CN114481719B - 一种齿轮入齿缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮入齿缓冲装置，用于齿轨轨道，其中，齿轨轨道由用于引导的铁轨和用于牵引的齿轨构成，该齿轮入齿缓冲装置布设在针对用于牵引的齿轨的驶入端，其可以包括：引导齿条，其沿齿轨的长度方向布设并具有沿其长度方向间隔排布的若干轨齿；以及复位组件，其与引导齿条弹性相连并配置在其长度方向两端，其中，在引导齿条承受经由其牵引的车辆所引入的至少包括垂直于轨齿齿顶面的负荷时，复位组件是仅通过在一个平面之内的至少三个受力点来限制引导齿条沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动的。

Description

一种齿轮入齿缓冲装置

技术领域

本发明涉及齿轨铁路技术领域，尤其涉及一种齿轮入齿缓冲装置。

背景技术

齿轨铁路是一种登山铁路。一般铁路可以攀爬的斜坡坡度约为4%至6%，而齿轨铁路在普通路轨中间的轨枕上，另外设置一条特别的齿条齿轨。行走齿轨铁路的机车，配备了一个或多个齿轮，跟齿条齿轨啮合行走。这样机车便能克服黏着力不足的问题，从而助列车驶上坡度达48%的陡峭斜坡。

在齿轨车辆进行爬坡时，可通过齿轮与齿轨啮合以克服钢轮与钢轨之间粘着力不足的问题，而当齿轮与齿轨啮合不准确时，有可能造成顶齿现象，将直接影响到车辆的运行平稳及安全性，故通常需要借助齿轨入轨装置来使齿轨车辆能够顺利从从轨段进入齿轨段。

为此，现有技术提供了大量的齿轨导入或过渡装置来辅助齿轨车辆的过渡及行进。但是目前多数齿轨导入装置的装置结构和连接关系极为复杂，具有较高的设计制造和运营维护成本，并且一旦损坏便很难维修更换；其次，在齿轨车辆刚进入齿轨导入装置的瞬间，容易产生卡顿迟滞现象，不利于齿轮与齿条间的持续啮合。

除此之外，现有技术的问题还包括弹性势能件的设置位置、方向单一，相应的防窜动效力十分有限，防窜动多依赖位置固定的刚性构件（例如支撑臂、限位挡板），当过渡段齿轨在齿轨列车作用下交替或同时产生沿各个方向的窜动（例如沿齿轨长度方向的第一窜动、沿齿轨宽度方向的第二窜动以及沿齿轨高度方向的第三窜动）时，由于过渡段齿轨两侧的刚性防窜动构件的限制作用，加之各压缩弹簧结构和方位限制，各压缩弹簧至少在前后及左右方向上的形变量是极其有限的，由于刚性构件往往不具备自行复原的能力，当过渡段齿轨使用周期过长导致结构老旧或是遭受剧烈冲击致使过渡段齿轨两侧的刚性防窜动构件产生不可逆转的损伤形变之时，刚性防窜动构件很可能脱离原有的固定点位或是原有的防窜动作用大幅削弱，这将导致其在限制过渡段齿轨前后、左右窜动方面的效力显著减弱，而此时仅依靠过渡段齿轨侧面的单个压缩弹簧则很难维持过渡段齿轨的原有位置，无法有效限制其窜动，且由于刚性防窜动构件的结构特性，也限制了相应压缩弹簧的自由形变幅度，致使其无法在刚性防窜动构件受损之时，弥补其在防过渡段齿轨窜动方面的强度缺失。

其次，多数现有齿轨导入装置对于过渡段齿轨的窜动限制作用基本依赖于过渡段齿轨两侧的刚性防窜动构件，尤其是在齿轨列车齿轮与过渡段齿轨接触瞬间，刚性防窜动构件往往会与过渡段齿轨产生较为生硬强烈的冲击，再加之若车速较快，则该冲击将更为明显，使得列车内部乘客有强烈的冲击震荡感。特别地，冲击震荡不仅容易导致乘客的身心不适，且尤其是当齿轨列车的始发路段具有一定坡度时，此冲击震荡的效果可能会被进一步放大，可能产生预期外的人身风险。再者，随着齿轨列车沿过渡段齿轨长度方向的持续移动，防窜动构件蓄积的应变势能持续累积并至少在齿轨列车齿轮位移至过渡段齿轨驶出端之时达到峰值，而当齿轨列车驶出后，与压缩弹簧不同，其内部应变势能的释放是瞬间的，不具有明显的缓释效果，此时将产生类似猛拉过渡段齿轨的现象，致使齿轨列车在脱离过渡段齿轨进入齿条导轨的阶段中，可能会再次产生相应的拉扯感，阻碍齿轨列车从从轨段过渡至齿轨段，而且随着齿轨列车的持续移动，一旦刚性防窜动构件产生一定幅度的形变受损，该受损将随所述齿轨列车的持续移动而持续扩大，且往往无法逆转，其对应的防窜动能力也将随之持续减弱甚至消失，而其余弹簧复位件也无法充分发挥其限制作用。

此外，刚性防窜动构件通常是基于在齿轨列车驶入期间对过渡段齿轨进行全方位的模拟受力分析而定制获得的，基本是与过渡段齿轨配套设计制造的，若刚性防窜动构件受损，则涉及到大量细小精密零部件的维护更换，无疑会增加制造运营成本，并且仅以单个细微零部件而言，就可能需要以数十分钟为单位的更换时间，并且还涉及到需要对过渡段齿轨及刚性防窜动构件的位置关系作出相应调整，对于日常齿轨列车的运营维护，尤其是对于齿轨列车换线或换乘而言，一旦涉及细微零部件的更换，就会增加较长的等待时间，为乘客带来诸多不便。因此，现有技术仍有亟待解决的至少一个或多个技术问题。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种齿轮入齿缓冲装置，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于齿轨轨道的齿轮入齿缓冲装置，其中，齿轨轨道由用于引导的铁轨和用于牵引的齿轨构成，该齿轮入齿缓冲装置布设在针对用于牵引的齿轨的驶入端，其包括：

引导齿条，其沿齿轨的长度方向布设并具有沿其长度方向间隔排布的若干轨齿；以及

复位组件，其与引导齿条弹性相连并配置在其长度方向两端，其中，在引导齿条承受经由其牵引的车辆所引入的至少包括垂直于轨齿齿顶面的负荷时，复位组件是仅通过在一个平面之内的至少三个受力点来限制引导齿条沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动的。

优选地，复位组件包括：

竖直设置的第一弹性势能件，其联结至引导齿条沿宽度方向的两侧，

水平设置的第二弹性势能件，其至少一端联结至引导齿条沿长度方向至少一端对侧，

金属板体，其与第二弹性势能件的至少另一端联结固定。

优选地，复位组件能够基于由引导齿条与列车齿轮间的相对移动而产生的至少部分伸缩形变蓄积与伸缩形变相关的弹性作用力，并至少能够通过该弹性作用力使引导齿条在处于所述位移窜动前后的至少两个位置之间移动。

优选地，本发明的缓冲装置还包括：

至少一个回转滚筒，对应设于引导齿条远离于齿轨的一端，其中，回转滚筒以与引导齿条的轨齿平行的方式在引导齿条宽度方向上延伸，并可转动地连接至引导齿条。

优选地，本发明的缓冲装置还包括：

安装底座，对应设于引导齿条沿宽度方向的两侧，且同第一弹性势能件联结固定。

优选地，在引导齿条与列车齿轮产生相对移动之前，引导齿条处于沿其长度方向上的第一位置；

在该相对移动产生之时，引导齿条至少在列车齿轮作用下沿其长度方向由第一位置位移至第二位置；

在引导齿条与列车齿轮分离后，引导齿条至少能够基于复位组件因相对移动而蓄积的弹性作用力从第二位置经由第一位移后恢复至第一位置。

优选地，在引导齿条与列车齿轮产生相对移动之前，引导齿条处于沿其宽度方向上的第三位置；

在该相对移动产生之时，引导齿条至少在列车齿轮作用下沿其宽度方向由第三位置位移至第四位置；

在引导齿条与列车齿轮分离后，引导齿条至少能够基于复位组件因相对移动而蓄积的弹性作用力从第四位置经由第二位移后恢复至第三位置。

优选地，在引导齿条因其与列车齿轮间的相对运动而产生沿自身长度和/或宽度方向上的至少部分位移窜动之时，复位组件的至少第一弹性势能件能够基于位移窜动而产生使引导齿条向列车齿轮方向抵靠的弹性作用力。

优选地，在列车齿轮与引导齿条的驶入端或驶出端接触之时，复位组件至少能够基于因引导齿条与列车齿轮间的相对移动产生的弹性作用力而使引导齿条于竖直平面内的至少两个彼此不同的位置之间转动。

优选地，第一弹性势能件和第二弹性势能件的弹性模量以及回转滚筒的抗冲击强度与引导齿条的沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动量呈负相关关系。

优选地，齿轨轨道还包括：

布设于齿轨下方的多个轨道枕木，沿齿轨轨道长度方向间隙设置并在齿轨轨道宽度方向上延伸；

布设在沿齿轨宽度方向两侧的铁轨；

布设在两条铁轨各自相对一侧的轨条。

在本发明中，通过配置在引导齿条驶入端和驶出端的第一弹性势能件和第二弹性势能件能够协同限制引导齿条于其长度方向上的第一窜动量、宽度方向上的第二窜动量以及高度方向上的第三窜动量。由于仅通过单一结构或配置方式的弹簧来限制引导齿条的窜动时，对相应弹簧的强度或刚度要求极高，故对应的设计制造要求及成本极高，并且单一结构或配置方式的弹簧由于自身位置及结构的限制其效力通常有限。本发明中，通过多个以不同位置及角度进行排布的弹簧来限制引导齿条的窜动时，能够降低针对单一弹簧的高强度要求，以降低设计制造成本及难度，并且对于弹簧的更换维护而言是相对耗时较少且容易完成的，不会增加过多的维护时间，尤其是减少无效的等待时间。

进一步地，通过多个方位不同的弹簧能够弥补单一弹簧在限制引导齿条于不同方向窜动时的强度缺失，且更为重要的是，弹簧具备更大的形变范围，自由度更高，适应性更强，能够顺应引导齿条在水平面和/或竖直平面内的沿多个方向的交替或同时窜动，尤其是在齿轨列车始发路面非平整路面的状况下，引导齿条的窜动方向或位移并不会完全符合预期或期望的路径，因此多个弹簧基于自身柔性伸缩特性带来的自适应能力能够协同配合以使引导齿条与齿轮间的接触啮合更加顺畅，与此相反的是，现有导轨入齿装置的刚性防窜动构件多是期望引导齿条在其限定的空间内进行移动或窜动以减少窜动量确保安全，然而对于一些特殊的例如坡面、拐角路面而言，在限定的空间内按照期望或限制的路径进行移动或窜动很可能导致的是引导齿条因路面障碍而无法顺利窜动及复位，而随着齿轨列车与引导齿条间的持续啮合及相对移动，可能会导致引导齿条与齿轮之间错位啮合甚至卡死，致使齿轨列车无法继续前行，而在无法前行的情况下，则可能涉及到重启齿轨列车或借助外力使其恢复正常运行，然而这不仅会耗费大量时间和人力，还有可能造成预期外的风险（例如齿轨列车重启瞬间沿坡道发生类似于车辆溜坡的下坠现象），而弹簧则能够基于自身的弹性自适应性而反过来适应齿轨列车在不同路面状况下行驶时，引导齿条的各种位移/窜动状况，保证引导齿条与齿轮间的顺利啮合，并且不过分限制引导齿条的窜动及复位，以使其复位方式更加自由且具备更强的适应性，同时保证齿轨列车行驶的流畅性，以使齿轨列车能够顺利经由引导齿条顺利从轮轨段过渡至齿轨段内。

最后，弹簧具备较优的形变复原能力，在基于形变作用力限制引导齿条的窜动的同时，能够充分缓慢地随着自身伸缩延展而逐渐蓄积弹性势能，而且对于引导齿条的接触限制作用也不会过分生硬强烈，尤其是在齿轨列车进入引导齿条驶入端和驶出引导齿条的瞬间，不会导致蓄积势能的瞬间增加或消失，能够降低强烈明显的震荡冲击感，特别是在列车内部载有乘客时，承载人员也不会产生明显不适。其次，借助于弹簧的柔性伸缩特性及其弹性作用力，在限制引导齿条窜动的同时，多个布置方式不同的弹簧能够提供多个角度的外力或合力，使得齿轨列车的齿轮能够与引导齿条的轨齿充分接触抵靠，以增加彼此的啮合程度，降低齿轮与引导齿条轴线脱离的概率，有助于齿轨列车顺利从从轨段过渡至齿轨段。此外，基于弹簧的柔性伸缩特性，通过多个布置方式不同的弹簧能够从多个方向有效缓解齿轨列车进入引导齿条阶段对于齿轨轨道及齿条的强烈冲击，并且能够减小冲击，并调节齿轮与轨齿的相对位置，使得齿轮与轨齿间的啮合以及相对位置的调节更加平滑流畅，减少卡顿等现象的产生。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的齿轮入齿缓冲装置的安装示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的齿轮入齿缓冲装置的侧视结构示意图；

图3是根据本发明实施例所述的齿轨车辆在坡道上的受力分析示意图。

附图标记列表

100：复位组件；101：轨道枕木；102：车轮；103：铁轨；104：轨条；105：引导齿条；106：固定基座；107：第一弹性势能件；108：第二弹性势能件；109：金属板体；110：底座；111：回转滚筒；112：列车齿轮；113：连接轴。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供了一种齿轮入齿缓冲装置，如图1所示，该齿轮入齿缓冲装置可应用于齿轨铁路，且具体布设在齿轨铁路的齿轨（图中未示出）驶入端。具体地，本发明的齿轮入齿缓冲装置可以包括以下部件之一：

布设在沿齿轨长度方向其中一端的引导齿条5，具有沿其长度方向间隔排布的若干轨齿；

复位组件100，与引导齿条105相连并配置在其轴向两端，用于限制引导齿条5在沿其长度、宽度和/或高度方向上的位移窜动量，并能够使经历一定位移窜动的所述引导齿条5复位至原有位置。

根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，复位组件100至少包括布设在引导齿条105两端部处的金属板体109和多个弹性势能件。具体地，金属板体109设在引导齿条105的沿长度方向的两端对侧。且优选地，可通过螺栓及固定座将金属板体109与地面进行联结以将其固定至引导齿条105端部对侧。

进一步地，如图1和图2所示，弹性势能件可以包括第一弹性势能件107和第二弹性势能件108。至少两个第一弹性势能件107按照沿引导齿条105高度方向延伸的方式连接至引导齿条105沿宽度方向的两侧。且具体地，两个第一弹性势能件107配置在引导齿条105驶入端和驶出端两侧。此外，至少一个第二弹性势能件108按照沿引导齿条105长度方向延伸的方式连接于引导齿条105和金属板体109之间。优选地，第一弹性势能件107和第二弹性势能件108可以为压缩弹簧。

根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，复位组件100还可以包括布设在引导齿条105端部两侧且与地面联结固定的固定基座106。具体地，该固定基座106与第一弹性势能件107其中一端连接固定，以至少基于其与地面联结固定的作用力约束第一弹性势能件107的形变拉伸幅度，从而限制引导齿条105的位移窜动。

根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，引导齿条105远离于齿轨的一端设置有至少一个回转滚筒111。具体地，该回转滚筒111与引导齿条105的若干轨齿平行，并且其轴向两端可转动地连接至引导齿条105。

特别地，在齿轨列车驶入引导齿条105的瞬间，引导齿条105端部的回转滚筒111能够大幅减轻列车齿轮112与引导齿条105的轨齿初始接触时刻产生的巨大摩擦。

根据一种优选实施方式，在设计本发明的齿轮入齿缓冲装置时，需要考虑回转滚筒111和第一弹性势能件107及第二弹性势能件108（弹簧）的形变和承载能力，可参考图3所示的齿轨列车在一坡道（具有坡度角θ）上的受力分析图，具体设计步骤可包括：

S100：根据图中齿轨车辆的受力关系建立受力平衡方程：

其中，ｍ为齿轨车辆总质量，α为加速度，μ为齿面摩擦系数，ｇ为重力加速度，θ为坡度角，Ｆ为驱动力；

S200：根据受力平衡方程求解各个方向上的分力，其中，

齿轮受沿斜面向上的力为

，

齿轮受垂直斜面向下的力为

；

S300：根据受力分析求解各弹簧的设计参数，其中，Ｆ _ｘ 即为水平放置的第二弹性势能件108所承受压力，Ｆ _ｙ 即为竖直放置的第一弹性势能件107所承受压力，而相应弹簧的承载能力需满足：

其中，ｎ_１为水平放置的第二弹性势能件108的个数，ｍ_１为水平放置的第二弹性势能件108的质量，Ｃ_１为水平放置的第二弹性势能件108的阻尼系数，Ｋ_１为水平放置的第二弹性势能件108的刚度系数，Δｘ_１为水平放置的第二弹性势能件108的形变量；ｎ_２为竖直放置的第一弹性势能件107的个数，ｍ_２为竖直放置的第一弹性势能件107的质量，Ｃ_２为竖直放置的第一弹性势能件107的阻尼系数，Ｋ_２为竖直放置的第一弹性势能件107的刚度系数，Δｘ_２为竖直放置的第一弹性势能件107的形变量。优选地，根据上述方程可求解出沿不同方位放置的形变件的数量及其相应参数。

以及根据上述受力平衡方程求解回转滚筒111的设计参数：

入轨瞬间回转滚筒111所受冲击力可根据动量定理求碰撞瞬间的受力，即

其中，Ｆ为回转滚筒111所受合外力，ｍ为回转滚筒111的质量，Δν为速度变化量，Δｔ为合外力作用时间。特别地，回转滚筒111的承载能力需满足：Ｆ´＞Ｆ，故可进一步根据回转滚筒111受力情况来计算回转滚筒111的抗冲击强度，从而完成滚筒参数设计。

根据一种优选实施方式，如图1所示，齿轨轨道包括：

若干轨道枕木101，沿齿轨轨道长度方向间隙设置并在齿轨轨道宽度方向上延伸；

至少两条铁轨103，按照彼此并行的方式布设在轨道枕木101上方；

齿轨，布设在两条铁轨103之间。

根据一种优选实施方式，如图1所示，铁轨103用于承载齿轨车辆底部车轮102，并与行进中的车轮102产生相对滑动。齿轨主要用于承载齿轨车辆的列车齿轮112。

根据一种优选实施方式，如图1所示，齿轨车辆两侧的车轮102通过其间一连接轴113相连，该连接轴113能够在电机驱动下驱动所述车轮102转动以使齿轨车辆在铁轨103上行进。

根据一种优选实施方式，如图1所示，列车齿轮112套设在连接轴113的周向外侧，在齿轨车辆驶入齿轨之时，列车齿轮112的齿顶能够与齿轨的轨齿接触啮合。

根据一种优选实施方式，如图1所示，齿轨轨道还包括轨条104，其布设在两条铁轨103的相对一侧，并与铁轨103同向延伸。优选地，轨条104可将脱轨车轮引导并限制于轨条104与铁轨103之间的轮缘槽内继续滚出，以免齿轨车辆向旁偏离撞击，造成严重事故。此外，也可辅助已脱轨的齿轨车辆的车轮102重新爬上铁轨103。

根据一种优选实施方式，第一弹性势能件107和第二弹性势能件108在列车齿轮112与引导齿条105之间产生相对移动的状态下，会沿引导齿条105长度和/或宽度方向产生一定量的位移形变，且因所述位移形变而产生沿引导齿条105长度和/或宽度方向的弹性作用力。优选地，在齿轨车辆与引导齿条105接触啮合，并与引导齿条105产生相对移动时，通过该基于位移形变而产生的弹性作用力能够限制所述引导齿条105沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动量，并使引导齿条105恢复至原有位置。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮112与引导齿条105接触啮合且发生相对移动之前，引导齿条105位于沿其长度方向上的第一位置。进一步地，在列车齿轮112与引导齿条105接触啮合且发生相对移动之时，由所述相对移动产生的机械作用力驱使引导齿条105沿其长度方向产生至少部分位移。即，由于列车齿轮112与引导齿条105间的相对运动使引导齿条105沿其长度方向由第一位置位移至第二位置处。为了便于说明，将引导齿条105沿其长度方向上的位移定义为第一位移。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮112与引导齿条105彼此分离后，至少可凭借所述第一弹性势能件107、第二弹性势能件108及金属板体109蓄积的应变势能驱使引导齿条105从第二位置经由与第一位移反向的至少部分位移后恢复至第一位置。

根据一种优选实施方式，在引导齿条105沿其长度方向产生第一位移之时，至少能够通过引导齿条105端部处的第二弹性势能件108及金属板体109限制该引导齿条105沿其长度方向的第一位移量。且特别地，在引导齿条105产生第一位移的同时，金属板体109能够基于同地面联结的作用力来限制第二弹性势能件108的形变拉伸幅度，并进一步通过第二弹性势能件108约束引导齿条105的位移窜动量。

根据一种优选实施方式，在仅通过金属板体109限制引导齿条105位移窜动时，引导齿条105及金属板体109所具备的刚性特质往往会导致在两者持续接触挤压的过程中，金属板体109与引导齿条105产生类似硬碰硬的撞击现象，致使金属板体109对于引导齿条105的限制效果非常生硬，并同时带有强烈冲击，而这种硬性摩擦碰撞可能对引导齿条105或金属板体109的结构造成不可逆的损伤破坏。优选地，通过第二弹性势能件108能够缓慢蓄积并释放引导齿条105与列车齿轮112相对运动过程中所蓄积的应变势能。

根据一种优选实施方式，借助于第二弹性势能件108的柔性特性，使得其内部随引导齿条105的持续位移而蓄积的弹性势能可充分在其结构内部以平缓柔和的方式蓄积并释放，没有瞬时强烈的冲击。特别地，金属板体109可限制其联结的第二弹性势能件108在沿引导齿条105长度和/或宽度方向上的形变拉伸幅度，以保证第二弹性势能件108不产生过分形变拉伸从而维持对于引导齿条105的限制及复位作用。

根据一种优选实施方式，位于引导齿条105端部两侧的第一弹性势能件107可以缓冲齿轨列车从黏着路段（从轨段）驶入齿轨路段时的冲击压力，并至少限制引导齿条105沿其宽度和长度方向上的位移量。

具体地，在列车齿轮112与引导齿条105接触啮合且发生相对移动之前，引导齿条105位于沿其宽度方向上的第三位置。进一步地，在列车齿轮112与引导齿条105接触啮合且产生相对移动之时，由所述相对移动产生的机械作用力驱使引导齿条105沿其宽度方向产生至少部分位移。即，由于列车齿轮112与引导齿条105间的相对运动使得引导齿条105沿其宽度方向由第三位置位移至第四位置处。且为了便于理解，将引导齿条105沿其宽度方向上的位移定义为第二位移。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮112与引导齿条105彼此分离后，至少可凭借第一弹性势能件107、第二弹性势能件108以及金属板体109蓄积的应变势能而使引导齿条105从第四位置经由与第二位移反向的至少部分位移后复位至第三位置。

特别地，引导齿条105于其长度方向上的第一位置和于其宽度方向上的第三位置可以是相同或不相同的，仅是为了便于说明引导齿条105在与列车齿轮112接触并产生相对移动过程中，在不同方向上的位置变化。

根据一种优选实施方式，引导齿条105于其长度和/或宽度方向上的位移量至少关联于第一弹性势能件107、第二弹性势能件108的弹性模量以及回转滚筒111的抗冲击强度。且优选地，第一弹性势能件107、第二弹性势能件108的弹性模量和/或回转滚筒111的抗冲击强度越大，则意味着使其产生形变的应力也越大，同时产生形变的难度也越大。而在外界应力一定的情况下，第一弹性势能件107、第二弹性势能件108的弹性模量和/或回转滚筒111的抗冲击强度越大，则能够产生的形变幅度越小。换而言之，第一弹性势能件107、第二弹性势能件108的弹性模量和/或回转滚筒111的抗冲击强度与引导齿条105沿其长度和/或宽度方向上的位移量呈负相关关系。

根据一种优选实施方式，在引导齿条105的布置路段非完全平整地面的情况下，随着齿轨列车在引导齿条105上的持续移动，引导齿条105在沿其宽度方向上的位移量可能会随之增大，进一步会导致列车齿轮112与引导齿条105的轴线彼此脱离，使得引导齿条105的至少部分轨齿与列车齿轮112的齿顶未完全接触及啮合。当列车齿轮112与引导齿条105未完全接触及啮合时，齿轨列车则无法顺利从从轨段过渡至齿轨内，且若彼此脱离的部分过多则有可能导致列车齿轮112脱轨，产生安全事故。

根据一种优选实施方式，布设在引导齿条105端部两侧的第一弹性势能件107能够有效减少引导齿条105于其宽度方向上的位移量，以保持引导齿条105与列车齿轮112各自的中心轴线彼此重合，使得引导齿条105的轨齿能够与列车齿轮112的顶齿完全接触并啮合。

根据一种优选实施方式，当引导齿条105的布置路段非完全平整的路段时，第一弹性势能件107可同其联结的固定基座106限制引导齿条105沿其宽度方向上的位移窜动，以降低引导齿条105与列车齿轮112彼此脱离的概率。进一步地，在通过第一弹性势能件107限制引导齿条105于其宽度方向上的位移窜动时，第二弹性势能件108至少部分会随着引导齿条105产生的所述位移窜动而沿引导齿条105宽度方向产生一定伸缩形变，并且因该伸缩形变而蓄积的弹性势能可进一步限制引导齿条105沿其宽度方向上的位移量。

根据一种优选实施方式，在仅通过单一配置方式的弹性势能件来限制引导齿条105沿其长度和/或宽度方向的位移窜动时，由于相应弹性势能件承担着防止引导齿条105与列车齿轮112脱离，甚至是脱轨的作用，故相应弹性势能件需要具备非常高的耐受力及抗拉强度，因此相应的设计制造要求及其成本极高。此外，在通过单一配置方式的弹性势能件来限制引导齿条105沿其长度和/或宽度方向的位移窜动时，由于相应弹性势能件的空间位置及配置结构的局限性，在限制引导齿条105位移窜动时的限制效力是十分有限的。

换而言之，第一弹性势能件107和第二弹性势能件108可基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能以及同地面联结固定的机械作用力来限制引导齿条105于其长度和/或宽度方向上的位移窜动。特别地，在引导齿条105产生沿其宽度方向上的第二位移，且第一弹性势能件107和第二弹性势能件108通过自身伸缩形变而蓄积的弹性势能来限制引导齿条105的所述位移窜动的同时，第一弹性势能件107可因所述伸缩形变而产生一沿引导齿条105高度方向上的弹性作用力，以使得第一弹性势能件107至少能够基于该弹性作用力而推动引导齿条105向列车齿轮112所在方向抵靠。即，第一弹性势能件107在限制引导齿条105从第三位置沿自身宽度方向发生第二位移的同时，可沿引导齿条105高度方向增强引导齿条105与列车齿轮112间的接触啮合程度。

另一方面，在引导齿条105产生沿其长度方向上的第一位移时，第一弹性势能件107也可基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能协同第二弹性势能件108来限制引导齿条105于其长度方向上的位移窜动量。并且，第一弹性势能件107因自身的伸缩形变而产生一沿引导齿条105高度方向的弹性作用力，并可通过该弹性作用力驱动引导齿条105向列车齿轮112所在方向移动，从而增强引导齿条105的轨齿与列车齿轮112的齿顶之间的接触啮合程度。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮112与引导齿条105接触的瞬间，例如尤其是与引导齿条105驶入端接触的瞬间，若引导齿条105基于齿轨车辆重力而有绕其轴向一端于竖直平面内发生转动/摆动的趋势时，第一弹性势能件107、第二弹性势能件108可基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能以及同金属板体109联结固定的机械作用力来限制引导齿条105于竖直平面内的转动/摆动幅度。

根据一种优选实施方式，第一弹性势能件107和第二弹性势能件108可以从多个方位和角度来限制引导齿条105沿其长度、宽度甚至是高度方向上的位移窜动。特别地，通过多个以不同方位和角度进行配置的弹性势能件能够降低对于借助单一弹性势能件限制引导齿条105位移窜动时所需的高耐受力、抗拉强度或强度要求，以降低设计制造成本及难度。即，以不同方位和角度联结固定多个刚度或强度相对较低的弹性势能件在引导齿条105的端部及侧面，可降低对于单一弹性势能件的整体强度要求，以及相应的设计制造难度。且优选地，通过多个以不同方位和角度进行配置的弹性势能件能够克服单个弹性势能件在限制引导齿条105沿其长度、宽度以及高度方向位移窜动或摆动时的强度缺失。

特别地，如图1所示，引导齿条105远离于齿轨的一端设置有一底座110。该底座110可与引导齿条105一体成型或独立设置。且优选地，引导齿条105驶入端的回转滚筒111以可转动方式联结至该底座110，以替代引导齿条105端部的至少一个轨齿。

根据一种优选实施方式，齿轨车辆停靠时，会出现因人员上下而引发的短时抖动，这种抖动在很大程度上是由车辆底盘上的减震机构所承受的。这种抖动往往是单向的，例如大量人员同时下车之时，车辆会先向一侧倾斜，进而在减震机构强劲弹簧恢复力作用下，再向另一侧返回。此时，车辆会以齿轨为转动中心发生左右扭动，如果齿轮为多个，则车体整体呈现钟摆式运动。钟摆式运动固然可以被减震机构所补偿，但其对齿顶和齿条所带来的集中负荷之巨是车身重量乘以力矩（长达数米），由此必然带来齿轨断裂的风险。

因此，在出现载荷波动的区域如车站需要设置能够应对钟摆式运动的结构，以避免对线路运行产生危害。此外，本发明的发明人还认识到，钟摆式运动是工程人员设计的理想情况，在车站存在弯道、坡道的情况下，钟摆式运动还会演化成更为复杂的以齿顶为圆心的锥形摇摆运动，更为糟糕的情况是出现不倒翁效应，而且不倒翁效应反而还会受到各向“减震机构”对称布置的强力恢复力的加强，虽然运动幅度受限，但运动自身持续时间长，对齿顶磨损和寿命都有着不可忽视的影响。

此外，对于传统轨道车辆而言，由于车轮抵靠轨道而将动态载荷传递至枕木，并由松散道砟来缓冲并最终向多个方向传递；对于齿轨车辆，这些原本由道砟消散的冲击都将集中于更靠近几何中心的齿轨。

根据一种优选实施方式，在本发明中，通过在引导齿条105长度方向两端布置复位组件100，并通过仅位于同一个平面之内的至少三个受力点来限制该引导齿条105在承受载荷、尤其是短时冲击之时，针对引导齿条105的一端的三个独立受力点能够在引导齿条105的长度和/或宽度方向上分别各自应对引导齿条105的位移窜动。特别是，这三个独立受力点位于等边三角形的顶点是优选的，这是因为复位组件100可以设置三个独立但彼此构型和性能完全相同的弹性势能件，借以形成由三个独立受力点互为约束的复位组件。

优选地，仅位于同一个平面之内的至少三个受力点不仅针对引导齿条105的一端，也针对引导齿条105的另一端来布置，即，在同一根引导齿条105的两端，分别设置三个独立受力点，用于固定安装三个独立但彼此构型和性能完全相同的弹性势能件。

优选地，分别位于引导齿条105两端的各自位于各自平面之内的至少三个受力点可以分别位于各自的平面之内，用以适应车站存在弯道、坡道的情况。其次，分别位于引导齿条105两端的各自位于各自平面之内的至少三个受力点能够在三个自由度上以如下的程度发生运动，即，所述运动幅度由复位组件的弹性势能件的伸长缩短性能所规定。由此，可以针对车站存在弯道、坡道的情况，分别设置构型相同，但伸长缩短性彼此不同的弹性势能件，以适应不同弯道、坡道的情况。

优选地，位于同一个平面之内的若干受力点中的至少一个受力点是针对“垂直于齿顶面方向上”的载荷的，该受力点不仅承受压载荷，也能够承受拉伸载荷。特别优选地，为同时应对横向于齿顶面方向和横向于宽度方向的复杂载荷，在引导齿条105宽度方向两侧分别设置的两个受力点是以彼此对称的方式布置的，由此构成垂直于引导齿条105的长度方向且垂直于的齿顶面的一对相互补偿的弹性势能件。

优选地，分别位于引导齿条105两端的各自位于各自平面之内的至少三个受力点能够在平面内形成一等腰或等边三角形，借助于等腰或等边三角形的稳定性，在引导齿条105无论发生水平面内的窜动、竖直面内的窜动还是水平和竖直面内的交替或同时窜动时，三个彼此构型和性能完全相同的弹性势能件附接于引导齿条105上的至少三个受力点始终能够在与引导齿条105彼此平行或被引导齿条105所包含的平面内保持原有的等腰或等边三角形状态，从而能够更好地适应于引导齿条105在水平面和/或竖直面内的复杂窜动，并且不会因为所述复杂窜动而改变原有至少三个受力点间的构型，从而明显削弱通过所述等腰或等边三角形构型来限制引导齿条105窜动时的稳固作用。此外，当引导齿条105在水平面和竖直面内产生前后、左右和/或上下窜动之时，所述三个受力点各自对应的至少一个弹性势能件能够弥补其余至少一个弹性势能件在限制引导齿条105产生前后、左右或上下窜动中的至少任一窜动时，相应窜动限制能力的缺失，即，通过增加所述三个受力点中的至少一个受力点的弹性作用力而弥补其余至少另一个受力点所能提供的弹性作用力的不足，从而增强或维持原有等腰或等边三角形构型的稳固性。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (9)

1.一种齿轮入齿缓冲装置，用于齿轨轨道，其中，所述齿轨轨道由用于引导的铁轨（103）和用于牵引的齿轨构成，所述齿轮入齿缓冲装置布设在针对用于牵引的齿轨的驶入端，其特征在于，

所述齿轮入齿缓冲装置包括：

引导齿条（105），其沿所述齿轨的长度方向布设并具有沿其长度方向间隔排布的若干轨齿；以及

复位组件（100），其与引导齿条（105）弹性相连并配置在其长度方向两端，其中，在所述引导齿条（105）承受经由其牵引的车辆所引入的至少包括垂直于所述轨齿齿顶面的负荷时，所述复位组件（100）是仅通过在一个平面之内的至少三个受力点来限制所述引导齿条（105）沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动的，

所述复位组件（100）包括：

竖直设置的第一弹性势能件（107），其联结至所述引导齿条（105）沿宽度方向的两侧，

水平设置的第二弹性势能件（108），其至少一端联结至所述引导齿条（105）沿长度方向的一端，

金属板体（109），其与所述第二弹性势能件（108）的至少另一端联结固定，

所述第一弹性势能件（107）和第二弹性势能件（108）附接至所述引导齿条（105）端部的至少一个受力点在同一平面内借由彼此形成互为约束的三角形，且位于所述引导齿条（105）两端的各自位于各自平面之内的至少三个受力点处于彼此相同或不同的平面。

2.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，所述复位组件（100）能够基于由所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）间的相对移动而产生的至少部分伸缩形变蓄积与所述伸缩形变相关的弹性作用力，并至少能够通过该弹性作用力使所述引导齿条（105）在处于所述位移窜动前后的至少两个位置之间移动。

3.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，还包括：

至少一个回转滚筒（111），对应设于所述引导齿条（105）远离于齿轨的一端，

其中，所述回转滚筒（111）以与引导齿条（105）的轨齿平行的方式在所述引导齿条（105）宽度方向上延伸，并可转动地连接至所述引导齿条（105）。

4.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，在所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）产生相对移动之前，所述引导齿条（105）处于沿其长度方向上的第一位置；

在所述相对移动产生之时，所述引导齿条（105）至少在所述列车齿轮（112）作用下沿其长度方向由第一位置位移至第二位置；

在所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）分离后，所述引导齿条（105）至少能够基于所述复位组件（100）因所述相对移动而蓄积的弹性作用力从第二位置经由第一位移后恢复至第一位置。

5.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，在所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）产生相对移动之前，所述引导齿条（105）处于沿其宽度方向上的第三位置；

在所述相对移动产生之时，所述引导齿条（105）至少在所述列车齿轮（112）作用下沿其宽度方向由第三位置位移至第四位置；

在所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）分离后，所述引导齿条（105）至少能够基于所述复位组件（100）因所述相对移动而蓄积的弹性作用力从第四位置经由第二位移后恢复至第三位置。

6.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，在所述引导齿条（105）因其与列车齿轮（112）间的相对运动而产生沿自身长度和/或宽度方向上的至少部分位移窜动之时，所述复位组件（100）的至少所述第一弹性势能件（107）能够基于所述位移窜动而产生使所述引导齿条（105）向列车齿轮（112）方向抵靠的弹性作用力。

7.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，在列车齿轮（112）与所述引导齿条（105）的驶入端或驶出端接触之时，所述复位组件（100）至少能够基于因所述引导齿条（105）与列车齿轮（112）间的相对移动产生的弹性作用力而使所述引导齿条（105）于竖直平面内的至少两个彼此不同的位置之间转动。

8.根据权利要求3所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，所述第一弹性势能件（107）和第二弹性势能件（108）的弹性模量以及所述回转滚筒（111）的抗冲击强度与所述引导齿条（105）的沿其长度和/或宽度方向上的位移窜动量呈负相关关系。

9.根据权利要求1所述的齿轮入齿缓冲装置，其特征在于，所述齿轨轨道还包括：

布设于所述齿轨下方的多个轨道枕木（101），沿齿轨轨道长度方向间隙设置并在齿轨轨道宽度方向上延伸；

布设在沿所述齿轨宽度方向两侧的铁轨（103）；

布设在两条所述铁轨（103）各自相对一侧的轨条（104）。

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