CN114197257A - 一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，横跨桥梁伸缩缝位置处的齿轨为可变齿距齿轨，可变齿距齿轨由多个齿轨单元拼接而成，可放开式齿轨夹臂装置用于纵向约束和放松齿轨单元，可变齿距齿轨的两侧均安装有多个弹性拉伸件，包括驱动夹臂压紧各个齿座的气缸。通过使用多个独立齿轨单元之间的齿距等量位移总和代替伸缩缝位移，而不是单一的整节齿轨刚性紧固连接在伸缩缝的两边，解决了采用单一齿条的纵向内应力以及消除了扣件处螺栓的剪切力，增加了齿轨列车与齿轨啮合的稳定性，提高了齿轨铁路的安全性，避免了单一齿轨受拉产生断裂以及扣件螺栓受巨大剪切载荷问题。

Description

一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨

技术领域

本发明属于轨道交通规划研究技术领域，特别是涉及一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨。

背景技术

齿轨铁路是在普通轮轨铁路系统基础上引入一种登山铁路的助力机构，即在常规铁路轨道中间平行增设一条齿条，并在齿轨车辆的转向架上装备齿轮装置，依靠齿轮齿轨啮合力代替常规黏着力，为车辆提供强大前进动力。

齿轨铁路在国外应用相对较多，第一条齿轨铁路已经安全运营150余年。国内齿轨铁路多应用于煤矿运输，较少应用于景区旅游轨道交通，且缺乏国家及行业层面的齿轨铁路规范和标准。近年来，为了解决列车爬坡及在山区运行困难的问题，国内已经有多个省市开展了齿轨铁路规划建设、技术攻关和应用。但国内地形分布多样，因此桥梁在铁路建设中得到了广泛应用，桥梁受外界载荷影响产生伸缩变形，导致梁端伸缩缝处的缝隙尺寸出现变化，齿轨铁路与桥梁伸缩缝处的配合问题由此产生，为保证齿轨的线路适应能力以及保障齿轨铁路在桥梁上运输的行车安全，需要对桥梁伸缩缝处的齿轨铁路实施可靠性改进。

齿轨铁路中采用了不同跨度及不同形式的桥梁结构，不同桥梁在外界载荷作用下，会导致伸缩缝处出现几厘米甚至几十厘米的巨大变形，普通齿轨线路上的连接方式会对该处的齿轨与桥梁之间的连接和对齿轨与齿轨车辆驱动齿轮的配合直接构成恶劣影响。若采用传统的单一齿轨直接纵跨伸缩缝，伸缩缝两边距离最近的齿轨与桥梁间的连接扣件受桥梁伸缩变形而产生较大剪切力，极有可能将固定螺栓剪断；同时齿轨在伸缩缝变形下在产生纵向拉应力，桥梁伸缩较大时甚至还可能出现齿轨拉断的情况，导致齿轮与齿轨无法进行正常啮合。若采用两根独立的齿轨安装在伸缩缝的两边，在伸缩缝位移较大时，则易出现齿轮齿轨未啮合，齿轮空转情况，甚至可能产生齿轮齿轨巨大冲击。

鉴于齿轨铁路目前没有明确的技术标准，针对齿轨铁路中桥梁伸缩缝路段齿轨铁路布置是亟待解决的问题之一，主要是设计一种用于齿轨铁路在桥梁伸缩缝处的过渡装置，实现齿轨与桥梁伸缩缝的稳定连接，以保证齿轨车辆的安全运行。

发明内容

针对现阶段未提出桥梁伸缩缝的齿轨铁路布置形式，桥梁受温度与车辆载荷产生的伸缩缝变形对Strub系统齿轨铁路扣件受剪、齿轨受拉、以及齿轮齿轨啮合不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，包括架设于桥梁之上的两条钢轨，两条钢轨中央安装有齿轨，所述钢轨和齿轨与桥梁的桥面之间均匀排布有轨枕；

桥梁伸缩缝的位置，横跨桥梁伸缩缝位置处的齿轨为可变齿距齿轨，可变齿距齿轨由多个齿轨单元拼接而成，可变齿距齿轨对应桥梁伸缩缝的两侧均安装有可放开式齿轨夹臂装置，可放开式齿轨夹臂装置用于纵向约束和放松齿轨单元；

所述齿轨单元包括齿头和齿座，可变齿距齿轨的两侧均安装有多个弹性拉伸件，所述弹性拉伸件位于相邻的齿座之间；

可开放式齿轨夹臂装置包括夹臂，还包括驱动夹臂压紧各个齿座的气缸，桥梁伸缩缝的位置安装有用于控制气缸运作的位移传感器。

进一步地，可变齿距齿轨底部对应伸缩缝的两侧均具有滑槽件，桥面对应固定有用于安装滑槽件的基座，所述滑槽件固定于基座，所述滑槽件开设有供各个齿轨单元滑动的滑槽。基座为板状，开设有螺孔，通过螺栓固定于桥面，开设有螺孔并通过螺栓进行相互固定。其中，齿轨单元中的齿座底部位于滑槽中并滑动配合。

使用滑槽件装置将所有独立齿轨单元横向与垂向自由度进行约束，由气缸控制的可放开式齿轨夹臂装置实现控制齿轨单元的纵向约束与放松。正常运行工况下，夹臂贴紧所有独立齿轨单元，当伸缩缝出现位移时，夹臂放开，允许独立齿轨进行纵向位移，由每个独立齿轨单元之间采用的纵向等刚度弹性拉伸件将伸缩缝变形产生的位移在轮齿啮合误差允许范围内均匀的分散到各个独立齿轨单元之间。

进一步地，所述滑槽截面为T形，所述齿座底部的两侧均设置有卡入T形槽中的滑板。用于限位齿轨单元，防止脱落等。

进一步地，所述滑槽件对应可变齿距齿轨的两侧均固定有两根立柱，所述立柱开设有穿孔，所述穿孔中安装有可伸缩配合的滑杆，所述滑杆的一端固定于夹臂，所述滑杆的另一端固定于同一压板，所述气缸的输出端位于压板中央，所述气缸固定于安装板，所述安装板通过螺栓固定于轨枕。

进一步地，所述夹臂对应的夹持侧具有轮齿，所述齿座对应的夹持侧具有与轮齿相配合的齿条。将齿节纵向约束，齿条为单面齿。

进一步地，所述滑槽件于下方两端设有横向挡肩，所述基座上方设有纵向挡肩，用于与滑槽件相互卡合。

进一步地，所述齿条为可拆卸安装，所述齿条相对于夹持侧的背侧具有卡块，所述卡块截面为等腰梯形，所述齿座设置有由上之下卡入卡块的卡槽。

进一步地，所述弹性拉伸件包括固定于齿座的柱头，所述柱头的两侧分别固定有套管和光杆，相邻的柱头之间其对应的光杆和套管自由端相互套接，光杆和套管套接有弹簧，所述弹簧端部抵触于两侧柱头。

进一步地，所述齿座两侧的柱头均连接有贯穿齿座的连接杆，所述齿座开设有容纳连接杆的贯穿孔，所述连接杆轴线开设有螺纹孔，所述螺纹孔延伸穿过单侧柱头，单侧柱头安装螺栓并穿过螺纹孔使连接杆的对接端固定。

本发明具有以下有益效果：本发明所述的可变齿距齿轨，通过使用多个独立齿轨单元之间的齿距等量位移总和代替伸缩缝位移，而不是单一的整节齿轨刚性紧固连接在伸缩缝的两边，解决了采用单一齿条的纵向内应力以及消除了扣件处螺栓的剪切力，增加了齿轨列车与齿轨啮合的稳定性，提高了齿轨铁路的安全性，避免了单一齿轨受拉产生断裂以及扣件螺栓受巨大剪切载荷问题。

本发明涉及的扣件系统采用多种零部件组装而成，所用的零部件单个结构较为简单，降低了装置的生产制造难度与成本，同时，也便于后续对齿轨铁路扣件系统的维护或更换。

本发明所述的啮合片和齿轨夹臂均使用了单向啮合齿(齿条)，能够进一步增强列车运行时齿轨的稳定性，采用楔形可拆卸安装方式，方便稳定的实现与独立齿轨的安装与更换，能够进一步降低生产成本、制造难度以及安拆难度。

本发明所述的滑槽件于下方两端设有横向挡肩，能够降低滑槽件与基座之间的连接组件所受的剪切力，并降低安拆难度，所述滑槽基座上方设有纵向挡肩，可用作滑槽装置的安装定位，降低安拆难度，提高可变齿距齿轨的可靠性。

所述弹性拉伸件包括T型长弹簧架、T型短弹簧架与等刚度弹簧，T型长弹簧架与T型短弹簧架采用紧固件螺栓连接，方便紧固安装，等刚度弹簧安装在弹簧架的两边，多个等刚度弹簧贯穿独立齿轨并沿齿轨纵向布置，均匀的调整独立齿轨间的齿距，提高齿轨铁路的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明安装于桥面状态下的结构图。

图2：本发明图1的俯视图。

图3：本发明结构图。

图4：本发明可变齿距齿轨与滑槽件配合安装结构图。

图5：本发明滑槽件结构图。

图6：本发明夹臂的结构图。

图7：本发明齿轨单元的结构图。

图8：本发明基座的结构图。

图9：本发明齿轨单元与弹性拉伸件配合安装结构图。

图10：本发明弹性拉伸件的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

齿轨11、轨枕1、可变齿距齿轨2、齿轨单元21、可放开式齿轨夹臂装置4、齿头22、齿座23、弹性拉伸件6、夹臂5、气缸41、滑槽件3、基座4、滑槽31、滑板24、立柱32、穿孔33、滑杆52、压板53、安装板42、横向挡肩34、纵向挡肩43、轮齿51、齿条26、卡块27、卡槽25、柱头61、套管62、光杆63、弹簧64、连接杆65。

具体实施方式

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，实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-10所示：一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，包括架设于桥梁之上的两条钢轨，两条钢轨中央安装有齿轨11，所述钢轨和齿轨与桥梁的桥面之间均匀排布有轨枕1；

桥梁伸缩缝的位置，横跨伸缩缝的齿轨为可变齿距齿轨2，可变齿距齿轨由多个齿轨单元21拼接而成，可变齿距齿轨对应桥梁伸缩缝的两侧均安装有可放开式齿轨夹臂装置4，可放开式齿轨夹臂装置4用于纵向约束和放松齿轨单元21；

所述齿轨单元21包括齿头22和齿座23，可变齿距齿轨2的两侧均安装有多个弹性拉伸件6，所述弹性拉伸件6位于相邻的齿座23之间；

可开放式齿轨夹臂装置4包括夹臂5，还包括驱动夹臂5压紧各个齿座23的气缸41，桥梁伸缩缝的位置安装有用于控制气缸41运作的位移传感器。

其中需要注意的是：本实施方式中的每个齿轨单元纵向长度为125.6mm，有可能因为桥梁的伸缩缝过大，架设超过125.6mm的时候，中间的齿轨单元就不在滑槽的内部，而是处于悬空状态，这种情况下需要根据桥梁伸缩缝的最大变形量，将桥梁伸缩缝位置中间的2-3个齿轨单元合并为一个整体，其他的齿轨单元还是独立的齿轨单元，当然上述特殊情况只是一个特例，在本发明技术方案的基础上的延伸状态，一般的山地桥梁不会达到过大长度的拉升距离。

根据桥梁伸缩缝变形较大的情况，需要严格按照实际的齿轮齿轨啮合误差允许限度确定齿距变化范围，由此计算出齿轨单元的个数，比如桥梁伸缩缝变形为100mm，齿轮齿轨啮合误差允许的齿距变化为10mm，至少需要预留10个缝隙出来，则安装的齿轨单元数量为9个。具体的齿轨单元数量可以根据本领域技术人员的经验和齿轨铁路的用途具体考虑。

如图1、4所示：可变齿距齿轨底部对应伸缩缝的两侧均具有滑槽件3，桥面对应固定有用于安装滑槽件3的基座4，所述滑槽件3固定于基座4，所述滑槽件3开设有供各个齿轨单元21滑动的滑槽31。所有独立齿轨单元沿轨道纵向水平布置。

如图1、5、7所示：所述滑槽31截面为T形，所述齿座23底部的两侧均设置有卡入T形槽中的滑板24。滑槽件可以与齿轨单元的最下方两侧设置的滑板配合，其作用是限制独立齿轨的垂向与横向自由度。

如1、5、6所示：所述滑槽件3对应可变齿距齿轨的两侧均固定有两根立柱32，所述立柱32开设有穿孔33，所述穿孔33中安装有可伸缩配合的滑杆52，所述滑杆52的一端固定于夹臂5，所述滑杆52的另一端固定于同一压板53，所述气缸41的输出端位于压板53中央，所述气缸41固定于安装板42，所述安装板42通过螺栓固定于轨枕1。

如图5、8所示：所述滑槽件3于下方两端设有横向挡肩34，所述基座4上方设有纵向挡肩43，用于与滑槽件3相互卡合。

如图6、7所示：所述夹臂5对应的夹持侧具有轮齿51，所述齿座23对应的夹持侧具有与轮齿51相配合的齿条26。

如图7所示：所述齿条26为可拆卸安装，所述齿条26相对于夹持侧的背侧具有卡块27，所述卡块27截面为等腰梯形，所述齿座23设置有由上之下卡入卡块的卡槽25。每个独立齿轨单元两侧留有楔形凹槽，即卡槽，用于安装与夹臂配合使用的单向齿。

如图9所示：所述弹性拉伸件6包括固定于齿座23的柱头61，所述柱头61的两侧分别固定有套管62和光杆63，相邻的柱头61之间其对应的光杆63和套管62自由端相互套接，光杆63和套管62套接有弹簧64，所述弹簧64端部抵触于两侧柱头61。弹簧为等刚度弹簧。

如图10所示：所述齿座23两侧的柱头61均连接有贯穿齿座23的连接杆65，所述齿座23开设有容纳连接杆65的贯穿孔，所述连接杆65轴线开设有螺纹孔，所述螺纹孔延伸穿过单侧柱头61，单侧柱头安装螺栓并穿过螺纹孔使连接杆65的对接端固定。齿轨单元下方开设横向连接贯穿孔，可将等刚度弹簧架嵌入其中，并达到与相邻弹簧架相连的效果。

立柱、穿孔、滑杆用于组成在滑槽上方的夹臂保持架，限位横向移动的夹臂，并受执行气缸的内推与外拉的控制，其作用是实现每个齿轨单元的纵向约束，在齿轨车辆运行时，执行气缸内推，夹臂开始夹紧，与齿条两侧的单向齿接触，限制齿轨单元的纵向自由度，但在桥梁伸缩缝产生形变时，执行气缸外拉，夹臂与齿条分离，受齿块单元间弹性拉伸件的作用下，发生等量的位移。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (9)

1.一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，包括架设于桥梁之上的两条钢轨，两条钢轨的中央位置安装有齿轨(11)，所述钢轨和齿轨与桥梁的桥面之间均匀排布有轨枕(1)；其特征在于：

横跨桥梁伸缩缝位置处的齿轨为可变齿距齿轨(2)，可变齿距齿轨由多个齿轨单元(21)拼接而成，可变齿距齿轨对应桥梁伸缩缝的两侧均安装有可放开式齿轨夹臂装置(4)，可放开式齿轨夹臂装置(4)用于纵向约束和放松齿轨单元(21)；

所述齿轨单元(21)包括齿头(22)和齿座(23)，可变齿距齿轨(2)的两侧均安装有多个弹性拉伸件(6)，所述弹性拉伸件(6)位于相邻的齿座(23)之间；

可开放式齿轨夹臂装置(4)包括夹臂(5)，还包括驱动夹臂(5)压紧各个齿座(23)的气缸(41)，桥梁伸缩缝的位置安装有用于控制气缸(41)运作的位移传感器。

2.根据权利要求1所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：可变齿距齿轨底部对应伸缩缝的两侧均具有滑槽件(3)，桥面对应固定有用于安装滑槽件(3)的基座(4)，所述滑槽件(3)固定于基座(4)，所述滑槽件(3)开设有供各个齿轨单元(21)滑动的滑槽(31)。

3.根据权利要求2所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述滑槽(31)截面为T形，所述齿座(23)底部的两侧均设置有卡入T形槽中的滑板(24)。

4.根据权利要求2所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述滑槽件(3)对应可变齿距齿轨的两侧均固定有两根立柱(32)，所述立柱(32)开设有穿孔(33)，所述穿孔(33)中安装有可伸缩配合的滑杆(52)，所述滑杆(52)的一端固定于夹臂(5)，所述滑杆(52)的另一端固定于同一压板(53)，所述气缸(41)的输出端位于压板(53)中央，所述气缸(41)固定于安装板(42)，所述安装板(42)通过螺栓固定于轨枕(1)。

5.根据权利要求2所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述滑槽件(3)于下方两端设有横向挡肩(34)，所述基座(4)上方设有纵向挡肩(43)，用于与滑槽件(3)相互卡合。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述夹臂(5)对应的夹持侧具有轮齿(51)，所述齿座(23)对应的夹持侧具有与轮齿(51)相配合的齿条(26)。

7.根据权利要求6所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述齿条(26)为可拆卸安装，所述齿条(26)相对于夹持侧的背侧具有卡块(27)，所述卡块(27)截面为等腰梯形，所述齿座(23)设置有由上之下卡入卡块的卡槽(25)。

8.根据权利要求6所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述弹性拉伸件(6)包括固定于齿座(23)的柱头(61)，所述柱头(61)的两侧分别固定有套管(62)和光杆(63)，相邻的柱头(61)之间其对应的光杆(63)和套管(62)自由端相互套接，光杆(63)和套管(62)套接有弹簧(64)，所述弹簧(64)端部抵触于两侧柱头(61)。

9.根据权利要求8所述一种用于Strub齿轨铁路桥梁伸缩缝处的可变齿距齿轨，其特征在于：所述齿座(23)两侧的柱头(61)均连接有贯穿齿座(23)的连接杆(65)，所述齿座(23)开设有容纳连接杆(65)的贯穿孔，所述连接杆(65)轴线开设有螺纹孔，所述螺纹孔延伸穿过单侧柱头(61)，单侧柱头安装螺栓并穿过螺纹孔使连接杆(65)的对接端固定。

Images