机车的制动教学系统

技术领域

本发明涉及机车的制动教学系统，属于教学培训技术领域。

背景技术

传统技术中，针对铁路和谐型电力铁路机车及车辆乘务员应急处置及检修人员的技能实训，各铁路局、大专院校、机务段普遍缺乏系统直观的实训设施、设备，基本是靠传统的跟车或现场检修进行学习培训，并没有系统的培训手段以及现代化的培训设施和设备，不足之处在于，相关人员(主要为学员)培训的机会很有限，只有在于设备检修的时候才能相应的培训学习，并且现场培训只能是根据现场实际所发生的状况来进行相应的培训学习，并不能根据具体的培训需要进行特定的培训学习，导致学员成为铁路机车及车辆乘务员、检修人员后的故障判断和处理能力不高。

目前，虽然存在一些制动机的培训系统，但由于培训系统完全仿真机车的制动系统，尤其在制动柜的仿真方面，制动柜中有各种模块、电磁阀和机械阀以及相应机构，导致培训系统的结构过于复杂，大大提高了培训成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机车的制动教学系统，用于解决现有技术的培训系统完全仿真机车真实结构导致成本高的问题。

本发明的机车的制动教学系统采用如下技术方案：

包括机车模拟驾驶装置、风源系统、制动柜和制动器，其中：

所述制动柜包括控制器和制动气路，控制器连接所述机车模拟驾驶装置，所述控制器用于接收所述机车模拟驾驶装置发送的制动命令；

所述制动气路的入口用于连通风源系统，所述制动气路的出口用于连通制动器的制动缸，所述制动气路上设置有流量调节装置；

所述制动器包括制动缸和制动夹钳机构，制动缸驱动连接制动夹钳机构。

上述技术方案的有益效果是：

本发明实现的教学原理是：首先是制动培训，利用机车模拟驾驶装置向模拟制动柜的控制器发出制动命令，由控制器控制制动气路上的流量调节装置，使模拟风源系统能够为连通的制动缸正常提供气源，模拟制动器的制动缸得到气源，进行正常制动。然后是制动缓解培训，利用机车模拟驾驶装置向模拟制动柜的控制器发出制动缓解命令，由控制器控制制动气路上的流量调节装置，使模拟风源系统无法正常连通的制动缸，模拟制动器的制动缸得不到气源，制动缓解。和现有完全仿真机车制动系统的教学系统相比，本发明的制动教学系统构成简单，在节省系统成本的基础上，能够准确模拟制动缸的制动过程和制动失效故障过程，提高学员的故障判断和处理能力。从而实现机车制动实现故障的模拟，使学员根据培训内容确定出故障原因，以达到培训学员的目的。

为了实现行车制动缸和驻车制动缸的制动模拟，进一步的，所述制动气路包括行车制动气路和驻车制动气路，所述制动缸包括行车制动缸和驻车制动缸，所述行车制动气路连通行车制动缸，所述驻车制动气路连通驻车制动缸。

为了实现制动柜向模拟车头发送气控信号的模拟，进一步的，所述制动柜还包括供风气路，供风气路的入口用于连通风源系统，供风气路的出口用于连通模拟车头的供风阀门。

为了实现制动失效故障的模拟，进一步的，所述流量调节装置包括电磁阀和电磁阀的线圈控制电路，所述电磁阀的进气口通过气路用于连通机车风源系统的风缸；所述电磁阀的第一出气口用于排气，所述电磁阀的第二出气口通过制动缸管用于连通制动缸；所述电磁阀的线圈控制电路用于控制电磁阀的进气口选通连通所述第一出气口和第二出气口。

为了实现对电磁阀的选通控制，进一步的，所述电磁阀的线圈控制电路中串设有电源、可控开关和所述电磁阀的线圈，所述控制器控制连接所述可控开关。

为了实现对可控开关的控制，进一步的，所述可控开关为继电器的触点开关，所述控制器通过继电器控制电路控制连接所述可控开关，所述继电器控制电路中串设有继电器的线圈。

为了实现对继电器的控制，进一步的，所述继电器控制电路包括光耦，光耦的原边连接所述控制器，光耦的副边连接所述继电器的线圈。

为了实现对制动操作的检测，进一步的，所述机车模拟驾驶装置上设置有制动手柄，所述制动手柄处设置有微动传感器，所述控制器检测连接微动传感器。

为了实现对制动信息进行显示，进一步的，所述机车模拟驾驶装置上还设置有显示器，所述显示器连接所述控制器。

为了实现制动教学系统中各设备的供电，所述制动教学系统还包括电气柜，该电气柜供电连接所述机车模拟驾驶装置、风源系统、制动柜和制动器，为各设备提供供电电源，同时用于模拟机车低压电气柜。

附图说明

图1是本发明一种机车的制动教学系统示意图；

图2是本发明机车模拟驾驶装置的示意图；

图3-1是本发明行车制动缸的制动示意图；

图3-2是本发明驻车制动缸的制动示意图；

图4是本发明制动指示器和弹停指示器的制动缓解状态显示图；

图5是本发明制动指示器和弹停指示器的制动状态显示图；

图6是本发明的电磁阀连接关系示意图；

图7是本发明一种电磁阀的线圈控制电路图；

图8是本发明另一种电磁阀的线圈控制电路图。

图中的标号说明如下：

Z09，电磁阀；MR，机车风源系统；A1，第二出气口；A2，进气口；A3，第一出气口；EX，外部大气；Z10，阀门；Z11，制动缸管；Z111，弹簧制动缸管；Z12，制动缸；Z121，驻车制动缸；Z13，制动夹钳；Z14，轮对；VCC，电源；K1，可控开关；VAL0，线圈；D1，稳压管；RL，继电器；OPLA，光耦；R1、R2，电阻；GND，电源地。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本实施例提出一种机车的制动教学系统，如图1所示，包括机车模拟驾驶装置，模拟风源系统，模拟制动柜(CCBII制动柜)，模拟转向架(包含模拟制动器)，模拟双管供风系统和模拟车头。下面，分别对各部分进行阐述。

模拟制动柜是主体部分，模拟制动柜包括控制器(图中未画出)，以及两个制动气路和其他供风气路，其中，控制器通过网线连接机车模拟驾驶装置，用于接收机车模拟驾驶装置发送的相关命令。

制动气路包括两部分，包括行车制动气路和驻车制动气路(图中未画出)，行车制动气路通过制动缸管连通模拟制动器的行车制动缸，驻车制动气路通过停放管连通模拟制动器的驻车制动缸，用于实现两种制动模拟。两个制动气路的入口用于连通风源系统，两个制动气路的出口用于连通模拟制动器的制动缸，两个制动气路上分别设置有流量调节装置，用于控制各自制动气路上的气量通断。

模拟转向架包含有轮对Z14(安装制动盘)、牵引电机、带弹停制动的单元制动器，单元制动器上安装闸瓦。其中，单元制动器包括行车制动缸Z12(如图3-1所示)、驻车制动缸Z121(如图3-2所示)和制动夹钳机构，制动缸驱动连接制动夹钳机构Z13。模拟转向架用于实现机车牵引动作模拟，根据驾驶台发出的牵引制动，可实现轮对的转动、调速动作，模拟转向架的单元制动器根据模拟制动柜输出气路状态控制轮对的停止。

本实施例中，模拟转向架安装有制动指示器和弹停指示器，根据当前制动缸(行车制动缸)和弹簧制动缸(驻车制动缸)显示对应的状态。具体的，如图4，当制动指示器I架制动和II架制动为绿色时，反应制动状态缓解；如图5，当制动指示器I架制动和II架制动为红色时，反应制动动作的施加。

机车模拟驾驶装置上设置有制动手柄和显示器，所述制动手柄处设置有微动传感器，所述控制器检测连接微动传感器。所述机车模拟驾驶装置上还设置有显示器，所述显示器连接所述控制器。

模拟驾驶台上设置有制动模块(即EBV电子制动阀，通过制动手柄来实现)、备用制动阀、显示模块、停放制动施加按钮和停放制动缓解按钮，如图2所示，其中，制动模块连接有控制器，用于操作制动模块，给控制器发出制动信号，使模拟制动器根据该制动信号进行相应的控制。备用制动阀、停放制动施加按钮和停放制动缓解按钮均为模拟真实机车驾驶台上的器件，其中，备用制动阀用于作为代替EBV电子制动阀的备用阀，停放制动施加按钮用于向控制器输出停放制动施加指令，停放制动缓解按钮用于向控制器输出停放制动缓解指令。控制器连接有双脉冲电磁阀，该双脉冲电磁阀包括作用电磁阀，作用电磁阀的控制气路，缓解电磁阀，以及缓解电磁阀的控制气路。其中，作用电磁阀的控制气路一端用于连通模拟制动柜内的停放制动缸，另一端用于连通外部大气；缓解电磁阀的控制器路一端用于连通制动柜内的停放制动缸，另一端用于连通停放管(停放制动缸管)，该停放管设置在模拟制动柜的底部，且停放管用于通过高压软管(即弹簧制动缸管Z111)连接至驻车制动缸Z121。

显示模块包括LCDM显示器、总风/列车管风压表和制动缸风压表(用于显示制动缸I/II的压力)，其中制动缸风压表检测连接有压力传感器，该压力传感器设置在制动缸内，用于检测制动缸的压力；LCDM显示器用于提供制动信息显示，如总风管/列车管，制动缸的压力显示，还可进行制动参数的设置，如压力设置。

本实施例中，模拟制动柜还包括两路供风气路，两路供风气路的入口用于连通模拟风源系统，两路供风气路的出口用于连通模拟车头的供风阀门。图1所示，其中一路供风气路通过平均管(设置在模拟制动柜底部)连通模拟车头的总风管塞门，另一路供风气路通过列车管(设置在模拟制动柜底部)连通模拟车头的列车管，平均管用于两台机车重联时，将平均管联结，可以使本机(火车头)控制补机的制动缸压力，使两台机车同时制动或者缓解，列车管用于连接整列车控制全列车的制动与缓解。

模拟双管供风系统，包括第一供风管路和第二供风管路，其中第一供风管路中的气量较小，且气量可调节，第二供风管路中的气量较大，但气量不可调节，用于将模拟风源系统的气源传输至模拟车头。模拟车头包括列车管塞门、平均管塞门和总风管塞门，其中总风管塞门用于连通模拟双管供风系统，控制气源是否排入。

本实施例中，模拟风源系统由空压机来实现，以节省设备成本，作为其他实施方式，还可以采用空压机通过连接管路连接风缸，由风缸为模拟制动柜和模拟双管供风系统提供气源。空压机的作用是产生压缩气体，可设置启停压力点，当低于最小压力时，压缩机启动工作，当高于设定最高压力时，压缩机停止工作。按此循环往复工作。风缸部分存储压缩空气，避免压缩机频繁启停工作，风缸向CCBII制动柜供应压缩空气。

图1中的制动教学系统还包括模拟机车低压电气柜，该电气柜供电连接机车模拟驾驶装置、模拟风源系统、模拟制动柜、模拟车头、双管供风系统和模拟转向架中的各用电设备。

本实施例中，两个流量调节装置结构相同，下面以行车制动气路上设置的流量调节装置为例，来阐述其具体实现方式，如图6所示，包括电磁阀Z09和电磁阀Z09的线圈控制电路，如图1所示，其中，电磁阀Z09的进气口A2通过气路用于连通机车风源系统MR的风缸，电磁阀的第一出气口A3用于排气，电磁阀的第二出气口A1通过制动缸管Z11用于连通机车转向架的制动缸Z12；制动缸管Z11上设置有阀门Z10，用于排出制动缸Z12内的气体。电磁阀Z09的线圈控制电路用于控制电磁阀的进气口A2选通连通所述第一出气口A3和第二出气口A1，用于实现制动模拟和制动失效故障模拟。

基于上述的制动教学系统，其实现的教学培训内容如下：

(1)制动操作培训

操作EBV电子制动阀，使EBV电子制动阀的手柄位于制动位，驾驶台向模拟制动柜发出制动施加指令(即制动信号)，控制器控制电磁阀Z09的线圈控制电路导通，使电磁阀Z09的线圈VAL0带电，从而控制电磁阀Z09的进气口A2连通第二出气口A1，形成气路，使风源系统MR的风缸中的气源向转向架的行车制动缸Z12充气，模拟转向架的制动夹钳Z13夹紧轮对Z14制动。

操作EBV电子制动阀，使EBV电子制动阀位于运转位，驾驶台向模拟制动柜发出制动缓解指令，控制器不给出线圈控制电路导通的控制信号，使电磁阀Z09的线圈VAL0不带电，从而使电磁阀Z09的进气口A2连通第一出气口A3，将气源排至外部大气EX；将阀门Z10打开，当制动缸Z12排气后，制动夹钳Z13缓解，当制动夹钳Z13的闸片与轮对Z14恢复间隙状态时，轮对Z14可转动，如图3-1所示。

按下停放制动施加按钮时，驾驶台向模拟制动柜的控制器发出停放制动施加指令，当按下停放制动缓解按钮时，驾驶台向模拟制动柜的控制器发出停放制动缓解指令。具体的，当制动柜控制器接收到停放制动施加指令后，控制双脉冲电磁阀上的作用电磁阀得电，使模拟制动柜内的停放制动缸内空气经作用电磁阀排空，制动夹钳动作，使停放制动施加；当制动柜控制器接收到停放制动缓解指令后，控制双脉冲电磁阀上的缓解电磁阀得电，压缩空气经缓解电磁阀进入到停放制动缸，夹钳缓解，使停放制动缓解。

(2)制动失效故障培训

模拟现象：不能建立制动缸压力，造成机车无法制动。

故障设置：操作EBV电子制动阀，使EBV电子制动阀的手柄位于制动位，驾驶台向模拟制动柜的控制器发出制动施加指令，控制器根据该指令，结合当前的培训模式(即制动失效故障培训)，控制电磁阀Z09的进气口A2和第一出气口A3连通，从而控制机车风源系统MR的风缸通过第一出气口A3排气，使风缸无法正常连通机车转向架的制动缸Z12，制动缸Z12得不到风缸排出的气源，使转向架的制动缸Z12不进行制动，制动夹钳Z13不能夹住轮对Z14，制动失效，从而实现机车的制动失效故障模拟。

故障分析：学员通过观察驾驶台上的显示模块(即制动缸风压表)，发现制动缸的压力异常，学员排查确认阀门Z10打开，模拟制动柜至制动缸之间的管路完好无泄漏，判定模拟制动柜的制动缸控制模块(也称BCCP模块)故障，在3D软件中虚拟操作更换BCCP模块后，再次试验，恢复正常制动功能，故障修复成功。上述3D软件安装在辅助触摸屏的控制芯片中，辅助触摸屏用于操作三维虚拟显示计算机，即图1中的视景拼接显示屏，该显示屏用于故障处理中，虚拟显示制动柜各个部件，可让学员点选进行虚拟更换操作。

显示屏将该系统实现的功能以三维场景效果展现出来，还原各种线路场景、车站、显示机车运行情况，并可通过多媒体培训方式进行各种行车操作的培训和演练，以及理论知识的培训和考核。

以上是行车制动气路上流量调节装置进行的模拟培训过程，对于驻车制动气路上的流量调节装置，在制动操作培训时，对电磁阀中选通气路的控制正好相反，即行车制动气路上流量调节装置的制动培训是充气控制时进行制动，排气控制时制动缓解，而驻车制动气路上流量调节装置的制动培训是排气控制时进行制动，充气控制时制动缓解，具体控制过程不再详述。

对于驻车制动失效故障模拟，需控制电磁阀的进气口和第二出气口连通，从而控制机车风源系统的风缸连通转向架的驻车制动缸Z121，驻车制动缸Z121得到风缸提供的气源，进行充气，使驻车制动缸Z121不进行驻车制动，实现驻车制动失效故障模拟，使学员据此现象确定出故障原因，并进行故障分析，以达到培训学员的目的。

本实施例中，电磁阀Z09的线圈控制电路如图7所示，该控制电路中串设有电源VCC、可控开关K1和电磁阀Z09的线圈VAL0，可控开关K1(图7中为三极管)的控制端连接至控制器，用于通过控制器给出控制信号(例如为高电平信号)，使线圈控制电路导通，从而使电磁阀Z09的线圈VAL0带电，使电磁阀Z09的进气口A2和第二出气口A1连通。当控制器给出低电平信号时，线圈控制电路不导通，使电磁阀Z09的进气口A2和第一出气口A3连通。

作为其他实施方式，电磁阀Z09的线圈控制电路如图8所示，可控开关为继电器RL的触点开关，控制器通过继电器控制电路控制可控开关(即继电器的触点开关)，继电器控制电路包括光耦OPLA，光耦OPLA的原边连接控制器(图中未示出)，电阻R1(阻值为1K)连接原边一端，原边另一端连接控制器，且原边并联有电阻R2(阻值为2K)，光耦OPLA的副边连接继电器RL的线圈，继电器的线圈并联有稳压管D1，起到稳压作用。线圈控制电路的控制原理为，通过控制器给出控制信号(低电平信号OA0)，使光耦OPLA的原边导通，触发光耦OPLA的副边导通，达到控制继电器RL的线圈的目的。

本实施例中，制动实训系统还包括设置在阀门Z10处的微动传感器，通过控制器检测连接微动传感器，将微动传感器检测的信号传输给控制器，以检测阀门的通断。本实施例中，微动传感器为行程开关。当Z10选至打开位置时，压缩空气才可以进入到制动缸，可培训学员正确操作该器件，此塞门未放置在打开时，软件显示界面会给予提示。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。例如，本实施例中的控制器根据具体的情况，既可以设置在模拟制动柜中，也可以设置在驾驶台中；并且，控制器的数量也可以变化，既可以是一个控制器，也可以是多个控制器，例如可以根据不同的功能设置不同的控制器，在需要时各控制器进行通信连接即可。

又如，本实施例中，通过制动缸风压表发现制动缸的压力异常，作为其他实施方式，也可以通过显示器的显示异常，发现制动缸的压力异常。

因此，基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，本实施例在具体应用时，根据转向架包括的制动缸不同，设置两组电磁阀和线圈控制电路，当模拟转向架包含图3-2所示的行车制动缸和驻车制动缸时，采用两组结构相同的电磁阀和线圈控制电路分别来控制；而当转向架只包含有如图3-1所示的行车制动缸，不包含有驻车制动缸时，仅设置一组电磁阀和线圈控制电路来控制即可。