电机车空气制动装置及电机车技术领域
本发明涉及电气技术，尤其涉及一种电机车空气制动装置及电机车。
背景技术
随着经济的发展和城市化进程的加快，电机车发挥了越来越重要的作用。例如：在
地铁盾构施工中，电机车为组成盾构正常工作的必备条件，其承担着运输材料、设备及人员
的工作；在煤矿开采中，电机车可以用作井下运输。电机车由蓄电池供应直流电，直流电通
过牵引变频器转换成电压和频率可调的三相交流电来驱动变频牵引电动机。每台电动机转
子通过万向联轴节与齿轮减速箱连接，经过二级齿轮减速后传动到车轴上，从而，驱动电机
车运行。
当牵引变频器出现报警状态时，牵引变频器会执行自动封机命令，从而，实现自我
保护以避免控制单元和逆变单元的损坏。在牵引变频器执行自动封机命令后，牵引变频器
进入封机状态，此时，电机车失去动力，需要人工进行空气制动或者手制动，以控制电机车
进入刹车状态。
但是，在电机车失去动力和人工进行制动的时间内，电机车处于失速状态，其在惯
性的作用下不受控制的行进，会造成安全隐患，从而，降低了现场作业的安全性。
发明内容
本发明提供一种电机车空气制动装置及电机车，以提高现场作业的安全性。
第一方面，本发明实施例提供一种电机车空气制动装置，包括：牵引变频器、常开
电磁阀、常闭电磁阀、水平换向阀及制动缸；
其中，所述牵引变频器包括中央处理器CPU、主板继电器的线圈、所述主板继电器
的常开反馈触点、中间继电器的线圈、所述中间继电器的第一常开反馈触点以及所述中间
继电器的第二常开反馈触点；
所述CPU与所述主板继电器的线圈电连接，所述主板继电器的常开反馈触点的一
端与所述中间继电器的线圈的一端电连接，所述主板继电器的常开反馈触点的另一端与电
源的一端连接，所述中间继电器的线圈的另一端与所述电源的另一端连接，所述第一常开
反馈触点的一端与所述常开电磁阀的一端电连接，所述第一常开反馈触点的另一端与所述
电源的一端电连接，所述常开电磁阀的另一端与所述电源的另一端电连接，所述第二常开
反馈触点的一端与所述常闭电磁阀的一端电连接，所述第二常开反馈触点的另一端与所述
电源的一端电连接，所述常闭电磁阀的另一端与所述电源的另一端电连接；
所述水平换向阀的公共侧与总风管连通，所述水平换向阀的手柄位于缓解位，所
述水平换向阀的缓解侧与所述制动缸的非弹簧侧连通，形成第一风路，所述制动缸的非弹
簧侧还与排风口连通，形成第二风路，所述制动缸的弹簧侧与所述水平换向阀的制动侧连
通；所述CPU用于在检测到报警状态时，控制所述主板继电器的线圈得电；所述常开电磁阀
设置于所述第一风路上，用于控制所述第一风路的导通或关断；所述常闭电磁阀设置于所
述第二风路上，用于控制所述第二风路的导通或关断。
进一步地，所述电源为直流开关电源。
进一步地，所述报警状态包括以下状态的至少一种：过流、过压和高温。
进一步地，所述牵引变频器还包括：电流检测装置、电压检测装置和高温检测装
置；
所述电流检测装置、所述电压检测装置和所述高温检测装置分别与所述CPU电连
接；
所述电流检测装置用于向所述CPU输入所述牵引变频器的电流信号，所述电压检
测装置用于向所述CPU输入所述牵引变频器的电压信号，所述高温检测装置用于向所述CPU
输入所述牵引变频器的温度信号。
进一步地，所述牵引变频器还包括封机指令执行模块；所述封机指令执行模块与
所述CPU电连接，所述CPU还用于在检测到所述报警状态时，向所述封机指令执行模块输入
封机指令；所述封机指令执行模块用于执行所述封机指令。
进一步地，所述电机车为矿用电机车。
第二方面，本发明实施例提供一种电机车，包括：车体及如上述任一项所述的电机
车空气制动装置，其中，所述电机车空气制动装置设置于所述车体上。
本发明提供的电机车空气制动装置及电机车，通过设置牵引变频器、常开电磁阀、
常闭电磁阀、水平换向阀及制动缸，其中，牵引变频器包括中央处理器CPU、主板继电器的线
圈、主板继电器的常开反馈触点、中间继电器的线圈、中间继电器的第一常开反馈触点以及
中间继电器的第二常开反馈触点，CPU与主板继电器的线圈电连接，主板继电器的常开反馈
触点的一端与中间继电器的线圈的一端电连接，主板继电器的常开反馈触点的另一端与电
源的一端连接，中间继电器的线圈的另一端与电源的另一端连接，第一常开反馈触点的一
端与常开电磁阀的一端电连接，第一常开反馈触点的另一端与电源的一端电连接，常开电
磁阀的另一端与电源的另一端电连接，第二常开反馈触点的一端与常闭电磁阀的一端电连
接，第二常开反馈触点的另一端与电源的一端电连接，常闭电磁阀的另一端与电源的另一
端电连接，水平换向阀的公共侧与总风管连通，水平换向阀的手柄位于缓解位，水平换向阀
的缓解侧与制动缸的非弹簧侧连通，形成第一风路，制动缸的非弹簧侧还与排风口连通，形
成第二风路，制动缸的弹簧侧与水平换向阀的制动侧连通，CPU用于在检测到报警状态时，
控制主板继电器的线圈得电；常开电磁阀设置于第一风路上，用于控制第一风路的导通或
关断，常闭电磁阀设置于第二风路上，用于控制第二风路的导通或关断，实现了在牵引变频
器处于报警状态时，能够通过主板继电器、中间继电器、常开电磁阀和常闭电磁阀的作用
下，控制第一风路和第二风路的状态，使电机车能够及时地处于制动状态，相较于现有技
术，避免了人工制动不及时而存在的安全隐患，从而，提高了现场作业的安全性。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
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为本发明提供的电机车空气制动装置实施例的电气图；
图2为本发明提供的电机车空气制动装置实施例的制动示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”及“第
四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理
解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除
了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何
变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或器的过程、方法、系统、产品
或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或器，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过
程、方法、产品或设备固有的其它步骤或器。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施
例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明提供的电机车空气制动装置实施例的电气图。图2为本发明提供的电
机车空气制动装置实施例的制动示意图。请同时参照图1和图2，本实施例提供的电机车空
气制动装置包括：
牵引变频器、常开电磁阀11、常闭电磁阀12、水平换向阀22及制动缸23。
其中，牵引变频器包括中央处理器(Central Processing Unit；简称：CPU)13、主
板继电器的线圈14、主板继电器的常开反馈触点15、中间继电器的线圈16、中间继电器的第
一常开反馈触点17以及中间继电器的第二常开反馈触点18。
CPU13与主板继电器的线圈14电连接。主板继电器的常开反馈触点15的一端与中
间继电器的线圈16的一端电连接，主板继电器的常开反馈触点15的另一端与电源19的一端
连接，中间继电器的线圈16的另一端与电源19的另一端连接。第一常开反馈触点17的一端
与常开电磁阀11的一端电连接，第一常开反馈触点17的另一端与电源19的一端电连接，常
开电磁阀11的另一端与电源19的另一端电连接。第二常开反馈触点18的一端与常闭电磁阀
12的一端电连接，第二常开反馈触点18的另一端与电源19的一端电连接，常闭电磁阀12的
另一端与电源19的另一端电连接。
水平换向阀22的公共侧与总风管21连通，水平换向阀22的手柄221位于缓解位，水
平换向阀22的缓解侧与制动缸23的非弹簧侧232连通，形成第一风路24。制动缸23的非弹簧
侧232还与排风口(图中未示出)连通，形成第二风路25。制动缸23的弹簧侧231与水平换向
阀22的制动侧连通。CPU13用于在检测到报警状态时，控制主板继电器的线圈14得电。常开
电磁阀11设置于第一风路24上，用于控制第一风路24的导通或关断。常闭电磁阀12设置于
第二风路25上，用于控制第二风路25的导通或关断。
具体地，继电器包括常开反馈触点、常闭反馈触点和线圈：常开反馈触点和常闭反
馈触点其实质是一种开关；当继电器的线圈没有得电时，其常开反馈触点断开，常闭反馈触
点闭合；当继电器的线圈得电时，其常开反馈触点闭合，常闭反馈触点断开。在本实施例中，
只示出了主板继电器KA1的线圈和其常开反馈触点，只示出了中间继电器KM1的线圈和两个
常开反馈触点。
可选的，本实施例中的电源19可以是直流开关电源。主板继电器的常开反馈触点
15的另一端与电源19的一端连接，这里的电源19的该端可以是电源的正极；中间继电器的
线圈的另一端与电源19的另一端连接，这里的电源的该端可以是电源的负极。相应地，第一
常开反馈触点17的另一端与电源的正极电连接，常开电磁阀11的另一端与电源的负极电连
接；第二常开反馈触点18的另一端与电源的正极电连接，常闭电磁阀12的另一端与电源的
负极电连接。
常开电磁阀11和常闭电磁阀12均包括线圈和阀体。常开电磁阀11中，在其线圈不
得电时，阀体处于打开状态，在其线圈得电时，阀体处于关闭状态。常闭电磁阀12中，在其线
圈不得电时，阀体处于关闭状态，在其线圈得电时，阀体处于打开状态。阀体处于打开状态
时，风路导通，阀体处于关闭状态时，风路关断。本实施例中的常开电磁阀11设置于第一风
路24上，可以通过控制常开电磁阀11的线圈是否得电，来控制阀体，从而，控制第一风路24
的导通或关断。本实施例中的常闭电磁阀12设置于第二风路25上，可以通过控制常闭电磁
阀12的线圈是否得电，来控制阀体，从而，控制第二风路25的导通或关断。
本实施例中的水平换向阀22包括手柄221，在本实施例中，手柄221位于缓解位。现
有技术中，手柄221可以处于缓解位和制动位222。当手柄221位于制动位222时，水平换向阀
22的制动侧与公共侧连通，从总风管21输出的风经由水平换向阀22的公共侧和制动侧输出
至制动缸23的弹簧侧231，制动缸23的非弹簧侧232的风通过非弹簧侧232与水平换向阀22
的缓解侧之间的风路，经由水平换向阀22的排风口排出，弹簧侧231的风压与弹簧力一起作
用使制动缸动作，机车实现手动制动。反之，当手柄221置于缓解位时，水平换向阀22的制动
侧与公共侧不连通，制动缸23的弹簧侧231的风通过水平换向阀22排出，非弹簧侧232风压
压缩弹簧，机车缓解。即，当手柄221处于缓解位时，电机车处于缓解状态，即不刹车的状态；
当手柄221处于制动位时，电机车处于制动状态，即刹车状态。现有技术中，当牵引变频器执
行了自动封机命令后，进入封机状态后，需要人为扳动手柄221的位置，从而，控制电机车的
状态。由于制动不及时，这种制动方式会造成安全隐患。
本实施例提供的电机车空气制动装置的工作过程如下：
在牵引变频器处于正常的状态时，CPU13不输出控制电流，主板继电器的线圈14处
于的不得电状态。主板继电器的常开反馈触点处于断开状态，因此，中间继电器的线圈16不
得电。第一常开反馈触点17和第二常开反馈触点18均处于断开状态。常开电磁阀11的线圈
和常闭电磁阀12的线圈均不得电，因此，常开电磁阀11的阀体处于打开状态，第一风路24导
通，风可以从总风管21输出，经过水平换向阀22的公共侧，从水平换向阀22的缓解侧输出，
经过第一风路24，以及第一风路24上的常开电磁阀11输出至制动缸23的非弹簧侧232，并
且，手柄221位于缓解位，制动缸23的弹簧侧231的风通过制动缸的弹簧侧231与水平换向阀
22的制动侧连通的风路，经由水平换向阀22的排风口(图中未示出)排出，常闭电磁阀12的
阀体处于闭合状态，第二风路25关断，制动缸23的非弹簧侧232的风压压缩弹簧，电机车处
于缓解状态，即在牵引变频器处于正常的状态时，电机车可以在牵引变频器提供的三相交
流电的作用下，正常运行。
CPU13在检测到报警状态时，控制主板继电器的线圈14得电。具体地，CPU13在检测
到报警状态时，可以通过输出控制电流的方式，控制主板继电器的线圈14得电。主板继电器
的常开反馈触点15闭合，从而，使得中间继电器的线圈16得电。第一常开反馈触点17和第二
常开反馈触点18处于闭合状态。常开电磁阀11和常闭电磁阀12的线圈均得电，因此，常开电
磁阀11的阀体处于闭合状态，风不能从水平换向阀22的缓解侧输出，常闭电磁阀12的阀体
处于打开状态，第二风路25导通，制动缸23中非弹簧侧232的风可以通过第二风路25排出，
制动缸的鞲鞴伸出，电机车处于制动状态，即在牵引变频器处于报警状态时，电机车可以在
本实施例提供的电机车空气制动装置的作用下，立即处于制动状态，避免了人工制动不及
时而存在的安全隐患。
本实施例提供的电机车空气制动装置，通过设置牵引变频器、常开电磁阀、常闭电
磁阀、水平换向阀及制动缸，其中，牵引变频器包括中央处理器CPU、主板继电器的线圈、主
板继电器的常开反馈触点、中间继电器的线圈、中间继电器的第一常开反馈触点以及中间
继电器的第二常开反馈触点，CPU与主板继电器的线圈电连接，主板继电器的常开反馈触点
的一端与中间继电器的线圈的一端连接，主板继电器的常开反馈触点的另一端与电源的一
端连接，中间继电器的线圈的另一端与电源的另一端连接，第一常开反馈触点的一端与常
开电磁阀的一端电连接，第一常开反馈触点的另一端与电源的一端电连接，常开电磁阀的
另一端与电源的另一端电连接，第二常开反馈触点的一端与常闭电磁阀的一端电连接，第
二常开反馈触点的另一端与电源的一端电连接，常闭电磁阀的另一端与电源的另一端电连
接，水平换向阀的公共侧与总风管连通，水平换向阀的手柄位于缓解位，水平换向阀的缓解
侧与制动缸的非弹簧侧连通，形成第一风路，制动缸的非弹簧侧还与排风口连通，形成第二
风路，制动缸的弹簧侧与水平换向阀的制动侧连通，CPU用于在检测到报警状态时，控制主
板继电器的线圈得电；常开电磁阀设置于第一风路上，用于控制第一风路的导通或关断，常
闭电磁阀设置于第二风路上，用于控制第二风路的导通或关断，实现了在牵引变频器处于
报警状态时，能够通过主板继电器、中间继电器、常开电磁阀和常闭电磁阀的作用下，控制
第一风路和第二风路的状态，使电机车能够及时地处于制动状态，相较于现有技术，避免了
人工制动不及时而存在的安全隐患，从而，提高了现场作业的安全性。
进一步地，在上述实施例中，牵引变频器的报警状态可以包括过流、过压和高温中
的至少一种。牵引变频器在处于过流、过压和高温的状态中的至少一种状态时，会引起牵引
变频器的损坏，因此，将这三个状态设置为报警状态，可以保护牵引变频器不受损坏。可选
的，牵引变频器还可以包括：电流检测装置、电压检测装置和高温检测装置。该三个检测装
置均与CPU电连接，电流检测装置用于向CPU输入牵引变频器的电流信号，电压检测装置用
于向CPU输入牵引变频器的电压信号，高温检测装置用于向CPU输入牵引变频器的温度信
号。高温检测装置可以是温度传感器。设置不同的检测装置，可以提高检测的准确率。
进一步地，牵引变频器还包括封机指令执行模块。封机指令执行模块与CPU电连
接。相应地，CPU还用于在检测到报警状态时，向封机指令执行模块输入封机指令。封机指令
执行模块在接收到封机指令后，执行该封机指令，从而使牵引变频器处于封机状态，以避免
控制单元和逆变单元的损坏，延长牵引变频器的使用时间。
可选的，上述实施例中的电机车为矿用电机车，以提高井下作业现场的安全性。
本发明实施例还提供一种电机车，包括车体和上述任一实施例提供的电机车空气
制动装置。其中，电机车空气制动装置设置在车体上。
本实施例提供的电机车，在牵引变频器处于报警状态时，可以在电机车空气制动
装置的作用下，及时地处于制动状态，从而，提高了现场作业的安全性。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通
过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程
序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或
者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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。