懸掛式軌道梁與道岔梁間鎖定補償機構

朱 舟

(中鐵寶橋集團有限公司,721006,寶雞)

1 現狀說明及存在的問題

在懸掛式軌道交通中,運行列車換線須設置有專業的換線設備——道岔,道岔是懸掛式空軌交通中的關鍵設備之一,通過道岔的銜接與切換功能,可以貫通不同方向的軌道,從而實現列車的換線。目前,懸掛式單軌道岔按其切換轉轍結構型式可分為整體移動式和內部可動芯式兩大類。不同轉轍結構的懸掛式單軌道岔優缺點對比如表1所示。

整體移動式轉轍結構特別適用于存在多股線路的車輛段及出入線。無論是平移結構還是回轉替換式結構,考慮到鋼梁受環境溫度影響產生伸縮的客觀情況,整體移動式道岔在設計時必須預留道岔梁轉轍安全縫隙,導致接口處走形面不連續。當列車通過時,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中整體移動式道岔設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。

2 應用場景分析

目前,懸掛式軌道交通列車通常采用橡膠車輪,除走行輪外,在轉向架的兩側還有導向輪及穩定輪運行于軌道內部,保證列車能夠沿著軌道安全平穩地行駛。由于現有的懸掛式單軌內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構,用螺栓將該裝置安裝在道岔梁接口處,以實現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,致使走行面和導向面不連續,此間隙是影響列車通過道岔時平順性、舒適性的關鍵因素。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 鎖定補償機構介紹

在轉轍到位后,整體移動式換線設備目前有兩種方法來實現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和動力源;第二種方法為采用鎖定翻轉裝置法,鎖定、補償功能共用一處動力源聯動。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,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包括鎖定裝置、聯動裝置及補償板。鎖定裝置能夠對軌道梁和道岔梁進行鎖定或解鎖動作,同時驅動聯動裝置帶動補償板實現垂直升降,避讓或下落補償板,實現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示意圖

3.1 原理介紹

當電動推桿推動鎖定裝置運動時,鎖定裝置推進鎖定銷軸進入鎖銷座孔內,同時通過聯動裝置下壓補償板,使補償板與軌道走形面處于同一平面。當電動推桿收縮時,鎖定裝置帶動聯動裝置進行提升動作,其中補償板的動作是避開回轉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。一支團結向上的隊伍，需要有活生生的先鋒、榜樣來帶動、來影響?；鶎狱h務工作要努力使黨員干部、勞模先進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”的學習實踐活動，又要結合企業生產實際，努力挖掘、樹立創新雙效的典型，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，激發他們的榮譽感和責任感，用他們嚴謹的工作作風、過硬的業務技術、勇于創新科技創效的實際行動來影響、帶動職工，提高典型的示范、輻射作用，在職工中掀起學技術、講奉獻、敢創新的高潮，使黨建工作在典型的帶動下不斷創新，整體推進。

對聯動滑移連桿水平端點和垂直端點的速度與位移進行分析可知,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垂直的關系式為:

v垂直=v水平tanθ

(1)

式中:

θ——聯動裝置中的連桿運動姿態夾角,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。

結合實際的安全轉轍預留縫隙,合理設計鎖定端點,下降總高度設計為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,僅預留安全轉轍縫隙20 mm,鎖定速度為恒定水平速度鎖定,所需時間較少,能夠實現先鎖定后補償的功能。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系如圖3所示。

a) 速度

3.1.2 先解除補償后解鎖功能

當電動推桿收縮時,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,這樣即能實現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系如圖4所示。

a) 速度

3.2 鎖定補償機構設計

為實現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應包括鎖定裝置、聯動裝置及補償板組件。設計中,將鎖定銷設計為圓錐頭,便于接頭的找正和定位,將走形面處的補償板設計為斜口結構,該斜口結構可保證車輪過接縫的連續性,滿足道岔轉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轍到位后,找正定位、鎖定道岔及軌道的重要裝置。該機構主要包括電動推桿(液壓桿)、鎖定銷軸、導向座及鎖定座等。將鎖定裝置全部置于道岔梁頂部,通過推桿的軸向往復運動實現鎖定、解鎖功能,該推力桿可選用電動推桿或液壓桿。

2) 聯動裝置。聯動裝置是鎖定水平運動與升降垂直運動串聯的連桿機構,其是動力轉換的重要裝置,同時也是梁間鎖定補償機構的核心,主要包括滑道、連接桿、提升桿及導向槽等。將滑道設置在軌道梁上,連接桿與鎖定裝置連接,連接桿再與提升桿通過關節軸承連接,通過滑道的水平導向與導向槽的垂直導向設計,實現水平往復運動與升降垂直運動的聯動,從而實現補償板的升降。聯動裝置結構示意圖如圖5所示。

圖5 聯動裝置結構示意圖

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性及平穩性,補償板組件設計為斜口結構,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,將吊耳設置在補償板中線上。由于車輪通過補償板會對比補償板產生一定的沖擊,且施加一定的壓力,為了避免該沖擊損壞聯動裝置,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

聯動裝置和補償板在軌道梁兩側對稱設置各一組。由于補償板組件不需要進行翻轉避讓后再補償,而是通過垂直移動進行讓位后再補償,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運行穩定且安全可靠。

4 結論

1) 鎖定補償機構整體結構緊湊,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) 鎖定補償機構中的鎖定及補償功能均通過空間連桿機構實現,將水平方向往復移動轉換為豎向的升降運動,實現與鎖定機構間的時序錯位。所設計的鎖定補償機構能夠在鎖定時,實現先鎖定后補償功能;在解鎖時,實現先解除補償后解鎖功能,最終保證了梁間鎖定補償機構的運行可靠性,有效提高了懸掛式單軌整體移動式道岔的穩定性。

3) 補償板聯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,避免出現干涉現象。同時,補償板聯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行補償,滿足車輛走行面的連續性需求。