制器、多个车载控制设备；主控制器设于与机车相邻的货车车厢上；各车载控制设备分别设于各货车车厢上，且分别与各货车车厢一一对应；车载控制设备包括无线通讯设备，以及连接无线通讯设备的从控制器；

主控制器获取货车编组信息，并根据货车编组信息建立无线自组网络；无线自组网络包括各无线通讯设备构成的网络节点；

设于与机车相邻的货车车厢上的从控制器获取列车管的压力变化量，并根据压力变化量生成动作信号；并将动作信号传输给主控制器；主控制器接收动作信号，并将动作信号向各网络节点传输；各从控制器在相应的网络节点中获取动作信号，并根据动作信号向相应的货车车厢的空气控制阀传输动作指令；空气控制阀根据接收到的动作指令或空气波信号执行动作；空气波信号由列车管的首端部位充风或排风生成。

还包括与各货车车厢一一对应的轴端发电设备；

轴端发电设备设于铁路货车转向架的车轴外端；轴端发电设备用于向车载控制设备和主控制器供电。

其中，转向架为一种利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力的结构。轴端发电设备可以为本领域任意一种在列车前行时可以进行发电的设备。备选的，还可以采用振动发电、风力发电、超级电容等方式进行供电。

在其中一个实施例中，如图5所示，还包括用于检测列车管压力值的压力传感器；

压力传感器连接设于与机车相邻的货车车厢上的从控制器。

具体的，压力传感器用于检测列车管的压力值，进一步的，为检测机车相邻的货车车厢部分的列车管的压力值。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种空气制动系统，包括列车管(图6未示)，远程服务器，以及如上述任一项铁路货车的空气制动设备；

远程服务器连接主控制器，并向主控制器传输编组信息。

具体的，远程服务器可以存储地面管理平台的编组信息，通过连接远程服务器，主控制器可以获取编组信息并进行建立无线自组网络。地面管理平台由无线通信模块、数据库管理模块和用户终端模块组成，具有列车编组信息管理、数据库管理、故障报警管理等功能。在列车编组始发前，主控制器向远程服务器请求列车编组信息，远程服务器响应于主控制器的请求，通过无线通信模块向主控制器传输编组信息。

在其中一个实施例中，提供了一种空气制动系统，包括列车管，远程服务器，以及如上述任一项铁路货车的空气制动设备；

远程服务器连接主控制器，并向主控制器传输编组信息。

还包括连接主控制器的手持终端；

手持终端用于向主控制器传输编组信息。

具体的，手持终端可以为任意便于携带的用户终端，可以通过手持手段向主控制器传输编组信息。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种铁路货车的空气制动方法，应用于如上述空气制动设备，方法包括：

s710，获取控制命令；

具体的，控制命令可以根据任意一种方法获取，例如通过无线通信设备获取远程终端传输的控制命令。

s720，根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

具体的，控制命令包括制动命令和缓解命令；

根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作的步骤包括：

当控制命令为制动命令时，指示列车管进行排气动作；

当控制命令为缓解命令时，指示列车管进行充气动作。

应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种铁路货车的空气制动装置，包括：

获取模块，用于获取控制命令；

执行模块，用于根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

关于铁路货车的空气制动的具体限定可以参见上文中对于铁路货车的空气制动方法的限定，在此不再赘述。上述铁路货车的空气制动装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种铁路货车的空气制动方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取控制命令；

根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

在一个实施例中，处理器执行根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化的步骤时还实现以下步骤：

当控制命令为制动命令时，指示列车管进行排气动作；

当控制命令为缓解命令时，指示列车管进行充气动作。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取控制命令；

根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化。

在一个实施例中，根据控制命令控制列车管进行充气动作或排气动作，以使列车管的压力值发生变化的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：

当控制命令为制动命令时，指示列车管进行排气动作；

当控制命令为缓解命令时，指示列车管进行充气动作。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线式动态随机存储器(rambusdram，简称rdram)、以及接口动态随机存储器(drdram)等。

为了进一步说明本申请的空气制动设备，下面特结合一具体示例进行进一步说明：车辆编组始发前，主控制器向远程服务器申请列车编组信息，在收到编组信息后，与车载控制设备中的无线通讯设备进行信息确认，完成列车无线自组网络的组建。必要时可通过手持终端向主控制器传输列车编组信息。列车运行中进行制动缓解操作时，列车前端制动管首先开始排风或充风，列车管压力发生变化，空气波由前向后传递，列车各车辆基于传统空气制动方式开始制动作用。与此同时，机车后第一辆车的车载控制设备基于本车列车管压力变化感知到列车制动作用开始并获得压力变化量，感知的制动信号和压力变化量值传递到主控制器，并通过无线自组网络向列车其余货车车厢发送制动信号和压力变化量，各车辆车载控制设备接收到无线电波信号后迅即控制本节货车车厢的列车管排风或充风产生制动或缓解作用。由于空气波在电波传递执行的同时依然在列车管进行传递，当车载控制设备发生故障时，车辆可以按传统空气制动方式进行制动，实现双作用叠加式空气制动。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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