CN110872796A - 一种轮轨结构悬挂式prt道岔结构及其转辙方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构及其转辙方法，包括钢轨、移动心轨和岔心；移动心轨的尾端通过转动结构安装在岔心端头处，移动心轨的前端能够通过转动结构在两条岔线外轨之间水平摆动，移动心轨工作边踏面根据与其配合构成岔线的岔线外轨工作边形状确定，通过移动心轨摆动分别与两条岔线外轨搭配构成岔线轨道，从而使通过转向架悬挂系悬挂在轨道下方的车辆可以无障碍通过和经由道岔进行转向或并线行驶；移动心轨跟岔线外轨紧密贴合，有害空间小，车轮过岔时撞击、振动小。

Description

一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构及其转辙方法

技术领域

本发明属于智能城市交通技术领域，具体涉及一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构及其转辙方法。

背景技术

PRT(Personal Rapid Transit)城市智能交通系统是实现门到门、无换乘旅行的有效方式，可望解决日益严重的城市交通拥堵。其基本特征是，车辆载客2-6人，市内高架为主，无人驾驶，全自动运行控制。PRT城市交通一般采用高架梁导轨系统(高架轨道)，高架轨道又可分为上承式、悬挂式和侧挂式。

上承式PRT即运行车辆位于高架梁及导轨上部，如1975年建成使用的美国西弗吉尼亚大学摩根敦PRT(Morgantown PRT,West Virginia University)，英国希斯罗机场PRT(Heathrow PRT,Heathrow Airport,London)，阿联酋阿布扎比机场PRT(Masdar PRT,Abudhabi,United Arab Emirates)，韩国顺天PRT(Suncheon Bay PRT)。专利申请“城市无轨兼有轨网络PRT小汽车”(CN201410096971)所涉及的是一种上承式PRT。西安曲江单轨列车本质上也是一种上承式PRT城市交通系统。

侧挂式PRT的特征是，双方向车辆共享一条轨道梁，轨道梁两侧侧面分别设置轨道，车辆侧挂在该轨道上行驶。

悬挂式PRT特征是，PRT车辆悬挂在轨道梁下面行驶。专利申请“一种PRT悬挂列车的转向架结构及含有该转向架结构的运行系统”(CN201711336997)所涉及的是一种悬挂式PRT，Skytran和Metrino也属于悬挂式PRT。

现有的PRT轨道梁有两种基本形式，一种是混凝土梁，如韩国顺天PRT；另一种是箱形梁，如西安曲江单轨。不论哪种形式的PRT，都存在车辆变线、变道的需求。在上承式PRT中，西安曲江单轨采用道岔平移转辙方式；希斯罗机场PRT为车辆自主导向变道方式。

在悬挂式PRT中，专利申请“一种悬挂式轨道车用方向控制轮”(CN201820043278.0)所涉及的是一种PRT车辆自主变轨装置。

传统的铁路，如现有高铁，其本质上是一种上承式结构，通过钢轨与轮缘的耦合作用进行导向，通过道岔实现车辆变轨与转辙。典型的铁路道岔包括尖轨、岔心和转辙机构。其特征是，有害空间位于岔心处，两条尖轨总是处于道心内；当一条尖轨处于开通线路方向，即处于工作状态，另一条尖轨(闲置状态)依然穿过此开通线路方向的道心内而存在。对于上承式的传统铁路，这种道岔设置无疑是适合的。可对于下承式的采用轮轨结构的悬挂式PRT，因为车辆通过悬挂系悬挂在轨道下面运行，传统铁路的道岔结构则不适用。

为了使轮轨结构适用于悬挂式PRT城市交通系统，则需创造设计一种全新的道岔及其转辙方式。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种结构简单的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构及其转辙方法，使轮轨结构悬挂式PRT车辆实现分岔运行、顺利转辙和变换轨道。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，包括钢轨、移动心轨和岔心；

所述钢轨包括正线轨道和两条岔线外轨，两条岔线外轨分别与正线轨道两条铁轨连接，所述岔心位于两条岔线外轨之间，移动心轨的尾端通过转动结构安装在岔心端头处，移动心轨的前端能够通过转动结构在两条岔线外轨之间水平摆动；

所述移动心轨的前端移动到某一条岔线外轨一侧时与岔线外轨内侧啮合锁定，此时移动心轨内侧工作边踏面与分离的另一条岔线外轨内侧工作边踏面形状相同。

进一步，所述移动心轨的前端的外形根据移动心轨与岔线外轨啮合时有害空间最小化原则计算得到。

进一步，所述移动心轨的前端设置定位卡槽或卡具，啮合时岔线外轨内侧对应位置设置有用于对移动心轨固定的卡具或卡槽。

进一步，所述移动心轨的尾端设置转动轴或转动齿轮，对应位置的岔心上设置有驱动转动轴或转动齿轮转动的驱动电机。

进一步，道岔岔线为对称分叉结构，两条岔线外轨结构对称、且对称分布在岔心两侧；所述移动心轨两侧踏面均为凹曲踏面，两侧踏面凹曲线形分别根据与移动心轨搭配构成岔线轨道的岔线外轨内侧工作边踏面形状确定。

进一步，道岔岔线为直线转侧线分叉结构，一条岔线外轨为正线轨道一条铁轨的直线延伸线，另一条岔线外轨偏离正线轨道另一条铁轨以一定角度向一侧延伸；所述移动心轨靠近直线岔线外轨一侧的踏面为直线踏面、另一侧踏面为凹曲踏面，踏面凹曲线形分别根据与另一条岔线外轨内侧工作边踏面形状确定。

进一步，所述移动心轨的前端采用弹性销锁定或电磁铁锁定。

进一步，所述移动心轨采用“工”字形钢轨切割而成。

进一步，所述钢轨为“工”字形轻型钢轨。

一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构的转辙方法，包括如下步骤：

步骤一：初始状态为岔线B处于开通状态，移动心轨的前端锁定在岔线A外轨内侧，解除移动心轨的前端锁定；

步骤二：设置在岔心处的转动结构驱动移动心轨旋转摆动，使移动心轨的前端转向岔线B外轨靠近轨端处；

步骤三：移动心轨的前端锁定在岔线B外轨内侧，这时线路开通状态转变为“正线-岔线A”状态，车辆从正线进入岔线A，或者从岔线A进入正线轨道。

本发明的有益效果是：

本发明的道岔结构，通过在两条岔线外轨设置可摆动的移动心轨，移动心轨工作边踏面根据与其配合构成岔线的岔线外轨工作边形状确定，通过移动心轨摆动分别与两条岔线外轨搭配构成岔线轨道，从而使通过转向架悬挂系悬挂在轨道下方的车辆可以无障碍通过和经由道岔进行转向或并线行驶；本发明相比传统道岔结构，只有一条可摆动移动心轨，使悬挂在轨道下方的车辆经由道岔转向或并线行驶，无障碍通过；移动心轨跟岔线外轨紧密贴合，有害空间小，车轮过岔时撞击、振动小。

本发明的移动心轨的凹曲边形状基于假想的过岔连续曲线，通过几何变换取得，因此能保证车辆平顺通过道岔，保证安全可靠。

本发明中移动心轨的前端凹曲边形状通过截断移动心轨基础曲线，经旋转取得，从而保证移动心轨能够跟岔线外轨内侧紧密贴合，通过几何变换截切、旋转得到的移动心轨所遗留的有害空间实现最小化，有利于降低车轮过岔时撞击，减小振动。

附图说明

图1为对称分叉单开道岔及双凹曲移动心轨平面示意图；

图2为具有轮轨结构的悬挂式PRT城市交通系统断面图；

图3为具有轮轨结构的悬挂式PRT城市交通系统正视图；

图4为对称分叉单开道岔及双凹曲移动心轨立体示意图；

图5为对称分叉单开道岔及双凹曲移动心轨立体示意图；

图6为正线直通状态时移动心轨为单侧凹曲踏面设置平面示意图；

图7为岔线开通状态时移动心轨为单侧凹曲踏面设置平面示意图；

图8为双凹曲移动心轨推导过程和原理示意图；

图9为双凹曲移动心轨几何转换、切割及形成过程示意图；

图中：1为钢轨，11为正线轨道，12为岔线外轨，13为正线轨道跟岔线外轨连接处；2为车轮；3为移动心轨，31为岔线B假想轨，32为岔线A假想轨，33为前端，34为后端；4为岔心；5为悬挂式PRT车辆转向架；6为车辆客舱；7为道岔有害空间；8为轨道梁。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1、图2、图3所示，本发明的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构包括钢轨1、移动心轨3、岔心4。

如图2、图3所示，所述的钢轨1为“工”字形轻型钢轨，断面顶由一组曲线组成，所述钢轨1包括正线轨道11和两条岔线外轨12，两条岔线外轨12分别与正线轨道11两条铁轨连接，所述岔心4位于两条岔线外轨12之间，钢轨1重量等级为9～12kg/m，钢轨1铺设在轨道梁8的开口的下弦上。车轮2为钢轮或由合金材料制作，具有凸轮缘和轮踏面，轮直径200～300mm。两条钢轨轨距200～500mm，凸轮缘和轮踏面耦合作用在钢轨内侧顶和内侧面。

移动心轨3的尾端4通过转动结构安装在岔心4端头处，岔心4设置在轨道梁8的下弦上，固定不动；移动心轨3的前端33能够通过转动结构在两条岔线外轨12之间水平摆动；转动结构具体包括移动心轨3的尾端(固定端)34设置转动轴或转动齿轮，对应位置的岔心4上设置驱动电机，用于驱动移动心轨3作左右旋转运动，以确定线路分岔处的开通方向。

所述移动心轨3的前端33移动到某一条岔线外轨12一侧时与岔线外轨12内侧啮合锁定，此时移动心轨3内侧工作边踏面与分离的另一条岔线外轨12内侧工作边踏面形状相同。

道岔的基本形式包括单开道岔、双开道岔，单开道岔又可分为对称分叉和直通转侧线两种情形。

线路为对称分叉布局时，对应的单开道岔亦为对称分叉形式，两条岔线外轨12结构对称、且对称分布在岔心4两侧；移动心轨3为双凹曲移动心轨，具有双凹曲踏面，两侧踏面凹曲线形分别根据与移动心轨3搭配构成岔线轨道的岔线外轨12内侧工作边踏面形状确定。所述的双凹曲移动心轨如图4、图5、图9中b所示，具有双凹曲踏面，即两条凹曲踏面分别设置在移动心轨3的两侧，凹曲线形为圆曲线或缓和曲线(曲率渐变)，半径由车辆过岔速度计算确定。

如图6、图7所示，当线路为直通线路转岔线时，一条岔线外轨12为正线轨道一条铁轨的直线延伸线，另一条岔线外轨12偏离正线轨道另一条铁轨以一定角度向一侧延伸；所述移动心轨3靠近直线岔线外轨12一侧的踏面为直线踏面、另一侧踏面为凹曲踏面，踏面凹曲线形分别根据与另一条岔线外轨12内侧工作边踏面形状确定。

如图8、图9所示，所述的双凹曲移动心轨由岔线A假想轨32和岔线B假想轨31相向旋转、合并，保留各自轨面内侧弧线，切割各自弧背线取得；再根据双凹曲移动心轨与各岔线啮合时使有害空间最小化原则，进行几何变换得到移动心轨3的前端(移动端)33外形设置。

如图8中a为道岔区及岔线假想轨示意图；b为岔线A假想轨32和岔线B假想轨31移出图；c为岔线A假想轨32和岔线B假想轨31旋转合并后的示意图。

如图9中a所示为切割岔线A假想轨32和岔线B假想轨31各自弧背线，保留各自轨面内侧弧线的几何变换过程；b所示为双凹曲移动心轨及其曲率、前端33示意图。

移动心轨3的前端33设置定位卡槽或卡具，对应位置的钢轨内侧设置卡具或卡槽，用于对移动心轨3实施固定，防止滑动和松动。

对于本案例举的单开道岔，本发明的移动心轨3跟传统铁路道岔尖轨具有显著区别，即移动心轨3只有一个可移动构件，其上两侧的凹曲踏面供两个分岔方向车辆行驶，用于具有轮轨结构的悬挂式PRT交通的单开道岔。而传统铁路道岔尖轨具有两根可移动尖轨，每根尖轨只有一侧为工作边，另一侧为非工作边。

本发明的道岔转辙方式及工作方法按对称分叉道岔和直通线路转侧线道岔两种实施例予以说明，具体如下：

1.对称分叉道岔转辙方法。

如图1、图4所示，移动心轨3两侧边均为凹曲线形(缓和曲线)，起始线路开通状态为“正线-岔线B”，这时移动心轨3的前端33锁定在岔线A外轨轨端(跟正线连接端，也即曲线切点)，车辆可从正线进入岔线B，也可从岔线B进入正线。当正线PRT车辆要进入岔线A时，实施以下步骤：

步骤一：移动心轨3的前端33锁定装置打开。

步骤二：设置在岔心4的驱动电机启动，通过转动齿轮驱动移动心轨3旋转摆动，使移动心轨3的前端转向岔线B外轨靠近轨端处。

步骤三：移动心轨3的前端锁定在岔线B外轨内侧相应的卡具(卡槽)处，这时线路开通状态转变为“正线-岔线A”状态。

步骤四：车辆从正线进入岔线A，或者从岔线A进入正线(直通方向)。

移动心轨3的前端33锁定方式可采用弹性销锁定，也可用电磁铁锁定，或者其他锁定方式。

2.直通线路转侧线道岔。

如图6所示，移动心轨3为单侧凹曲形，起始线路开通状态为正线开通，这时移动心轨3的前端锁定在岔线B外轨内侧相应的卡具(卡槽)处，车辆只能在正线上行驶，即正线通过。移动心轨3一侧车轮耦合接触在移动心轨3的直线侧作滚动行驶。当正线PRT车辆要进入岔线B时，实施以下步骤：

步骤一：移动心轨3的前端33锁定装置打开。

步骤二：设置在岔心4的驱动电机启动，通过转动齿轮驱动移动心轨3旋转摆动，使移动心轨3的前端33转向正线外轨。

步骤三：移动心轨3的前端33锁定在正线外轨内侧相应的卡具(卡槽)处，这时线路开通状态转变为“正线-岔线B”状态。

步骤四：车辆从正线进入岔线B，或者从岔线B进入正线。

本发明的具有移动心轨3的道岔原理与结构同样可用于具有橡胶轮胎、由车辆上侧导向轮自主导向的悬挂式PRT交通系统，解决车辆过岔时的车轮悬空问题，减小有害空间。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：包括钢轨(1)、移动心轨(3)和岔心(4)；

所述钢轨(1)包括正线轨道(11)和两条岔线外轨(12)，两条岔线外轨(12)分别与正线轨道(11)两条铁轨连接，所述岔心(4)位于两条岔线外轨(12)之间，移动心轨(3)的尾端(4)通过转动结构安装在岔心(4)端头处，移动心轨(3)的前端(33)能够通过转动结构在两条岔线外轨(12)之间水平摆动；

所述移动心轨(3)的前端(33)移动到某一条岔线外轨(12)一侧时与岔线外轨(12)内侧啮合锁定，此时移动心轨(3)内侧工作边踏面与分离的另一条岔线外轨(12)内侧工作边踏面形状相同。

2.根据权利要求1所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述移动心轨(3)的前端(33)的外形根据移动心轨与岔线外轨(12)啮合时有害空间最小化原则计算得到。

3.根据权利要求2所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述移动心轨(3)的前端(33)设置定位卡槽或卡具，啮合时岔线外轨(12)内侧对应位置设置有用于对移动心轨(3)固定的卡具或卡槽。

4.根据权利要求2所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述移动心轨(3)的尾端(34)设置转动轴或转动齿轮，对应位置的岔心(4)上设置有驱动转动轴或转动齿轮转动的驱动电机。

5.根据权利要求1-4任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：道岔岔线为对称分叉结构，两条岔线外轨(12)结构对称、且对称分布在岔心(4)两侧；所述移动心轨(3)两侧踏面均为凹曲踏面，两侧踏面凹曲线形分别根据与移动心轨(3)搭配构成岔线轨道的岔线外轨(12)内侧工作边踏面形状确定。

6.根据权利要求1-4任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：道岔岔线为直线转侧线分叉结构，一条岔线外轨(12)为正线轨道一条铁轨的直线延伸线，另一条岔线外轨(12)偏离正线轨道另一条铁轨以一定角度向一侧延伸；所述移动心轨(3)靠近直线岔线外轨(12)一侧的踏面为直线踏面、另一侧踏面为凹曲踏面，踏面凹曲线形分别根据与另一条岔线外轨(12)内侧工作边踏面形状确定。

7.根据权利要求1-4任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述移动心轨(3)的前端(33)采用弹性销锁定或电磁铁锁定。

8.根据权利要求1-4任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述移动心轨(3)采用“工”字形钢轨切割而成。

9.根据权利要求1-4任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT道岔结构，其特征在于：所述钢轨(1)为“工”字形轻型钢轨。

10.一种如权利要求1-9所述轮轨结构悬挂式PRT道岔结构的转辙方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：初始状态为岔线B处于开通状态，移动心轨(3)的前端(33)锁定在岔线A外轨内侧，解除移动心轨(3)的前端(33)锁定；

步骤二：设置在岔心(4)处的转动结构驱动移动心轨(3)旋转摆动，使移动心轨(3)的前端(33)转向岔线B外轨靠近轨端处；

步骤三：移动心轨(3)的前端锁定在岔线B外轨内侧，这时线路开通状态转变为“正线-岔线A”状态，车辆从正线进入岔线A，或者从岔线A进入正线轨道。

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