CN110983874B - 一种轮轨结构悬挂式prt弹性岔轨道岔结构及转辙方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构及转辙方法，弹性岔轨道岔结构包括轨道、弹性岔轨、顶杆、岔心和顶杆驱动机构；所述弹性岔轨的端头固定在岔线外轨的内侧、位于岔线外轨内侧凹槽中，通过两个顶杆分别驱动两条弹性岔轨的端尾水平移动与向岔心对接或分离，实现道岔转辙变轨，使轮轨结构悬挂式PRT车辆顺利变换轨道，整体结构简单，容易实施，方便调度控制。

Description

一种轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构及转辙方法

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弹性岔轨道岔结构及转辙方法。

背景技术

最理想的便捷交通模式是：车辆停在自家门口，足不出户即能上车；中间无换乘，一站直达目的地场所或大楼。要实现一站直达，则车辆必须专享，车内无不同目的地的陌生乘客，因此，这样的车辆必然是微型车辆，个人捷运交通PRT(Personal Rapid Transit)是必然的选择。

PRT的基本特征是，车辆载客2-6人，城市高架为主，无人驾驶，全自动运行控制。PRT城市交通通常采用高架梁导轨系统，其又有上承式、悬挂式和侧挂式三种形式。

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，轨道梁两侧面分别设置轨道，车辆侧挂在该轨道上行驶。悬挂式PRT的基本特征是，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)所涉及的即是一种悬挂式PRT，其导向则依靠侧导向轮进行。

国际标准铁路和现有高铁均采用曲线形钢轨踏面跟曲线形轮缘耦合方式，不需要导向轮。钢轨踏面对车轮不仅提供支撑力，同时提供导向力，结构简单。标准铁路轮轨结构是被实践所证明的低成本、高效运行方式。目前通行的国际标准轨距铁路都采用大于40kg/m规格的钢轨，如高铁普遍采用60kg/m以上钢轨，有的采用75kg/m钢轨，显然其不适合PRT城市交通系统。而小于40kg/m的轻型钢轨，则是PRT可能的选择。

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；另一种是钢箱形梁，如西安曲江单轨。混凝土梁的优点是刚度大；混凝土梁的缺点是重量大，运输、安装难度较大，成本较高。

当箱形梁用于悬挂式PRT时，一般要在梁底部开口，车轮及车辆行走部在梁的箱体内。然而，这会导致车辆在运行中出现故障时维修困难，这是箱形梁用于悬挂式PRT的不足之处。因此，桁架梁成为较优的选择。

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弹性岔轨道岔结构及转辙方法，使轮轨结构悬挂式PRT车辆顺利变换轨道。

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弹性岔轨道岔结构，包括轨道、弹性岔轨、顶杆、岔心和顶杆驱动机构；

所述的轨道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，所述的岔线外轨内侧设置有岔线外轨内侧凹槽，岔线外轨内侧凹槽与弹性岔轨的非工作边形状适配，所述弹性岔轨采用高强度弹性材料制成，弹性岔轨的端头固定在岔线外轨的内侧、位于岔线外轨内侧凹槽中，弹性岔轨的端尾自由，所述顶杆布置在岔线外轨外侧，顶杆穿过岔线外轨上的开孔与弹性岔轨的端尾铰接，顶杆驱动机构与顶杆连接，通过两个顶杆分别驱动两条弹性岔轨发生形变并使端尾水平移动与向岔心对接或分离，实现道岔转辙变轨。

进一步，每条岔线外轨一侧布置多个顶杆和顶杆驱动机构，多个顶杆分别穿过岔线外轨上对应的开孔与弹性岔轨的端尾及中部铰接。

进一步，所述岔心端头为三角形或平齐结构。

进一步，所述顶杆为可伸缩装置由液压驱动或螺杆驱动方式。

进一步，所述弹性岔轨采用弹性钢制成。

进一步，所述顶杆与弹性岔轨球铰连接。

进一步，所述弹性岔轨的端头通过铆钉固定在岔线外轨内侧。

进一步，岔轨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。

进一步，岔轨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。

一种轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构的转辙方法，包括如下步骤：

步骤1：初始状态为岔线I处于开通状态，岔线I一侧的顶杆执行伸长操作；同时，岔线II一侧的顶杆执行收缩操作；

步骤2：岔线I一侧的顶杆顶推弹性岔轨的端尾向岔心水平移动，并与岔心对接；岔线II一侧的顶杆带动弹性岔轨的端尾离开岔心，并靠向岔线外轨内侧；

步骤3：实现岔线II开通，PRT车辆从正线进入岔线II，或者从岔线II进入正线。

本发明的有益效果是：

发明的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，在岔线外轨内侧设置有岔线外轨内侧凹槽，弹性岔轨的端头固定在岔线外轨的内侧，通过顶杆分别驱动两条弹性岔轨发生形变并使端尾水平移动与向岔心对接或分离，实现道岔转辙变轨，通过设置两条位置能够移动岔线外轨，既可实现道岔转辙，使轮轨结构悬挂式PRT车辆顺利变换轨道，整体结构简单，容易实施，方便调度控制。

进一步，每条岔线外轨一侧布置多个顶杆和顶杆驱动机构，通过不同顶杆驱动岔线外轨发生不同程度变形，使弹性岔轨与岔心对接后的曲线线形符合所需的缓和曲线形状和精度要求，保证悬挂式PRT车辆安全通过。

本发明的弹性岔轨道岔结构不仅适用于轮轨结构悬挂式PRT，其思路和原理同样也适用于非轮轨结构如橡胶轮胎、车辆自主转向悬挂式PRT，消除车辆过岔时的车轮悬空现象。

附图说明

图1为轮轨结构悬挂式PRT系统断面图

图2为轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔设置平面图

图3为图2中D局部放大图

图4a为图2中A处岔心头部为三角形的局部放大图

图4b为图2中A处岔心头部为平齐结构的局部放大图

图5为图2中B处局部放大图

图6为图2中C处局部放大图

图7为岔线II开通时的状态图

图8为直线转侧线分叉示意图

图9为设置多组顶杆的弹性岔轨道岔平面示意图

图10为具有变截面弹性岔轨2的道岔示意图

图中：1为轨道；11为正线轨道；12为岔线外轨；121为岔线外轨内侧凹槽；13为正线轨道与岔线外轨接缝；2为弹性岔轨；21为端头；22为端尾；3为顶杆；4为岔心；41为平齐端头岔心；42为三角形端头岔心；5为顶杆驱动机构；6为铆钉；7为悬挂式PRT桁架梁。

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所示，本发明的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，由轨道1、弹性岔轨2、顶杆3、岔心4、顶杆驱动机构5、铆钉6等组成。所述的轨道1包括正线轨道11，两条岔线外轨12，正线轨道与岔线外轨接缝13。岔心4位于两条岔线外轨12之间，两条岔线外轨12内侧设置有岔线外轨内侧凹槽121，线形跟弹性岔轨2的非工作边(非轮轨接触边)相似。采用高强度弹性材料制成的弹性岔轨2在外力推动下能够在水平方向发生形变，弹性岔轨2固定在岔线外轨12靠近正线轨道11的一端称为端头21，跟岔心4对接的一端为弹性岔轨2的端尾22。如图3所示，图3中显示弹性岔轨2的端头21、铆钉6和正线轨道11，弹性岔轨2的端头21通过铆钉6固定在岔线外轨12的内侧，位于岔线外轨内侧凹槽121中。

如图4a和图4b所示，岔心4端头为三角形或平齐结构，顶杆驱动机构5与顶杆3连接，弹性岔轨2的端尾22跟顶杆3铰接连接。当弹性岔轨2跟岔线外轨内侧凹槽121贴合时，弹性岔轨2的工作边成为岔线外轨12的有效工作边，车轮可沿岔线外轨12内侧踏面通过，如图2、图5所示，图2中所示为对称分叉岔线形式，且岔线I处于开通状态。

在顶杆3的顶紧作用下，弹性岔轨2的端尾22向岔心4水平移动，当其与岔心4对接后，弹性岔轨2从直线形弯曲变成缓和曲线线形，从而实现道岔转辙变轨，如图7所示。

所述的岔线包括对称分叉和直线转侧线分叉两种形式。对称分叉岔线如图2所示，其岔线I和岔线II相对于正线为对称分布。直线转侧线分叉如图8所示，其正线在分叉处仍为直线延伸，只有岔线II偏离正线以一定角度向一侧延伸。

如图2所示，对称分叉岔线具有两条形状、构造相同的弹性岔轨2。当岔线I处于开通状态时，岔线I一侧弹性岔轨2贴合在岔线I外轨的岔线外轨内侧凹槽121处，岔线II一侧弹性岔轨2的端尾22跟岔心4对接。当道岔需要从岔线I开通状态转辙到岔线II开通状态时，岔线I一侧顶杆3执行顶推操作，使弹性岔轨2的端尾22向岔心4水平移动并与岔心4对接；同时，岔线II一侧顶杆3执行收缩操作，带动弹性岔轨2的端尾22离开岔心4，靠向岔线II外轨内侧，最后该弹性岔轨2与岔线II外轨内侧凹槽贴合，从而实现道岔转辙变轨，岔线II开通。

当道岔要从岔线II开通状态转辙到岔线I开通状态时，执行上述逆操作即可。

如图8所示，直线转侧线分叉岔线具有两条形状和构造不同的弹性岔轨2，处于直通状态时，直通线外轨一侧弹性岔轨2贴合在岔线外轨12的岔线外轨内侧凹槽121，弹性岔轨2保持直线形状，岔线II一侧弹性岔轨2的端尾22跟岔心4对接，这时两条弹性岔轨2都为直线形状。当道岔需要从直通线开通状态转辙到岔线II开通状态时，直通线一侧顶杆3执行顶推操作，在顶紧力作用下，弹性岔轨2的端尾22向岔心4水平移动并与岔心4对接；与此同时，岔线II一侧顶杆3执行收缩操作，带动弹性岔轨2的端尾22离开岔心4，并靠向岔线II外轨内侧，最后该弹性岔轨2与岔线II外轨内侧凹槽贴合，从而实现岔线II开通道岔转辙变轨，图8中所示为岔线II开通时的状态。

当道岔要从岔线II开通状态转辙到直通线开通状态时，执行上述逆操作即可。

每条岔线外轨12一侧布置多个顶杆3和顶杆驱动机构5，多个顶杆分别穿过岔线外轨12上对应的开孔与弹性岔轨2的端尾22及中部铰接。通过增加顶杆，利用其定位作用，使弹性岔轨2与岔心4对接后的曲线线形符合所需的缓和曲线形状和精度要求，如图9所示，图9中所示为岔线II开通时的状态。

通过调整弹性岔轨2的截面，使其成为变截面构造，以使弹性岔轨2与岔心4对接后的曲线线形符合所需的缓和曲线形状和精度要求，如图10所示，图10中所示为岔线I开通时的状态。

所述的顶杆3为可伸缩装置，由液压驱动，或为螺杆驱动方式，穿过设置在岔线外轨12上的开孔跟弹性岔轨2的端尾连接。所述的顶杆3与弹性岔轨2为可活动的铰接连接，如用球铰连接。所述的顶杆驱动机构5设置在岔线外轨12外边，不影响悬挂式PRT转向架及车辆通过道岔。

一种具有弹性岔轨的轮轨结构悬挂式PRT车辆过岔方法，其布局为对称分叉岔线，初始状态为岔线I处于开通状态，道岔要从岔线I开通状态转辙到岔线II开通状态，具体操作步骤如下：

步骤1：岔线I侧顶杆3启动，实施伸长操作；同时，岔线II一侧顶杆3执行收缩操作。

步骤2：岔线I侧顶杆3顶推弹性岔轨2的端尾22向岔心4水平移动，并与岔心4对接；岔线II一侧顶杆3带动弹性岔轨2的端尾22离开岔心4，并靠向岔线II外轨内侧。

步骤3：岔线II开通，PRT车辆从正线进入岔线II，或者从岔线II进入正线。

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弹性岔轨道岔结构，其特征在于：包括轨道(1)、弹性岔轨(2)、顶杆(3)、岔心(4)和顶杆驱动机构(5)；

所述的轨道(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，所述的岔线外轨(12)内侧设置有岔线外轨内侧凹槽(121)，岔线外轨内侧凹槽(121)与弹性岔轨(2)的非工作边形状适配，所述弹性岔轨(2)采用高强度弹性材料制成，弹性岔轨(2)的端头(21)固定在岔线外轨(12)的内侧、位于岔线外轨内侧凹槽(121)中，弹性岔轨(2)的端尾(22)自由，所述顶杆(3)布置在岔线外轨(12)外侧，顶杆(3)穿过岔线外轨(12)上的开孔与弹性岔轨(2)的端尾(22)铰接，顶杆驱动机构(5)与顶杆(3)连接，通过两个顶杆(3)分别驱动两条弹性岔轨(2)发生形变并使端尾(22)水平移动与岔心(4)对接或分离，实现道岔转辙变轨。

2.根据权利要求1所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：每条岔线外轨(12)一侧布置多个顶杆(3)和顶杆驱动机构(5)，多个顶杆分别穿过岔线外轨(12)上对应的开孔与弹性岔轨(2)的端尾(22)及中部铰接。

3.根据权利要求2所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：所述岔心(4)端头为三角形或平齐结构。

4.根据权利要求1-3任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：所述顶杆(3)为可伸缩装置由液压驱动或螺杆驱动方式。

5.根据权利要求1-3任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：所述弹性岔轨(2)采用弹性钢制成。

6.根据权利要求1-3任一项所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：所述顶杆(3)与弹性岔轨(2)球铰连接。

7.根据权利要求1-3任一项 所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：所述弹性岔轨(2)的端头(21)通过铆钉(6)固定在岔线外轨(12)内侧。

8.根据权利要求1-3任一项 所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：岔轨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。

9.根据权利要求1-3任一项 所述的轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构，其特征在于：岔轨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。

10.一种如权利要求1-9任一项 所述轮轨结构悬挂式PRT弹性岔轨道岔结构的转辙方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：初始状态为岔线I处于开通状态，岔线I一侧的顶杆(3)执行伸长操作；同时，岔线II一侧的顶杆(3)执行收缩操作；

步骤2：岔线I一侧的顶杆(3)顶推弹性岔轨(2)的端尾(22)向岔心(4)水平移动，并与岔心(4)对接；岔线II一侧的顶杆(3)带动弹性岔轨(2)的端尾(22)离开岔心(4)，并靠向岔线II外轨内侧；

步骤3：实现岔线II开通，PRT车辆从正线进入岔线II，或者从岔线II进入正线。

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