悬挂式轨道梁与道岔梁间锁定补偿机构

朱 舟

(中铁宝桥集团有限公司,721006,宝鸡)

1 现状说明及存在的问题

在悬挂式轨道交通中,运行列车换线须设置有专业的换线设备——道岔,道岔是悬挂式空轨交通中的关键设备之一,通过道岔的衔接与切换功能,可以贯通不同方向的轨道,从而实现列车的换线。目前,悬挂式单轨道岔按其切换转辙结构型式可分为整体移动式和内部可动芯式两大类。不同转辙结构的悬挂式单轨道岔优缺点对比如表1所示。

整体移动式转辙结构特别适用于存在多股线路的车辆段及出入线。无论是平移结构还是回转替换式结构,考虑到钢梁受环境温度影响产生伸缩的客观情况,整体移动式道岔在设计时必须预留道岔梁转辙安全缝隙,导致接口处走形面不连续。当列车通过时,不仅对列车走行轮有害,还会降低列车过岔时的舒适性。

为了保证悬挂式轨道交通系统中整体移动式道岔设备的接口安全性及通过舒适性,本文对悬挂式轨道梁与道岔梁的梁间缝隙进行研究,提出一种悬挂式轨道梁与道岔梁间的锁定补偿机构。

2 应用场景分析

目前,悬挂式轨道交通列车通常采用橡胶车轮,除走行轮外,在转向架的两侧还有导向轮及稳定轮运行于轨道内部,保证列车能够沿着轨道安全平稳地行驶。由于现有的悬挂式单轨内部可动芯式道岔属于主体道岔梁不移动的类型,因此其与轨道的接口装置大多采用互相交错的指形板或带斜角的连接板结构,用螺栓将该装置安装在道岔梁接口处,以实现道岔梁的伸缩及车辆走行面的平顺过渡。但这种接口装置不可应用于悬挂式单轨整体移动式道岔,由于道岔梁体需要移动且其受到温度等影响需要伸缩,在道岔梁与轨道梁接口处需有一定的安全缝隙存在,致使走行面和导向面不连续,此间隙是影响列车通过道岔时平顺性、舒适性的关键因素。道岔梁与轨道梁接口处的安全缝隙示意图如图1所示。

注:M1和M2为梁间缝隙宽度。

3 锁定补偿机构介绍

在转辙到位后,整体移动式换线设备目前有两种方法来实现锁定及接口补偿功能。第一种方法为锁定、补偿功能分别使用各自的一套机构和动力源;第二种方法为采用锁定翻转装置法,锁定、补偿功能共用一处动力源联动。这两种方法均存在一定的缺陷:第一种方法的动力源过多,且由于悬挂式轨道交通系统的限界局限性,其接口补偿动力源不便布置;第二种方法虽然只有一处动力源,但走行轮经过补偿板时会对补偿板铰接处形成振动冲击,容易造成补偿板翘起,行车振动加剧等问题。

为了解决以上问题,本文提出一种悬挂式轨道梁与道岔梁间锁定补偿机构,其示意图如图2所示。该悬挂式轨道梁与道岔梁间锁定补偿机构包括锁定装置、联动装置及补偿板。锁定装置能够对轨道梁和道岔梁进行锁定或解锁动作,同时驱动联动装置带动补偿板实现垂直升降,避让或下落补偿板,实现整体移动式道岔的接口补偿功能。

图2 悬挂式轨道梁与道岔梁间锁定补偿机构示意图

3.1 原理介绍

当电动推杆推动锁定装置运动时,锁定装置推进锁定销轴进入锁销座孔内,同时通过联动装置下压补偿板,使补偿板与轨道走形面处于同一平面。当电动推杆收缩时,锁定装置带动联动装置进行提升动作,其中补偿板的动作是避开回转或平移道岔梁时补偿板与接口轨道梁的运动干涉,同时锁定装置锁定销轴退出道岔梁锁销座孔。

3.1.1 先锁定后补偿功能

3.因地制宜确立新典型。一支团结向上的队伍，需要有活生生的先锋、榜样来带动、来影响。基层党务工作要努力使党员干部、劳模先进成为职工群众在日常工作中看得见、感觉得到、触摸得着的榜样。既要大力开展“讲党性、重品行、作表率，树党建工作者新形象”的学习实践活动，又要结合企业生产实际，努力挖掘、树立创新双效的典型，让每个党员干部、职工群众都有“伸伸手、努努力”就可以做“明星”的机会，激发他们的荣誉感和责任感，用他们严谨的工作作风、过硬的业务技术、勇于创新科技创效的实际行动来影响、带动职工，提高典型的示范、辐射作用，在职工中掀起学技术、讲奉献、敢创新的高潮，使党建工作在典型的带动下不断创新，整体推进。

对联动滑移连杆水平端点和垂直端点的速度与位移进行分析可知,两端点的速度方向呈90°垂直。锁定装置推杆水平速度v水平和补偿板垂直速度v垂直的关系式为:

v垂直=v水平tanθ

(1)

式中:

θ——联动装置中的连杆运动姿态夹角,取为13.152°～21.617°。

电动推杆速度为恒定速度,取为39 mm/s。水平锁定位移为195 mm,锁定所需时间为5 s。

结合实际的安全转辙预留缝隙,合理设计锁定端点,下降总高度设计为61 mm,实际走形面厚度为30～32 mm,补偿板前下压30 mm左右为空行程,此时锁定空行程较小,仅预留安全转辙缝隙20 mm,锁定速度为恒定水平速度锁定,所需时间较少,能够实现先锁定后补偿的功能。锁定过程中,电动推杆与补偿板的速度和位移随时间的变化关系如图3所示。

a) 速度

3.1.2 先解除补偿后解锁功能

当电动推杆收缩时,主动锁定端点速度值恒定为39 mm/s,因锁定位移值较大,解锁过程需要的时间较长,而在此阶段,补偿板垂直上升速度值逐步增大,锁定装置推杆水平速度和补偿板垂直速度关系式见式(1),θ为13.152°～21.617°,补偿板垂直上升速度随着时间逐渐变大,作匀加速运动。

当补偿板完全提升出接口时,锁定销轴此时尚有一端处在锁定座孔内,这样即能实现先解除补偿后解锁功能。解锁过程中,电动推杆与补偿板的速度与位移随时间的变化关系如图4所示。

a) 速度

3.2 锁定补偿机构设计

为实现整体移动式道岔接口先锁定后补偿功能,悬挂式轨道与道岔梁间锁定补偿机构应包括锁定装置、联动装置及补偿板组件。设计中,将锁定销设计为圆锥头,便于接头的找正和定位,将走形面处的补偿板设计为斜口结构,该斜口结构可保证车轮过接缝的连续性,满足道岔转辙需求及车辆通过要求。

1) 锁定装置。锁定装置是悬挂式单轨整体移动式道岔转辙到位后,找正定位、锁定道岔及轨道的重要装置。该机构主要包括电动推杆(液压杆)、锁定销轴、导向座及锁定座等。将锁定装置全部置于道岔梁顶部,通过推杆的轴向往复运动实现锁定、解锁功能,该推力杆可选用电动推杆或液压杆。

2) 联动装置。联动装置是锁定水平运动与升降垂直运动串联的连杆机构,其是动力转换的重要装置,同时也是梁间锁定补偿机构的核心,主要包括滑道、连接杆、提升杆及导向槽等。将滑道设置在轨道梁上,连接杆与锁定装置连接,连接杆再与提升杆通过关节轴承连接,通过滑道的水平导向与导向槽的垂直导向设计,实现水平往复运动与升降垂直运动的联动,从而实现补偿板的升降。联动装置结构示意图如图5所示。

图5 联动装置结构示意图

3) 补偿板组件。道岔梁底面为车辆走行轮踏面,为了保证车辆通过接口的连续性及平稳性,补偿板组件设计为斜口结构,其示意图如图6所示。补偿板组件主要包括接口补偿块、铰接吊耳及铰接销轴。为了保证补偿板的升降平稳,将吊耳设置在补偿板中线上。由于车轮通过补偿板会对比补偿板产生一定的冲击,且施加一定的压力,为了避免该冲击损坏联动装置,在道岔梁和轨道梁底部延伸出一段加劲肋,给补偿板提供足够的支撑力。

a) 俯视图

联动装置和补偿板在轨道梁两侧对称设置各一组。由于补偿板组件不需要进行翻转避让后再补偿,而是通过垂直移动进行让位后再补偿,因此补偿板组件与轨道梁之间不存在铰接关系,车轮通过时不会对补偿板与轨道板的连接处造成冲击,使得梁间锁定补偿机构运行稳定且安全可靠。

4 结论

1) 锁定补偿机构整体结构紧凑,在虚拟样机中能够满足悬挂式单轨整体移动式道岔狭小的安装空间。

2) 锁定补偿机构中的锁定及补偿功能均通过空间连杆机构实现,将水平方向往复移动转换为竖向的升降运动,实现与锁定机构间的时序错位。所设计的锁定补偿机构能够在锁定时,实现先锁定后补偿功能;在解锁时,实现先解除补偿后解锁功能,最终保证了梁间锁定补偿机构的运行可靠性,有效提高了悬挂式单轨整体移动式道岔的稳定性。

3) 补偿板联动提升下压装置能够使补偿板组件在提升运动后避让悬挂式整体移动式道岔梁的移动,避免出现干涉现象。同时,补偿板联动提升下压装置还能够在下压运动后对道岔梁及接口轨道梁间的接缝处进行补偿,满足车辆走行面的连续性需求。