CN113293658B - 悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程，包括铰链轴、球铰轴承外环、球铰轴承内环、滚动导轨、变线单轨开口箱型轨道梁、铰链座等构件，其旋转轴线是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁上表面垂直的直线，即非铰链轴轴线，能有效避免变线单轨开口箱型轨道梁变线转动时产生运动干涉，能及时补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁的长度变化。本发明采用球铰式铰链，能在低精度、大温差条件下保证悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性，满足悬挂式货运列车道岔的频繁变轨要求，且安装、维修简单、成本低廉。

Description

悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程

技术领域

本发明涉及一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程。

背景技术

悬挂式单轨交通系统主要特点是：通过车辆上部的走行部置于开口箱型轨道梁内车辆悬吊在轨道梁下方行驶。悬挂式单轨交通将地面交通移至空中，充分利用了城市空间，具有不易出轨，爬坡能力强，转弯半径小，噪音低，造价低，受天气影响小，可预制且施工工期短，占地少，可拆卸并重复使用等诸多优势。

悬挂式单轨交通系统一般用于客运，载荷小，平稳性要求高，故多为胶轮制式；而悬挂式货运单轨交通系统用于货运，载荷大，平稳性要求较低，故采用钢轮钢轨制式。

悬挂式货运单轨交通系统的道岔有二开、三开两种，道岔部分的变线转动开口箱型轨道梁一端与支撑立柱采用铰链连接，另一端设置变线驱动系统，即变线转动开口箱型轨道梁的变线是在变线驱动系统驱动下开口箱型轨道梁绕连接铰链旋转实现的。

悬挂式货运三开道岔的变线开口箱型轨道梁具有三个工作位置，变线开口箱型轨道梁通过转动实现变线动作，而变线开口箱型轨道梁的转动是在驱动系统的驱动下绕其销轴实现的。

悬挂式货运三开道岔的结构尺寸庞大，加工、热处理均较困难，加之成本问题，悬挂式货运三开道岔的制造几乎都是焊接后自然时效，故其精度很低，这将严重影响悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性。悬挂式货运三开道岔需要全天候工作，昼夜温差、夏冬温差引起的热轧冷缩等问题对悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性亦会产生负面影响。

发明内容

根据上述提出的悬挂式货运三开道岔的结构尺寸庞大，加工、热处理均较困难，加之成本问题，悬挂式货运三开道岔的制造几乎都是焊接后自然时效，故其精度很低，这将严重影响悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性；悬挂式货运三开道岔需要全天候工作，昼夜温差、夏冬温差引起的热轧冷缩等问题对悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性亦会产生负面影响的技术问题，而提供一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程。本发明能在低精度、大温差条件下保证悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性，满足悬挂式货运列车道岔的频繁变轨要求，且安装、维修简单、成本低廉。

本发明采用的技术手段如下：

一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，包括：L形支座A、单轨固定龙门大梁、回字形支座、铰链轴、导向键、导向套、连接板、L形支座B、调整垫A、自润滑垫板A、垫块A、球铰轴承外环、球铰轴承内环、滚动导轨滑座A、滚动导轨A、滚动导轨B、滚动导轨滑座B、变线单轨开口箱型轨道梁、铰链座、垫块B、自润滑垫板B、调整垫B和固定单轨开口箱型轨道梁；

所述单轨固定龙门大梁固连在固定单轨开口箱型轨道梁上，为具有H形截面的构件，由上梁板、下梁板以及连接在上梁板和下梁板间的立梁板构成；单轨固定龙门大梁的下梁板上表面一侧分别固连间隔设置的回字形支座以及垫块A和垫块B，回字形支座居中，垫块A和垫块B分别位于回字形支座的两侧；单轨固定龙门大梁的下梁板一侧设圆柱形通孔，该圆柱形通孔位于回字形支座的中央部位且其直径大于铰链轴直径；

所述连接板的下表面与回字形支座的上表面固连，连接板上设有中央通孔，中央通孔内插入导向套，导向套分别从上至下伸出连接板之外，导向套与连接板固连，铰链轴插入导向套的内孔，并从上至下伸出导向套之外，铰链轴与导向套内孔构成间隙配合；所述铰链轴上设有与其轴线平行的键槽，键槽内固连导向键；导向键与导向套的键槽构成滑动配合；

铰链轴的下端部穿过单轨固定龙门大梁的下梁板圆柱形通孔并插入球铰轴承内环的圆柱形通孔，铰链轴与球铰轴承内环固连，球铰轴承外环的内球面套入球铰轴承内环的外球面且两者构成球面副；球铰轴承外环的外圆柱面插入铰链座的中央圆柱形通孔且与其固连；滚动导轨滑座A和滚动导轨滑座B分别固连于铰链座下表面两侧；滚动导轨滑座A滑动安装在滚动导轨A上，滚动导轨滑座B滑动安装在滚动导轨B上；滚动导轨A和滚动导轨B分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁的上表面；

所述自润滑垫板A固连于垫块A上表面，自润滑垫板B固连于垫块B上表面；结构相同的L形支座A和L形支座B的一端部分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁的上表面，L形支座A的另一端部固连调整垫B，L形支座B的另一端部固连调整垫A；自润滑垫板A的上表面与调整垫A的下表面贴合，自润滑垫板B的上表面与调整垫B的下表面贴合。

进一步地，所述调整垫A和调整垫B均采用耐磨材料制成，且整体淬火，硬度为HRC50～HRC60。

进一步地，所述自润滑垫板A和自润滑垫板B均为特制构件：在其矩形青铜机体上均匀镶嵌若干石墨柱，既有降低摩擦系数的作用，又有耐磨作用。

进一步地，所述构件铰链座、球铰轴承外环、球铰轴承内环、铰链轴、导向键、导向套和连接板构成一个整体具有四个自由度，分别为：导向套和连接板沿铰链轴轴线的移动自由度，导向套、连接板、铰链轴、导向键和球铰轴承内环绕X轴摆动自由度，导向套、连接板、铰链轴、导向键和球铰轴承内环绕Y轴摆动自由度，导向套、连接板、铰链轴、导向键和球铰轴承内环绕Z轴转动自由度；

基于上述四个自由度，即可在回字形支座上表面、变线单轨开口箱型轨道梁上表面存在平行度误差和尺寸误差的情况下，实现可靠、准确的安装；当安装、固定完成后除绕Z轴转动自由度依然存在，其余自由度已被约束；垫块A和垫块B的上表面所在平面、变线单轨开口箱型轨道梁上表面不平行问题的解决通过修磨调整垫A、调整垫B实现。

进一步地，当所有构件安装完成后，系统具有两个自由度：沿X轴的移动自由度和绕Z轴的转动自由度；

其中，绕Z轴的转动轴线实际上是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁上表面垂直的直线，非铰链轴轴线；

沿X轴的移动自由度的作用有两个：避免变线单轨开口箱型轨道梁变线转动时产生运动干涉以及补偿温度变化时，变线单轨开口箱型轨道梁的长度变化。

本发明还提供了一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的工作过程，包括如下步骤：

在悬挂式货运单轨三开道岔变线时，变线驱动系统驱动驱动轮A、驱动轮B、驱动轮C同速旋转，带动变线单轨开口箱型轨道梁、滚动导轨A、滚动导轨B、滚动导轨滑座A、滚动导轨滑座B、铰链座、球铰轴承外环、L形支座A、L形支座B、调整垫A、调整垫B一同绕悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的Z轴旋转；同时导向轮A、导向轮B与环形轨道的外圆柱面相切；导向轮C、导向轮D与环形轨道的内圆柱面相切；

绕Z轴的转动轴线实际上是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁上表面垂直的直线(非铰链轴轴线)；

变线单轨开口箱型轨道梁和货运列车的重量通过L形支座A、L形支座B、调整垫A、调整垫B、自润滑垫板A、自润滑垫板B、垫块A、垫块B和驱动驱动轮A、驱动轮B、驱动轮C、环形轨道传给单轨固定龙门大梁和三开道岔固定龙门大梁；悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统不承受重力载荷；

悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统沿X轴的移动自由度的作用有两个：避免变线单轨开口箱型轨道梁变线转动时产生运动干涉；补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁的长度变化。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程，采用球铰式铰链，能在低精度、大温差条件下保证悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性，满足悬挂式货运列车道岔的频繁变轨要求。

2、本发明提供的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程，构件铰链座、球铰轴承外环、球铰轴承内环、铰链轴、导向键、导向套、连接板作为一个整体具有四个自由度，分别为：1)导向套、连接板沿铰链轴轴线的移动自由度；2)导向套、连接板、铰链轴、导向键、球铰轴承内环绕X轴摆动自由度；3)导向套、连接板、铰链轴、导向键、球铰轴承内环绕Y轴摆动自由度；4)导向套、连接板、铰链轴、导向键、球铰轴承内环绕Z轴转动自由度；由于有了上述四个自由度，就能在回字形支座上表面、变线单轨开口箱型轨道梁上表面存在平行度误差和尺寸误差的情况下，实现可靠、准确的安装；当安装、固定完成后除绕Z轴转动自由度依然存在，其余自由度已被约束。至于垫块A和垫块B的上表面所在平面、变线单轨开口箱型轨道梁上表面不平行问题的解决是通过修磨调整垫A、调整垫B实现。

3、本发明提供的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程，当所有构件安装完成后，系统具有两个自由度：1)沿X轴的移动自由度；2)绕Z轴的转动自由度。其中所谓绕Z轴的转动轴线实际上是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁上表面垂直的直线(非铰链轴轴线)。沿X轴的移动自由度的作用有两个：1)避免变线单轨开口箱型轨道梁变线转动时产生运动干涉；2)补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁的长度变化。

4、本发明提供的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统及其工作过程，安装简单、维修方便、成本低廉。

综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的悬挂式货运三开道岔的结构尺寸庞大，加工、热处理均较困难，加之成本问题，悬挂式货运三开道岔的制造几乎都是焊接后自然时效，故其精度很低，这将严重影响悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性；悬挂式货运三开道岔需要全天候工作，昼夜温差、夏冬温差引起的热轧冷缩等问题对悬挂式货运三开道岔转动铰链的工作可靠性亦会产生负面影响的问题。

基于上述理由本发明可在交通系统等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为悬挂式货运单轨三开道岔示意图。

图2为悬挂式货运单轨三开道岔处于工作状态下的示意图。

图3为悬挂式货运单轨三开道岔变线驱动系统轨道与轮子布置图。

图4为本发明悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统主视图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为图4的B-B剖视图。

图7为图4的C-C剖视图。

图中：a、固定单轨开口箱型轨道梁；b、本发明悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统；c、变线单轨开口箱型轨道梁；d、三开道岔钢轨；e、三轨开口箱型轨道梁；f、变线钢轨；g、道岔钢轨弯曲驱动系统；h、变线单轨开口箱型轨道梁变线驱动系统；i、三开道岔固定龙门大梁；j、单轨固定龙门大梁；

h1、环形轨道；h2、导向轮A；h3、导向轮B；h4、驱动轮A；h5、导向轮C；h6、驱动轮B；h7、导向轮D；h8、驱动轮C；

1、L形支座A；2、单轨固定龙门大梁；3、回字形支座；4、铰链轴；5、导向键；6、导向套；7、连接板；8、L形支座B；9、调整垫A；10、自润滑垫板A；11、垫块A；12、球铰轴承外环；13、球铰轴承内环；14、滚动导轨滑座A；15、滚动导轨A；16、滚动导轨B；17、滚动导轨滑座B；18、变线单轨开口箱型轨道梁；19、铰链座；20、垫块B；21、自润滑垫板B；22、调整垫B；23、固定单轨开口箱型轨道梁。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

如图1-2所示，在图1悬挂式货运单轨三开道岔的结构示意图中，固定单轨开口箱型轨道梁a是两个相互固连的在空间呈平行布置的工字形大梁(图1-2中做了简化，下同)，变线单轨开口箱型轨道梁c也是相互固连的两个在空间呈平行布置的工字形大梁；三轨开口箱型轨道梁e是由相互固连的六个工字形大梁构成，三轨开口箱型轨道梁e的中央两个工字形大梁在空间呈平行布置；两侧的各两个工字形大梁在空间分别呈平行布置；中央工字形大梁与两侧工字形大梁间夹角刚好等于道岔变线角。两根变线钢轨f分别置于固定单轨开口箱型轨道梁a和变线单轨开口箱型轨道梁c的工字形大梁内侧下底板上表面(工字形大梁立板内侧)，且两根变线钢轨f彼此平行。本发明悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统b位于变线单轨开口箱型轨道梁c的两根工字形大梁的对称中心线上。道岔钢轨弯曲驱动系统g位于两根变线钢轨f外侧并分别与固定单轨开口箱型轨道梁a和变线单轨开口箱型轨道梁c固连。三开道岔钢轨d由六根钢轨构成，中央两根钢轨分别与变线钢轨f的两根钢轨共线；两侧的四根钢轨两两平行且间距与变线钢轨f的两根钢轨的间距相等；两侧的四根钢轨与中央两根钢轨间夹角刚好分别等于道岔变线角。三开道岔固定龙门大梁i位于三轨开口箱型轨道梁e上方并与之固连，单轨固定龙门大梁j位于固定单轨开口箱型轨道梁a上方并与之固连。

如图3所示，变线单轨开口箱型轨道梁变线驱动系统h的环形轨道h1固连于三开道岔固定龙门大梁i上，驱动轮A h4、驱动轮B h6、驱动轮C h8分别与环形轨道h1上表面相切，且等距间隔布置；导向轮A h2、导向轮B h3与环形轨道h1的外圆柱面相切，且等距间隔布置；导向轮C h5、导向轮D h7与环形轨道h1的内圆柱面相切，且等距间隔布置。

如图4-7所示，本发明提供了一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，包括L形支座A1、单轨固定龙门大梁2、回字形支座3、铰链轴4、导向键5、导向套6、连接板7、L形支座B8、调整垫A9、自润滑垫板A10、垫块A11、球铰轴承外环12、球铰轴承内环13、滚动导轨滑座A14、滚动导轨A15、滚动导轨B16、滚动导轨滑座B17、变线单轨开口箱型轨道梁18、铰链座19、垫块B20、自润滑垫板B21、调整垫B22和固定单轨开口箱型轨道梁23。

单轨固定龙门大梁2为一具有H形截面的构件，即由一个上梁板、一个下梁板、一个立梁板构成；在单轨固定龙门大梁2的下梁板上表面一侧分别固连回字形支座3和垫块A11、垫块B20，回字形支座3居中，垫块A11、垫块B20分别位于回字形支座3的两侧。单轨固定龙门大梁2的下梁板一侧有一个圆柱形通孔，该孔位于回字形支座3的中央部位且其直径大于铰链轴4直径。连接板7的下表面与回字形支座3的上表面固连，连接板7有一个中央通孔，孔内插入导向套6，导向套6分别从上下伸出连接板7之外，导向套6与连接板7固连，铰链轴4插入导向套6的内孔，并从上下伸出导向套6之外，铰链轴4与导向套6内孔构成间隙配合；铰链轴4上有一个与轴线平行的键槽，键槽内固连导向键5；导向键5与导向套6的键槽构成滑动配合。在铰链轴4的下端部穿过单轨固定龙门大梁2的下梁板圆柱形通孔并插入球铰轴承内环13的圆柱形通孔，铰链轴4与球铰轴承内环13固连，球铰轴承外环12的内球面套入球铰轴承内环13的外球面且两者构成球面副；球铰轴承外环12的外圆柱面插入铰链座19的中央圆柱形通孔且与其固连；滚动导轨滑座A14和滚动导轨滑座B17分别固连于铰链座19下表面两侧；滚动导轨滑座A14滑动安装在滚动导轨A15上，滚动导轨滑座B17滑动安装在滚动导轨B16上。滚动导轨A15、滚动导轨B16分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁18的上表面。自润滑垫板A10固连于垫块A11上表面，自润滑垫板B21固连于垫块B20上表面。L形支座A1和L形支座B8是两个相同构件，L形支座A1和L形支座B8的一端部分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁18的上表面，L形支座A1的另一端部固连调整垫B22；L形支座B8的另一端部固连调整垫A9。自润滑垫板A10的上表面与调整垫A9的下表面贴合；自润滑垫板B21的上表面与调整垫B22的下表面贴合。固定单轨开口箱型轨道梁23与单轨固定龙门大梁2固连。

作为优选的实施方式，调整垫A9、调整垫B22均采用耐磨材料制成，且整体淬火，硬度：HRC50～HRC60。

作为优选的实施方式，自润滑垫板A10、自润滑垫板B21均是特制构件：在其矩形青铜机体上均匀镶嵌若干石墨柱，既有降低摩擦系数的作用，又有耐磨作用。

在正常安装条件下，垫块A11和垫块B20的上表面所在平面、回字形支座3上表面、变线单轨开口箱型轨道梁18上表面均需平行，但由于悬挂式货运三开道岔中的大型构件均不作机械加工，亦不作热处理，尺寸精度很低，故上述三个表面的平行度存在很大误差，同时尺寸精度亦无法满足要求；若强行安装会产生相当大的附加内应力，将严重影响悬挂式货运三开道岔的工作可靠性。本发明中，构件铰链座19、球铰轴承外环12、球铰轴承内环13、铰链轴4、导向键5、导向套6、连接板7作为一个整体具有四个自由度，1)导向套6、连接板7沿铰链轴4轴线的移动自由度；2)导向套6、连接板7、铰链轴4、导向键5、球铰轴承内环13绕X轴摆动自由度；3)导向套6、连接板7、铰链轴4、导向键5、球铰轴承内环13绕Y轴摆动自由度；4)导向套6、连接板7、铰链轴4、导向键5、球铰轴承内环13绕Z轴转动自由度；由于有了上述四个自由度，就能在回字形支座3上表面、变线单轨开口箱型轨道梁18上表面存在平行度误差和尺寸误差的情况下，实现可靠、准确的安装；当安装、固定完成后除绕Z轴转动自由度依然存在，其余自由度已被约束。至于垫块A11和垫块B20的上表面所在平面、变线单轨开口箱型轨道梁18上表面不平行问题的解决是通过修磨调整垫A9、调整垫B22实现。

在本发明中当所有构件安装完成后，系统具有两个自由度：1)沿X轴的移动自由度；2)绕Z轴的转动自由度。其中所谓绕Z轴的转动轴线实际上是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁18上表面垂直的直线(非铰链轴4轴线)。沿X轴的移动自由度的作用有两个：1)避免变线单轨开口箱型轨道梁18变线转动时产生运动干涉；2)补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁18的长度变化。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还提供了一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的工作过程，包括如下步骤：

1)在悬挂式货运单轨三开道岔变线时，变线驱动系统(图中未表示)驱动驱动轮Ah4、驱动轮B h6、驱动轮C h8同速旋转，带动变线单轨开口箱型轨道梁18、滚动导轨A15、滚动导轨B16、滚动导轨滑座A14、滚动导轨滑座B17、铰链座19、球铰轴承外环12、L形支座A1、L形支座B8、调整垫A9、调整垫B22一同绕悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的Z轴旋转。同时导向轮A h2、导向轮B h3与环形轨道h1的外圆柱面相切；导向轮C h5、导向轮D h7与环形轨道h1的内圆柱面相切。

2)所谓绕Z轴的转动轴线实际上是过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁18上表面垂直的直线(非铰链轴4轴线)。

3)变线单轨开口箱型轨道梁18和货运列车的重量通过L形支座A1、L形支座B8、调整垫A9、调整垫B22、自润滑垫板A10、自润滑垫板B21、垫块A11、垫块B20和驱动驱动轮A h4、驱动轮B h6、驱动轮C h8、环形轨道h1传给单轨固定龙门大梁2和三开道岔固定龙门大梁i；悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统不承受重力载荷。

4)悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统沿X轴的移动自由度的作用有两个：①避免变线单轨开口箱型轨道梁18变线转动时产生运动干涉；②补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁18的长度变化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，其特征在于，包括：L形支座A（1）、单轨固定龙门大梁（2）、回字形支座（3）、铰链轴（4）、导向键（5）、导向套（6）、连接板（7）、L形支座B（8）、调整垫A（9）、自润滑垫板A（10）、垫块A（11）、球铰轴承外环（12）、球铰轴承内环（13）、滚动导轨滑座A（14）、滚动导轨A（15）、滚动导轨B（16）、滚动导轨滑座B（17）、变线单轨开口箱型轨道梁（18）、铰链座（19）、垫块B（20）、自润滑垫板B（21）、调整垫B（22）和固定单轨开口箱型轨道梁（23）；

所述单轨固定龙门大梁（2）固连在固定单轨开口箱型轨道梁（23）上，为具有H形截面的构件，由上梁板、下梁板以及连接在上梁板和下梁板间的立梁板构成；单轨固定龙门大梁（2）的下梁板上表面一侧分别固连间隔设置的回字形支座（3）以及垫块A（11）和垫块B（20），回字形支座（3）居中，垫块A（11）和垫块B（20）分别位于回字形支座（3）的两侧；单轨固定龙门大梁（2）的下梁板一侧设圆柱形通孔，该圆柱形通孔位于回字形支座（3）的中央部位且其直径大于铰链轴（4）直径；

所述连接板（7）的下表面与回字形支座（3）的上表面固连，连接板（7）上设有中央通孔，中央通孔内插入导向套（6），导向套（6）分别从上至下伸出连接板（7）之外，导向套（6）与连接板（7）固连，铰链轴（4）插入导向套（6）的内孔，并从上至下伸出导向套（6）之外，铰链轴（4）与导向套（6）内孔构成间隙配合；所述铰链轴（4）上设有与其轴线平行的键槽，键槽内固连导向键（5）；导向键（5）与导向套（6）的键槽构成滑动配合；

铰链轴（4）的下端部穿过单轨固定龙门大梁（2）的下梁板圆柱形通孔并插入球铰轴承内环（13）的圆柱形通孔，铰链轴（4）与球铰轴承内环（13）固连，球铰轴承外环（12）的内球面套入球铰轴承内环（13）的外球面且两者构成球面副；球铰轴承外环（12）的外圆柱面插入铰链座（19）的中央圆柱形通孔且与其固连；滚动导轨滑座A（14）和滚动导轨滑座B（17）分别固连于铰链座（19）下表面两侧；滚动导轨滑座A（14）滑动安装在滚动导轨A（15）上，滚动导轨滑座B（17）滑动安装在滚动导轨B（16）上；滚动导轨A（15）和滚动导轨B（16）分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁（18）的上表面；

所述自润滑垫板A（10）固连于垫块A（11）上表面，自润滑垫板B（21）固连于垫块B（20）上表面；结构相同的L形支座A（1）和L形支座B（8）的一端部分别固连在变线单轨开口箱型轨道梁（18）的上表面，L形支座A（1）的另一端部固连调整垫B（22），L形支座B（8）的另一端部固连调整垫A（9）；自润滑垫板A（10）的上表面与调整垫A（9）的下表面贴合，自润滑垫板B（21）的上表面与调整垫B（22）的下表面贴合；

所述铰链座（19）、球铰轴承外环（12）、球铰轴承内环（13）、铰链轴（4）、导向键（5）、导向套（6）和连接板（7）构成一个整体具有四个自由度，分别为：导向套（6）和连接板（7）沿铰链轴（4）轴线的移动自由度，导向套（6）、连接板（7）、铰链轴（4）、导向键（5）和球铰轴承内环（13）绕X轴摆动自由度，导向套（6）、连接板（7）、铰链轴（4）、导向键（5）和球铰轴承内环（13）绕Y轴摆动自由度，导向套（6）、连接板（7）、铰链轴（4）、导向键（5）和球铰轴承内环（13）绕Z轴转动自由度；

基于上述四个自由度，即可在回字形支座（3）上表面、变线单轨开口箱型轨道梁（18）上表面存在平行度误差和尺寸误差的情况下，实现可靠、准确的安装；当安装、固定完成后除绕Z轴转动自由度依然存在，其余自由度已被约束。

2.根据权利要求1所述的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，其特征在于，所述调整垫A（9）和调整垫B（22）均采用耐磨材料制成，且整体淬火，硬度为HRC50~HRC60。

3.根据权利要求1所述的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，其特征在于，所述自润滑垫板A（10）和自润滑垫板B（21）均为特制构件：在其矩形青铜机体上均匀镶嵌若干石墨柱，既有降低摩擦系数的作用，又有耐磨作用。

4.根据权利要求1所述的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，其特征在于，所述垫块A（11）和垫块B（20）的上表面所在平面、变线单轨开口箱型轨道梁（18）上表面不平行问题的解决通过修磨调整垫A（9）、调整垫B（22）实现。

5.根据权利要求1所述的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统，其特征在于，当所有构件安装完成后，系统具有两个自由度：沿X轴的移动自由度和绕Z轴的转动自由度；

其中，绕Z轴的转动轴线为过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁（18）上表面垂直的直线，非铰链轴（4）轴线；

沿X轴的移动自由度的作用为：避免变线单轨开口箱型轨道梁（18）变线转动时产生运动干涉，以及补偿温度变化时，变线单轨开口箱型轨道梁（18）的长度变化。

6.一种如权利要求1-5任意一项权利要求所述的悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的工作过程，其特征在于，包括如下步骤：

在悬挂式货运单轨三开道岔变线时，变线驱动系统驱动驱动轮A （h4）、驱动轮B（h6）、驱动轮C （h8）同速旋转，带动变线单轨开口箱型轨道梁（18）、滚动导轨A（15）、滚动导轨B（16）、滚动导轨滑座A（14）、滚动导轨滑座B（17）、铰链座（19）、球铰轴承外环（12）、L形支座A（1）、L形支座B（8）、调整垫A（9）、调整垫B（22）一同绕悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统的Z轴旋转；同时导向轮A （h2）、导向轮B （h3）与环形轨道（h1）的外圆柱面相切；导向轮C （h5）、导向轮D（h7）与环形轨道（h1）的内圆柱面相切；

绕Z轴的转动轴线为过球心点且与变线单轨开口箱型轨道梁（18）上表面垂直的直线，非铰链轴（4）轴线；

变线单轨开口箱型轨道梁（18）和货运列车的重量通过L形支座A（1）、L形支座B（8）、调整垫A（9）、调整垫B（22）、自润滑垫板A（10）、自润滑垫板B（21）、垫块A（11）、垫块B（20）和驱动轮A （h4）、驱动轮B （h6）、驱动轮C（h8）、环形轨道（h1）传给单轨固定龙门大梁（2）和三开道岔固定龙门大梁（i）；悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统不承受重力载荷；

悬挂式道岔专用球铰式二自由度铰链系统沿X轴的移动自由度的作用为避免变线单轨开口箱型轨道梁（18）变线转动时产生运动干涉；补偿温度变化引起的变线单轨开口箱型轨道梁（18）的长度变化。

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