CN1098187C - 用于轨道车辆手闸的人与机械控制的手轮 - Google Patents

Abstract

一种用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮，该手轮包括一行星齿轮系统以提供一大大减少转动手轮所需的操作和力的机械特性。行星齿轮系统包括一固定连接到手轮上的恒星齿轮，和一可转动地连接到手轮上的轮毂，它可相对手轮独立地转动。轮毂进一步包括位于轴上的插座以将轮毂固定到轨道车辆上的手轮系统的可转动的驱动件上，以及多个可转动地固定到其上以与恒星齿轮连接和啮合的行星齿轮。一安装到独立于手轮和轮毂的结构件上的固定齿圈围绕、连接和啮合行星齿轮。

Description

用于轨道车辆手闸的人与机械控制的手轮

本发明总的涉及一种用于轨道车辆的手动刹车装置，特别地涉及一种新颖的人与机械控制的手轮装置，它用于具有传统型手闸系统的轨道车辆，它具有能够显著减少转动手轮所需的操作或作用力的机械特点，而与此同时，在手轮轮毂上保持类似的转动力合力，这样，例如可使手轮轮辋上的输入转动力从大约125磅减少到约50磅。

通常地，一般如在铁路工业熟知的，当轨道车辆脱离牵引机车并停靠在一车站或车场时，这些车辆上的至少部分手闸将起作用以预防车辆的不必要或意外的运动。一种典型的轨道车辆手闸通常由用来通过转动手轮或者抽动藉由制动齿轮和/或制动联杆连接到闸瓦连接机构上的棘轮手柄将一个或多个闸瓦抵靠到一个或多个车轮上的装置组成。当然，该装置必需包括一个用来释放手闸并使闸瓦或多个闸瓦与车轮脱离接触的机构。

一般地，在轨道车辆的外壁部分、靠近其一端部安装有一个铸造的或冲压的金属齿轮罩。这种齿轮罩的内部有一可转动的轴或闸轮，在其上一端部安装有延长的制动链。如果必要的话，手轮或棘轮装置经齿轮互连以使轴或闸轮在运用这种手闸的过程中转动。这种制动链经齿轮罩的底部延伸，并且其另一下端连接到一适当的制动联杆上，这样以沿既定的方向(一般为顺时针方向)转动手轮或抽动棘轮，将使制动链的最上端绕到轴或链轮上，从而将制动链拉紧并且将一个或多个制动瓦经制动联杆抵靠到一个或多个车轮上。

虽然一般以相反方向转动手柄可和这种转动成正比地释放手闸，但是许多这种制动罩具有一快速释放的非自转机构，用它可稳定地完全释放这种手闸，而不会引起手轮或棘轮的自转。

对于传统的货车而言，齿轮罩最普遍地是安装到靠近尾梯处的车辆外壁上，这样为了转动手轮或操作棘轮手柄以操作手闸，刹车人员通常必需爬上尾梯的至少一部分以够着手轮或棘轮手柄，然后用一只手转动手柄或抽动棘轮手柄，而凭另一只吊在梯子上。

虽然一些手轮或棘轮可能低得使刹车人员不需爬上梯子就可容易地握到，但为了刹车操纵人员人身安全的原因，使之在轨道车辆运动过程中或者将要运动时，被运动中的车辆撞击的危险减少到最小，在梯子上操纵手闸仍然是可取的。

美国铁路协会(AAR)的规程目前要求设置于轨道货车上的手闸系统具有适当放置手闸所需的至少125磅的最小力。因此，在各种已有技术的齿轮罩中齿轮结构的设计一般都考虑到为了放置手闸，在手轮轮辋上需要125磅的力。

对于较重的货车来说增加力是可取的，一般实践中可采用传统的齿轮罩和系统，只是调换一较大直径的手轮，以产生较大的力矩，从而使手轮上的相同的转动力在手轮毂上产生较大的合力。然而，在手轮上施加必要的至少约125磅力可能是相当费力的，尤其是当刹车人员必须用一只手操纵手闸，同时用另一只手攀到车辆上时。

本发明旨在提供一种新颖独特的人与机械控制手轮，具有直接构造到手轮自身上的行星齿轮系统，它可提供一机械特点，即可减少用于在手轮轮毂上产生相同的输出力所需的作用在手轮轮辋上的输入力。虽然，本质上本发明的手轮被称为一种新颖独特的手轮，但实际上它可装到任何一种现有的手闸系统上，凭借于内部行星齿轮结构所提供的人与机械控制的机械特点，对于刹车人员来说可更为容易地转动手轮来操纵手闸，从而使手轮转动操作不仅更为方便而且更为安全。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，所述人与机械控制的手轮装置包括：

(a)一用于绕一转动轴手控转动的手控件；

(b)一固定地连接到所述手控件上的恒星齿轮组件，使得所述手控件的转动将使所述恒星齿轮组件作基本上相同的转动；

(c)一可转动地连接到所述手控件上的轮毂，使得所述轮毂相对所述手控件绕所述转动轴可独立地转动，所述轮毂具有一设置在所述转动轴上用来将所述轮毂安装到设置在轨道车辆上的手闸系统的可转动的驱动件上；

(d)多个可转动地固定到所述轮毂上的行星齿轮，用来与所述恒星齿轮连接和啮合，使得所述恒星齿轮组件的转动将使所述行星齿轮转动；(e)一可安装到独立于所述手控件和所述轮毂的的固定的齿圈，所述固定齿圈适用于围绕、并连接和啮合所述多个行星齿轮，使得所述恒星组件的转过的一段给定的转动弧将使所述行星齿轮转动，从而所述行星齿轮在所述转动的恒星齿轮组件和所述固定齿圈之间滚动，而将轨道运动传递到绕所述恒星齿轮组件的所述行星齿轮上，以及将一类似的轨道运动经一段小于所述恒星齿轮组件的所述转动弧的转动弧传递到所述轮毂上；以及

(f)一释闸装置设置在所述齿圈和所述静止的齿圈安装板之间，当达到一预定的释闸力时，足以使所述齿圈随所述轮毂相对于所述静止的齿圈安装板的转动而转动。

总的来说，从最广意的角度看，本发明的人与机械控制的手轮包括一个人工操纵的绕一转动轴转动的手轮盘，就同任何传统的手轮一样。新颖独特的行星齿轮结构有一个固定连接到手轮盘上的恒星齿轮，其轴对应一手轮盘的转动轴。同样具有一与手轮盘转动轴对齐的转动轴的轮毂连接到手轮盘上，使得轮毂可相对手轮盘轴线相同的转动轴独立地转动，并且有一装置设置在其背面的转动轴上，用来将轮毂安装到轨道车辆上的手闸系统的传统可转动的驱动轴或驱动部件上。多个行星齿轮可转动地安装到轮毂上，它们处于围绕恒星齿轮的位置上，并与恒星齿轮啮合和连接，同时一个静止的齿圈设置在多个行星齿轮的周围，而与行星齿轮啮合和连接，使得手轮盘的转动，并根据恒星齿轮转过一个既定的转动弧，将使行星齿轮转动，实质上使行星齿轮在转动的恒星和静止的齿圈之间滚动，从而将轨道运动传递到转动的行星齿轮以及安装有行星齿轮的轮毂上。行星齿轮和轮毂的轨道运动将转过一个小于恒星齿轮转过的转动弧的轨道弧，从而具有一机械优点。

具体来说，本发明的人与机械控制的手轮目前的一个较佳实施例包括三个基本元件；即一后罩组件和一连接到后罩组件上的前罩组件，并且其间连接有一静止的内部齿轮罩组件。前罩组件包括一个静止的前罩盘，其上可转动地安装有一恒星齿轮安装板。一个恒星齿轮以及一个手轮盘固定地安装到可转动的恒星齿轮安装板上，使得该恒星齿轮可因手轮盘的手动控制而转动。后罩组件包括一个静止的后罩盘，其上可转动地安装有轮毂。可转动的轮毂包括设置在背面其轴心上的装置以将轮毂安装到轨道车辆的手闸系统的手闸驱动轴上。在轮毂上还包括多个齿轮轴，它们以与轴心对齐、平行和等距隔开的关系安装到可转动的轮毂上。行星齿轮可转动地安装到各个齿轮轴上，使得行星齿轮将处于恒星齿轮的平面上并且其各自将与恒星齿轮啮合和连接，使得恒星齿轮的转动将导致行星齿轮转动。静止的内齿轮组件包括用于将组件安装到一个用来使该组件与前后罩组件的可转动部件保持相对静止关系的独立的结构件上的装置，以及在其内表面上具有一个用于围绕并与多个行星齿轮啮合和连接的齿轮滚道的静止齿圈。因此，手轮盘的任何手控的转动都将引起恒星齿轮同样的转动，并且由此而引起与该恒星齿轮啮合的行星齿轮反向转动。尽管如此，由于行星齿轮还与静止齿圈啮合，所以转动的行星齿轮实际上将沿齿圈的内部滚道滚动，从而将轨道转动传递给行星齿轮以及绕转动的恒星齿轮安装的齿轮轴。因为向齿轮轴输入轨道转动，经过一段小于恒星齿轮和手轮盘的转动弧的转动弧，该转动被传递到后罩组件的转动轮毂上。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于设置在轨道货车上的人与机械控制的手轮装置，其上装有一装置以提供机械转动特点来显著地减少一般所需的转动手轮并因此而作用到手闸上的力。

本发明的另一个目的在于提供一种用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，使刹车人员为操纵轨道车辆的手闸的目的而作的转动变得较为容易。

本发明的又一个目的在于提供一种用于轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮，它不仅只需较少的转动操作，而且用一只手就可方便地转动。

本发明再一个目的在于提供一种用于轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮，它只需较少的转动操作，并且能够容易地安装到任何现有的轨道车辆的手闸系统上，而不必作大量的翻新改进。

本发明的还有一个目的在于提供一种用于轨道车辆的手闸系统的人与机械控制的手轮，它只需较少的转动操作，因此与已有技术的手轮相比具有许多安全特性。

本发明的最后一个目的在于提供一种用于轨道车辆的手闸系统的人与机械控制的手轮，它能够将手轮轮辋上的输入转动力从一般的125磅减少到约50磅。

本发明除了上述的各种目的和优点外，本技术领域中的熟练人员将从以下本发明的详细描述中较容易地了解本发明的人与机械控制的许多别的目的和优点，特别是当这种描述是结合附图和所附权利要求书时。

图1是本发明一个现有的较佳实施例的手轮的立体图，表示本发明手轮的背面；

图2是沿图1中所示手轮的横截面图，其截面是沿手轮轴心，即转动轴所获得的；

图3是基本上与图2相同的视图，但它被放大以更好地显示齿轮设置；

图4是前罩组件的立体图，示出了固定到可转动的恒星齿轮安装板上的恒星齿轮；

图5是图4所示的前罩组件的侧视图；

图6是后罩组件的立体图，示出了可转动地安装到可转动的轮毂上的行星齿轮；

图7是图6中所示的后罩组件的侧视图；

图8是内部齿轮罩的立体图，示出了固定安装到一齿圈安装板上的齿圈；

图9是图8中所示的内部齿轮罩的侧视图；

图10是当手轮适当连接在一起处于完成情况时的各个齿轮的设置情况的平面图；以及

图11是本发明另一个现有的较佳实施例的立体图，它基本上与图1所示的相似，只是用一个棘轮杆代替了手轮。

在详细描述本发明之前，需要说明的是为了清楚起见，在附图中的几个视图中，具有相同功能的相同元件是用相同的标号标出的。

现请参见图1-3，它们示出了本发明现有的较佳实施例。如图所示，本发明的人与机械控制的手轮总的由10标示，基本上包括一个手动操作件，如一个手轮盘12，它具有一个用于手动控制绕转动轴AX的圆周边14。

所示的实施例示出了这样一个具有一斜边凸缘16的手轮盘12。只要与斜边凸缘16邻近并与转动轴AX隔开，手轮盘12可以是任何一种所需的形式以方便操纵，包括一棘轮杆，如下文将描述的那样。

手轮盘12互连到前罩组件20上。具体地，前罩组件20(图4，5)包括一个大致静止的前罩盘22，它具有一可转动地安装到其上的恒星齿轮安装板24，并且该手轮盘12直接或间接地安装到恒星齿轮安装板24上，例如，用多个螺栓27，而一个隔离件28也安装到这个恒星齿轮安装板24(图2和3)的孔30(图4)中。手轮盘12相应地安装到隔离件28上，使得手轮盘12的转动将引起恒星齿轮安装板24在前罩盘22中转动，当然恒星齿轮26也作同样的转动。

恒星齿轮安装板24和恒星齿轮26各自都呈圆形，并且各自都有一个与手轮盘12的转动轴AX对齐的轴心，使得手轮盘12的手控转动将导致恒星齿轮安装板24和恒星齿轮26在其轴心上转动，轴心相应于转动轴线AX。

不管互连件为何种形式，前罩组件20的根本目的在于使手轮盘12的手控转动如所需要的传递为恒星齿轮26的相同的转动。

图6和7所示的后罩组件40包括一个基本上静止的后罩盘42，具有可转动地安装于其上的轮毂44。一装置，如插座46，从轮毂44的背面延伸出，它主要是用来将人与机械控制的手轮10安装到轨道车辆(未示)的手闸系统的驱动件上。这种可转动的轮毂44的前面设有多个平行的齿轮轴48，它们垂直地从轮毂44上延伸出并基本上均匀绕其轴心隔开，行星齿轮50可转动地安装到各个齿轮轴48上。

齿轮轴48的设置和行星齿轮50的尺寸必须是能使行星齿轮50处于恒星齿轮26的平面中，从而连接和啮合恒星齿轮26，使得恒星齿轮26的转动将引起行星齿轮50在齿轮轴48上均匀地反向转动。

如图8和9所示的，一个内罩组件60包括一基本上静止的内罩盘62，其上固定地安装有一齿圈64。齿圈64在圆周内表面上具有齿道，它围绕所有的行星齿轮50，并且与行星齿轮50连接和啮合，使得行星齿轮50的转动将必然使它们沿齿圈64上的静止齿道滚动。

另外，在内罩组件60上具有一装置，如一凸缘66，它起到提供一用来将内罩组件60固定到外部结构件上从而防止内罩盘62和固定安装于其上的齿圈64转动的装置的作用，而无论恒星齿轮安装板24或轮毂44如何转动。

前罩组件20连接到后罩组件40上，并且内罩组件60夹于其间。从图中可见，多个等距隔开的孔70穿过该前罩盘22的表面，后罩盘42，和该内罩盘62，它们必须对齐，螺栓(未示)穿过其中以将上述的三个组件连接在一起。

尽管图4-9示出了每一个单独的静止前罩盘22、静止后罩盘42和静止内罩盘62，这些可以是如所示的单独的盘并如上所述地螺接在一起，或者事实上就是一个单独的盘或一对盘，只要恒星齿轮26可相对任何一个这样的盘或盘组转动，并且轮毂44和行星齿轮48也可相对任何一个这样的盘或盘组转动，以及相对恒星齿轮26独立地转动。

当如上所述地适当地连接在一起，显然这种手轮盘12的任何手控的转动都将引起恒星齿轮26与其一起均匀地转动，并且恒星齿轮26的转动将引起行星齿轮50在齿轮轴48上反方向转动。尽管如此，由于齿圈64是静止的，并且与多个行星齿轮50连接，显然当行星齿轮50在齿轮轴48上转动时，它们沿齿圈64的内齿道滚动。这将使行星齿轮50和齿轮轴48绕恒星齿轮26作轨道转动，并且齿轮轴48上装于其上的轮毂44也作相同的轨道运动。

进一步可知，齿轮轴48上的行星齿轮50的转动必然使它们在转动的恒星齿轮26和静止的齿圈64之间滚动，这样齿轮轴48必然将介于转动的恒星齿轮26和静止的齿圈64之间作轨道运动。显然，一些轨道运动将传递到齿轮轴48安装于其上的可转动的轮毂44上。

然而进一步可知，轮毂44的转动角度和角速度的范围将略小于恒星齿轮26的转动角度和角速度，当然这与由本发明的人与机械控制的手轮所产生的机械特点有关。这种机械优点的程度当然将取决于恒星齿轮26的比较上的半径并且行星齿轮50的节圆直径应基本上等于齿圈64的半径。

在本发明的一个试验型号中，采用的恒星齿轮的半径为1.33英寸，行星齿轮半径为0.83英寸，可获得3.25：1的机械特点。

因为本发明的人与机械控制的手轮装置对于刹车人员来说相当容易就可转动，轮毂上的转动合力将大大超过手轮盘轮辋上的手动转动力，而可如所希望地提供一用来防止产生可能损坏系统的过度的制动力或者将手闸拉得太紧而使一传统的快速释放机构不起作用的装置。

在本文所示的实施例范围中的、用于防止这种手闸过度作用的一个现有的较佳装置或多或少包括一个传统的扭矩限制装置，包括一个设置在齿圈64和欲将齿圈64保持在静止位置上的静止元件之间的热固层压和波纹式弹簧80。

如图2和3两者所示的，这样一个包含一热固层压和波纹式弹簧80的扭矩限制装置是夹在齿圈64和前罩盘22之间的。在这种具体的设置中，前罩盘22和后罩盘42经小孔70或是与内罩62或不与其螺接在一起。

在此具体实施例中，齿圈64的静止位置藉由齿圈64和前罩盘22之间界面上的摩擦压缩力保持，不然的话，齿圈64将可相对内罩盘62和后罩盘42转动。在此具体实施例中，热固层压和波纹式弹簧80呈环形，使得它们可位于齿圈64和前罩盘22之间，因此摩擦界面的接触力是将齿圈64相对于前罩盘22、后罩盘42以及一内罩盘62保持在一静止位置上的仅有的力，如果使用的话。

因此热固层压和波纹式弹簧设计成当获得一预定的“解闸”扭矩时，摩擦力将被克服，从而使齿圈64与行星齿轮50一起作轨道运动。通过获得这样一种解闸并使齿圈64随行星齿轮50转动，本技术领域中的熟练人员应当明白齿圈64以及行星齿轮50将在原位置上转动，这样就没有轨道运动传递到齿轮轴48或轮毂44上。

如上所述的并作为另一个实施例，例如，手轮12可制造成任何具体的形式。就此而言，进一步可知，一个杆12a，具有或不具有传统的棘轮机构13，都可以代替手轮盘12，如图11所示。在此实施例中，除了使杆12a适宜于基本上如上述的那样有效地转动恒星齿轮26外，不需作其它特别的修改。另外，如说明书中所述的，用来将各个齿轮部件和可转动的部件罩住的装置可采用多种样式，可有或没有如图所示的一个或多个静止盘。

通过以上对本发明的人与机械控制的手轮的详细描述，应当明了只要不脱离本发明的精神或所附权利要求书的范围，还可作出多种变化。

Claims (7)

1.一种用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述人与机械控制的手轮装置包括：

(a)一用于绕一转动轴手控转动的手控件；

(b)一固定地连接到所述手控件上的恒星齿轮组件，使得所述手控件的转动将使所述恒星齿轮组件作基本上相同的转动；

(c)一可转动地连接到所述手控件上的轮毂，使得所述轮毂相对所述手控件绕所述转动轴可独立地转动，所述轮毂具有一设置在所述转动轴上用来将所述轮毂安装到设置在轨道车辆上的手闸系统的可转动的驱动件上；

(d)多个可转动地固定到所述轮毂上的行星齿轮，用来与所述恒星齿轮连接和啮合，使得所述恒星齿轮组件的转动将使所述行星齿轮转动；

(e)一可安装到独立于所述手控件和所述轮毂的的固定的齿圈，所述固定齿圈适用于围绕、并连接和啮合所述多个行星齿轮，使得所述恒星组件的转过的一段给定的转动弧将使所述行星齿轮转动，从而所述行星齿轮在所述转动的恒星齿轮组件和所述固定齿圈之间滚动，而将轨道运动传递到绕所述恒星齿轮组件的所述行星齿轮上，以及将一类似的轨道运动经一段小于所述恒星齿轮组件的所述转动弧的转动弧传递到所述轮毂上；以及

(f)一释闸装置设置在所述齿圈和所述静止的齿圈安装板之间，当达到一预定的释闸力时，足以使所述齿圈随所述轮毂相对于所述静止的齿圈安装板的转动而转动。

2.如权利要求1所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述手控件包括一个用于绕所述转动轴人工转动的手轮。

3.如权利要求1所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述手控件包括一个绕所述转动轴人工枢设的长杆臂。

4.如权利要求3所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述长杆臂包括一个当一直线往复抽动作用到所述长杆臂上时，足以使所述恒星齿轮组件转动的棘轮装置。

5.如权利要求1所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述各个行星齿轮都是可转动地安装到一独立的齿轮轴上的，并且所述独立的齿轮轴安装到所述轮毂上，以使它们处于与所述转动轴对齐、平行和基本均等隔开的位置上。

6.如权利要求1所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述齿圈安装到一可固定到独立于所述手轮盘和所述轮毂的结构件上的静止的齿圈安装板，使得所述各个手轮盘和所述轮毂都可自由转动，而所述齿圈安装板不转动。

7.如权利要求6所述的用于设置在轨道车辆上的手闸系统的人与机械控制的手轮装置，其特征在于，所述释闸装置包括一个处于所述齿圈和所述静止的齿圈安装板之间的热固的层压波纹式弹簧。

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