CN114439889B - 一种齿轨车动力切换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种齿轨车动力切换系统，包括动力切换装置以及间隔安装于车轴上的齿轨驱动齿轮、车轴驱动齿轮和动力齿轮，所述动力切换装置包括第一齿圈、第二齿圈和轴向驱动机构，所述第一齿圈的内齿轮与齿轨驱动齿轮的外齿轮相啮合，所述第二齿圈的内齿轮与车轴驱动齿轮的外齿轮相啮合；所述动力齿轮设置于所述齿轨驱动齿轮和车轴驱动齿轮之间，所述动力齿轮的两侧面可分别与所述第一齿圈和第二齿圈的相对侧面通过花键啮合；所述轴向驱动机构可驱动第一齿圈和第二齿圈同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮与第一齿圈或与第二齿圈相啮合。通过轴向驱动机构同时驱动第一齿圈和第二齿圈运动，实现齿轨车动力平稳切换，结构更加简单可靠。

Description

一种齿轨车动力切换系统
技术领域
本发明涉及一种齿轨车动力切换系统，属于轨道车辆技术领域。
背景技术
目前，国内齿轨车处于起步阶段，如何实现齿轨车齿轨驱动齿轮和车轴驱动齿轮同轴驱动并且能够实现动力相互切换是一个难点。当齿轨车经过爬坡路段时，通过齿轨驱动齿轮驱动齿轨车；当齿轨车经过平路段时，通过车轴驱动齿轮驱动齿轨车。
中国发明专利申请公布号CN108167398A公开了一种齿轨列车动力切换装置，以使齿轨列车的齿轨驱动、轮轨驱动形成两个独立的状态，且在任意时刻仅有一种状态工作，避免车轴卡死现象的发生，且无空转能耗产生。包括间隔固定安装于车轴上的齿轨驱动齿轮、车轴驱动齿轮，以及其上设置动力切换装置的主传动轴。所述动力切换装置包括齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮、动力滑移套筒和操纵机构。所述齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮空套安装于主传动轴上，动力滑移套筒位于齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮之间，通过花键与主传动轴形成轴向滑移连接。所述动力滑移套筒两侧与齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮相邻的端面之间设置转速同步离合机构。所述操纵机构操纵动力滑移套筒沿主传动轴轴向移动，通过转速同步离合机构将动力传递至齿轨传动齿轮，或者将动力传递至车轴传动齿轮。该切换装置结构复杂，且稳定性不高。
发明内容
针对目前存在的问题以及现有技术的不足，本发明提供一种齿轨车动力切换系统，可以实现齿轨驱动齿轮和车轴驱动齿轮平稳切换，结构更加简单可靠。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种齿轨车动力切换系统，包括动力切换装置以及间隔安装于车轴上的齿轨驱动齿轮、车轴驱动齿轮和动力齿轮，其结构特点是：所述动力切换装置包括第一齿圈、第二齿圈和轴向驱动机构，所述第一齿圈的内齿轮与所述齿轨驱动齿轮的外齿轮相啮合，所述第二齿圈的内齿轮与所述车轴驱动齿轮的外齿轮相啮合；所述动力齿轮设置于所述齿轨驱动齿轮和车轴驱动齿轮之间，所述动力齿轮的两侧面可分别与所述第一齿圈和第二齿圈的相对侧面通过花键啮合；所述轴向驱动机构可驱动第一齿圈和第二齿圈同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮与第一齿圈或与第二齿圈相啮合；或者使得所述动力齿轮与第一齿圈相啮合或与第二齿圈相啮合或与第一齿圈和第二齿圈均不相啮合。
所述动力齿轮的动力通过所述第一齿圈传递到所述齿轨驱动齿轮或通过所述第二齿圈传递到所述车轴驱动齿轮。当所述轴向驱动机构驱动第一齿圈和第二齿圈同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮与第一齿圈侧面的花键相啮合时，由于第一齿圈的内齿轮与齿轨驱动齿轮的外齿轮相啮合，动力齿轮的动力可通过第一齿圈传递到齿轨驱动齿轮，由齿轨驱动齿轮驱动车轴运动；当所述轴向驱动机构驱动第一齿圈和第二齿圈同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮与第二齿圈侧面的花键相啮合时，由于第二齿圈的内齿轮与车轴驱动齿轮的外齿轮相啮合，动力齿轮的动力可通过第二齿圈传递到车轴驱动齿轮，由车轴驱动齿轮驱动车轴运动；如车轴需处于静止状态，可使得所述轴向驱动机构驱动第一齿圈和第二齿圈同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮侧面的花键与第一齿圈和第二齿圈侧面的花键均不相啮合。此时，动力齿轮的动力无法传递出去。通过轴向驱动机构同时驱动第一齿圈和第二齿圈运动，实现齿轨车动力平稳切换，结构更加简单可靠。且所述轴向驱动机构仅在切换时，提供作用力，可大大延长切换装置的使用寿命。
根据本发明的实施例，还可以对本发明中的轴向驱动机构作进一步的优化，以下为优化后形成的轴向驱动机构的技术方案：
优选地，所述轴向驱动机构包括第一拨叉、第二拨叉、第一支撑轴和动力轴，所述动力轴与电机的输出端相连接；所述第一拨叉的一端与所述第一齿圈的外侧以及所述第二拨叉的一端与所述第二齿圈的外侧均通过卡槽连接；所述第一拨叉的另一端固定连接有第一套筒，所述第二拨叉的另一端固定连接有第二套筒，所述第一拨叉、第二拨叉、第一套筒和第二套筒均套设在所述第一支撑轴上；所述第一套筒和第二套筒上均设有导向销，对应所述动力轴上分别设有导向槽，所述导向销可分别沿着导向槽运动；当所述电机驱动动力轴转动时，所述导向槽驱动导向销沿所述第一支撑轴的轴线运动，使得所述第一拨叉和第二拨叉同时沿所述支撑轴的轴线运动。
当通过电机输出端旋转带动动力轴转动时，动力轴上的导向槽带动导向销运动。导向销的运动为沿着动力轴的轴向运动和周向转动的复合运动，使得第一套筒和第二套筒沿着第一支撑轴做往复直线运动，使得第一拨叉和第二拨叉沿着第一支撑轴做往复直线运动，从而实现第一齿圈和第二齿圈的轴向直线运动。
为了更加直接的控制齿轨车的动力切换，优选的，还包括弹性止挡，所述弹性止挡包括弹簧和设置在弹簧一端的球头；所述动力轴上设有挡位控制卡圈，所述挡位控制卡圈沿周向依次设有齿轨挡卡槽、空挡卡槽和车轴挡卡槽；当所述动力轴转动时，所述球头可分别与所述齿轨挡卡槽、空挡卡槽和车轴挡卡槽相卡接。当所述球头与所述齿轨挡卡槽相卡接时，所述动力齿轮与第一齿圈侧面的花键相啮合，所述动力齿轮的动力通过第一齿圈传递到齿轨驱动齿轮，由齿轨驱动齿轮驱动车轴运动；当所述球头与所述空挡卡槽相卡接时，所述动力齿轮侧面的花键与第一齿圈和第二齿圈侧面的花键均不相啮合；当所述球头与所述车轴挡卡槽相卡接时，所述动力齿轮与第二齿圈侧面的花键相啮合，所述动力齿轮的动力通过第二齿圈传递到车轴驱动齿轮，由车轴驱动齿轮驱动车轴运动。通过设置弹性止挡，使得齿轨车的动力切换更加直接、便捷。每个档位调整到位后，弹性止档的球头卡在挡位控制卡圈对应卡槽内，保证第一拨叉和第二拨叉不发生轴向窜动，
具体的，所述第一支撑轴与动力轴平行设置。
优选的，所述轴向驱动机构还包括第二支撑轴，所述第二支撑轴与第一支撑轴平行设置；所述第一拨叉的另一端还固定连接有第三套筒，所述第二拨叉的另一端还固定连接有第四套筒，所述第一拨叉、第二拨叉、第三套筒和第四套筒均套设在所述第二支撑轴上。通过分别在第一拨叉和第二拨叉上设置两个套筒，使得拨叉沿轴向运动时，更加稳定可靠。
具体的，所述导向销分别设置在所述第一套筒和第四套筒或所述第二套筒和第三套筒上，对应所述动力轴上分别设有所述导向槽，所述导向销可分别沿着导向槽运动；当所述电机驱动动力轴转动时，所述导向槽驱动导向销同时沿所述第一支撑轴和第二支撑轴的轴线运动。将导向销分别设置在第一套筒和第四套筒或第二套筒和第三套筒上，这种错开对称设置，会使得装置更加美观。
具体的，所述第一套筒与所述第四套筒的长度相等，所述第二套筒与所述第三套筒的长度相等，所述第一套筒、第二套筒、第三套筒和第四套筒的直径均相等。
具体的，所述第一支撑轴与第二支撑轴长度相等。
具体的，还包括箱体，所述齿轨驱动齿轮、车轴驱动齿轮和动力齿轮、动力切换装置和弹性止挡装置均设置在所述箱体内。
综上，本发明提供的一种齿轨车动力切换系统，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)齿轨车动力切换系统通过轴向驱动机构实现齿轨车动力平稳切换，轴向驱动机构将电力的转动转化为沿轴向的直线运动，结构更加简单可靠。
(2)轴向驱动机构仅在动力切换时提供作用力，可大大延长切换装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一个实施例的齿轨驱动齿轮和车轴驱动齿轮动力切换示意图；
图2是图1的立体图；
图3是图1中轴向驱动机构的结构示意图；
图4是图3中轴向驱动机构与箱体的连接示意图；
图5是图3中第一拨叉示意图；
图6是图3中第二拨叉示意图；
图7是图3中动力轴示意图；
图8是图3中动力轴与弹性止挡的连接示意图；
图9是图1中拨叉与齿圈连接示意图。
在图中
1-车轴、2-齿轨驱动齿轮、3-车轴驱动齿轮、4-动力齿轮、5-动力切换装置、51-第一齿圈、52-第二齿圈、53-轴向驱动机构、531-第一拨叉、532-第二拨叉、533-第一支撑轴、534-动力轴、535-电机、536-第一套筒、537-第二套筒、538-导向销、539-导向槽、5310-第二支撑轴、5311-第三套筒、5312-第四套筒、6-弹性止挡、61-弹簧、62-球头、7-挡位控制卡圈、71-齿轨挡卡槽、72-空挡卡槽、73-车轴挡卡槽、8-箱体、9-花键。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1和图2所示，一种齿轨车动力切换系统，包括动力切换装置5以及间隔安装于车轴1上的齿轨驱动齿轮2、车轴驱动齿轮3和动力齿轮4。所述动力切换装置5包括第一齿圈51、第二齿圈52和轴向驱动机构53，所述第一齿圈51的内齿轮与所述齿轨驱动齿轮2的外齿轮相啮合，所述第二齿圈52的内齿轮与所述车轴驱动齿轮3的外齿轮相啮合。所述动力齿轮4设置于所述齿轨驱动齿轮2和车轴驱动齿轮3之间，所述动力齿轮4的两个侧面上均设有花键9。
如图3所示，所述轴向驱动机构轴向驱动机构53包括第一拨叉531、第二拨叉532、第一支撑轴533、第二支撑轴5310、动力轴534和弹性止挡6，所述动力轴534与电机535的输出端相连接。所述第一拨叉531的一端固定连接有第一套筒536和第三套筒5311，所述第二拨叉532的一端固定连接有第二套筒537和第四套筒5312。第一套筒536和第二套筒537均套设在所述第一支撑轴533上，第一套筒536和第二套筒537可沿第一支撑轴533进行轴向滑动。所述第三套筒5311和第四套筒5312均套设在所述第二支撑轴5310上，第三套筒5311和第四套筒5312可沿第二支撑轴5310进行轴向滑动。所述第一套筒536与所述第四套筒5312的长度相等，所述第二套筒537与所述第三套筒5311的长度相等，所述第一套筒536、第二套筒537、第三套筒5311和第四套筒5312的直径均相等。所述第一支撑轴533、第二支撑轴5310与动力轴534均平行设置且长度相等。所述第一套筒536和第四套筒5312上均设有导向销538，对应所述动力轴534上分别设有导向槽539，导向销538设于导向槽539内并可沿着导向槽539运动。导向槽539是由沿动力轴534轴向运动曲线和绕动力轴534周向运动曲线相合成的曲线槽，当电机535驱动动力轴534转动时，导向槽539可驱动导向销538沿轴向运动，从而驱动第一套筒536和第四套筒5312沿轴向运动。所述动力轴534上设有挡位控制卡圈7，所述挡位控制卡圈7可与所述弹性止挡6相卡接。
如图4所示，所述轴向驱动机构53设置在箱体8内，可对轴向驱动机构53以及与之相连接的部件等进行有效保护。
如图5所示，所述第一拨叉531的端部各通过四个螺栓分别固定连接有第一套筒536和第三套筒5311，所述第一套筒536上设有导向销538。如图6所示，所述第二拨叉532的端部各通过四个螺栓分别固定连接有第二套筒537和第四套筒5312，第四套筒5312上设有导向销538。
如图7和图8所示，所述动力轴534上分别设有导向槽539，所述动力轴534的中部设有挡位控制卡圈7，所述挡位控制卡圈7沿周向依次设有齿轨挡卡槽71、空挡卡槽72和车轴挡卡槽73。所述弹性止挡6包括弹簧61和设置在弹簧61端部的球头62，所述球头62可分别与所述齿轨挡卡槽71、空挡卡槽72和车轴挡卡槽73相卡接。通过电机535驱动动力轴534使得球头62与齿轨挡卡槽71相卡接，使得动力齿轮4的一侧面与所述第一齿圈51通过花键9相啮合，动力齿轮4驱动齿轨驱动齿轮2工作使得车轴1转动；通过电机535驱动动力轴534使得球头62与空挡卡槽72相卡接，使得动力齿轮4的两侧面均不与第一齿圈51和第二齿圈52相接触，动力齿轮4的动力无法传递出去使得车轴1无法转动；通过电机535驱动动力轴534使得球头62与车轴挡卡槽73相卡接，使得动力齿轮4的一侧面与所述第二齿圈52通过花键9相啮合，动力齿轮4驱动车轴驱动齿轮3工作使得车轴1转动。通过设置弹性止挡6与不同的挡位卡槽相卡接，实现齿轨车的动力切换。每个档位调整到位后，球头62卡在挡位控制卡圈7对应卡槽内，保证第一拨叉531和第二拨叉532不发生轴向窜动。
如图9所示，所述第一拨叉531的另一端与所述第一齿圈51的外侧以及所述第二拨叉532的另一端与所述第二齿圈52的外侧均通过卡槽连接，第一齿圈51、第二齿圈52可以随着第一拨叉531、第二拨叉532沿轴向移动。所述第一齿圈51和第二齿圈52的相对侧面上均设有花键9，所述动力齿轮4的两侧面可分别与所述第一齿圈51或第二齿圈52的相对侧面通过花键9啮合。
当齿轨车需处于齿轨挡时，启动电机535旋转带动动力轴534转动，使得球头62与齿轨挡卡槽71相卡接。动力轴534的周向转动通过导向槽539使得导向销538沿轴向做直线运动，从而使得第一套筒536和第四套筒5312沿轴向做直线运动，与之相连接的第一拨叉531和第二拨叉532同时沿轴向做直线运动，使得第一齿圈51与动力齿轮4的相对侧面通过花键9相啮合，将动力齿轮4的动力通过第一齿圈51传递给齿轨驱动齿轮2，使得齿轨车处于齿轨挡状态。
当齿轨车需处于空挡时，启动电机535旋转带动动力轴534转动，使得球头62与空挡卡槽72相卡接。动力轴534的周向转动通过导向槽539使得导向销538沿轴向做直线运动，从而使得第一套筒536和第四套筒5312沿轴向做直线运动，与之相连接的第一拨叉531和第二拨叉532同时沿轴向做直线运动，使得动力齿轮4侧面的花键9均不与第一齿圈51和第二齿圈52侧面的花键9相啮合，动力齿轮4的动力无法传递出去，使得齿轨车处于空挡状态。
当齿轨车需处于车轴挡时，启动电机535旋转带动动力轴534转动，使得球头62与车轴挡卡槽73相卡接。动力轴534的周向转动通过导向槽539使得导向销538沿轴向做直线运动，从而使得第一套筒536和第四套筒5312沿轴向做直线运动，与之相连接的第一拨叉531和第二拨叉532同时沿轴向做直线运动，使得第二齿圈52与动力齿轮4的相对侧面通过花键9相啮合，将动力齿轮4的动力通过第二齿圈52传递给车轴驱动齿轮3，使得齿轨车处于车轴挡状态。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种齿轨车动力切换系统，包括动力切换装置（5）以及间隔安装于车轴（1）上的齿轨驱动齿轮（2）、车轴驱动齿轮（3）和动力齿轮（4），其特征在于：
所述动力切换装置（5）包括第一齿圈（51）、第二齿圈（52）和轴向驱动机构（53），所述第一齿圈（51）的内齿轮与所述齿轨驱动齿轮（2）的外齿轮相啮合，所述第二齿圈（52）的内齿轮与所述车轴驱动齿轮（3）的外齿轮相啮合；
所述动力齿轮（4）设置于所述齿轨驱动齿轮（2）和车轴驱动齿轮（3）之间，所述动力齿轮（4）的两侧面分别与所述第一齿圈（51）和第二齿圈（52）的相对侧面通过花键（9）啮合；
所述轴向驱动机构（53）可驱动第一齿圈（51）和第二齿圈（52）同时沿轴向运动，使得所述动力齿轮（4）与第一齿圈（51）或与第二齿圈（52）相啮合或与第一齿圈（51）和第二齿圈（52）均不相啮合。
2.根据权利要求1所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述轴向驱动机构（53）包括第一拨叉（531）、第二拨叉（532）、第一支撑轴（533）和动力轴（534），所述动力轴（534）与电机（535）的输出端相连接；所述第一拨叉（531）的一端与所述第一齿圈（51）的外侧以及所述第二拨叉（532）的一端与所述第二齿圈（52）的外侧均通过卡槽连接；所述第一拨叉（531）的另一端固定连接有第一套筒（536），所述第二拨叉（532）的另一端固定连接有第二套筒（537），所述第一拨叉（531）、第二拨叉（532）、第一套筒（536）和第二套筒（537）均套设在所述第一支撑轴（533）上；所述第一套筒（536）和第二套筒（537）上均设有导向销（538），对应所述动力轴（534）上分别设有导向槽（539），所述导向销（538）可分别沿着导向槽（539）运动；当所述电机（535）驱动动力轴（534）转动时，所述导向槽（539）驱动导向销（538）沿所述第一支撑轴（533）的轴线运动，使得所述第一拨叉（531）和第二拨叉（532）同时沿所述支撑轴（533）的轴线运动。
3.根据权利要求2所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：还包括弹性止挡（6），所述弹性止挡（6）包括弹簧（61）和设置在弹簧（61）一端的球头（62）；所述动力轴（534）上设有挡位控制卡圈（7），所述挡位控制卡圈（7）沿周向依次设有齿轨挡卡槽（71）、空挡卡槽（72）和车轴挡卡槽（73）；当所述动力轴（534）转动时，所述球头（62）可分别与所述齿轨挡卡槽（71）、空挡卡槽（72）和车轴挡卡槽（73）相卡接。
4.根据权利要求2所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述第一支撑轴（533）与动力轴（534）平行设置。
5.根据权利要求4所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述轴向驱动机构（53）还包括第二支撑轴（5310），所述第二支撑轴（5310）与第一支撑轴（533）平行设置；所述第一拨叉（531）的另一端还固定连接有第三套筒（5311），所述第二拨叉（532）的另一端还固定连接有第四套筒（5312），所述第一拨叉（531）、第二拨叉（532）、第三套筒（5311）和第四套筒（5312）均套设在所述第二支撑轴（5310）上。
6.根据权利要求5所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述导向销（538）分别设置在所述第一套筒（536）、第二套筒（537）和第四套筒（5312）或所述第一套筒（536）、第二套筒（537）和第三套筒（5311）上，对应所述动力轴（534）上分别设有所述导向槽（539），所述导向销（538）可分别沿着导向槽（539）运动；当所述电机（535）驱动动力轴（534）转动时，所述导向槽（539）驱动导向销（538）同时沿所述第一支撑轴（533）和第二支撑轴（5310）的轴线运动。
7.根据权利要求6所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述第一套筒（536）与所述第四套筒（5312）的长度相等，所述第二套筒（537）与所述第三套筒（5311）的长度相等，所述第一套筒（536）、第二套筒（537）、第三套筒（5311）和第四套筒（5312）的直径均相等。
8.根据权利要求7所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：所述第一支撑轴（533）与第二支撑轴（5310）长度相等。
9.根据权利要求1～8任一项所述的齿轨车动力切换系统，其特征在于：还包括箱体（8），所述齿轨驱动齿轮（2）、车轴驱动齿轮（3）和动力齿轮（4）、动力切换装置（5）和弹性止挡（6）均设置在所述箱体（8）内。
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