CN102395729A - 轨道切换装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将运载工具(306)从第一轨道切换至第二轨道的设备和方法。该轨道切换装置可通过马达(108)旋转，并且可具有驱动轴(148)和主轴(118)。驱动轴(148)可具有：筒状物(102)，其位于驱动轴(148)的一端，该筒状物具有位于其上的多个切换轨道(104，106)；以及，制动组件(154)，其连接至驱动轴(148)并与筒状物(102)间隔开。主轴(118)可具有飞轮(120)和离合器组件(122)。在离合器组件(122)经由马达(108)和飞轮(120)接合之后，驱动轴(148)然后可由主轴(118)驱动。

Description

轨道切换装置和方法

背景

本发明涉及用于运载工具的轨道。更特定而言，本发明涉及轨道切换设备和用于切换轨道的方法。

自二十世纪初以来，控制诸如列车、工厂内货运运载工具和游乐场骑乘设施这样的处于轨道上的运载工具的运动取得了重大工业进展和消费者满意度。在游乐场的情况下，随着顾客需要更大、更好和更精细的骑乘设施，他们也要求和期望积极的公园体验，这需要逐渐缩短和更迅速移动的队列来进入骑乘设施。

缩短队列的等待时间的一种技术涉及增加轨道上的运载工具的吞吐量。在给定时间间隔内经过轨道上给定点的运载工具越多，能服务的顾客就越多。但是，在具有多个轨道以及需要运载工具来切换轨道的骑乘设施中，对于待发生的轨道切换存在滞后或延迟。缩短轨道切换的延迟增加运载工具吞吐量，从而缩短顾客等待时间，并且因此增加顾客满意度和游乐场盈利。

过去，通过使用一对布置于分叉外轨之间的链接的渐缩轨(被称为点)来实现常规轨道切换。通过使用齿轮箱、滑杆或马达，这些点可从一个位置向另一位置侧向地移动以便将运载工具从直通轨道引导至分叉轨道。举例而言，USP 5,547,151采用了一种线性感应轨道切换机构，其具有至少一个线性感应马达，用于将切换轨道从第一位置横向地推进至第二位置。

更现代的轨道切换机构包括弹簧组件，例如USP 6,290,189的弹簧组件，USP 6,290,189描述了一种用于将舌状物压靠在基本轨上同时将另一舌状物从相对的基本轨拉出的点操作装置。该装置形成为带有至少四个可调整的竖直弹簧组件，并且意图用以防止舌状物悬置。

但是，诸如上文所述的那些已知的轨道切换装置通常需要一定响应时间，其可能未满足某些应用(例如游乐场设置)中所需的响应时间，并且受限于其中主要轮组件骑乘于轨道的单侧上并且侧向引导通过轮上的凸缘而提供的轨道应用。

在现代主题公园游乐设施(例如过山车)中，常常需要在轨道的上表面上具有侧向引导轮和竖直引导轮(即，负载轮)以及在轨道的下表面上具有侧向引导轮和竖直引导轮(即，上挡轮)，从而使得骑乘运载工具在所有方向上完全被约束于该轨道(保留所需的行进方向)。这些特征显著地限制前述单侧轨道切换组件的使用。

用于主题公园游乐应用的常规轨道切换通常包括侧向地移动、绕竖直轴线旋转以及绕纵向轴线旋转的配置，并且涉及单独锁定和驱动机构。驱动机构可经由常规动力传输特征(例如带、驱动轴、链和齿轮系)链接至轨道切换组件。因此，驱动机构和切换组件的惯性总是耦联至机械系统，从而为所述切换类型的组合加速度和定位准确性提供实际限制。与上文所论述的切换机构类似的切换机构可见于例如IntaminInc.的美国专利No.4,543,886和Vekoma S.p.A的美国专利No.6,884,177中。

制造商越来越多地采用更强大的主驱动装置以用于切换，其引起收益递减，因为越来越大的(例如电动的)马达的自惯性带来限制扭矩/马力/速度上升时间曲线的一阶效应，特别是当考虑这种装置的物理大小和包装时，这最终导致必需使得这些装置距切换装置较远，从而进一步增加惯性和随之产生的切换时间延迟。

因此，迄今为止，对于快速轨道切换没有合适的设备和方法是可用的。

简要描述

本公开描述了一种轨道切换设备以及一种用于切换轨道的方法。

在第一实施例中，本发明提供了一种用于将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的设备。该轨道切换装置可通过马达旋转，并且可包括驱动轴和主轴。该驱动轴可包括：筒状物，其位于驱动轴的一端，该筒状物具有位于其上的多个切换轨道；以及，制动组件，其被连接至驱动轴并与筒状物间隔开。主轴可包括飞轮和离合器组件。在离合器组件经由马达和飞轮接合之后，驱动轴然后可由主轴驱动。

在第二实施例中，本发明提供了一种将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的方法，轨道切换装置通过马达旋转，该方法包括：提供驱动轴；提供主轴；在离合器组件经由马达和存储于飞轮中的能量接合后，利用主轴驱动该驱动轴；以及，使筒状物绕轴线旋转以使切换轨道与第一轨道和第二轨道对准。在该特定实施例中，驱动轴包括：筒状物，其位于驱动轴的一端，该筒状物具有位于其上的多个切换轨道；制动组件，其被连接至驱动轴并与筒状物间隔开。主轴包括飞轮和离合器组件。

通过结合附图参考下文的描述，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。

附图简述

现在对附图进行简要参考，本公开的其它特征和优点将通过该参考变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明的一实施例的单轨道切换装置的示意性侧视图，其具有轴向旋转的筒状物，切换轨道位于筒状物上。

图2a是根据本发明的一实施例的筒状物的俯视图，切换轨道位于筒状物上。

图2b是图2a的侧透视图。

图3是根据本发明的一实施例的轨道切换系统的俯视图，其示出用于将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的两轨道切换机构。

图4是描述根据本发明的另一实施例的步进式方法的流程图。

在若干附图中，相同的参考标号指代相同或相应的构件和单元，除非另外指示，这些附图不是按比例的。

详细描述

本发明的一实施例涉及用于将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的轨道切换装置，该轨道切换装置包括驱动轴以及由环形带机械地联接的主轴。驱动轴包括：筒状物，其位于驱动轴的一端，该筒状物具有位于其上的多个切换轨道；以及，制动组件，其被连接至驱动轴并与筒状物间隔开。主轴由马达驱动并且包括飞轮和离合器组件，其中，驱动轴经由环形带由主轴驱动，该驱动轴设置为用以绕轴线旋转。通过本发明提供的一个特定优点为增加轨道切换速度的能力(即，小于2秒)，从而增加运载工具吞吐量。

在下文中参考附图而论述的要求权利保护的发明的特定构造和设置只是出于说明目的。在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下，可制造、使用或出售处于本领域技术范围内的其它构造和设置。

如本文所使用的以单数形式陈述且前面带有用语“一”或“一个”的元件或功能应被理解为并不排除多个所述元件或功能，除非明确地陈述这种排除。此外，对要求权利保护的发明的“一个实施例”的参考不应被理解为排除也包括所述特征的另外的实施例的存在。

尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而未在其它附图中示出，但是这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，一个附图的特征可结合任何其它附图中的任何特征或所有特征。此外，本文所公开的任何实施例不应被理解为仅有的可能实施例。相反，变型和其它实施例预期被包括在所附权利要求的范围内。

如本文所用的术语“第一轨道”指运载工具到达轨道切换装置之前所位于的直通轨道，并且也可指如果不通过轨道切换装置切换则运载工具将继续在其上的轨道。如本文所用的术语“第二轨道”指轨道切换之后运载工具被切换至的分叉轨道，或者是在不同于所述直通轨道的方向上延伸的轨道。如本文所用的术语“切换轨道”指位于筒状物上的轨道，并且因此“切换轨道组件”包括轨道和筒状物或类似的支持物或其框架。如本文所用的术语“轨道”指诸如标准列车轨道这样的双轨轨道，在固定路径上引导运载工具的单轨轨道，诸如光学引导器件等的任何引导路径，和/或前述的任何组合。术语“筒状物”可指圆柱形物体，但也预期指用于轨道的任何几何形状的支持物。

现在参看图1，大体上在100处示出对应于本发明的实施例的示例性轨道切换装置。该轨道切换装置被构造为用于迅速旋转加速，并且设置为快速并准确地将运载工具从第一轨道切换至第二轨道。该轨道切换装置可包括筒状物102，多个切换轨道104和106位于筒状物102上。在图1中所示的示例性实施例中，第一直切换轨道104位于筒状物102的一侧上，而第二弯切换轨道104位于筒状物102的相对侧上。但是，应当理解，多个不同的切换轨道可布置在筒状物的外围附近，并且可被命令至其旋转轴线上的任何位置。筒状物102可设置为用以绕轴线(X)旋转，从而导致切换轨道104和106中的至少一个与分叉轨道(未示出)对准。

进一步参看图1，示出了包括飞轮120的主轴118、传动装置110、离合器组件122、用于柔性带132的带轮130，以及设置为用以产生绕轴线的旋转的一系列输入轴和输出轴。马达108通过马达输出轴112机械地联接至传动装置110。将马达输出轴112连接至传动装置输入轴114的是万向接头116。马达108可为能产生旋转力输出的传统扭矩马达。提供了传动装置110(如本领域中已知的那样)，用于速度-扭矩转换，从而增加来自马达的扭矩以向主轴118提供更大的旋转力，以及因此更快并且更牢靠的轴向旋转。传动装置110经由传动装置输出轴124机械地联接至飞轮120。将传动装置输出轴124连接至飞轮输入轴的是第二万向接头126。此外，第一轴承128可整体地连接至传动装置输出轴124，以有助于两个构件之间(例如传动装置110与飞轮120之间)的受限相对旋转运动。

飞轮120设置为用以向主轴提供飞轮能量储存(FES)。为了储存足够的能量，飞轮120优选地具有相对于筒状物102和切换轨道104与106的质量从大约100％至大约1500％的范围的惯性。更优选地，其可在大约400％与800％之间的范围。应当理解，可采用飞轮质量和飞轮速度的不同组合来得到这样的惯性值。当在操作中时，马达使飞轮120加速到高速并且飞轮用于保持旋转能(即，动量)，该旋转能可被用于处于高速的主轴118(以及依次驱动轴148和筒状物102)的旋转中。飞轮120经由飞轮输出轴132机械地联接至离合器组件122。第二轴承134可整体地连接至飞轮输出轴132，以便再有助于飞轮120与离合器122之间的受限相对旋转运动。

离合器组件122可包括叉部136、蹄片138和壳体140。离合器组件122设置为用以将飞轮输出轴132连接至离合器输出轴142，以便使它们可锁在一起并以相同的速度旋转(接合的)，或者分开并以不同的速度旋转(脱离的)。在该示例性实施例中，当离合器接合时，旋转力可被转移至离合器输出轴142。

离合器输出轴142被连接至带轮144，环形带130机械地联接到带轮144上。环形带130还机械地联接至第二带轮146，第二带轮146连接至驱动轴148。环形带130设置为用以从主轴118向驱动轴148高效地传递动力。第三轴承150和第四轴承152可整体地连接至离合器输出轴142，以便再有助于带轮144与离合器组件122之间的受限相对旋转运动。环形带130可为齿形、缺口形或嵌齿形，并且还可为平带或链带。

仍参看图1，驱动轴148包括位于驱动轴148的一端的筒状物102，以及连接至驱动轴148并与筒状物102间隔开的制动组件154。如图所示，制动组件154为盘式制动系统，其中盘156联结至驱动轴148。卡钳158被迫使(例如液压地、气动地、电磁地、弹簧接合地)抵靠盘156的两侧。摩擦使得该盘(并且因此驱动轴)停止，在这种情况下通过管线160供给的制动流体而液压地实现。尽管示出了盘制动机构，但是应当理解，在本发明中可应用其它制动系统。还应当理解，第五轴承、第六轴承、第七轴承和第八轴承(162、164、166和168)可整体地连接至驱动轴148，以便再有助于驱动轴的受限相对旋转运动。

在操作中，马达108驱动传动装置110，其驱动飞轮120并给飞轮120提供动力。飞轮120又驱动主轴118并给主轴118提供动力以使环形带130旋转，环形带130又使驱动轴148旋转以切换在筒状物上行进的运载工具的轨道。制动组件154使筒状物保持就位，并且可通过轨道切换的运动促使闩锁(未示出)接合，以便将驱动轴锁定在预定位置。在另外的操作中，当输入切换功能命令时，制动组件154接合并且离合器组件122同时脱离。当输入第二切换功能命令时，离合器组件122接合并且制动组件154脱离。在本发明的这个实施例中，存储于飞轮120中的能量可立即和直接用于使筒状物102旋转并且有助于轨道切换。

在本发明的一示例性实施例中，离合器组件122是气动、电气、液压或弹簧接合的(或脱离的)，以便将马达输出轴112连接至飞轮120并依次连接至筒状物102。制动组件154(例如气动、液压、电气或弹簧促动的制动组件)位于驱动轴148上。当离合器122接合时，制动器154同时脱离。两者都被定时以控制轨道切换装置100的加速和减速，以及确保在与驱动轴148断开连接时利用驱动装置的类似惯性和能量发生制动。定位装置(例如闩锁)被用来作为确保准确预定位置停止的第二措施。闩锁可被促动就位和错位以允许该切换在相同的旋转方向中执行另外的运动，或者可被固定，需要齿轮传动或其它手段来使该行进的切换方向反向，以用于使其沿相反的旋转方向返回到开始位置或其它选定位置。

现在参看图2a，大体上在200处示出筒状物102的俯视图，切换轨道104位于筒状物102上。驱动轴148设置为用以绕轴线旋转，如由箭头202所示的那样。减震器204设置为用以消除筒状物旋转和立即制动的冲击脉冲。

现在参看图2b，大体上在210处示出筒状物102的侧视图。在此视角中，可更容易看出，两个切换轨道104和106可位于筒状物102的相对两侧上。一个切换轨道可设置为直轨以保持运载工具从其所来自的路径的运动，而另一切换轨道可设置为弯的以将运载工具送至分叉轨道(参看图3更详细地示出)。同样，箭头202示出可适用的旋转。

现在参看图3，大体上在300处示出轨道切换系统的俯视图，同时示出了两个位置(即，两种不同设置)。参考标号302示出前轨道切换配置，而参考标号304示出后轨道切换配置。第一运载工具306被布置在第一轨道308上。如果需要运载工具306保持在第一轨道上，筒状物102可保持停留在第一预定位置310。运载工具306然后可经过切换轨道104并继续到第一轨道308至预期目的地。但是，如果需要运载工具被导引至左分叉轨道312，筒状物102可顺时针旋转预定量(例如180度)到第二预定位置304。而切换轨道106与左分叉轨道312对准，如由箭头314所示的那样。应当理解，虽然仅示出位于单个直通轨道和单个分叉轨道上的一个运载工具，本发明可包括将多个运载工具切换到右分叉轨道和左分叉轨道，以及还有多个直通轨道。因此，筒状物102可设置为以双向方式(即，顺时针和逆时针)旋转，以便使多个切换轨道与分叉轨道或直通轨道对准。

在图3中所示的示例性系统中，控制器与一系列传感器(322、324)通信以判断接近的运载工具是否太靠近，以便在通过整体行驶控制系统请求轨道切换时允许安全的轨道切换促动。如果在预定区域中不存在运载工具，那么可命令轨道切换。阻挡装置330可存在于传感器与轨道切换装置之间，并且筒状物位置传感器存在于切换组件自身上。如果该切换未能到达其最终位置或未能在规定时间间隔内闩锁，阻挡装置将保持关闭(关闭为其常态)。同样，另一传感器324可位于轨道切换的下游以发送信号指示轨道切换装置是畅通的以便再次旋转。举例而言，传感器可感测运载工具位置并发送信号使轨道切换装置320旋转，以便使切换轨道104或106在切换轨道的第一端处与直通轨道308对准或在切换轨道的第二端处与分叉轨道312对准，其中该轨道可经由制动机构锁定就位。运载工具306然后可经过而到分叉轨道312上，其中传感器324可感测运载工具已离开轨道切换装置320，并发送这样的命令，即，轨道切换装置可解锁，并因此旋转以将运载工具306切换至预期轨道。

应当理解，轨道传感器可与轨道切换装置通信，并且还与中央控制器或处理器通信，每个构件具有执行上述操作必需的电子器件。

图3的示例性系统为轨道运载工具提供安全和快速的切换机构。特别地，该系统为两个或更多运载工具提供安全和快速的切换机构。还应当理解，虽然在图4的示例性实施例中仅示出具有单切换轨道的两轨道切换装置，但是，可包括多个轨道切换以支持来自多个不同进点与出点的多个运载工具。

在本发明的可选实施例中，离合器输出轴142或可由离合器输出轴142驱动的第二传动装置(未示出)的从动元件可向擒纵机构(未示出)提供输入能量和原动力，从而使得当擒纵机构的输出运动被限制和确定时，来自离合器的输出运动可不受控制。

在另一可选实施例中，轨道切换组件可被分成多个部件，从而降低每个促动部件的惯性，并允许运载工具进入切换以沿着其行进路径推进到渐进式切换元件上，从而进一步减少与轨道切换操作相关联的时间延迟。在一个这样的示例性实施例中，轨道切换机构可包括沿着其行进路径围绕与运载工具的纵向轴线大致对准的轴线切换的三个单独元件。

现参看图4，大体上在参考标号500处示出更好地帮助说明将运载工具从直通轨道切换到分叉轨道的方法的流程图。该方法包括：将运载工具从第一轨道(直通轨道)切换到第二轨道(分叉轨道)，该轨道切换装置通过马达旋转，该方法包括提供驱动轴和主轴。驱动轴包括位于驱动轴的一端的筒状物，该筒状物具有位于其上的多个切换轨道以及连接至驱动轴并与筒状物间隔的制动组件。主轴由马达驱动并包括飞轮和离合器组件。

该方法还包括：经由在功能上连接至驱动轴和主轴的环形带驱动该驱动轴，并且使筒状物绕轴线旋转以使切换轨道与第一轨道和第二轨道对准。虽然该流程图示出示例性逐步方法，但是应当理解，本领域技术人员可将这些步骤重新设置或重新排序而保持类似结果。

在步骤402中，直通轨道上的第一运载工具可接近轨道切换装置，该轨道切换装置包括筒状物，筒状物具有位于其上的多个切换轨道，该筒状物设置为用以使多个切换轨道中的至少一个与分叉轨道对准。随着运载工具接近，多个传感器可感测直通轨道上的运载工具位置，并且在步骤404中，基于来自控制器或处理器的预定命令，可使多个切换轨道中的至少一个与分叉轨道对准，或者允许运载工具继续到直通轨道的下一部段上。如果控制器被编程为用以将运载工具送至分叉轨道，那么在步骤406中，控制器可发送信号使轨道切换装置水平地旋转以便使切换轨道与分叉轨道对准。在另一方面，如果控制器被编程为用以允许运载工具继续到直通轨道的下一部段，那么在步骤408中，控制器将使切换轨道与直通轨道对准。在步骤410中，第二运载工具可在单独的直通轨道上从相反的方向接近。在步骤412中，取决于哪个轨道是发送运载工具的预期轨道，控制器做出与其在步骤404中所做出的相同的决策以到达步骤406或408。利用每个可转动的旋转，制动器可设置为用以在预定位置处将轨道锁定就位。

尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出而未在其它附图中示出，但是这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，一个附图的特征可结合任何其它附图中的任何特征或所有特征。如本文所用的用语“包括”、“包含”、“具有”和“带有”应被广义和全面地理解，并且不限于任何物理互连。此外，本文所公开的任何实施例不应被理解为仅有的可能实施例。相反，变型和其它实施例预期被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的轨道切换装置，所述轨道切换装置通过马达旋转，所述轨道切换装置包括：

驱动轴，所述驱动轴包括：

筒状物，所述筒状物位于所述驱动轴的一端，所述筒状物具有位于其上的多个切换轨道；和

制动组件，所述制动组件连接至所述驱动轴并且与所述筒状物间隔开；

主轴，所述主轴由所述马达驱动，所述主轴包括：

飞轮；和

离合器组件；

其中，在所述离合器组件经由所述马达和所述飞轮接合之后，所述驱动轴由所述主轴驱动。

2.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，所述筒状物设置为用以与所述驱动轴同时地旋转到至少两个预定位置并且以双向方式旋转。

3.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，当所述制动组件接合时，所述离合器组件同时脱离，并且，其中，当所述离合器组件接合时，所述制动组件脱离。

4.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，还包括传动装置，所述传动装置被附连至所述主轴并且由所述马达驱动，所述传动装置具有设置为用以驱动所述飞轮的输出轴。

5.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，所述飞轮包括设置为用以驱动所述离合器组件的输出轴。

6.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，所述离合器组件包括设置为用以驱动所述环形带以使所述驱动轴旋转的输出轴。

7.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，所述飞轮具有范围在所述筒状物和所述切换轨道的惯性的大约100％与大约1500％之间的惯性。

8.根据权利要求1所述的轨道切换装置，其特征在于，还包括闩锁，所述闩锁设置为在所述筒状物处于预定位置时接合锁定所述驱动轴。

9.根据权利要求1所述的轨道切换，其特征在于，还包括与多个传感器通信的控制器。

10.一种用于将运载工具从第一轨道切换至第二轨道的方法，轨道切换装置通过马达旋转，所述轨道切换装置包括：

提供驱动轴，所述驱动轴包括：

筒状物，所述筒状物位于所述驱动轴的一端，所述筒状物具有位于其上的多个切换轨道；和

制动组件，所述制动组件被连接至所述驱动轴并且与所述筒状物间隔开；

提供主轴，所述主轴由所述马达驱动，所述主轴包括：

飞轮；和

离合器组件；和

在所述离合器组件经由所述马达和飞轮接合之后，利用所述主轴驱动所述驱动轴；以及

使所述筒状物绕轴线旋转，以便使所述切换轨道与所述第一轨道和所述第二轨道对准。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述筒状物设置为用以与所述驱动轴同时地旋转到至少两个预定位置并且以双向方式旋转。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述制动组件接合时，所述离合器组件同时脱离，并且，其中，当所述离合器组件接合时，所述制动组件脱离。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述飞轮具有范围在所述筒状物和所述切换轨道的惯性的大约100％与大约1500％之间的惯性。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括在所述筒状物处于预定位置时通过使闩锁与所述驱动轴接合而将所述筒状物锁定在预定位置。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述轨道切换装置还包括与多个传感器通信的控制器。

16.一种切换轨道的方法，包括：

将高惯性驱动系统连接至切换轨道组件；

使所述切换轨道组件从第一位置朝第二位置加速；

使所有驱动元件的惯性与所述切换轨道组件断开连接；以及

使所述切换轨道组件制动以停在第二位置处。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述切换轨道组件包括筒状物以及安装于其上的多个轨道。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述高惯性驱动系统包括飞轮和离合器。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述飞轮具有范围在所述筒状物和所述切换轨道的惯性的大约100％与大约1500％之间的惯性。

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