專利名稱：半掛汽車列車自動防折疊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于汽車列車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半掛汽車列車高速緊急制動過程中自動防折疊裝置。
背景技術(shù)：
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在一定的運(yùn)輸半徑范圍內(nèi)，半掛汽車列車的運(yùn)輸效率和運(yùn)輸成本是最經(jīng)濟(jì)的，比鐵路運(yùn)輸和海運(yùn)效率要高很多。半掛汽車列車在公路運(yùn)輸中表現(xiàn)出的突出優(yōu)點(diǎn)，使得其應(yīng)用范圍越來越廣泛。另一方面，由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在高速緊急制動過程中，與單車相比其穩(wěn)定性有所降低，并容易產(chǎn)生特殊的失穩(wěn)現(xiàn)象——折疊，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生增加了其發(fā)生交通事故的可能性，是半掛汽車列車在使用中的極大障礙。一般認(rèn)為，不正確的制動和不利的路面條件容易造成牽引車后軸輪胎與路面之間難以產(chǎn)生足以維持列車穩(wěn)定運(yùn)行的側(cè)向力，引發(fā)后輪側(cè)滑，從而導(dǎo)致折疊現(xiàn)象的發(fā)生，即牽引車和半掛車之間的夾角為銳角，這種情況在高速行駛條件下尤其明顯。在高速公路上行駛，半掛汽車列車一旦發(fā)生折疊，極易造成車毀人亡、連環(huán)追尾等重大交通事故。故應(yīng)采取措施，防止折疊的發(fā)生。要防止半掛汽車列車高速緊急制動時(shí)發(fā)生折疊，可以通過提高牽引車后輪的側(cè)向力和限制半掛車與牽引車之間的橫擺角來實(shí)現(xiàn)。提高車輪制動時(shí)的側(cè)向力目前做的比較好的就是制動防抱死系統(tǒng)和電子制動力分配系統(tǒng)。遺憾的是，即使是裝備了制動防抱死或電子制動力分配系統(tǒng)的半掛汽車列車，也無法保證半掛汽車列車高速緊急制動時(shí)不發(fā)生折疊現(xiàn)象。因此，限制半掛車與牽引車之間的橫擺角就成為防止半掛汽車列車高速緊急制動時(shí)發(fā)生折疊的一種重要途徑。鉸接車輛(半掛汽車列車是其中一種)的折疊問題就一直受到人們的重視，并試圖通過增加輔助裝置來提高抗折疊能力。因此，也就出現(xiàn)了很多各種各樣的防折疊裝置。縱觀這些防折疊裝置，主要是采用電磁線圈齒輪齒條、液壓缸以及止動銷等方式。由于這類防折疊裝置耗能大、增加較多零部件、不適合甩掛運(yùn)輸?shù)热秉c(diǎn)，尤其是控制不夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確，它們都沒有獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何能夠設(shè)計(jì)一種節(jié)能、環(huán)保，且控制準(zhǔn)確、通用性強(qiáng)的防折疊裝置，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員一直希望得以解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種半掛汽車列車高速緊急制動時(shí)的自動防折疊裝置，該裝置采用凸輪鼓式制動器和曲柄連桿機(jī)構(gòu)對牽引車和半掛車之間的相對轉(zhuǎn)動進(jìn)行約束，并通過控制系統(tǒng)自動防止制動時(shí)折疊的發(fā)生。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型的半掛汽車列車自動防折疊裝置，包括凸輪鼓式制動器、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述凸輪鼓式制動器與曲柄連桿機(jī)構(gòu)為剛性連接；所述凸輪鼓式制動器為現(xiàn)有技術(shù)，其包括制動蹄、制動凸輪軸、制動底板、制動鼓、制動氣室和回位彈簧；所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)由曲柄和組合連桿組成，所述組合連桿包括連桿A和連桿B，所述曲柄的一端與凸輪鼓式制動器的制動鼓剛性連接，其另一端與連桿A的一端通過軸接方式相連接，連桿A的另一端為套筒形狀，所述連桿B為V 字形狀，且該V字的夾角為鈍角，連桿B的一端插入連桿A的套筒中，并通過螺栓固定與連桿A的相對位置，其另一端通過軸接的方式連接到牽引車車架上；所述凸輪鼓式制動器置在半掛車前部的底部，且凸輪鼓式制動器的制動底板與半掛車車架通過螺栓方式固定；所述控制系統(tǒng)包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、第五輪轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器、制動踏板傳感器、制動電磁閥、快放電磁閥和電子控制單元。所述電子控制單元包括AD轉(zhuǎn)換器、微控制器(MCU)、開關(guān)管；所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的輸出連接到一個AD轉(zhuǎn)換器的輸入端，該AD轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到微控制器的一個輸入端；所述第五輪轉(zhuǎn)角傳感器的輸出連接到另一個AD轉(zhuǎn)換器的輸入端，該AD轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到微控制器的一個輸入端；所述車速傳感器的輸出連接到微控制器的一個輸入端；所述制動踏板傳感器的輸出連接到微控制器的外部中斷輸入端；所述微控制器的一個輸出端通過電阻連接到一個開關(guān)管的基極上，該開關(guān)管的集電極連接到制動電磁閥輸入的一端，制動電磁閥輸入的另一端連接到直流電源正極上；所述微控制器的一個輸出端通過電阻連接到另一個開關(guān)管的基極上，該開關(guān)管的集電極連接到快放電磁閥輸入的一端，快放電磁閥輸入的另一端連接到直流電源正極上；所述微控制器的一個輸出端通過電阻連接到工作指示燈的負(fù)極，工作指示燈的正極連接到直流電源正極上；所述微控制器的一個輸出端通過電阻連接到故障指示燈的負(fù)極，故障指示燈的正極連接到直流電源正極上；所述制動電磁閥的輸出連接到凸輪鼓式制動器的進(jìn)氣管上；所述快放電磁閥的輸出連接到凸輪鼓式制動器的出氣管上；所述控制系統(tǒng)在工作的時(shí)候?qū)⒆詣狱c(diǎn)亮工作指示燈，出現(xiàn)故障時(shí)將自動點(diǎn)亮故障指示燈，工作指示燈和故障指示燈也可以通過手動方式點(diǎn)亮或關(guān)閉。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型的半掛汽車列車自動防折疊裝置耗能低、零件少且控制實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，通用性強(qiáng)，能夠在高速緊急制動時(shí)防止折疊的發(fā)生，滿足甩掛運(yùn)輸要求，便于維修和更換。

圖1為半掛汽車列車的示意圖
圖2為本實(shí)用新型的半掛汽車列車自動防折疊裝置的安裝位置示意圖圖3為曲柄連桿機(jī)構(gòu)在半掛汽車列車正常轉(zhuǎn)彎時(shí)的工作狀態(tài)示意圖圖4為凸輪鼓式制動器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為本實(shí)用新型的半掛汽車列車自動防折疊裝置的控制系統(tǒng)框圖圖6為電子控制單元的電路圖圖7為圖5中的微控制器的程序流程圖
圖中1牽引座2牽引車車架3半掛車車架4牽引車5半掛車11凸輪鼓式制動器12制動蹄13制動凸輪軸14制動底板15制動鼓16制動氣室17回位彈簧21曲柄22組合連桿23連桿A M連桿B31方向盤轉(zhuǎn)角傳感器32第五輪轉(zhuǎn)角傳感器33車速傳感器34制動踏板傳感器35電子控制單元41方向盤轉(zhuǎn)角傳感器輸出42第五輪轉(zhuǎn)角傳感器輸出43 車速傳感器輸出44制動踏板傳感器輸出Ul微控制器U2AD轉(zhuǎn)換器A U3AD轉(zhuǎn)換器B Kl制動電磁閥K2快放電磁閥Dl工作指示燈D2故障指示燈X牽引座的中心點(diǎn)Y凸輪鼓式制動器的制動鼓在半掛車車架上的固定點(diǎn)Z曲柄連桿機(jī)構(gòu)與牽引車車架的連接點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述下面的實(shí)施例中微控制器采用STC89S52，ADC采用ADC0831，車速傳感器采用KMI1-15，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采用 SP2801A502，第五輪轉(zhuǎn)角傳感器采用SP2821A502，快放電磁閥采用4V430，制動電磁閥采用 4V430。如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型的半掛汽車列車自動防折疊裝置，包括凸輪鼓式制動器11、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述凸輪鼓式制動器11與曲柄連桿機(jī)構(gòu)為剛性連接； 所述凸輪鼓式制動器11為現(xiàn)有技術(shù)，其包括制動蹄12、制動凸輪軸13、制動底板14、制動鼓15、制動氣室16和回位彈簧17 ；所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)由曲柄21和組合連桿22組成，所述組合連桿22包括連桿A23和連桿B24，所述曲柄21的一端與凸輪鼓式制動器11的制動鼓 15剛性連接，其另一端與連桿A23的一端通過軸接方式相連接，連桿A23的另一端為套筒形狀，所述連桿BM呈V字形狀，且該V字的夾角為鈍角，連桿BM的一端插入連桿A23的套筒中，并通過螺栓固定與連桿A24的相對位置，其另一端通過軸接的方式連接到牽引車車架2 上；所述凸輪鼓式制動器11置在半掛車前部的底部，凸輪鼓式制動器11的制動底板14與半掛車車架3通過螺栓方式固定。所述控制系統(tǒng)包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器31、第五輪轉(zhuǎn)角傳感器32、車速傳感器33、 制動踏板傳感器34、制動電磁閥K1、快放電磁閥K2和電子控制單元35。所述電子控制單元包括AD轉(zhuǎn)換器、微控制器U1、開關(guān)管；所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器輸出41連接到AD轉(zhuǎn)換器AU2的輸入(U2的第2腳)，AD轉(zhuǎn)換器AU2的輸出(U2的第6腳) 連接到微控制器Ul的輸入端P22 ；所述第五輪轉(zhuǎn)角傳感器42輸出連接到AD轉(zhuǎn)換器BU3的輸入(U3的第2腳)，AD轉(zhuǎn)換器BU3的輸出(U3的第6腳)連接到微控制器Ul的輸入端 P25 ；所述車速傳感器輸出43連接到微控制器Ul的輸入端PlO ；所述制動踏板傳感器輸出 44連接到微控制器Ul的外部中斷輸入端(Ul的INTl腳)；所述微控制器Ul的輸出端P15 通過電阻R6連接到開關(guān)管Ql的基極上，該開關(guān)管Ql的集電極連接到制動電磁閥Kl輸入的一端，制動電磁閥Kl輸入的另一端連接到直流電源正極5V上所述微控制器Ul的輸出端P13通過電阻R7連接到開關(guān)管Q2的基極上，該開關(guān)管Q2的集電極連接到快放電磁閥K2 輸入的一端，快放電磁閥K2輸入的另一端連接到直流電源正極5V上所述微控制器Ul的輸出端P12通過電阻R4連接到工作指示燈Dl的負(fù)極，工作指示燈Dl的正極連接到直流電源正極5V上；所述微控制器Ul的輸出端Pll通過電阻R5連接到故障指示燈D2的負(fù)極，故障指示燈D2的正極連接到直流電源正極5V上；制動電磁閥Kl的輸出連接到凸輪鼓式制動器11的進(jìn)氣管上；快放電磁閥K2的輸出連接到凸輪鼓式制動器11的出氣管上；所述控制系統(tǒng)在工作的時(shí)候?qū)⒆詣狱c(diǎn)亮工作指示燈D1，出現(xiàn)故障時(shí)將自動點(diǎn)亮故障指示燈D2。本實(shí)用新型的自動防折疊裝置可以通過調(diào)節(jié)連桿BM的插入連桿A23套筒中的長度，從而改變組合連桿22整體的長度，以適應(yīng)凸輪鼓式制動器11在半掛車5上不同的安裝位置；當(dāng)凸輪鼓式制動器11與第五輪中心距發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)組合連桿22的長度以適應(yīng)甩掛運(yùn)輸?shù)囊蟆0017]本實(shí)用新型的工作原理如下根據(jù)三角形穩(wěn)定原理分析如圖3所示，中心點(diǎn)X、固定點(diǎn)Y和連接點(diǎn)ζ構(gòu)成了一個三角形，其中XY邊、)(Z邊的長度是固定的，且TL邊的位置相對牽引車也是固定的，如果半掛車5相對牽引車4轉(zhuǎn)動(即發(fā)生折疊)，固定點(diǎn)Y的運(yùn)動軌跡是沿著以中心點(diǎn)X為圓心、以XY的長度為半徑做圓周運(yùn)動，因XY邊、)(Z邊的長度是固定的，且)(Z邊的位置相對牽引車也是固定的，因此固定點(diǎn)Y做圓周運(yùn)動的結(jié)果，就是改變了三角形的三個內(nèi)角，而三角形的兩個邊XY邊、XZ邊的長度是固定的，因此也就必然改變了 TL 邊的長度，因此允許TL邊的長度改變，也就是允許半掛車5相對牽引車4轉(zhuǎn)動，即可以正常轉(zhuǎn)彎；如果不允許Π邊的長度改變，也就是三角形的三邊長度均固定，再加上其中TL邊的位置相對牽引車也是固定的，那么就形成了一個穩(wěn)定的三角形，也就是中心點(diǎn)X、固定點(diǎn)Y 和連接點(diǎn)Z相對牽引車4均是固定的，也就是半掛車5相對牽引車4固定，不能轉(zhuǎn)動，即可以防止折疊。本實(shí)用新型的工作方式如下在半掛車汽車列車在靜止或從靜止開始起動后，凸輪鼓式制動器11首先處于初始狀態(tài)，其制動鼓15是可以相對制動底板14進(jìn)行轉(zhuǎn)動的，因?yàn)榍B桿機(jī)構(gòu)的曲柄21的一端是與制動鼓15剛性連接的，因此曲柄21是可以相對制動底板14，即相對半掛車5進(jìn)行轉(zhuǎn)動的，同時(shí)因?yàn)榍?1的另一端與組合連桿22的一端是通過軸接的方式連接的，而組合連桿22的另一端也是通過軸接的方式與牽引車車架2相連接，因此組合連桿22可以相對于曲柄21、牽引車車架2分別做相對轉(zhuǎn)動，其結(jié)果就是此時(shí)可以改變曲柄連桿機(jī)構(gòu)與牽引車車架2的連接點(diǎn)Z到凸輪鼓式制動器11的制動鼓15在半掛車車架3上的固定點(diǎn)Y的距離，也就是此時(shí)允許半掛車5相對牽引車4轉(zhuǎn)動，即半掛車汽車列車可以正常轉(zhuǎn)彎；在半掛車汽車列車起動后，在行進(jìn)過程中，微控制器Ul不斷檢測并處理從方向盤轉(zhuǎn)角傳感器31、第五輪轉(zhuǎn)角傳感器32、車速傳感器33、制動踏板傳感器34傳送過來的信號數(shù)據(jù)，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)角小于30°、第五輪轉(zhuǎn)角大于10°、車速大于70km/h、制動踏板被踩下這四個條件同時(shí)被滿足時(shí)，微控制器Ul才向制動電磁閥發(fā)出指令，制動電磁閥 Kl開啟，高壓氣體經(jīng)過凸輪鼓式制動器11的進(jìn)氣管進(jìn)入制動氣室，并推動制動調(diào)整臂帶動制動凸輪軸13轉(zhuǎn)動，制動凸輪軸13推使制動蹄12壓靠制動鼓15，使制動鼓15不能相對制動底板14進(jìn)行轉(zhuǎn)動，也就使與制動鼓15剛性連接的曲柄21不能相對半掛車5轉(zhuǎn)動，如圖3所示，因曲柄21的長度、TL邊的位置均是固定的，因此組合連桿22與曲柄21的夾角也就固定(此時(shí)理論上可以將組合連桿22整體視為三角形的一個邊)，根據(jù)三角形穩(wěn)定原理，兩邊及其夾角固定，三角形就固定，三角形固定也就使得^邊的長度固定，即固定了曲柄連桿機(jī)構(gòu)與牽引車車架2的連接點(diǎn)Z到凸輪鼓式制動器11的制動鼓15在半掛車車架3 上的固定點(diǎn)Y的距離，此時(shí)不允許半掛車5相對牽引車4轉(zhuǎn)動，即防止了半掛車汽車列車在高速行進(jìn)中因剎車減速或緊急制動而由慣性造成的折疊現(xiàn)象。一旦微控制器Ul檢測到方向盤轉(zhuǎn)角小于30°、第五輪轉(zhuǎn)角大于10°、車速大于 70km/h、制動踏板被踩下這四個條件中只要有一個條件不滿足，微控制器Ul就會向快放電磁閥K2、制動電磁閥Kl發(fā)出指令，制動電磁閥Kl關(guān)閉，快放電磁閥K2開啟，迅速排放凸輪鼓式制動器11的制動氣室16里的高壓空氣，制動蹄12在回位彈簧17的作用下復(fù)位，凸輪鼓式制動器11迅速解除制動。
權(quán)利要求1.一種半掛汽車列車自動防折疊裝置，其特征在于包括凸輪鼓式制動器(11)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，所述凸輪鼓式制動器(11)與曲柄連桿機(jī)構(gòu)為剛性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半掛汽車列車自動防折疊裝置，其特征在于所述曲柄連桿機(jī)構(gòu)由曲柄和組合連桿0 組成，所述組合連桿包括連桿A 和連桿B (M)，所述曲柄的一端與凸輪鼓式制動器(11)的制動鼓(15)剛性連接，其另一端與連桿AQ3) 的一端通過軸接方式相連接，連桿AO； )的另一端為套筒形狀，所述連桿W24)呈V字形狀，且該V字的夾角為鈍角，連桿^24)的一端插入連桿AO； )的套筒中，并通過螺栓固定與連桿A 04)的相對位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半掛汽車列車自動防折疊裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括方向盤轉(zhuǎn)角傳感器(31)、第五輪轉(zhuǎn)角傳感器(32)、車速傳感器(33)、制動踏板傳感器 (34)、制動電磁閥(Kl)、快放電磁閥(Κ2)和電子控制單元(35)，所述電子控制單元(35)包括AD轉(zhuǎn)換器、微控制器(Ul)、開關(guān)管；所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器輸出Gl)連接到AD轉(zhuǎn)換器A(U2)的輸入，AD轉(zhuǎn)換器A(U2)的輸出連接到微控制器(Ul)的輸入端(P22)；所述第五輪轉(zhuǎn)角傳感器G2)輸出連接到AD轉(zhuǎn)換器B (U3)的輸入，AD轉(zhuǎn)換器B (U3)的輸出連接到微控制器(Ul)的輸入端(P25)；所述車速傳感器輸出^幻連接到微控制器(Ul)的輸入端(PlO)； 所述制動踏板傳感器輸出G4)連接到微控制器(Ul)的外部中斷輸入端(INTl)； 所述微控制器(Ul)的輸出端(P15)通過電阻(R6)連接到開關(guān)管Oil)的基極上，該開關(guān)管Oil)的集電極連接到制動電磁閥(Kl)輸入的一端，制動電磁閥(Kl)輸入的另一端連接到直流電源正極5V上；所述微控制器(Ul)的輸出端(P13)通過電阻(R7)連接到開關(guān)管0^2)的基極上，該開關(guān)管的集電極連接到快放電磁閥(以)輸入的一端，快放電磁閥(以)輸入的另一端連接到直流電源正極5V上；所述微控制器(Ul)的輸出端(PU)通過電阻(R4)連接到工作指示燈(Dl)的負(fù)極，工作指示燈(Dl)的正極連接到直流電源正極5V上；所述微控制器(Ul)的輸出端(Pll)通過電阻(肪)連接到故障指示燈(擬)的負(fù)極，故障指示燈(D2)的正極連接到直流電源正極5V上；制動電磁閥(Kl)的輸出連接到凸輪鼓式制動器(11)的進(jìn)氣管上； 快放電磁閥(K2)的輸出連接到凸輪鼓式制動器(11)的出氣管上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種半掛汽車列車自動防折疊裝置，該裝置包括凸輪鼓式制動器(11)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，當(dāng)車速、方向盤轉(zhuǎn)角、第五輪轉(zhuǎn)角以及制動踏板位置這四個條件同時(shí)滿足相應(yīng)的條件后，控制系統(tǒng)才向制動電磁閥(K1)發(fā)出制動指令，利用凸輪鼓式制動器11、曲柄連桿機(jī)構(gòu)對牽引車(4)和半掛車(5)之間的相對轉(zhuǎn)動進(jìn)行約束，防止制動時(shí)折疊的發(fā)生；該裝置可調(diào)節(jié)組合連桿(22)長度，以適配不同類型的牽引車或安裝位置，且便于維修和更換。該裝置可以應(yīng)用于各種半掛汽車列車上，用于防止在高速行進(jìn)中因剎車減速或緊急制動而由慣性造成的半掛車(5)折疊。
文檔編號B60T11/08GK201932144SQ201020645499
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者劉沖, 周淑文, 唐傳茵, 張思奇, 陳澤宇 申請人:東北大學(xué)