CN108327731B - 一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统，包括轨道、车体、通过空气弹簧悬挂机构与车体连接的转向架、设置在转向架上的齿轮，转向架上安装有橡胶轮和电动驱动装置，电动驱动装置同时与橡胶轮的轮轴和齿轮的轮轴连接，轨道包括轨道梁、设置在轨道梁侧面的第三轨、设置在轨道梁中间位置并用于与齿轮啮合的齿轨，橡胶轮支撑在轨道梁上。在爬坡时，电动驱动装置可为橡胶轮和齿轮提供转矩输出，以提高列车的爬坡能力，爬坡效率较高，列车能够更好的在山地、河谷等地形复杂的具有大坡度区段的线路上运行。

Description

一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体地说，是涉及一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统。

背景技术

齿轨铁路(Rack Railway)是一种登山铁路。一般铁路可以攀爬的斜坡坡度约为4％至6％，期间亦可越过短的9％路段。齿轨铁路在普通路轨中间的轨枕上，另外放置一条机车专用的齿轨。行走齿轨铁路的机车，配备了一个或多个齿轮，跟齿轨啮合着行走。这样机车便能克服黏着力不足的问题，把列车拉上达坡度达48％的陡峭斜坡。

传统技术的齿轨铁路有以下几种:

Riggenbach系统使用形似梯子的齿轨。齿轨由多块钢板组成，中间每隔固定距离由圆柱连结。这种齿轨最先被发明，缺点是这种齿轨比其他的系统复杂及昂贵。这种齿轨亦称Marsh系统，因为美国人Sylvester Marsh在华盛顿山的登山铁路同时发明相同的设计。

Abt由瑞士人Roman Abt发明，是一种Riggenbach的改良系统。Abt的齿轨是垂直的钢板，上面用机器铣割上了准确的齿坑。它们可以比Riggenbach更平滑地与车上的齿轮啮合。Abt齿轨经常是两或三条平衡使用，火车上亦配有相同数量的齿轮，这样便能确保最少有一个齿轮是啮合上的。

Strub系统与Abt类似，但只用一条较宽的齿轨，这种系统维修最简单，亦越来越受欢迎。

Locher系统的齿是铣割在钢轨两侧的，而不是上方。机车以两个齿轮同时在左右两侧啮合齿轨。这种齿轨不会出现齿轮跳出齿轨，适合攀爬特陡峭的斜坡。

传统轨道技术由于仅仅依靠列车底部的齿轮与齿轨啮合行走，齿轮缺少有效的直接驱动装置，爬坡效率较低，已不能满足当前需求，列车难以更好的在山地、河谷等地形复杂的具有大坡度区段的线路上运行。

内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车，包括车体、通过空气弹簧悬挂机构与所述车体连接的转向架、设置在所述转向架上的齿轮；

所述转向架上还安装有橡胶轮和电动驱动装置，所述电动驱动装置同时与所述橡胶轮的轮轴和所述齿轮的轮轴连接。

一种轨道系统，包括轨道、上述坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车，所述轨道包括轨道梁、设置在所述轨道梁侧面的第三轨、设置在所述轨道梁中间位置的齿轨，所述橡胶轮支撑在所述轨道梁上，所述齿轨用于与所述齿轮啮合。

作为本专利选择的一种技术方案，所述电动驱动装置包括电机、轮轴Ⅰ、轮轴Ⅱ、离合器、齿轮箱Ⅰ、齿轮箱Ⅱ；

所述齿轮的轮轴位连接在所述轮轴Ⅰ上，所述橡胶轮的轮轴位连接在所述轮轴Ⅱ上；

所述齿轮箱Ⅰ设置有一个转矩输出端和一个转矩输入端，所述齿轮箱Ⅱ设置有两个转矩输出端和一个转矩输入端，所述齿轮箱Ⅰ的转矩输出端与所述轮轴Ⅰ连接，所述齿轮箱Ⅰ的转矩输入端通过所述离合器与所述齿轮箱Ⅱ的其中一个转矩输出端连接，所述齿轮箱Ⅱ的另一个转矩输出端与所述轮轴Ⅱ连接，所述齿轮箱Ⅱ的转矩输入端与所述电机的转矩输出端连接。

作为本专利选择的一种技术方案，所述转向架安装有制动夹钳，所述电机的转轴上安装有制动盘。

作为本专利选择的一种技术方案，所述转向架安装有用于为所述电机供电的集电靴，所述集电靴与所述第三轨接触。

作为本专利选择的一种技术方案，所述转向架设置有导向轮和位于所述导向轮下方的稳定轮，所述导向轮和所述稳定轮的轮面均与所述轨道梁的侧面挤压接触。

作为本专利选择的一种技术方案，所述齿轨的齿高由两端向中间区域逐渐升高。

作为本专利选择的一种技术方案，所述齿轮或所述齿轨的啮合面硫化有橡胶层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

设计有电动驱动装置和橡胶轮，在爬坡时，橡胶轮支撑在轨道梁上，而齿轮与齿轨啮合，此时电动驱动装置可为橡胶轮和齿轮提供转矩输出，以提高列车的爬坡能力，爬坡效率较高，列车能够更好的在山地、河谷等地形复杂的具有大坡度区段的线路上运行。

附图说明

图1为本发明所述山地嵌齿式单轨列车及轨道系统的立体结构示意图；

图2为本发明所述山地嵌齿式单轨列车及轨道系统的立体结构示意图，为了示出内部结构，车体没有画出；

图3为本发明所述山地嵌齿式单轨列车及轨道系统的俯视结构示意图，为了示出内部结构，车体没有画出；

图4为本发明所述山地嵌齿式单轨列车及轨道系统的侧视结构示意图，为了示出内部结构，车体没有画出；

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-齿轨、2-车体、3-第三轨、4-轨道梁、5-齿轮、6-齿轮箱Ⅰ、7-离合器、8-橡胶轮、9-制动夹钳、10-空气弹簧悬挂机构、11-转向架、12-电机、13-轮轴Ⅱ、14-导向轮、15-稳定轮、16-集电靴、17-制动盘、18-齿轮箱Ⅱ、19-轮轴Ⅰ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

结合图1、图2、图3和图4所示，本发明包括车体2、通过空气弹簧悬挂机构10与车体2连接的转向架11、设置在转向架11上的齿轮5、轨道；轨道包括轨道梁4、设置在轨道梁4侧面的第三轨3、设置在轨道梁4中间位置并用于与齿轮5啮合的齿轨1，橡胶轮8支撑在轨道梁4上，轨道梁4的下方间隔设有与地面固定的立柱，轨道梁4通过沿线的立柱架空设置；转向架11上还安装有橡胶轮8和电动驱动装置，电动驱动装置同时与橡胶轮8的轮轴和齿轮5的轮轴连接。

作为本专利选择的一种技术方案，电动驱动装置包括电机12、轮轴Ⅰ19、轮轴Ⅱ13、离合器7、齿轮箱Ⅰ6、齿轮箱Ⅱ18；

齿轮5的轮轴位连接在轮轴Ⅰ19上，橡胶轮8的轮轴位连接在轮轴Ⅱ13上；

齿轮箱Ⅰ6设置有一个转矩输出端和一个转矩输入端，齿轮箱Ⅱ18设置有两个转矩输出端和一个转矩输入端，齿轮箱Ⅰ6的转矩输出端与轮轴Ⅰ19连接，齿轮箱Ⅰ6的转矩输入端通过离合器7与齿轮箱Ⅱ18的其中一个转矩输出端连接，齿轮箱Ⅱ18的另一个转矩输出端与轮轴Ⅱ13连接，齿轮箱Ⅱ18的转矩输入端与电机12的转矩输出端连接。

作为本专利选择的一种技术方案，转向架11安装有制动夹钳9，通过制动夹钳9实现其制动，电机12的转轴上安装有制动盘17，从而可实现电机12的及时制动。

作为本专利选择的一种技术方案，转向架11安装有用于为电机12供电的集电靴16，集电靴16与第三轨3接触，从而与第三轨3导接，实现受流，为电机12供电。

作为本专利选择的一种技术方案，转向架11设置有导向轮14和位于导向轮14下方的稳定轮15，导向轮14和稳定轮15的轮面均与轨道梁4的侧面挤压接触，用于实现列车的导向功能。

作为本专利选择的一种技术方案，齿轨1的齿高由两端向中间区域逐渐升高，这样有利于齿轮5在具有较高平动速度下与齿轨1之间平稳的进入啮合状态。齿轨1中齿的齿面端部相对于一般渐开线齿廓进行了修形处理，端部削尖，顶部倒小圆角，这样能避免齿轮5和齿轨1进入啮合时出现正向的挤压接触，防止出现顶齿的现象。

作为本专利选择的一种技术方案，齿轮5或齿轨1的啮合面硫化有橡胶层，该设计可以减小齿轮5与齿轨1啮合过程中产生的噪音，提高车内乘客乘坐环境品质。

本发明的工作原理如下：

齿轨1是设计在轨道梁4上具有坡度的位置，列车通过其底部的齿轮5与齿轨1啮合实现辅助爬坡的；

当列车进入爬坡区时，列车的齿轮5与齿轨1逐渐进入啮合状态；

在爬坡行进过程中，离合器7闭合，电机12启动，电动驱动装置同时向齿轮5和橡胶轮8提供用于爬坡的转动力矩，橡胶轮8与轨道梁4之间是挤压接触的，其通过电机12的驱动而实现列车的牵引和承载，且齿轮5与齿轨1是啮合的，因此大大的提高了爬坡效率，能够爬上更高的坡度；

当在爬坡过程中进入弯道区，则在转向架11的作用下，齿轮5和橡胶轮8均随之转向，齿轮5与齿轨1之间仍然保持啮合状态，而橡胶轮8仍然支撑在轨道梁4上；

在小坡度或者无坡度区段，轨道梁4上不设齿轨1，因此可将离合器7断开，使齿轮5可自由转动。

本发明所述坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车及轨道系统属于单轨系统，相比火车，单轨系统多采用街道、河流上方的高架线路，这类线路往往属于多坡道的线路，因此对爬坡能力的要求也更高，本发明更适合山地、河谷等地形地质复杂的城市。现有登山铁路是运用于货运火车，本发明属于单轨系统，是客运列车，乘坐舒适，振动噪音小，适合观光旅游、城市中心繁华区域。

按照上述实施方式，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种轨道系统，

包括轨道，所述轨道包括轨道梁、设置在所述轨道梁侧面的第三轨、设置在所述轨道梁中间位置的齿轨，

还包括一种坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车，所述坡道牵引的山地嵌齿式单轨列车包括车体、通过空气弹簧悬挂机构与所述车体连接的转向架、设置在所述转向架上的齿轮，所述转向架上还安装有橡胶轮和电动驱动装置，所述电动驱动装置同时与所述橡胶轮的轮轴和所述齿轮的轮轴连接，所述橡胶轮支撑在所述轨道梁上，所述齿轨用于与所述齿轮啮合，

其特征在于：所述电动驱动装置包括电机、轮轴Ⅰ、轮轴Ⅱ、离合器、齿轮箱Ⅰ、齿轮箱Ⅱ；

所述齿轮的轮轴位连接在所述轮轴Ⅰ上，所述橡胶轮的轮轴位连接在所述轮轴Ⅱ上；

所述齿轮箱Ⅰ设置有一个转矩输出端和一个转矩输入端，所述齿轮箱Ⅱ设置有两个转矩输出端和一个转矩输入端，所述齿轮箱Ⅰ的转矩输出端与所述轮轴Ⅰ连接，所述齿轮箱Ⅰ的转矩输入端通过所述离合器与所述齿轮箱Ⅱ的其中一个转矩输出端连接，所述齿轮箱Ⅱ的另一个转矩输出端与所述轮轴Ⅱ连接，所述齿轮箱Ⅱ的转矩输入端与所述电机的转矩输出端连接。

2.根据权利要求1所述的轨道系统，其特征在于：所述转向架安装有制动夹钳，所述电机的转轴上安装有制动盘。

3.根据权利要求1所述的轨道系统，其特征在于：所述转向架安装有用于为所述电机供电的集电靴，所述集电靴与所述第三轨接触。

4.根据权利要求1所述的轨道系统，其特征在于：所述转向架设置有导向轮和位于所述导向轮下方的稳定轮，所述导向轮和所述稳定轮的轮面均与所述轨道梁的侧面挤压接触。

5.根据权利要求1所述的轨道系统，其特征在于：所述齿轨的齿高由两端向中间区域逐渐升高。

6.根据权利要求1所述的轨道系统，其特征在于：所述齿轮或所述齿轨的啮合面硫化有橡胶层。

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