CN107672618B - 一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统及车辆救援方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统及车辆救援方法。所述自动连挂控制系统包括车钩位置检测部分和车钩旋转部分；所述车钩位置检测部分包括布置在司机室头罩前部的传感器，该传感器用于将探测的待连挂两个车钩的相对位置信息传递给列车检测系统，该列车检测系统将待连挂两个车钩的相对位置信息显示在司机台显示屏上；所述车钩旋转部分包括:凸轮盘，其用于与车钩缓冲器壳体固定相连；旋转机构，其用于驱动凸轮盘在水平面上顺时针或逆时针转动；以及对中机构，其用于保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置。本发明解决了车钩在小半径曲线上无法自动连挂问题。

Description

一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统及车辆救援方法

技术领域

本发明涉及一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统及车辆救援方法，属于轨道车辆领域。

背景技术

一般有轨电车及地铁项目车钩配置有不能自动旋转的对中装置如图1所示，车钩水平旋转小于±15°，凸轮和车钩一起旋转推动辊子脱离凸轮凹槽，此时碟簧进一步受压缩，提供更大的反向旋转力矩，使车钩恢复到中心线和车体纵向中心线对齐状态。

对中装置主要作用：防止车钩在待连挂状态随意水平摆动而导致车钩和头罩、导流罩干涉。

对中装置缺点为：对中装置使车钩中心线始终与车体纵向中心线保持对齐，车钩无法实现自动水平摆动。在恶劣小半径曲线车钩无法自动连挂时（如图2所示），需要司机在轨旁使用辅助连挂装置拉动车钩迫使车钩水平旋转一定角度来满足小半径曲线上连挂需求，此轨旁手动辅助连挂方法主要适用于地铁车辆接触网供电和存在一定可操作空间线路条件的车辆。对于第三轨供电线路或正线无法站人操作等特殊情况，如果车辆处于小半径曲线上时，车钩无法实现自动连挂，将无法实现列车救援。

中国发明专利CN200880008823.1公开了一种用于使半挂车车钩枢轴在铁道单元上全面固定和自动对中心的装载组合件，该装载组合件包括：闭锁在半挂车的车钩枢轴上的机罩，自动对中心并固定在带有自动对中心摆动活动件的舱室的接纳容积中，由构成铁路/公路联运的铁道单元 结构一部分的可提升的支架支撑。装载组合件保证车钩枢轴自动和安全地自动对中心和三轴固定，并带有可视的检查标志。然而这种自动对中心的装载组合件只能适应大半径曲线上的对接连挂，依然无法解决上述问题，即不能实现车钩自动旋转一定角度，并使其处于保持状态，不便于车钩在小半径曲线自动连挂。

本发明所述小半径曲线轨道是指轨道的最小弯道半径小于R150m或R150m-5m-R150m的S曲线。

发明内容

本发明旨在提供一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统及车辆救援方法，该控制系统可以控制车钩水平旋转一定角度，从而解决车钩在小半径曲线上无法自动连挂问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其结构特点是，包括车钩位置检测部分和车钩旋转部分；所述车钩位置检测部分包括布置在司机室头罩前部的传感器，该传感器用于将探测的待连挂两个车钩的相对位置信息传递给列车检测系统，该列车检测系统将待连挂两个车钩的相对位置信息显示在司机台显示屏上；

所述车钩旋转部分包括:

凸轮盘，其用于与车钩缓冲器壳体固定相连；

旋转机构，其用于驱动凸轮盘在水平面上顺时针或逆时针转动；以及

对中机构，其用于保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置。

由此，通过对中机构对凸轮盘的控制（锁固与解锁），旋转机构对凸轮盘的驱动实现了车钩待连挂状态下的自动对中功能和自动水平旋转一个固定角度功能(图3所示)，从而使实现在小半径轨道上进行车辆救援成为了可能。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

本发明的传感器优选为红外传感器。

优选地，所述对中机构包括开设在凸轮盘外周面上的对中凹口，设置在凸轮盘一侧的对中伸缩杆；所述对中凹口与对中伸缩杆的伸出端啮合时保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置，对中凹口与对中伸缩杆的伸出端分离时，凸轮盘可由旋转机构驱动在水平面上顺时针或逆时针转动。

为了方便控制锁固和解锁，所述对中伸缩杆为气缸；该气缸在通气状态时驱动活塞杆伸出而与对中凹口啮合，该气缸在未通气状态时活塞杆收缩而与对中凹口分离；优选所述气缸的活塞杆上套装有复位弹簧，该复位弹簧在气缸未通气状态带动活塞杆收缩而与对中凹口分离。

优选地，所述旋转机构包括：

第一伸缩杆，其设置在凸轮盘一侧用于驱动凸轮盘逆时针转动；

第二伸缩杆，其设置在凸轮盘另一侧用于驱动凸轮盘顺时针转动；以及

设置在凸轮盘的外周面上的第一凹口和第二凹口；所述凸轮盘逆时针转动时所述第一凹口与第一伸缩杆的伸出端啮合，凸轮盘顺时针转动时所述第二凹口与第二伸缩杆的伸出端啮合；

优选所述第一凹口和第二凹口相对车体中心线对称设置。

最优选地，通过控制三个气缸的充放气状态来控制车钩处于不同工作状态，两侧的气缸控制车钩左右旋转，中间的对中气缸控制车钩中心线和车体中心线对齐，防止车钩随意摆动，具有自动对中功能。采用气缸的好处在于可以利用列车风管为各气缸供气。

为了方便控制锁固和解锁，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆为气缸；所述气缸在通气状态时驱动活塞杆伸出而与对应的凹口啮合，该气缸在未通气状态时活塞杆收缩而与对应的凹口分离；优选所述气缸的活塞杆上套装有复位弹簧，该复位弹簧在气缸未通气状态带动活塞杆收缩而与对应的凹口分离。由此，复位弹簧可以便于在气缸未通气状态实现活塞杆的自动缩回而与对应的凹口分离。

所述气缸通过阀门与车辆风管连通。最优选地，三个气缸分别通过相应的供风管道与列车风管连通，每根供风管道上装有控制阀，各控制阀由三位控制开关控制开关，使的三个气缸中仅有一个气缸保持通气状态。本发明利用车辆自身的风管来控制车钩对中机构，不用额外增加新的动力源。

所述第一凹口和第二凹口的侧壁具有导向斜面，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆的端部装有辊子。

所述凸轮盘为具有内齿轮的凸轮盘；所述旋转机构包括驱动装置，与凸轮盘啮合传动的外齿轮传动机构；所述驱动装置驱动所述内齿轮凸轮盘和/或外齿轮传动机构转动一角度。优选地，所述内齿轮凸轮盘顺时针转动角度和逆时针转动的角度为相对车体中心线偏转的角度范围为0°-20°(无级旋转)。

优选地，所述驱动装置为电机，该电机通过联轴节驱动外齿轮传动机构转动。

作为一种优选的连接方式，所述凸轮盘通过键槽和紧固件与所述车钩缓冲器壳体固定相连。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种轨道车辆救援方法，有具有车钩的救援车和具有车钩的被救援车，所述救援车和/或被救援车上装有所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，该车钩小半径曲线自动连挂控制系统与救援车和/或被救援车的车钩相连；所述救援方法包括如下步骤：

S1、救援车向被救援车靠近，救援车的车钩和被救援车的车钩的水平偏移量超出了车钩的连挂范围；

S2、救援车和/或被救援车的车钩小半径曲线自动连挂控制系统通过各伸缩杆驱动凸轮盘顺时针或逆时针转动一定的角度，该角度使得救援车的车钩和被救援车的车钩的水平偏移量在车钩的连挂范围；

S3、将救援车的车钩和被救援车的车钩进行连挂，实现救援;

优选所述轨道为悬挂单轨或跨坐单轨。

本发明优选通过开关、电磁换向阀、气控换向阀、气缸等装置实现车钩自动左右旋转控制，同时在待连挂状态下可实现车钩的自动对中功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明实现了在司机台HMI显示屏直接观测待连挂车钩相对位置；

2、本发明实现了车钩左、右旋转及对中三位置独立控制；

3、本发明的车钩具备自动水平转动特征；

4、本发明实现了三个气缸之间的互锁功能；

5、实现了小半径曲线轨道上的车辆救援。

附图说明

图1是本发明一个车钩旋转动力机构实施例的结构原理图（启动气缸前）；

图2是图1中启动气缸后的示意图；

图3是车钩在恶劣曲线连挂情况；

图4是本发明开启车钩旋转动力机构的辅助连挂示意图；

图5是司机台显示器显示效果图；

图6是本发明一种实施例的车钩旋转控制原理图；

图7是本发明另一种实施例的车钩旋转控制原理图；

图8是本发明的对中机构另一种实施例的示意图；

图9是图8的俯视图；

图10是图9的A-A剖面图；

图11是图8的左视图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统，包括车钩位置检测部分和车钩旋转部分。

其中车钩位置检测部分主要是在司机室头罩前部布置1个红外传感器，传感器将探测待连挂两个车钩的相对位置，并将车钩位置信息传递给列车检测系统，并将车钩位置信息在司机台HMI显示屏显示，司机可通过司机台显示屏观察救援车与被救援车的车钩相对位置,显示效果如图4所示。

车钩旋转部分是选择气缸作为车钩旋转动力机构。

如图1和2所示，所述车钩旋转动力机构包括车钩缓冲器壳体，凸轮盘12，第一气缸1，第二气缸2，第三气缸3，气缸活塞杆8和气缸辊子37。凸轮盘12通过键槽、紧固件等部件和车钩缓冲器壳体相连，实现凸轮盘旋转时带动车钩旋转。车辆风管11给相应的气缸充气，控制气缸活塞杆8向前移动。当气缸处于未通气状态时，气缸内的复位弹簧使气缸活塞杆8向后移动复位，使气缸辊子和凸轮盘分离。所述凸轮盘12通过键槽和紧固件与所述车钩缓冲器壳体固定相连。

如图1所示，所述凸轮盘12的外周面上设有第一凹口、第二凹口和对中凹口，各凹口18的侧壁具有导向斜面。凸轮盘12逆时针转动时所述第一凹口与第一气缸1的伸出端啮合，凸轮盘12顺时针转动时所述第二凹口与第二气缸2的伸出端啮合，车钩中心线和车体中心线在对齐位置时对中凹口与第三气缸3的伸出端啮合。各气缸的伸出端装有气缸辊子37。所述气缸的活塞杆上套装有复位弹簧，该复位弹簧在气缸未通气状态带动气缸伸缩端收缩而与对应的凹口18分离。较好的方案是第一凹口和第二凹口相对车体中心线对称设置。

各气缸通过阀门与车辆风管11连通。所述气缸在通气状态时驱动活塞杆8伸出而与对应的凹口啮合，该气缸在未通气状态时活塞杆8收缩而与对应的凹口18分离。

所述凸轮盘12顺时针转动角度和逆时针转动的角度为相对车体中心线偏转6°。

两侧的第一气缸1、第二气缸2控制车钩左右旋转；中间的第三气缸3控制车钩中心线和车体中心线对齐，防止车钩随意水平摆动，实现自动对中功能。车钩待连挂状态时第三气缸3处于充气状态，保持车钩中心线和车体纵向中心线对齐。

本发明以给第一气缸1通气为例，第二气缸2、第三气缸3通气原理一样。车辆风管11每次只能切换给一个气缸充气，其余两个气缸不充气。车辆风管给第一气缸1管路充气，第二气缸2、第三气缸3的管路断开，第二气缸2、第三气缸3的活塞杆在复位弹簧的作用下向后运动，使辊子与凸轮盘分离；第一气缸1活塞杆在气缸充气压力下带动辊子37向前移动，当和凸轮盘12的导向斜面接触后并传递车钩旋转力矩，驱动凸轮盘12（凸轮盘和车钩钩身机械连接）顺时针旋转直至辊子37和凸轮盘12的圆弧凹口18啮合后停止旋转（启用第一气缸1），如图2所示，凸轮盘12旋转的同时驱动车钩钩身水平方向顺时针旋转一个固定角度A=6°。

本发明的自动对中机构旋转角度为A=6°。旋转角度A可根据实际线路情况进行定制设计。

如图图5所示，控制原理如下：第一气缸1、第二气缸2分别通过电磁换向阀4,6控制，第三气缸3通过气控换向阀控制，每个气缸内安装有气缸活塞杆8和气缸复位弹簧9，

三位旋钮10只使用1、3位置，2位置为空位第一气缸1控制车钩朝左侧旋转，第三气缸3控制车钩复位到居中位置，第二气缸2气缸控制车钩朝右侧旋转。以司机面向列车前进方向定义司机左手侧为车钩左侧，司机右手侧位车钩右侧。

当车钩处于待连挂状态时，三位旋钮10置于2位即空位，此时车辆风管为第三气缸3充气，使车钩处于居中位置，保持车钩纵向中心线和车辆纵向中心线对齐，防止车钩随意摆动，起到自动对中功能。

司机通过HMI显示屏观察救援车与被救援车的车钩相对位置，判断车钩需要旋转方向。

假设司机在司机室司机台显示屏判断车钩需要往左侧旋转，则将三位旋钮10置于1位，从而控制电磁换向阀4控制端得电换向，车辆风管给第一气缸1充气，推动气缸活塞杆8向前推动，为车钩旋转提供动力。同时平衡阀7的气路导通，平衡阀7的输出端和 气控换向阀5的控制端连通，使气控换向阀5换向,第三气缸2的气路换向到排气口，复位弹簧9使第三气缸2复位。

如果司机判断车钩需要往右侧旋转，则将则将三位旋钮10置于3位，原理同上。

值得一提的是，本发明的控制系统还可以采用图6的方案，即采用3个电磁换向阀实现对3个气缸的充放气控制，三位旋钮10的三位置分别控制3个电磁换向阀电控端得失电状态。

一种单轨车辆救援方法，如图3和4所示，单轨项目车辆在R50m曲线入口路段时，未开启及开启车钩自动旋转对中机构的功能对比分析。在未开启车钩旋转功能时，救援车20的车钩13和被救援车21的车钩14的水平偏移量很大，如图3所示，未在车钩的连挂范围，无法实现自动连挂，无法实现对故障车的救援。通过本发明的车钩对中机构15,16即可现实左右车车钩13,14旋转一定角度A=6°，两列车的车钩在50m曲线入口上实现了自动连挂，实现了小半径曲线上的列车救援。

实施例2

一种车钩旋转动力机构，如图8-11所示，其包括

内齿轮凸轮盘32，其用于与车钩缓冲器壳体固定相连；

外齿轮传动机构31，其与所述内齿轮凸轮盘32啮合传动；以及

驱动装置，其用于驱动所述外齿轮传动机构31和/或内齿轮凸轮盘32转动一角度；

所述内齿轮凸轮盘32和/或外齿轮传动机构31上设有凹口，该内齿轮凸轮盘32外侧设有用于保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置的伸缩杆；

当所述伸缩杆伸出时与所述凹口配合，所述内齿轮凸轮盘32和/或外齿轮传动机构31与所述伸缩杆锁固在一起；当该伸缩杆缩回时与所述凹口脱离，所述内齿轮凸轮盘32和/或外齿轮传动机构31与所述伸缩杆解锁。

由此，通过内齿轮凸轮盘和/或外齿轮传动机构上的凹口与伸缩杆之间的配合关系，实现了车钩待连挂状态下处于锁固的自动对中功能和解锁后通过驱动装置驱动旋转一个角度功能，从而使实现在小半径轨道上进行车辆救援成为了可能。

所述外齿轮传动机构31和内齿轮凸轮盘32安装在机构壳体38内，机构壳体38通过紧固件40固定在车上。

为了方便控制，所述驱动装置为电机36，该电机36通过联轴节42驱动外齿轮传动机构31转动。优选电机36为传动步进电机，电机36外设有电机保护外罩43。由此，在伸缩杆缩回时与所述凹口脱离的解锁状态下，通过电机的正反转驱动外齿轮传动机构正反转，从而带动内齿轮凸轮盘和车钩转动相应的角度。

为了更好地保证对中功能，所述凹口设置在内齿轮凸轮盘32上，且凹口位于车钩中心线的延伸线上。

为了方便控制锁固和解锁，所述伸缩杆为气缸，该气缸在通气状态时驱动活塞杆34伸出而与所述凹口配合，该气缸在未通气状态时活塞杆收缩而与所述凹口分离。采用气缸的好处在于可以利用列车风管为各气缸供气。优选地，气缸的气缸进气口35通过阀门与车辆风管连通。气缸安装在气缸壳体39内，该气缸壳体39通过紧固件41安装在机构壳体38上。

为了便于在气缸未通气状态实现活塞杆的自动缩回，所述气缸的活塞杆34上套装有复位弹簧33，该复位弹簧33在气缸未通气状态带动活塞杆34收缩而与凹口分离。

优选地，所述伸缩杆的伸出端装有辊子37。

优选地，所述内齿轮凸轮盘顺时针转动角度和逆时针转动的角度为相对车体中心线偏转的角度范围为0°-20°(无级旋转)。

救援方法与实施例1类似，不再赘述。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (14)

1.一种车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，包括车钩位置检测部分和车钩旋转部分；所述车钩位置检测部分包括布置在司机室头罩前部的传感器，该传感器用于将探测的待连挂两个车钩的相对位置信息传递给列车检测系统，该列车检测系统将待连挂两个车钩的相对位置信息显示在司机台显示屏上；

所述车钩旋转部分包括:

凸轮盘（12,32），其用于与车钩缓冲器壳体固定相连；

旋转机构，其用于驱动凸轮盘（12,32）在水平面上顺时针或逆时针转动；以及

对中机构，其用于保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置。

2.根据权利要求1所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述对中机构包括开设在凸轮盘（12,32）外周面上的对中凹口，设置在凸轮盘（12,32）一侧的对中伸缩杆；所述对中凹口与对中伸缩杆的伸出端啮合时保持车钩中心线和车体中心线在对齐位置，对中凹口与对中伸缩杆的伸出端分离时，凸轮盘（12,32）可由旋转机构驱动在水平面上顺时针或逆时针转动。

3.根据权利要求2所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述对中伸缩杆为气缸；该气缸在通气状态时驱动活塞杆（8）伸出而与对中凹口啮合，该气缸在未通气状态时活塞杆（8）收缩而与对中凹口分离。

4.根据权利要求3所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述气缸的活塞杆（8）上套装有复位弹簧（9），该复位弹簧（9）在气缸未通气状态带动活塞杆（8）收缩而与对中凹口分离。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述旋转机构包括：

第一伸缩杆，其设置在凸轮盘（12）一侧用于驱动凸轮盘（12）逆时针转动；

第二伸缩杆，其设置在凸轮盘（12）另一侧用于驱动凸轮盘（12）顺时针转动；以及

设置在凸轮盘（12）的外周面上的第一凹口和第二凹口；所述凸轮盘（12）逆时针转动时所述第一凹口与第一伸缩杆的伸出端啮合，凸轮盘（12）顺时针转动时所述第二凹口与第二伸缩杆的伸出端啮合。

6.根据权利要求5所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述第一凹口和第二凹口相对车体中心线对称设置。

7.根据权利要求5所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述第一伸缩杆和第二伸缩杆为气缸；所述气缸在通气状态时驱动活塞杆（8）伸出而与对应的凹口啮合，该气缸在未通气状态时活塞杆（8）收缩而与对应的凹口分离。

8.根据权利要求7所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述气缸的活塞杆（8）上套装有复位弹簧（9），该复位弹簧（9）在气缸未通气状态带动活塞杆（8）收缩而与对应的凹口分离。

9.根据权利要求3或4或7或8所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述气缸通过阀门与车辆风管（11）连通。

10.根据权利要求5所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述第一凹口和第二凹口的侧壁具有导向斜面（17），所述第一伸缩杆和第二伸缩杆的端部装有辊子（37）。

11.根据权利要求1所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述凸轮盘（32）为具有内齿轮的凸轮盘；所述旋转机构包括驱动装置，与凸轮盘（32）啮合传动的外齿轮传动机构（31）；所述驱动装置驱动所述内齿轮凸轮盘（32）和/或外齿轮传动机构（31）转动一角度。

12.根据权利要求11所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，其特征在于，所述驱动装置为电机（36），该电机（36）通过联轴节驱动外齿轮传动机构（31）转动。

13.一种轨道车辆救援方法，有具有车钩（13）的救援车（20）和具有车钩（14）的被救援车（21），其特征在于，所述救援车（20）和/或被救援车（21）上装有如权利要求1-12中任一项所述的车钩小半径曲线自动连挂控制系统，该车钩小半径曲线自动连挂控制系统与救援车（20）和/或被救援车（21）的车钩（13）相连；所述救援方法包括如下步骤：

S1、救援车（20）向被救援车（21）靠近，救援车（20）的车钩（13）和被救援车（21）的车钩（14）的水平偏移量超出了车钩的连挂范围；

S2、救援车（20）和/或被救援车（21）的车钩小半径曲线自动连挂控制系统通过各伸缩杆驱动凸轮盘（12,32）顺时针或逆时针转动一定的角度，该角度使得救援车（20）的车钩（13）和被救援车（21）的车钩（14）的水平偏移量在车钩的连挂范围；

S3、将救援车（20）的车钩（13）和被救援车（21）的车钩（14）进行连挂，实现救援。

14.根据权利要求13所述的轨道车辆救援方法，其特征在于，所述轨道为悬挂单轨或跨坐单轨。