CN101321916B - 用于磁悬浮轨道的弯曲梁 - Google Patents

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Abstract

一种用于磁悬浮轨道的横梁，其具有在沿磁悬浮轨道纵向的两侧用于引导磁悬浮轨道车辆的功能元件。该横梁形成为转辙装置的弯曲梁(2)，并可从车辆的初始行驶方向的第一行驶方向弹性地移动到车辆的其它行驶方向的至少一第二位置。所述弯曲梁(2)基本上由混凝土制造。

Description

用于磁悬浮轨道的弯曲梁
技术领域
本发明涉及一种用于磁悬浮轨道的横梁，该横梁沿磁悬浮轨道纵向延伸的两侧具有用来引导磁悬浮轨道车辆的功能元件，其中该横梁形成为转辙装置的弯曲梁，并且可从车辆的初始行驶方向的第一位置弹性地移动到车辆的其它行驶方向的至少第二位置。
背景技术
从DE 44 16 820 A1已知，磁悬浮高速轨道的导轨由钢或混凝土制成的各根横梁组成，所以磁悬浮高速轨道车辆能够从一根轨道转换到另一根轨道。使用的钢制弯曲转辙器由例如75至150m长的钢制横梁组成，该钢制横梁借助于电子机械驱动器可弹性地弯曲。通过在钢梁上施加相应的力产生所要求的弯曲线。但是，该弯曲转辙器的缺点在于其具有钢制横梁，所以其能够转换轨道。另外，钢制横梁的制造非常简单，所以其能够按所要求的方式弯曲。使用钢作为弯曲梁的材料对横梁的振动特性具有不利的影响。由于钢的质量低和特别是在轨道转弯段上作用在横梁上的力，可以预料到在横梁上的振动相当大，这导致车辆在磁悬浮轨道上行驶很不平稳。
DE 202 08 421 U1和DE 10 2004 015 495 A1也描述了用于轨道转辙装置的钢制弯曲梁。这里示出的横梁的横截面的宽度小，所以横梁能够相应地沿其X轴稍微弯曲。这种横梁的抗扭刚度和振动敏感性被评定为是不利的。这也特别表现为在DE 10 2004 015 495 A1中使用了设置在弯曲梁上的减震器。
发明内容
因此，本发明的任务是生产一种适用于用作弯曲转辙器的横梁，该横梁由此也避免了钢制弯曲梁的缺点。
该任务是通过具有权利要求1的特征的横梁来实现的。
根据本发明的用于磁悬浮轨道的横梁，其具有用于引导磁悬浮轨道车辆的功能元件。这些功能元件沿着横梁的X轴延伸，换言之，沿着车辆的行驶方向延伸。该功能元件由横向导向表面、滑动条和固定片所组成，该固定片为车辆驱动器的一部分。这些功能元件及其相互间隔的布置是由车辆的构造方式确定的。无论如何，这些尺寸的相对小的误差对于使得磁悬浮轨道能够安全和无问题的运转是非常重要的。
横梁作为转辙装置的弯曲梁的这种布置，使横梁从车辆的初始行驶方向的第一位置移动到车辆的其它行驶方向的至少第二位置成为可能。在多向转辙器的情形下(例如三向转辙器)，多个位置也是容易做到的。这时，一般将横梁设置成在一端被牢固地夹持，并在另一端邻接到在第一或第二行驶方向上为连接目的固定设置的横梁上。第一或第二行驶方向上固定设置的横梁由混凝土制成，特别是在功能元件的区域中齐平地与弯曲转辙器的横梁邻接，从而在固定设置的横梁和转辙装置的弯曲梁之间的对接处出现了几乎察觉不到的车辆通过。横梁的弯曲可以通过一个或多个同向的弯曲半径或也可以通过两个反向的弯曲半径(即S形)来完成，所以车辆可以从第一行驶方向转向第二行驶方向或与第一行驶方向平行延伸的第二轨道。同样地，为了从一个行驶方向转向另一行驶方向，多个转辙器可以相互结合使用。在该情形下，两个或多个转辙装置可以相对定位，并且因此根据弯曲转辙器的位置使得能够直线行驶或转向另一轨道。弯曲梁也可移动到其它位置，从而形成多向转辙器。
本发明的首要特征在于弯曲梁基本上是由混凝土制成，据此产生了重大的优点，这在迄今为止的现有技术中是不能得出的。而在现有技术中，相应的弯曲转辙装置基本上是由钢制成以获得弹性构件，本发明现提出，由混凝土制造弯曲梁并由此获得弯曲梁，该弯曲梁的结构方式与其它轨道横梁相对应，并因此获得可比较的车辆行驶性能。与钢制横梁相比，不仅横梁弯曲半径的精度而且横梁的振动特性和耐久性都大大地得到了改进。特别是，用混凝土制造相互具有较宽的间隔的功能元件使得横梁难以弯曲，但是这对于磁悬浮轨道车辆的行驶性能产生了特别好的效果。
一般地，转辙装置中使用的弯曲梁的长度为70到150m。为了在分叉容许的大的半径处固定设置的两个分叉的轨道之间具有足够的自由空间，并且也为了使磁悬浮轨道车辆能够穿过其余非行驶的固定设置的轨道，该长度是需要的。为了由混凝土制造这样长的弯曲梁，在此，有利地，弯曲梁由多个预制混凝土梁形成，这些预制混凝土梁彼此相邻布置，并通过预应力元件相互拉紧在一起，从而根据所起作用形成单一的长弯曲梁，该弯曲梁能够均匀地达到预定的曲率。单根预制混凝土梁例如可具有大约15m的长度。
优选地，预应力元件的预应力是这样大，以致于使横梁即使在弯曲状态下也不会受到张应力。这将确保使混凝土始终保持稳定的强度，即使横梁已经被弯曲到最大偏差。为了保持混凝土梁的强度，必须要使混凝土始终处于压力下。为此，预应力元件已经被这样预压，使得该预应力元件在横梁弧线的外部区域被可靠地放置在横梁的每个位置上。
如果弯曲梁的横截面为空心箱形梁，这就保持了弯曲梁的高刚性，尽管如此其仍可能弯曲混凝土横梁，据此，与实心横截面相比，弯曲力可以减小。另外，空心箱形梁的横截面使弯曲梁可具有高抗扭性，从而避免横梁扭转。
特别有利地，弯曲梁的混凝土具有低弹性模量E(例如E＝28,000)。这可以通过例如轻质的普通混凝土或在轻质混凝土中添加Liapor添加剂来实现。由此，弯曲梁能够相对容易地弯曲，并具有足够的弹性，从而使得弯曲梁能够返回其初始位置。通过将混凝土用于弯曲梁中，使弯曲梁获得了特别高的自重，这有利于弯曲梁的振动阻尼。一般地，用于弯曲梁振动阻尼的专用方法因而就不再需要了。
已经被证明特别有利的是，弯曲梁的高度和宽度之比在1到1.5之间，优选为大约1.25，由此使弯曲梁获得了特别好的振动阻尼和抗扭性，并仍然使横梁能从第一位置移动到车辆其它行驶方向的第二位置。由于横梁具有相对于其高度而言相对宽的结构，从而获得了非常稳定的而且还有弹性的横梁。因此由于横梁弯曲和/或由于在弯曲转辙器上行驶的车辆产生的横梁的扭转就可以被可靠地避免。另外，这使得弯曲梁可以选择相对大的支撑间隔。因此15m的间隔尺寸是完全可行的。
同样相对于具有功能元件的横梁的总宽度而言，不具有功能元件的横梁的宽度大。特别有利地，两者之比在2至3之间，优选在2至2.5之间。该比例使得横梁根据需要弯曲，而不会干扰车辆的行驶，特别是不会干扰相关的固定片和侧向导轨。由于这一比例，可以实现连续稳定的弯曲线。
为了便于横梁弯曲，如果功能元件通过悬臂被连接到弯曲梁是有利的。可以是横梁上凸缘的一部分的悬臂决定了侧向导轨和固定片相互之间的距离。悬臂作为弯曲梁的上凸缘还有助于弯曲梁的强度。弯曲梁的空心箱形梁自身可建造成比侧向导轨和固定片的间隔所需要的距离窄，从而使得弯曲梁更容易被弯曲。
如果悬臂是由混凝土制成，特别是与弯曲梁一起一体制造，这样就使得横梁可以与悬臂一起被快速地从而相对低成本地加工。在该情形下，悬臂可与弯曲梁一体地从而特别也是同时地制造，但是悬臂也可以借助于张紧工具被紧靠到弯曲梁上。根据特定条件，这两者都能产生有利的制造和/或装配。
如果悬臂具有垂直于弯曲线的切缝，特别有利的是，弯曲梁的弯曲线更容易形成，由此减小了当横梁弯曲时正好在远离中部弯曲线的悬臂上产生的拉应力和压应力。因此混凝土弯曲梁的弯曲不会有破坏靠近悬臂区域的混凝土的危险。
有利地，切缝彼此相互间隔大约0.5到2m，特别是为大约1m，混凝土弯曲梁的弯曲由此相对容易。
作为将悬臂设置为横梁的整体构件的替换，本发明可将悬臂设置为被间隔开的支架。在此情形下，所述支架可由混凝土或钢制成。有利地，支架被拉紧靠到混凝土横梁上，以使支架能位置精确地并且持久地固定到横梁上。
设有移位工具用于弯曲梁的弯曲，所述移位工具至少作用于弯曲梁的自由端，以将弯曲梁弯曲或移位到需要的位置。这些适合的移位工具可以是液压驱动器或电动驱动器，其作用于弯曲梁的自由端或另外还作用于弯曲梁的中间区域。
为了实现横梁低摩擦的移位，优选弯曲梁安置在驱动轮上，例如驱动轮固定在弯曲梁上，并将弯曲梁移动到为其指定的位移方向。
为了获得弯曲梁基本均匀的或预定的曲率，有利地，本发明设置成使位移行程被沿弯曲梁设置的挡块所限定。由此，弯曲梁相应地弯曲到预先设置的挡块。由于挡块在弯曲梁的走向上被设置成越来越远离中心线，使得在横梁偏向时，弯曲梁紧靠这些挡块，并产生预定的且基本上均匀的弯曲。
附图说明
本发明的其它优点在下面的实施例中描述，其中：
图1为转辙装置的俯视图的示意图；
图2为弯曲梁横截面的示意图；
图3为弯曲梁的俯视图。
具体实施方式
图1示出了磁悬浮轨道的转辙装置的俯视图的示意图。该磁悬浮轨道包括固定设置的横梁1，1’和1”。横梁1和1’代表磁悬浮轨道车辆的第一行驶方向，而横梁1和1”代表车辆的第二行驶方向。为了车辆在第一或第二方向上有选择地行驶，弯曲梁2设置在横梁1和1’或1和1”之间。弯曲梁2在横梁1的区域固定设置，但是其在横梁1’或1”的区域可移动。该移动运动通过引入力F或F’来实现，该力作用在弯曲梁2的末端或以分布在弯曲梁2的整个长度上的方式作用在弯曲梁2上。力F或F’使弯曲梁2的自由端对准横梁1’或1”延伸。对准路线特别与用于在图2中详细描述的磁悬浮轨道车辆导向的导向元件有关。另一方面，横梁1，1’和1”的形状可以偏离弯曲梁2的形状。
弯曲梁2安置在驱动轮3上。驱动轮3相对轨道4支撑弯曲梁2，在弯曲梁2弯曲时，驱动轮3在轨道4上滚动。
为了以保持弯曲梁2的预定路线的方式限制弯曲梁2的位移行程，沿弯曲梁2预先设置有挡块5或5’。如果力F作用在弯曲梁2上，弯曲梁2的最终位置会压靠在沿弯曲梁2设置的挡块5上。这样，轨道形成一路线，该路线以连续的弯曲或根据挡块5预定的弯曲从横梁1经过弯曲梁2到达横梁1’。另一方面，如果力F’沿连接横梁1和1’的路线挤压弯曲梁2，弯曲梁2压靠在挡板5’上，从而形成第一行驶方向的笔直路线。当然，挡块5和5’可不同地设置，从而使例如不仅在挡块5的停止处而且在弯曲梁2的挡块5’处都存在弯曲。
横梁1和1’之间的间隙都必须这样大，以致于使车辆在第一和第二行驶方向不会与相应的关闭的横梁1或1’接触。
图2示出了弯曲梁2的横截面。弯曲梁2安置在在轨道4上滚动的驱动轮3上。这里示意性示出的驱动器6为液压缸，其用力F压靠弯曲梁2的侧壁，从而使弯曲梁2在轨道4上位移直到与挡块5接触。如果应该在另一方向上行驶时，相对驱动器6设置的另一驱动器6’用力F’压靠弯曲梁2的侧壁，从而使弯曲梁2在驱动轮3和轨道4上位移直到压靠挡块5’。当然，除了液压缸6和6’，其它的驱动器，例如具有齿轮传动或齿条机构的电动驱动器也是可以想到的。驱动轮3的驱动器，例如与齿条啮合并从而移动弯曲梁的驱动器也是可以想到的。
下面更详细地描述弯曲梁2。弯曲梁2主要由混凝土特别是预制混凝土制成。由于弯曲梁2通常有特别长的长度(达150米)，弯曲梁2优选是由几个相互拉紧在一起的预制混凝土构件制成。预制混凝土构件通过预应力元件的预应力来拉紧，所述预应力元件设置在弯曲梁2的上凸缘和下凸缘上的套管7中。
弯曲梁2主要由空心箱形梁制成，以达到特别高的抗扭性。为了在弯曲梁2的横向上具有非常高的抗弯刚度以获得形状稳定的横梁，弯曲梁2的宽度b和高度h选择为大致相等。若有可能，弯曲梁2的宽度b可以略小于弯曲梁2的高度h，从而使得容易施加弯曲力来移位具有驱动器的转辙器。在个别情况下，弯曲梁2的宽度b和高度h之比还取决于弯曲梁2的长度和弯曲梁2的调整行程。然而，更有利的是，当磁悬浮轨道车辆在弯曲梁2上行驶时，为了弯曲梁2能够保持稳定，弯曲梁被制造成尽可能宽。
套管7内的预应力元件引起如此大的预应力，以致于使弯曲梁2即使在最大弯曲条件下也绝不会有削弱混凝土的张应力。这意味着特别是在弯曲梁2的弯曲外围区域上作用在混凝土的压应力必须这样大，使该区域内的张应力被该区域内的较高压应力叠加。由此，弯曲梁2的混凝土在压应力下保持不变，并维持其强度。
悬臂8设置在弯曲梁2的上凸缘上，用于引导磁悬浮轨道车辆的功能元件布置在悬臂8的外侧上。该功能元件由两个相对设置的侧向导轨9组成，为了引导车辆的目的，侧向导轨9以确定的距离彼此间隔设置。滑动条10设置在悬臂8的上侧，所述滑动条10被设置成当车辆不移动时可以使车固定停止。长固定片布置在悬臂8的下侧，该固定片为车辆驱动器的一部分。为了便于弯曲梁2弯曲，悬臂8不是沿弯曲梁2连续地设置，而是沿弯曲梁2的纵向方向看去相互间隔一段距离设置。在该情形下，各个切缝沿弯曲梁2的纵向方向具有0.5至2m特别是大约1m的距离a。由此，该弯曲梁2与具有连续的悬臂8的弯曲梁相比更容易弯曲。当弯曲梁2弯曲时，在悬臂8之间的切缝12或多或少地变小或变大。在该情形下，功能元件9，10和11同样被拉长或被压缩或根据悬臂8的长度分割开，并根据弯曲梁2的弯曲线彼此一起形成伸展的间隙。
图3示出了弯曲梁2的俯视图。沿弯曲梁2的两侧上布置有多个相互间隔开的悬臂8。每个悬臂8具有一滑动条10，所述滑动条同样相互间隔设置，并通过切缝12被相互分隔开。在这里描述的实施例中，侧向导轨9是连续的，这意味着侧向导轨9横跨整个切缝12。只要弯曲梁以通常的方式弯曲，侧向导轨9的相应的拉伸和压缩就对侧向导轨9和车辆的导向没有不利的影响。然而，侧向导轨9同样可以中断。磁悬浮轨道车辆可以跨越在弯曲梁2的纵向方向上的各个侧向导轨9之间的小间隙。
悬臂8可以是弯曲梁2的整体组成部分，换句话说，悬臂8可与弯曲梁2一起由混凝土浇注而成，或者悬臂8可以是由混凝土或钢制成的单个构件，其被拉紧到弯曲梁2上。悬臂8在弯曲梁2上的拉紧例如可以通过预应力筋来完成，该预应力筋横跨弯曲梁2的纵向方向延伸，并另外可用于紧固侧向导轨9。
有利地，弯曲梁2包括悬臂8和侧向导轨9在内的总宽度B与不具有悬臂8的弯曲梁2的宽度b之比在2至3之间，优选在2至2.5之间(2＜B/b＜3)。由此，制造了稳定的弯曲梁2，所述弯曲梁仍然能达到需要的曲线形状。为了获得混凝土弯曲梁2的弹性弯曲，混凝土具有较小的弹性模量E是特别有利的，例如E＝28,000。由此制得了容易弯曲的混凝土弯曲梁2，该混凝土弯曲梁经受所受负载的多次弯曲，而不会引起例如不允许的混凝土裂缝。特别是使用这种混凝土使弯曲梁2的制造成为可能，或者要求弯曲梁2设计成相对大尺寸的空心箱形梁。因此，尽管使用了这种混凝士，弯曲梁2也能够支撑得住磁悬浮轨道车辆在上面通过。
本发明并不限于这里描述的实施例。在本发明权利要求范围内的变型在任何时候都是可能的。特别是弯曲梁安置的方式、弯曲梁2的形状以及力的引入、驱动机构可与本实施例中不同。无论如何，重要的是弯曲梁2能以预定的方式弯曲，并还保持充分的稳定以使得磁悬浮轨道车辆能抗扭转地且无振动地通过。另外，该转辙装置比钢制的更加耐用，即具有更长的使用寿命。

Claims (25)

1.用于磁悬浮轨道的横梁，该横梁在沿磁悬浮轨道的纵向延伸的两侧具有用于引导磁悬浮轨道车辆的功能元件(9，10，11)，其中，该横梁作为转辙装置的弯曲梁(2)构成，并可从车辆的初始行驶方向的第一位置弹性地移动到车辆的其它行驶方向的至少第二位置，其特征在于，该弯曲梁(2)主要由混凝土制成。
2.如权利要求1所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)由多个预制混凝土构件形成，所述预制混凝土构件通过预应力元件相互拉紧在一起。
3.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述预应力元件的预应力是如此大，以致于使弯曲梁(2)在弯曲状态下也不会受到张应力。
4.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)的横截面为空心箱形梁。
5.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)的混凝土具有低弹性模量E。
6.如权利要求5所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弹性模量E为28,000MPa。
7.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)为了阻尼振动具有高的自重。
8.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)具有高的抗扭性。
9.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，不具有功能元件的弯曲梁(2)的高度(h)和宽度(b)之比在1至1.5之间。
10.如权利要求9所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，不具有功能元件的弯曲梁(2)的高度(h)和宽度(b)之比为大约1.25。
11.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，具有功能元件(9)的弯曲梁(2)的宽度(B)和不具有功能元件(9)的弯曲梁(2)的宽度(b)之比在2至3之间。
12.如权利要求11所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，具有功能元件(9)的弯曲梁(2)的宽度(B)和不具有功能元件(9)的弯曲梁(2)的宽度(b)之比在2至2.5之间。
13.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述功能元件(9，10，11)通过悬臂(8)被连接到弯曲梁(2)。
14.如权利要求13所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述悬臂(8)是由混凝土制成。
15.如权利要求14所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述悬臂(8)是由混凝土与弯曲梁(2)一起一体制成。
16.如权利要求13所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述悬臂(8)形成所述弯曲梁(2)的上凸缘。
17.如权利要求13所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述悬臂(8)具有垂直于弯曲线的切缝(12)。
18.如权利要求17所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述切缝(12)具有的间隔(a)为大约0.5至2m。
19.如权利要求18所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述切缝(12)具有的间隔(a)为大约1m。
20.如权利要求13所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述悬臂(8)为沿弯曲梁(2)的纵向方向间隔设置的支架。
21.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，弯曲梁(2)配置有移位工具，用于将弯曲梁(2)弯曲到需要的位置。
22.如权利要求21所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述移位工具是液压驱动器或电动驱动器(6)。
23.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)安置在驱动轮(3)上。
24.如权利要求1或2所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)的位移行程被沿弯曲梁(2)设置的挡块(5，5’)所限定，挡块(5，5’)作用于弯曲梁(2)，以得到预定的曲线变化。
25.如权利要求24所述的用于磁悬浮轨道的横梁，其特征在于，所述弯曲梁(2)的位移行程被沿弯曲梁(2)设置的挡块(5，5’)所限定，挡块(5，5’)作用于弯曲梁(2)，以得到预定的均匀的曲线变化。
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