机车空气制动系统及机车技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种机车空气制动系统及机车。
背景技术
目前在国内地铁盾构施工中，工矿车、沙浆车、渣土车等机车是重要的辅助运输设
备，承担着盾构机掘进过程中的材料运输工作。
上述机车上的空气制动系统一般为单作用缸空气制动系统，即，使用单作用制动
缸进行制动。单作用制动缸主要包括活塞和弹簧，活塞将制动缸的缸体分隔为第一腔体和
第二腔体，弹簧位于第二腔体内，第一腔体具有风管接口，风管接口与车辆的控制风管连
接。控制风管用于向制动缸供风。在车辆运行过程中，控制风管向风管接口供风，此时活塞
在风力作用下收缩进制动缸内，使机车处于非制动状态，即制动缓解状态。当需要制动时，
控制风管停止向风管接口供风，此时活塞就会在后部弹簧的推动作用下从制动缸的第一腔
体内伸出，从而对机车进行制动。
上述制动方式完全满足小吨位机车的安全使用，然而，对于大吨位机车，由于其承
载的渣土等材料吨位较大，在制动时需要的制动力更大，运行时需要的风量更大，而上述的
单作用缸空气制动系统由于制动力较小，不能保证大吨位机车的安全使用。因此，一种既可
以适用于小吨位机车又可以适用于大吨位机车的空气制动系统成为发明人所关注的重点。
发明内容
本发明提供一种机车空气制动系统及机车，以克服现有技术的空气制动系统无法
保证大吨位机车安全使用的缺陷。
第一方面，本发明提供的一种机车空气制动系统，包括制动缸以及与空压机连通
的控制风管，所述制动缸包括活塞，所述活塞将所述制动缸的缸体分隔为第一腔体和第二
腔体，所述第一腔体具有与所述控制风管连通的第一风管接口，所述活塞可在从所述第一
风管接口进入的风的作用下被压入所述第一腔体内，或者在所述第二腔体的压力作用下伸
出至所述第一腔体外，
还包括与所述空压机连通的列车风管和与所述列车风管连通的气控换向阀；所述
第二腔体具有第二风管接口；所述控制风管还与所述气控换向阀连通，所述气控换向阀具
有缓解风路和制动风路，所述控制风管向所述气控换向阀供风时，所述缓解风路的两端分
别与所述列车风管和所述第一风管接口导通，用于使所述列车风管中的风进入至所述第一
风管接口，并将所述活塞压入所述第一腔体内；所述控制风管停止向所述气控换向阀供风
时，所述制动风路的两端分别与所述列车风管和所述第二风管接口导通，用于使所述列车
风管中的风进入至所述第二风管接口，并将所述活塞推出至所述第一腔体外；
所述第一风管接口与所述控制风管之间还设有第一控制开关，所述列车风管和所
述气控换向阀之间还设有第二控制开关。
如上所述的机车空气制动系统，所述列车风管与所述气控换向阀之间还设有风
缸，所述风缸的进风口与所述列车风管连通，所述风缸的出风口与所述气控换向阀连通；
所述第二控制开关位于所述风缸的出风口和所述气控换向阀之间。
如上所述的机车空气制动系统，所述气控换向阀包括与所述控制风管连通的进风
口、阀芯以及抵顶在所述阀芯一端的复位件，所述阀芯的另一端与所述进风口相对设置；
所述控制风管向所述进风口供风时，所述阀芯在风力作用下压缩所述复位件以使
所述缓解风路与所述列车风管连通；所述控制风管停止向所述进风口供风时，所述阀芯在
所述复位件的作用下复位以使所述制动风路与所述列车风管连通。
如上所述的机车空气制动系统，还包括控制器，所述控制器用于控制所述第一控
制开关或所述第二控制开关的开闭。
如上所述的机车空气制动系统，所述制动缸至少为两个，至少两个所述制动缸并
联连接。
如上所述的机车空气制动系统，所述制动缸为四个，四个所述制动缸并联连接。
第二方面，本发明提供一种机车，包括车体和如上所述的机车空气制动系统。
本发明的机车空气制动系统及机车，通过设置分别与空压机连通的控制风管和列
车风管、分别与控制风管和列车风管连通的气控换向阀，并在制动缸的第一腔体设置第一
风管接口，第二腔体设置第二风管接口，气控换向阀的缓解风路与列车风管和第一风管接
口连通，气控换向阀的制动风路分别与列车风管和第二风管接口连通，同时在控制风管和
第一风管接口之间设置第一控制开关，在列车风管和气控换向阀之间设置第二控制开关，
当该空气制动系统用在小吨位机车上时，由于小吨位机车所需的制动力较小，将第一控制
开关闭合，第二控制开关断开，此时控制风管与第一风管接口连通，列车风管与制动缸之间
的通路关闭，控制风管向第一风管接口供风，第一腔体内的气压增大，从而使活塞在风力作
用下位于第一腔体内，使小吨位机车处于制动缓解状态，当需要制动时，使控制风管停止向
制动缸供风，由于第一腔体内气压减小，活塞会在第二腔体的压力作用下伸出第一腔体外，
从而实现制动。当该空气制动系统用于大吨位机车上时，由于大吨位机车所需的制动力较
大，此时断开第一控制开关，闭合第二控制开关，控制风管向气控换向阀供风，使缓解风路
与列车风管连通，列车风管提供的风经缓解风路进入至第一风管接口，使第一腔体内气压
增大，活塞在风力作用下位于第一腔体内，从而使大吨位机车处于制动缓解状态，当需要制
动时，使控制风管停止向气控换向阀供风，此时第一腔体内气压减小，活塞会在第二腔体的
压力作用下伸出至第一腔体外，实现制动，由于制动风路此时与列车风管连通，列车风管提
供的风会从第二风管接口进入至第二腔体内，以进一步增大对活塞的推力，从而使大吨位
机车的制动力增大，以满足大吨位机车对制动力的要求，从而通过第一控制开关和第二控
制开关之间的切换，使本发明提供的机车空气制动系统既可以用在小吨位机车上，也可以
用在大吨位机车上，使用灵活且方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的机车空气制动系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的机车空气制动系统中当第一控制开关闭合、第二控
制开关断开时的连接原理图；
图3为本发明一实施例提供的机车空气制动系统中当第一控制开关断开、第二控
制开关闭合时的连接原理图。
附图标记说明：
1、控制风管； 2、制动缸；
21、活塞； 22、第一风管接口；
23、第二风管接口；3、列车风管；
4、气控换向阀； 5、第二控制开关；
6、第一控制开关； 7、风缸。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有作出创造性劳动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。
实施例一
图1为本发明一实施例提供的机车空气制动系统的结构示意图。参照图1所示，本
实施例提供一种机车空气制动系统，包括：制动缸2、与空压机(图中未示出)连通的控制风
管1。具体地，空压机与牵引机车连接，牵引机车用于给空压机供电，由空压机压缩空气为控
制风管1给风。在具体实现时，可以在空压机和控制风管1之间设置控制装置(图中未示出)，
通过控制装置控制空压机是否向控制风管1供风。
制动缸2包括缸体和位于缸体内的活塞21，活塞21将缸体分隔为第一腔体和第二
腔体，第一腔体具有第一风管接口22，第一风管接口22与控制风管1连通，其中，活塞21可在
从第一风管接口22进入的风的作用下被压入第一腔体内，或者在第二腔体的压力作用下伸
出至第一腔体外。
在本实施例中，该机车空气制动系统还包括：列车风管3和气控换向阀4。列车风管
3与空压机连通，气控换向阀4与列车风管3连通，也就是说，列车风管3和控制风管1之间互
不连接，列车风管3的一端与空压机连通，列车风管3的另一端与气控换向阀4连通。制动缸2
的第二腔体还具有第二风管接口23。控制风管1还与气控换向阀4连通。气控换向阀4具有缓
解风路和制动风路，控制风管1向气控换向阀4供风时，缓解风路的两端分别与列车风管3和
第一风管接口22导通，用于在控制风管1供风时使列车风管3中的风进入至第一风管接口
22，并将活塞压入第一腔体内。控制风管1停止向气控换向阀4供风时，制动风路的两端分别
与列车风管3和第二风管接口23导通，用于在控制风管1停止供风时使列车风管3中的风进
入至第二风管接口23，并将活塞21推出至第一腔体外。
第一风管接口22与控制风管1之间还设有第一控制开关6，列车风管3与气控换向
阀4之间还设有第二控制开关5。也就是说，当第一控制开关6闭合且第二控制开关5断开时，
控制风管1与第一风管接口22之间的管路接通，而列车风管3与制动缸2之间的管路断开。当
第一控制开关6断开且第二控制开关5闭合时，控制风管1与第一风管接口22之间的管路断
开，而列车风管3与制动缸2之间的管路接通。下面通过具体的使用过程对本发明的机车空
气制动系统进行详细说明：
图2为本发明一实施例提供的机车空气制动系统中当第一控制开关闭合、第二控
制开关断开时的连接原理图。此种情况适用于小吨位的机车，当本实施例的机车空气制动
系统用于小吨位机车上时，闭合第一控制开关6，断开第二控制开关5。参照图2所示，通过将
该空气制动系统应用于小吨位渣土车上进行具体说明：空压机向控制风管1供风，风沿管路
从第一风管接口22进入至制动缸2的第一腔体，活塞21在风力作用下保持在第一腔体内，从
而使小吨位渣土车处于制动缓解状态，也就是说，在机车运行过程中，控制风管1一直向第
一风管接口22供风。当需要制动时，使控制风管1停止供风，此时，由于没有风进入第一腔
体，第一腔体泄压，活塞21会在第二腔体气压的推力作用下伸出至第一腔体外，从而对机车
进行制动。在具体实现时，可以在第二腔体内设置弹簧，当控制风管1向第一腔体供风时，活
塞21在风力作用下被压入第一腔体内，此时弹簧处于压缩状态。当控制风管1停止供风时，
由于第一腔体内的气压减小，此时弹簧在自身弹力作用下将活塞21推出至第一腔体外。由
于小吨位渣土车所需的制动力较小，因此，当该空气制动系统应用在小吨位渣土车上时，无
需接通列车风管3与制动缸2之间的通路即可满足小吨位渣土车的制动要求，节省了能耗，
且使用非常方便。
图3为本发明一实施例提供的机车空气制动系统中当第一控制开关断开、第二控
制开关闭合时的连接原理图。此种情况适用于大吨位的机车。当本实施例提供的机车空气
制动系统用于大吨位机车上时，断开第一控制开关6，闭合第二控制开关5。此时，控制风管1
与第一风管接口22连通的通路断开，列车风管3与制动缸2之间的管路连通。参照图3所示，
以该空气制动系统应用于大吨位渣土车为例进行说明：在机车运行过程中，列车风管3一直
向气控换向阀4供风。同时，空压机向控制风管1供风，控制风管1向气控换向阀4供风，此时，
气控换向阀4的缓解风路在控制风管1的风力作用下导通，即气控换向阀4的缓解风路的两
端分别与列车风管3和第一风管接口22连通，列车风管3中的风经缓解风路后从第一风管接
口22流入至第一腔体，使活塞21在风力作用下位于第一腔体内，使机车处于制动缓解状态。
当需要制动时，控制风管1停止向气控换向阀4供风，此时，缓解风路关闭，制动风路导通，即
制动风路的两端分别与列车风管3和第二风管接口23连通，此时列车风管3提供的风会经过
制动风路后，从第二风管接口23进入至制动缸2的第二腔体内，此时第二腔体内的气压增
大，从而将活塞21向前推动至第一腔体外，从而实现制动。具体实现时，可在第二腔体内设
置弹簧，当控制风管1停止向气控换向阀4供风时，第一腔体内的气压减小，此时活塞会在弹
簧的推力作用下伸出至第一腔体外，同时，由于控制风管1停止供风时，制动风路与第二风
管接口23连通，使得列车风管3中的风经过制动风路从第二风管接口23进入至第二腔体内，
从而使得活塞21同时在第二腔体内的弹簧的推力以及风力的作用下伸出至第一腔体外，与
小吨位机车仅通过弹簧作用或第二腔体自身的气压推动活塞所产生的制动力相比，大大提
高了大吨位机车的制动力，从而使大吨位机车的制动更加安全可靠。
本实施例提供的机车空气制动系统，通过设置分别与空压机连通的控制风管和列
车风管、分别与控制风管和列车风管连通的气控换向阀，并在制动缸的第一腔体设置第一
风管接口，第二腔体设置第二风管接口，将气控换向阀的缓解风路与列车风管和第一风管
接口连通，将气控换向阀的制动风路分别与列车风管和第二风管接口连通，同时在控制风
管和第一风管接口之间设置第一控制开关，在列车风管和气控换向阀之间设置第二控制开
关，当该空气制动系统用在小吨位机车上时，由于小吨位机车所需的制动力较小，将第一控
制开关闭合，第二控制开关断开，此时控制风管与第一风管接口连通，列车风管与制动缸之
间的通路关闭，控制风管向第一风管接口供风，第一腔体内的气压增大，从而使活塞在风力
作用下位于第一腔体内，使小吨位机车处于制动缓解状态，当需要制动时，使控制风管停止
向制动缸供风，由于第一腔体内气压减小，活塞会在第二腔体的压力作用下伸出第一腔体
外，从而实现制动。当该空气制动系统用于大吨位机车上时，由于大吨位机车所需的制动力
较大，此时断开第一控制开关，闭合第二控制开关，控制风管向气控换向阀供风，使气控换
向阀的缓解风路与列车风管连通，列车风管提供的风经缓解风路进入至第一风管接口，使
第一腔体内气压增大，活塞在风力作用下位于第一腔体内，从而使大吨位机车处于制动缓
解状态，当需要制动时，使控制风管停止向气控换向阀供风，此时第一腔体内气压减小，活
塞会在第二腔体的压力作用下伸出至第一腔体外，实现制动，由于制动风路此时与列车风
管连通，列车风管提供的风会从第二风管接口进入至第二腔体内，以进一步增大对活塞的
推力，从而使大吨位机车的制动力增大，以满足大吨位机车对制动力的要求，从而通过第一
控制开关和第二控制开关之间的切换，使本发明提供的机车空气制动系统既可以用在小吨
位机车上，也可以用在大吨位机车上，使用灵活且方便。
在具体实现时，气控换向阀4具体可包括：与控制风管1连通的进风口、阀芯以及抵
顶在阀芯一端的复位件，阀芯的另一端与进风口相对设置。当控制风管1向进风口供风时，
阀芯在风力作用下压缩复位件以使缓解风路与列车风管3连通。当控制风管1停止向进风口
供风时，阀芯会在复位件的作用下复位以使制动风路与列车风管3连通。参照图1所示，气控
换向阀4具体包括P端、B端和A端，B端为缓解端，A端为制动端，当P端和B端连通时形成缓解
风路，当P端和A端连通时形成制动风路。
由于大吨位机车在制动时所需风量较大，为了保证风量能够足量供应，进一步地，
还可以在列车风管3与气控换向阀4之间设置风缸7。风缸7的进风口与列车风管3连通，风缸
7的出风口与气控换向阀4连通。即，空压机直接向风缸7供风，风缸7向气控换向阀4供风，且
风缸7起到缓存风的作用，以保证风量的及时足量供应。第二控制开关5具体设置在风缸7的
出风口和气控换向阀4之间。也就是说，第二控制开关5断开时，风缸7无法向气控换向阀4供
风，此时，列车风管3与制动缸2之间的管路关断。
此外，还可以设置控制器，通过控制器控制第一控制开关6或第二控制开关5的开
闭，使得第一控制开关6和第二控制开关5更易控制。
较为优选的，制动缸2至少为两个，至少两个制动缸2并联连接。参照图1或图2或图
3所示，本实施例中的制动缸2为四个。以渣土车为例进行说明，渣土车一般由两台转向架组
成，每台转向架上有两个制动缸2，其中一台转向架上设有一个风缸7，即，每台渣土车上有
四个制动缸2和一个风缸7，四个制动缸2采用并联接法。通过四个制动缸2同时进行制动，从
而保证了机车的制动效果，提高了安全性。
实施例二
本实施例提供一种机车，该机车包括车体和设置在车体上的空气制动系统。
本实施例中的空气制动系统与实施例一提供的机车空气制动系统的结构和原理
相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。