懸掛式軌道梁與道岔梁間鎖定補償機構(gòu)

朱 舟

(中鐵寶橋集團(tuán)有限公司,721006,寶雞)

1 現(xiàn)狀說明及存在的問題

在懸掛式軌道交通中,運行列車換線須設(shè)置有專業(yè)的換線設(shè)備——道岔,道岔是懸掛式空軌交通中的關(guān)鍵設(shè)備之一,通過道岔的銜接與切換功能,可以貫通不同方向的軌道,從而實現(xiàn)列車的換線。目前,懸掛式單軌道岔按其切換轉(zhuǎn)轍結(jié)構(gòu)型式可分為整體移動式和內(nèi)部可動芯式兩大類。不同轉(zhuǎn)轍結(jié)構(gòu)的懸掛式單軌道岔優(yōu)缺點對比如表1所示。

整體移動式轉(zhuǎn)轍結(jié)構(gòu)特別適用于存在多股線路的車輛段及出入線。無論是平移結(jié)構(gòu)還是回轉(zhuǎn)替換式結(jié)構(gòu),考慮到鋼梁受環(huán)境溫度影響產(chǎn)生伸縮的客觀情況,整體移動式道岔在設(shè)計時必須預(yù)留道岔梁轉(zhuǎn)轍安全縫隙,導(dǎo)致接口處走形面不連續(xù)。當(dāng)列車通過時,不僅對列車走行輪有害,還會降低列車過岔時的舒適性。

為了保證懸掛式軌道交通系統(tǒng)中整體移動式道岔設(shè)備的接口安全性及通過舒適性,本文對懸掛式軌道梁與道岔梁的梁間縫隙進(jìn)行研究,提出一種懸掛式軌道梁與道岔梁間的鎖定補償機構(gòu)。

2 應(yīng)用場景分析

目前,懸掛式軌道交通列車通常采用橡膠車輪,除走行輪外,在轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)還有導(dǎo)向輪及穩(wěn)定輪運行于軌道內(nèi)部,保證列車能夠沿著軌道安全平穩(wěn)地行駛。由于現(xiàn)有的懸掛式單軌內(nèi)部可動芯式道岔屬于主體道岔梁不移動的類型,因此其與軌道的接口裝置大多采用互相交錯的指形板或帶斜角的連接板結(jié)構(gòu),用螺栓將該裝置安裝在道岔梁接口處,以實現(xiàn)道岔梁的伸縮及車輛走行面的平順過渡。但這種接口裝置不可應(yīng)用于懸掛式單軌整體移動式道岔,由于道岔梁體需要移動且其受到溫度等影響需要伸縮,在道岔梁與軌道梁接口處需有一定的安全縫隙存在,致使走行面和導(dǎo)向面不連續(xù),此間隙是影響列車通過道岔時平順性、舒適性的關(guān)鍵因素。道岔梁與軌道梁接口處的安全縫隙示意圖如圖1所示。

注:M1和M2為梁間縫隙寬度。

3 鎖定補償機構(gòu)介紹

在轉(zhuǎn)轍到位后,整體移動式換線設(shè)備目前有兩種方法來實現(xiàn)鎖定及接口補償功能。第一種方法為鎖定、補償功能分別使用各自的一套機構(gòu)和動力源;第二種方法為采用鎖定翻轉(zhuǎn)裝置法,鎖定、補償功能共用一處動力源聯(lián)動。這兩種方法均存在一定的缺陷:第一種方法的動力源過多,且由于懸掛式軌道交通系統(tǒng)的限界局限性,其接口補償動力源不便布置;第二種方法雖然只有一處動力源,但走行輪經(jīng)過補償板時會對補償板鉸接處形成振動沖擊,容易造成補償板翹起,行車振動加劇等問題。

為了解決以上問題,本文提出一種懸掛式軌道梁與道岔梁間鎖定補償機構(gòu),其示意圖如圖2所示。該懸掛式軌道梁與道岔梁間鎖定補償機構(gòu)包括鎖定裝置、聯(lián)動裝置及補償板。鎖定裝置能夠?qū)壍懒汉偷啦砹哼M(jìn)行鎖定或解鎖動作,同時驅(qū)動聯(lián)動裝置帶動補償板實現(xiàn)垂直升降,避讓或下落補償板,實現(xiàn)整體移動式道岔的接口補償功能。

圖2 懸掛式軌道梁與道岔梁間鎖定補償機構(gòu)示意圖

3.1 原理介紹

當(dāng)電動推桿推動鎖定裝置運動時,鎖定裝置推進(jìn)鎖定銷軸進(jìn)入鎖銷座孔內(nèi),同時通過聯(lián)動裝置下壓補償板,使補償板與軌道走形面處于同一平面。當(dāng)電動推桿收縮時,鎖定裝置帶動聯(lián)動裝置進(jìn)行提升動作,其中補償板的動作是避開回轉(zhuǎn)或平移道岔梁時補償板與接口軌道梁的運動干涉,同時鎖定裝置鎖定銷軸退出道岔梁鎖銷座孔。

3.1.1 先鎖定后補償功能

3.因地制宜確立新典型。一支團(tuán)結(jié)向上的隊伍，需要有活生生的先鋒、榜樣來帶動、來影響。基層黨務(wù)工作要努力使黨員干部、勞模先進(jìn)成為職工群眾在日常工作中看得見、感覺得到、觸摸得著的榜樣。既要大力開展“講黨性、重品行、作表率，樹黨建工作者新形象”的學(xué)習(xí)實踐活動，又要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際，努力挖掘、樹立創(chuàng)新雙效的典型，讓每個黨員干部、職工群眾都有“伸伸手、努努力”就可以做“明星”的機會，激發(fā)他們的榮譽感和責(zé)任感，用他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、過硬的業(yè)務(wù)技術(shù)、勇于創(chuàng)新科技創(chuàng)效的實際行動來影響、帶動職工，提高典型的示范、輻射作用，在職工中掀起學(xué)技術(shù)、講奉獻(xiàn)、敢創(chuàng)新的高潮，使黨建工作在典型的帶動下不斷創(chuàng)新，整體推進(jìn)。

對聯(lián)動滑移連桿水平端點和垂直端點的速度與位移進(jìn)行分析可知,兩端點的速度方向呈90°垂直。鎖定裝置推桿水平速度v水平和補償板垂直速度v垂直的關(guān)系式為:

v垂直=v水平tanθ

(1)

式中:

θ——聯(lián)動裝置中的連桿運動姿態(tài)夾角,取為13.152°～21.617°。

電動推桿速度為恒定速度,取為39 mm/s。水平鎖定位移為195 mm,鎖定所需時間為5 s。

結(jié)合實際的安全轉(zhuǎn)轍預(yù)留縫隙,合理設(shè)計鎖定端點,下降總高度設(shè)計為61 mm,實際走形面厚度為30～32 mm,補償板前下壓30 mm左右為空行程,此時鎖定空行程較小,僅預(yù)留安全轉(zhuǎn)轍縫隙20 mm,鎖定速度為恒定水平速度鎖定,所需時間較少,能夠?qū)崿F(xiàn)先鎖定后補償?shù)墓δ?。鎖定過程中,電動推桿與補償板的速度和位移隨時間的變化關(guān)系如圖3所示。

a) 速度

3.1.2 先解除補償后解鎖功能

當(dāng)電動推桿收縮時,主動鎖定端點速度值恒定為39 mm/s,因鎖定位移值較大,解鎖過程需要的時間較長,而在此階段,補償板垂直上升速度值逐步增大,鎖定裝置推桿水平速度和補償板垂直速度關(guān)系式見式(1),θ為13.152°～21.617°,補償板垂直上升速度隨著時間逐漸變大,作勻加速運動。

當(dāng)補償板完全提升出接口時,鎖定銷軸此時尚有一端處在鎖定座孔內(nèi),這樣即能實現(xiàn)先解除補償后解鎖功能。解鎖過程中,電動推桿與補償板的速度與位移隨時間的變化關(guān)系如圖4所示。

a) 速度

3.2 鎖定補償機構(gòu)設(shè)計

為實現(xiàn)整體移動式道岔接口先鎖定后補償功能,懸掛式軌道與道岔梁間鎖定補償機構(gòu)應(yīng)包括鎖定裝置、聯(lián)動裝置及補償板組件。設(shè)計中,將鎖定銷設(shè)計為圓錐頭,便于接頭的找正和定位,將走形面處的補償板設(shè)計為斜口結(jié)構(gòu),該斜口結(jié)構(gòu)可保證車輪過接縫的連續(xù)性,滿足道岔轉(zhuǎn)轍需求及車輛通過要求。

1) 鎖定裝置。鎖定裝置是懸掛式單軌整體移動式道岔轉(zhuǎn)轍到位后,找正定位、鎖定道岔及軌道的重要裝置。該機構(gòu)主要包括電動推桿(液壓桿)、鎖定銷軸、導(dǎo)向座及鎖定座等。將鎖定裝置全部置于道岔梁頂部,通過推桿的軸向往復(fù)運動實現(xiàn)鎖定、解鎖功能,該推力桿可選用電動推桿或液壓桿。

2) 聯(lián)動裝置。聯(lián)動裝置是鎖定水平運動與升降垂直運動串聯(lián)的連桿機構(gòu),其是動力轉(zhuǎn)換的重要裝置,同時也是梁間鎖定補償機構(gòu)的核心,主要包括滑道、連接桿、提升桿及導(dǎo)向槽等。將滑道設(shè)置在軌道梁上,連接桿與鎖定裝置連接,連接桿再與提升桿通過關(guān)節(jié)軸承連接,通過滑道的水平導(dǎo)向與導(dǎo)向槽的垂直導(dǎo)向設(shè)計,實現(xiàn)水平往復(fù)運動與升降垂直運動的聯(lián)動,從而實現(xiàn)補償板的升降。聯(lián)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 聯(lián)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3) 補償板組件。道岔梁底面為車輛走行輪踏面,為了保證車輛通過接口的連續(xù)性及平穩(wěn)性,補償板組件設(shè)計為斜口結(jié)構(gòu),其示意圖如圖6所示。補償板組件主要包括接口補償塊、鉸接吊耳及鉸接銷軸。為了保證補償板的升降平穩(wěn),將吊耳設(shè)置在補償板中線上。由于車輪通過補償板會對比補償板產(chǎn)生一定的沖擊,且施加一定的壓力,為了避免該沖擊損壞聯(lián)動裝置,在道岔梁和軌道梁底部延伸出一段加勁肋,給補償板提供足夠的支撐力。

a) 俯視圖

聯(lián)動裝置和補償板在軌道梁兩側(cè)對稱設(shè)置各一組。由于補償板組件不需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)避讓后再補償,而是通過垂直移動進(jìn)行讓位后再補償,因此補償板組件與軌道梁之間不存在鉸接關(guān)系,車輪通過時不會對補償板與軌道板的連接處造成沖擊,使得梁間鎖定補償機構(gòu)運行穩(wěn)定且安全可靠。

4 結(jié)論

1) 鎖定補償機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)緊湊,在虛擬樣機中能夠滿足懸掛式單軌整體移動式道岔狹小的安裝空間。

2) 鎖定補償機構(gòu)中的鎖定及補償功能均通過空間連桿機構(gòu)實現(xiàn),將水平方向往復(fù)移動轉(zhuǎn)換為豎向的升降運動,實現(xiàn)與鎖定機構(gòu)間的時序錯位。所設(shè)計的鎖定補償機構(gòu)能夠在鎖定時,實現(xiàn)先鎖定后補償功能;在解鎖時,實現(xiàn)先解除補償后解鎖功能,最終保證了梁間鎖定補償機構(gòu)的運行可靠性,有效提高了懸掛式單軌整體移動式道岔的穩(wěn)定性。

3) 補償板聯(lián)動提升下壓裝置能夠使補償板組件在提升運動后避讓懸掛式整體移動式道岔梁的移動,避免出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。同時,補償板聯(lián)動提升下壓裝置還能夠在下壓運動后對道岔梁及接口軌道梁間的接縫處進(jìn)行補償,滿足車輛走行面的連續(xù)性需求。