新型制動(dòng)控制器設(shè)計(jì)探討

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001)

1 常用制動(dòng)控制器存在的問(wèn)題

制動(dòng)控制器作為機(jī)車和列車等軌道交通工具的主令控制電器，國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究已有多年的歷史，其主要配套于制動(dòng)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)車或列車等的緩解、運(yùn)轉(zhuǎn)、中立、制動(dòng)、重聯(lián)、緊急等功能，一般制動(dòng)控制器主要包含自動(dòng)制動(dòng)控制器和單獨(dú)制動(dòng)控制器，目前國(guó)內(nèi)一般用自動(dòng)制動(dòng)控制器和單獨(dú)制動(dòng)控制器兩個(gè)獨(dú)立的制動(dòng)控制器分別實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車和列車的制動(dòng)控制。

常用制動(dòng)控制器在機(jī)車的發(fā)展史起到了重要的作用，但是隨著機(jī)車的發(fā)展，同時(shí)也暴露出一些不足，主要有以下幾方面。

1)目前機(jī)車司機(jī)臺(tái)面逐漸向簡(jiǎn)潔、美觀、緊湊方向發(fā)展，以往在司機(jī)臺(tái)面上同時(shí)安裝電空制動(dòng)控制器和單獨(dú)制動(dòng)控制器以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車、列車制動(dòng)的方案已無(wú)法適應(yīng)發(fā)展要求，這就需要設(shè)計(jì)一種集自動(dòng)制動(dòng)控制器功能和單獨(dú)制動(dòng)控制器功能為一體的新型制動(dòng)控制器。

2)常用制動(dòng)控制器一般通過(guò)一組凸輪控制多個(gè)低壓聯(lián)鎖開關(guān)的開閉來(lái)實(shí)現(xiàn)電路邏輯關(guān)系，此種凸輪結(jié)構(gòu)由多個(gè)不同形狀的具有六方孔的凸輪安裝于同一根六方主軸上形成凸輪組，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制器不同閉合表輸出，多年的組裝生產(chǎn)表明這種設(shè)計(jì)存在零部件加工難度大、組裝件容易產(chǎn)生累積誤差、組裝時(shí)間長(zhǎng)且容易出錯(cuò)等問(wèn)題，導(dǎo)致組裝難度大，工時(shí)長(zhǎng)，制造成本增加。

3)常用制動(dòng)控制器手柄操作力無(wú)法調(diào)節(jié)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量要求，造成每個(gè)制動(dòng)控制器的操作力差別較大，且無(wú)法控制。

4)常用制動(dòng)控制器無(wú)機(jī)械鎖閉單元，如果軌道交通牽引設(shè)備具有兩端或三端司機(jī)室，當(dāng)其中一端司機(jī)室工作時(shí)，不能給其余司機(jī)室提供電信號(hào)。

5)某些常用制動(dòng)控制器無(wú)發(fā)光電路板，某些有發(fā)光電路板的常用制動(dòng)控制器只有夜間照明功能，不能實(shí)現(xiàn)手柄指向某一級(jí)位該級(jí)位指示燈變色等功能。

為了解決以上問(wèn)題，使制動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，零部件加工及組裝工序簡(jiǎn)單，本文闡述了一種新型制動(dòng)控制器，該新型制動(dòng)控制器很好地解決了以上常用制動(dòng)控制器普遍存在的問(wèn)題。

2 新型制動(dòng)控制器介紹

2.1 總體結(jié)構(gòu)

新型制動(dòng)控制器將常用自動(dòng)制動(dòng)控制器和單獨(dú)制動(dòng)控制器功能結(jié)合起來(lái)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，由自動(dòng)制動(dòng)單元、單獨(dú)制動(dòng)單元、機(jī)械鎖閉單元、發(fā)光電路板以及附屬配件組成。每個(gè)單元在組裝完成后通過(guò)緊固件連接到面板上組成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)緊湊，有效地提高了司機(jī)臺(tái)下有限空間的利用率。其中自動(dòng)制動(dòng)單元和單獨(dú)制動(dòng)單元的整體結(jié)構(gòu)基本一致，除手柄頭、主軸和側(cè)板等部件細(xì)節(jié)處有區(qū)別外，其余部件可以互換，大大降低了設(shè)計(jì)及加工成本。

自動(dòng)制動(dòng)單元位于制動(dòng)控制器右側(cè)，其功能相當(dāng)于常用自動(dòng)制動(dòng)控制器，設(shè)有五個(gè)位置，從前往后依次為運(yùn)轉(zhuǎn)位、中立位、制動(dòng)位、重聯(lián)位、緊急位，每個(gè)位置間操作角度為18°。采用T字形紅色手柄頭，使得操作更人性化。

單獨(dú)制動(dòng)單元位于制動(dòng)控制器左側(cè)，其功能相當(dāng)于常用單獨(dú)制動(dòng)控制器，設(shè)有四個(gè)位置，從前往后依次為緩解位、運(yùn)轉(zhuǎn)位、中立位、制動(dòng)位。每個(gè)位置間操作角度為18°。采用圓形黑色手柄頭，以示與自動(dòng)制動(dòng)單元的區(qū)別。

新型制動(dòng)控制器的自動(dòng)制動(dòng)單元以及單獨(dú)制動(dòng)單元的低壓聯(lián)鎖開關(guān)均采用對(duì)稱布置，即一個(gè)凸輪控制兩個(gè)低壓聯(lián)鎖開關(guān)，使得整個(gè)新型制動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)緊湊，有效地促使機(jī)車司機(jī)臺(tái)面逐漸向簡(jiǎn)潔、美觀、緊湊方向發(fā)展。

新型制動(dòng)控制器側(cè)板(如圖2所示)及觸頭盒安裝板(如圖3所示)均采用厚鋁合金板整體加工，可以有效防止組裝過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)定位以及積累誤差，增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。

1-單獨(dú)制動(dòng)單元 2-機(jī)械鎖閉單元 3-自動(dòng)制動(dòng)單元 4-面板 5-標(biāo)牌

圖2 側(cè)板 圖3 觸頭盒安裝板

2.2 主軸結(jié)構(gòu)

如圖4所示，新型制動(dòng)控制器自動(dòng)制動(dòng)單元及單獨(dú)制動(dòng)單元的主軸是軸與凸輪的結(jié)合體，采用鋁棒整體加工而成，與常用制動(dòng)控制器采用的凸輪軸與凸輪分開加工再組裝的方法相比，此整體加工主軸精度更高，且組裝工序簡(jiǎn)單，減少了工時(shí)，節(jié)約了制造成本。

圖4 新型制動(dòng)控制器主軸

2.3 手柄操作力

針對(duì)常用制動(dòng)控制器手柄操作力無(wú)法調(diào)節(jié)的問(wèn)題，新型制動(dòng)控制器采用標(biāo)準(zhǔn)件定位銷(如圖6所示)和定位棘輪(如圖7所示)配合的精確定位機(jī)構(gòu)(如圖5所示)來(lái)實(shí)現(xiàn)手柄操作力的控制，標(biāo)準(zhǔn)定位銷由螺紋槽、彈簧和鋼珠組成，組裝時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)安裝在定位銷上的鎖緊螺母(圖5，序2)的位置來(lái)調(diào)節(jié)定位銷與定位棘輪間距離，從而調(diào)節(jié)定位銷彈簧力達(dá)到調(diào)節(jié)手柄操作力的目的，使得新型制動(dòng)控制器的手柄操作力可調(diào)節(jié)且可控制。且由于標(biāo)準(zhǔn)件定位銷的彈簧參數(shù)穩(wěn)定，各定位銷彈簧力差異較小，可以有效防止批量組裝新型制動(dòng)控制器時(shí)手柄操作力不可調(diào)節(jié)且差別較大的情況出現(xiàn)。

1-定位銷 2-鎖緊螺母 3-固定側(cè)板 4-定位棘輪

1-螺紋槽 2-壓力彈簧 3-球形鋼珠

圖7 定位棘輪

2.4 機(jī)械鎖閉功能

針對(duì)常用制動(dòng)控制器無(wú)機(jī)械鎖閉單元，如果軌道交通牽引設(shè)備具有兩端或三端司機(jī)室，當(dāng)其中一端司機(jī)室工作時(shí)，不能給其余司機(jī)室提供電信號(hào)的問(wèn)題，新型制動(dòng)控制器增加了機(jī)械鎖閉單元(如圖8所示)。

1-自動(dòng)制動(dòng)單元(隱藏側(cè)板) 2-機(jī)械聯(lián)鎖桿 3-鎖及傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 4-輔助觸頭 5-自動(dòng)制動(dòng)單元(隱藏側(cè)板)

1-鑰匙 2-鎖芯 3-鎖安裝板 4-鎖傳動(dòng)件

機(jī)械鎖閉單元具有“開”和“關(guān)”兩個(gè)位置，圖9所示的鑰匙從“開”到“關(guān)”的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°。鎖芯底部連接有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，鑰匙轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械聯(lián)鎖桿左右移動(dòng)，從而鎖住或者解鎖自動(dòng)制動(dòng)單元和單獨(dú)制動(dòng)單元。機(jī)械聯(lián)鎖桿的特殊設(shè)計(jì)，使得其在左右移動(dòng)時(shí)下壓或者緩解輔助觸頭，使輔助觸頭動(dòng)作并輸出電信號(hào)。如果軌道交通牽引設(shè)備具有兩端或三端司機(jī)室，當(dāng)其中一端司機(jī)室工作時(shí)，低壓聯(lián)鎖開關(guān)閉合給其余一端或兩端司機(jī)室提供電信號(hào)。

機(jī)械鎖閉單元與單獨(dú)制動(dòng)單元及自動(dòng)制動(dòng)單元之間存在如下機(jī)械連鎖關(guān)系：

當(dāng)機(jī)械鎖閉單元的藍(lán)色鑰匙在“關(guān)”位時(shí)，自動(dòng)制動(dòng)單元手柄被鎖在在“重聯(lián)”位，單獨(dú)制動(dòng)單元手柄被鎖在“運(yùn)轉(zhuǎn)”位；當(dāng)藍(lán)色鑰匙旋轉(zhuǎn)到“開”位時(shí)，自動(dòng)制動(dòng)單元手柄及單獨(dú)制動(dòng)單元手柄能前后推動(dòng)。

當(dāng)自動(dòng)制動(dòng)單元手柄在“重聯(lián)”位以及單獨(dú)制動(dòng)單元手柄在“運(yùn)轉(zhuǎn)”位時(shí)，藍(lán)色鑰匙方能從“開”位旋轉(zhuǎn)到“關(guān)”位。

2.5 發(fā)光電路板

針對(duì)某些常用制動(dòng)控制器無(wú)發(fā)光電路板，某些有發(fā)光電路板的常用制動(dòng)控制器只有夜間照明功能，不能實(shí)現(xiàn)手柄指向某一級(jí)位該級(jí)位指示燈變色等功能的問(wèn)題，新型制動(dòng)控制器設(shè)計(jì)了新型的發(fā)光電路板，如圖10所示。

圖10 發(fā)光電路板示意圖(隱藏標(biāo)牌)

新型發(fā)光電路板為新型制動(dòng)控制器提供夜間識(shí)別功能，安裝在面板上，從面板正中的方孔中透出來(lái)，上方覆蓋標(biāo)牌。發(fā)光電路板帶有邏輯控制單元，從自動(dòng)制動(dòng)單元和單獨(dú)制動(dòng)單元的輔助觸頭采集信號(hào)來(lái)判斷自動(dòng)制動(dòng)單元手柄和單獨(dú)制動(dòng)單元手柄所處的位置，并在相應(yīng)的位置顯示藍(lán)燈，其余位置為白燈。標(biāo)牌為透明玻璃板，背面涂覆不干膠，刻有手柄位置標(biāo)識(shí)，并在非刻字部分涂黑色油漆，以凸顯位置標(biāo)識(shí)的亮度。

當(dāng)機(jī)車給電，發(fā)光電路板所有二極管發(fā)出柔和白光，當(dāng)手柄指向某一級(jí)位時(shí)，該級(jí)位對(duì)應(yīng)的二極管由白色轉(zhuǎn)為藍(lán)色，其他位置仍為白色，以此指明新型制動(dòng)控制器當(dāng)前所在操作位置。

3 結(jié)語(yǔ)

新型制動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)常用自動(dòng)制動(dòng)控制器及單獨(dú)制動(dòng)控制器具有的各項(xiàng)功能，并且在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了模塊化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，克服了常用制動(dòng)控制器組裝及拆卸不方便等弊端。新型制動(dòng)控制器加工及組裝工序更加精簡(jiǎn)，在降低制動(dòng)控制器制造成本、提高結(jié)構(gòu)及功能的可靠性方面具有重要意義。

此新型制動(dòng)控制器樣機(jī)試制完畢，已裝車并通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，且通過(guò)全部型式試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)考核以及裝車運(yùn)行考核，至此，新型制動(dòng)控制器研制取得重大成功，將制動(dòng)控制器的研制平臺(tái)提升到新的高度，為今后制動(dòng)控制器的研發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。