新型制动控制器设计探讨

2020-03-05

技术与市场 2020年2期

(中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲 412001)

1 常用制动控制器存在的问题

制动控制器作为机车和列车等轨道交通工具的主令控制电器，国内外对其研究已有多年的历史，其主要配套于制动系统，用以实现机车或列车等的缓解、运转、中立、制动、重联、紧急等功能，一般制动控制器主要包含自动制动控制器和单独制动控制器，目前国内一般用自动制动控制器和单独制动控制器两个独立的制动控制器分别实现对机车和列车的制动控制。

常用制动控制器在机车的发展史起到了重要的作用，但是随着机车的发展，同时也暴露出一些不足，主要有以下几方面。

1)目前机车司机台面逐渐向简洁、美观、紧凑方向发展，以往在司机台面上同时安装电空制动控制器和单独制动控制器以分别实现对机车、列车制动的方案已无法适应发展要求，这就需要设计一种集自动制动控制器功能和单独制动控制器功能为一体的新型制动控制器。

2)常用制动控制器一般通过一组凸轮控制多个低压联锁开关的开闭来实现电路逻辑关系，此种凸轮结构由多个不同形状的具有六方孔的凸轮安装于同一根六方主轴上形成凸轮组，以实现制动控制器不同闭合表输出，多年的组装生产表明这种设计存在零部件加工难度大、组装件容易产生累积误差、组装时间长且容易出错等问题，导致组装难度大，工时长，制造成本增加。

3)常用制动控制器手柄操作力无法调节，因此无法实现定量要求，造成每个制动控制器的操作力差别较大，且无法控制。

4)常用制动控制器无机械锁闭单元，如果轨道交通牵引设备具有两端或三端司机室，当其中一端司机室工作时，不能给其余司机室提供电信号。

5)某些常用制动控制器无发光电路板，某些有发光电路板的常用制动控制器只有夜间照明功能，不能实现手柄指向某一级位该级位指示灯变色等功能。

为了解决以上问题，使制动控制器结构简单，性能可靠，零部件加工及组装工序简单，本文阐述了一种新型制动控制器，该新型制动控制器很好地解决了以上常用制动控制器普遍存在的问题。

2 新型制动控制器介绍

2.1 总体结构

新型制动控制器将常用自动制动控制器和单独制动控制器功能结合起来，结构如图1所示，由自动制动单元、单独制动单元、机械锁闭单元、发光电路板以及附属配件组成。每个单元在组装完成后通过紧固件连接到面板上组成一个整体，结构紧凑，有效地提高了司机台下有限空间的利用率。其中自动制动单元和单独制动单元的整体结构基本一致，除手柄头、主轴和侧板等部件细节处有区别外，其余部件可以互换，大大降低了设计及加工成本。

自动制动单元位于制动控制器右侧，其功能相当于常用自动制动控制器，设有五个位置，从前往后依次为运转位、中立位、制动位、重联位、紧急位，每个位置间操作角度为18°。采用T字形红色手柄头，使得操作更人性化。

单独制动单元位于制动控制器左侧，其功能相当于常用单独制动控制器，设有四个位置，从前往后依次为缓解位、运转位、中立位、制动位。每个位置间操作角度为18°。采用圆形黑色手柄头，以示与自动制动单元的区别。

新型制动控制器的自动制动单元以及单独制动单元的低压联锁开关均采用对称布置，即一个凸轮控制两个低压联锁开关，使得整个新型制动控制器结构紧凑，有效地促使机车司机台面逐渐向简洁、美观、紧凑方向发展。

新型制动控制器侧板(如图2所示)及触头盒安装板(如图3所示)均采用厚铝合金板整体加工，可以有效防止组装过程中出现过定位以及积累误差，增强了整体结构的稳定性与可靠性。

1-单独制动单元 2-机械锁闭单元 3-自动制动单元 4-面板 5-标牌

图2 侧板图3 触头盒安装板

2.2 主轴结构

如图4所示，新型制动控制器自动制动单元及单独制动单元的主轴是轴与凸轮的结合体，采用铝棒整体加工而成，与常用制动控制器采用的凸轮轴与凸轮分开加工再组装的方法相比，此整体加工主轴精度更高，且组装工序简单，减少了工时，节约了制造成本。

图4 新型制动控制器主轴

2.3 手柄操作力

针对常用制动控制器手柄操作力无法调节的问题，新型制动控制器采用标准件定位销(如图6所示)和定位棘轮(如图7所示)配合的精确定位机构(如图5所示)来实现手柄操作力的控制，标准定位销由螺纹槽、弹簧和钢珠组成，组装时通过调节安装在定位销上的锁紧螺母(图5，序2)的位置来调节定位销与定位棘轮间距离，从而调节定位销弹簧力达到调节手柄操作力的目的，使得新型制动控制器的手柄操作力可调节且可控制。且由于标准件定位销的弹簧参数稳定，各定位销弹簧力差异较小，可以有效防止批量组装新型制动控制器时手柄操作力不可调节且差别较大的情况出现。

1-定位销 2-锁紧螺母 3-固定侧板 4-定位棘轮

1-螺纹槽 2-压力弹簧 3-球形钢珠

图7 定位棘轮

2.4 机械锁闭功能

针对常用制动控制器无机械锁闭单元，如果轨道交通牵引设备具有两端或三端司机室，当其中一端司机室工作时，不能给其余司机室提供电信号的问题，新型制动控制器增加了机械锁闭单元(如图8所示)。

1-自动制动单元(隐藏侧板) 2-机械联锁杆 3-锁及传动机构 4-辅助触头 5-自动制动单元(隐藏侧板)

1-钥匙 2-锁芯 3-锁安装板 4-锁传动件

机械锁闭单元具有“开”和“关”两个位置，图9所示的钥匙从“开”到“关”的转动角度为90°。锁芯底部连接有传动机构，钥匙转动时，动传动机构同步转动，传动机构带动机械联锁杆左右移动，从而锁住或者解锁自动制动单元和单独制动单元。机械联锁杆的特殊设计，使得其在左右移动时下压或者缓解辅助触头，使辅助触头动作并输出电信号。如果轨道交通牵引设备具有两端或三端司机室，当其中一端司机室工作时，低压联锁开关闭合给其余一端或两端司机室提供电信号。

机械锁闭单元与单独制动单元及自动制动单元之间存在如下机械连锁关系：

当机械锁闭单元的蓝色钥匙在“关”位时，自动制动单元手柄被锁在在“重联”位，单独制动单元手柄被锁在“运转”位；当蓝色钥匙旋转到“开”位时，自动制动单元手柄及单独制动单元手柄能前后推动。

当自动制动单元手柄在“重联”位以及单独制动单元手柄在“运转”位时，蓝色钥匙方能从“开”位旋转到“关”位。

2.5 发光电路板

针对某些常用制动控制器无发光电路板，某些有发光电路板的常用制动控制器只有夜间照明功能，不能实现手柄指向某一级位该级位指示灯变色等功能的问题，新型制动控制器设计了新型的发光电路板，如图10所示。

图10 发光电路板示意图(隐藏标牌)

新型发光电路板为新型制动控制器提供夜间识别功能，安装在面板上，从面板正中的方孔中透出来，上方覆盖标牌。发光电路板带有逻辑控制单元，从自动制动单元和单独制动单元的辅助触头采集信号来判断自动制动单元手柄和单独制动单元手柄所处的位置，并在相应的位置显示蓝灯，其余位置为白灯。标牌为透明玻璃板，背面涂覆不干胶，刻有手柄位置标识，并在非刻字部分涂黑色油漆，以凸显位置标识的亮度。

当机车给电，发光电路板所有二极管发出柔和白光，当手柄指向某一级位时，该级位对应的二极管由白色转为蓝色，其他位置仍为白色，以此指明新型制动控制器当前所在操作位置。