CN115748323A - 一种非接触式齿轨入齿校正装置 - Google Patents

Abstract

一种非接触式齿轨入齿校正装置，以在齿轨列车进入齿条前对列车驱动齿轮的状态进行调整和校正，提高入齿平稳性，避免冲击振动和磨耗，且能提高列车入齿速度，从而有利于提高齿轨列车的运行效率。该装置包括在齿条入齿端之前固定设置在轨枕上的入齿滑槽、固定设置在列车驱动齿轮上的第一磁体和固定设置在入齿滑槽上的第二磁体。第一磁体固定设置在列车驱动齿轮各齿的两个侧面上，构成环形磁体阵列，各第一磁体在齿轮分度圆上位于齿形的中间，且其外端极性相同。第二磁体沿齿条分度线等距间隔设置在入齿滑槽的两侧内侧壁上，构成线性磁体阵列，相邻两个第二磁体的间距等于齿条齿距的1/2，且其外端极性相反，其中位于齿条两个齿形中间的第二磁体的外端极性与第一磁体的外端极性相反，该线性磁体阵列在齿条入齿端之前形成一段虚拟齿条。

Description

一种非接触式齿轨入齿校正装置

技术领域

本发明属于轨道工程领域，具体涉及一种非接触式齿轨入齿校正装置。

背景技术

齿轨铁路是一种爬坡能力强、地形适应性好的新型轨道交通，通过在传统钢轮钢轨黏着驱动的基础上引入齿轨系统，在大坡度地段依靠齿轮齿条进行驱动，突破了车轮与轨道之间的摩擦力限制，解决了大坡度条件下传统铁路轮轨黏着不足的问题，为列车在陡峭斜坡上的攀爬提供了可能。

入齿校正装置设置于齿轨端部，是轨道车辆从轮轨段进入齿轨段的重要辅助设备。由于齿轨车辆在进入齿轨段时，列车驱动齿轮上齿的分布状态是随机的，此时若没有入齿校正装置，车辆从轮轨段进入齿轨段时可能发生“顶齿”(即：驱动齿轮齿顶与齿条齿顶相对)而危及行车安全。入齿校正装置的作用就是通过与车辆齿轮的作用力调整驱动齿轮的状态，使其与齿轨正确啮合，避免发生顶齿。

国内相关机构对入齿方式进行了一定的研究。譬如，在公布号CN108130829A的发明专利申请说明书中公开了一种齿轨车辆入轨引导装置，其结构为具有纵向槽的钢结构件，其纵向槽内沿纵向等距间隔设置与齿轨车辆驱动齿轮相啮合的短轴。过渡段齿轨的后端通过安装座与轨下基础形成铰接，前部与轨下基础之间设置弹性体；在公布号CN108149529A的发明专利申请说明书中公开了一种用于齿轨交通系统的不停车三段式轮轨-齿轨过渡装置，包括齿条过渡装置、滚筒过渡装置和斜面过渡装置，斜面过渡装置、滚筒过渡装置和齿条过渡装置依次作用于驶过齿轨车辆的驱动齿轮，以竖向力使齿轨车辆的驱动车轮与钢轨产生相对滑动，进入齿轨始入端时驱动齿轮与齿轨形成有效啮合；在公布号CN113047093A的发明专利申请说明书中了一种纵向可移动式入齿过渡装置，在入齿端前方一定距离处设置移动装置和液压装置，移动装置的靠近齿轨段的前段设置过渡齿条、靠近轮轨段的后段设置过渡滚筒装置。液压装置作于移动装置上，使其沿正常齿条的中线相对正常齿条入齿端作变速的直线往复运动。移动装置向前直线运动时，过渡滚筒装置、过渡齿条依次作于齿轨车辆牵引齿轮，齿轨车辆牵引齿轮在齿轨车辆动力系统直接驱动和过渡装置辅助作用下提升自身转速，在正常齿条入齿端前达到齿轨车辆车轮线速度，使齿轨车辆牵引齿轮与正常齿条准确啮合。

以上专利申请所涉及的入齿装置的基本原理均为，通过列车驱动齿轮与入齿机构之间的摩擦、撞击等机械作用，带动滚筒滚动、齿条浮动或滑动，进而协调齿轮与齿条之间的相对位置关系，消除“顶齿”，促使齿轮与齿条之间实现啮合。

上述机械入齿的方式存在以下不足：

(1)入齿冲击及振动作用较为强烈。尤其当“顶齿”现象发生时，驱动齿轮齿顶与齿条齿顶直接发生撞击，长期以往对车辆及入齿装置所造成的损伤较大。同时入齿冲击所引起的车体振动，还会严重影响列车运行的平稳性，降低旅客的乘坐舒适度；

(2)存在严重的齿轮齿条磨耗。由于驱动齿轮与齿条直接接触，受到啮合校正时的冲击及滑动摩擦作用，齿轮及齿条磨损较为严重；

(3)入齿装置结构复杂、可靠性差、安装调试难度较大。为实现对齿轮状态的调整，入齿装置中的齿条一般设置为可上下浮动或往复滑动的状态，因此需设置大量的液压、弹簧、辊轮等装置，结构十分复杂，潜在的病害点较多，可靠性差；由于零部件众多，精度要求高，对现场施工及安装调试也有很高的要求；

(4)造价高昂。各种内部机械结构的复杂性与高精细度，决定了入齿装置高昂的造价。以公布号CN108149529A所公开的三段式轮轨-齿轨过渡装置为例，其造价约为200万/组，经济性较差；

(5)不具有过载保护功能，必须降速入齿。由于驱动齿轮与齿条刚性接触，车速越高、啮合冲击力越大，对车辆及入齿装置的损伤也就越大。为保护车辆及入齿装置，目前上述所有的入齿装置都需要列车降速入齿，入齿速度一般不超过10km/h。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触式齿轨入齿校正装置，以在齿轨列车进入齿条前对列车驱动齿轮的状态进行调整和校正，提高入齿平稳性，避免冲击振动和磨耗，且能提高列车入齿速度，从而有利于提高齿轨列车的运行效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种非接触式齿轨入齿校正装置，设置于齿条始入端前方，涉及列车驱动齿轮和齿条，其特征是：该装置包括在齿条入齿端之前固定设置在轨枕上的入齿滑槽、固定设置在列车驱动齿轮上的第一磁体和固定设置在入齿滑槽上的第二磁体；所述第一磁体固定设置在列车驱动齿轮各齿的两个侧面上，构成环形磁体阵列，各第一磁体在齿轮分度圆上位于齿形的中间，且其外端极性相同；所述第二磁体沿齿条分度线等距间隔设置在入齿滑槽的两侧内侧壁上，构成线性磁体阵列，相邻两个第二磁体的间距等于齿条齿距的1/2，且其外端极性相反，其中位于齿条两个齿形中间的第二磁体的外端极性与第一磁体的外端极性相反，该线性磁体阵列在齿条入齿端之前形成一段虚拟齿条。

所述线性磁体阵列中由起始端至邻近齿条入齿端，各第二磁体的磁感应强度依次递增。

所述齿条的前段延伸入入齿滑槽内，其前端与虚拟齿条尾部相接；所述齿条的前段通过纵向间隔设置的连接螺栓与入齿滑槽固定连接。

所述线性磁体阵列的在入齿滑槽两侧内侧壁上向后延伸至齿条前段末端。

本发明的有益效果主要体现在如下方面：

一、通过磁力耦合作用，替代传统的摩擦、撞击等机械作用，以实现对列车驱动齿轮入齿状态的调整和校正。解决了传统的机械式入齿装置冲击大、磨耗严重、噪声污染严重的问题。传动入齿装置通过列车驱动齿轮与入齿机构之间的摩擦、撞击等机械作用，带动滚筒滚动、齿条浮动或滑动，进而协调齿轮与齿条之间的相对位置关系，消除“顶齿”，促使齿轮与齿条之间实现啮合。在上述过程中，入齿冲击及振动作用较为强烈。尤其当“顶齿”现象发生时，驱动齿轮齿顶与齿条齿顶直接发生撞击，长期以往对车辆及入齿装置所造成的损伤较大。入齿冲击所引起的车体振动，还会严重影响列车运行的平稳性，降低旅客的乘坐舒适度。入齿冲击所引发的噪声污染，严重干扰沿线居民正常生活。同时受到啮合校正时的冲击及滑动摩擦作用，齿轮及齿条磨损较快，需经常维修更换。本发明采用“非接触”式的磁力入齿方式，克服了传统机械式入齿装置的上述缺陷；

二、仅依靠磁铁磁体阵列进行啮合校正，其构造简单，传力明确，易于安装调试，潜在的病害点少，可靠性高。而传统的入齿装置由于具有复杂的机械结构，不仅潜在的故障点较多，而且现场安装复杂，通车前需反复进行调试；

三、可维护性好，主要部件如磁体组件、入齿滑槽、扣件系统等，均可方便、快速地实现拆卸及维修更换。而传统的机械式入齿装置，其大量液压装置及弹簧机构，处于结构下部较为隐蔽位置处，其日常维护、病害筛查、维修更换均较为困难。

四、可避免振动传递，实现齿轨列车的平稳入齿。由于驱动车轮在啮合校正时与入齿装置之间无接触，不存在刚性连接问题，入齿装置不平顺或振动都不会直接传递到车辆上，车辆运行状态突变或振动也不会影响入齿装置的工作状态，从而可避免振动或突变的传递，实现列车的平稳入齿。

五、可实现曲线入齿。传统的机械入齿装置，以驱动齿轮撞击齿条的方式，引起齿条浮动或滑动，进而调整齿轮与齿条的啮合状态。驱动齿轮撞击的方向必须是沿齿条轴线方向的。若入齿装置位于曲线地段，驱动齿轮撞击方向与齿条轴线之间存在夹角，极易引起齿条侧弯变形、下部液压装置连接件损坏等问题。故传统的入齿装置必须设置于直线地段。本发明所述一种非接触式齿轨入齿校正装置，由于不存在撞击入齿的问题，其应用场景可不局限于直线地段，当需设置于曲线地段时，只需将入齿滑槽及其上的线性磁体阵列按线路中心线沿曲线布置即可。

六、在高速入齿时具有过载保护功能。当入齿速度过高时，驱动车轮上的环形磁体阵列与入齿滑槽中的线性磁体阵列之间可产生滑脱而结束作用力的传递，对车辆及入齿装置起到保护作用。而传统的机械式入齿装置，一旦在高速状态下发生“顶齿”撞击，极大的冲击作用会对车辆及入齿装置、齿条等结构产生不可逆的损伤，因此目前传统机械式入齿装置的入齿速度均需控制在10km/h以内。而本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置由于具有过载保护功能，可实现40km/h甚至更高速度下的入齿。只要加长入齿滑槽和线性磁体阵列的长度，即可适应更高的入齿速度。

七、可通过优化设置线性磁体阵列中磁体的磁感应强度，进一步提高入齿的平稳性。如可沿列车入齿方向，在线性磁体阵列的起点处采用磁感应强度较小的磁体，在线性磁体阵列的终点处采用磁感应强度较大的磁体，中间磁体的磁感应强度依次递增。通过这种方式，可逐步提高作用于驱动齿轮上的作用力和扭矩，避免驱动齿轮受力的突变，提高列车入齿时的平稳性。而传统的机械式入齿装置由于采用撞击入齿的方式，在齿轮与齿条撞击的瞬间，二者之间的相互作用力突然增大，撞击过程中作用力的突变是完全不可控的。

八、具有较好的经济性，其主要结构件如磁体、入齿滑槽、扣件等结构，均为成熟、通用、易于生产制造的产品。每组所述磁力入齿装置造价不超过10万，极大地降低了工程造价。

附图说明

本说明书包括如下十幅附图：

图1是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置的立体图；

图2是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置的结构简图；

图3是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置的主视图；

图4是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中列车驱动齿轮及其上环形磁体阵列的立体图；

图5是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中入齿滑槽及其线性磁体阵列的立体图；

图6是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中环形磁体阵列与线性磁体阵列、列车驱动齿轮及齿条的相对关系示意及工作原理示意图；

图7是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中齿条的立体图；

图8是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中齿条夹板的立体图；

图9是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中入齿滑槽扣件的立体图；

图10是本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置中齿条扣件的立体图。

图中示出构件名称及标记：钢轨10、钢轨扣件11、轨枕12、齿条13、齿条前段13a、齿轨列车轮对20、列车驱动齿轮21、第一磁体22、齿轮分度圆23、入齿滑槽30、第二磁体31、齿条分度线32、入齿滑槽上部滑槽结构33、入齿滑槽下部轨底结构34、入齿滑槽扣件40、入齿滑槽扣件弹条41，入齿滑槽扣件轨向调整块42、入齿滑槽扣件弹性垫板43、入齿滑槽扣件铁垫板44、入齿滑槽扣件锚固螺栓45、入齿滑槽扣件弹簧垫圈46、齿条扣件50、齿条扣件弹条51、齿条扣件轨向调整块52、齿条扣件弹性垫板53、齿条扣件铁垫板54、齿条扣件锚固螺栓55、齿条扣件弹簧垫圈56、齿条夹板60、齿条夹板上部槽状结构61、齿条夹板下部轨底结构62、虚拟齿条X。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的一种非接触式齿轨入齿校正装置，设置于齿条13始入端前方，涉及列车驱动齿轮21和齿条13。该装置包括在齿条13入齿端之前固定设置在轨枕12上的入齿滑槽30、固定设置在列车驱动齿轮21上的第一磁体22和固定设置在入齿滑槽30上的第二磁体31。参照图2、图3和图4，所述第一磁体22固定设置在列车驱动齿轮21各齿的两个侧面上，构成环形磁体阵列，各第一磁体22在齿轮分度圆23上位于齿形的中间，且其外端极性相同。在图1示出的实施例中，各第一磁体22的外端极性为N。参照图2和图5，所述第二磁体31沿齿条分度线32等距间隔设置在入齿滑槽30的两侧内侧壁上，构成线性磁体阵列，相邻两个第二磁体31的间距等于齿条13齿距的1/2，且其外端极性相反，其中位于齿条13两个齿形中间的第二磁体31的外端极性与第一磁体22的外端极性相反。参照图6，该线性磁体阵列在齿条13入齿端之前形成一段虚拟齿条X。在图6示出的实施例中，对应于虚拟齿条X上各齿形的第二磁体31的外端极性为N，对应于两齿形之间部位的第二磁体31的外端极性为S，虚拟齿条X的末端与齿条13的入齿端相接。

参照图6，所述线性磁体阵列在沿着环形磁体阵列的水平切线方向布置。当列车驱动齿轮21在入齿滑槽30内运行至接近虚拟齿条X前端时(如图6中位置A)，如列车驱动齿轮21与虚拟齿条X之间处于顶齿状态，则线性磁体阵列与环形磁体阵列在二者相切点处的磁体处于同极相斥的状态；随着列车驱动齿轮21向齿条13入齿端的移动，通过“同极相斥、异极相吸”的磁力作用，线性磁体阵列和环形磁体阵列对列车驱动齿轮21与虚拟齿条X(齿条13)的啮合状态不断进行调整，使列车驱动齿轮21达到正确啮合状态(如图6中位置B)，完成对列车驱动齿轮21的同步校正，直至列车驱动齿轮21顺利与齿条13啮合，避免顶齿现象发生。由于列车驱动齿轮21的入齿校正是通过磁力相互作用的非接触方式来达到的，有效解决了传统机械式入齿装置冲击大、磨耗严重、噪声污染严重的问题，提高入齿平稳性，且能提高列车入齿速度，从而有利于提高齿轨列车的运行效率。

作为对上述技术方案的优化，为进一步提高列车入齿时的平稳性，所述线性磁体阵列中由起始端至邻近齿条13入齿端，各第二磁体31的磁感应强度依次递增，即虚拟齿条X中第二磁体31对列车驱动齿轮21啮合状态的校正力沿列车入齿行进方向逐渐增强。

参照图1和图3，所述齿条13的前段13a延伸入入齿滑槽30内，其前端与虚拟齿条X尾部相接。所述前段13a通过纵向间隔设置的连接螺栓与入齿滑槽30固定连接，保持相对位置恒定。所述线性磁体阵列在入齿滑槽30两侧内侧壁上向后延伸至齿条13前段13a末端。

参照图5，所述入齿滑槽30具有入齿滑槽上部滑槽结构33和入齿滑槽下部轨底结构34。入齿滑槽上部滑槽结构33供列车驱动齿轮21驶入于入齿滑槽30内，以及在其两侧内侧壁上固定布置线性磁体阵列。为提高扣件系统的的通用性，入齿滑槽下部轨底结构34与普通钢轨的轨底结构相一致。参照图1和图2，入齿滑槽扣件40扣压在入齿滑槽下部轨底结构34上，将入齿滑槽30固定安装在轨枕12上。参照图9，所述入齿滑槽扣件40包括入齿滑槽扣件弹条41、入齿滑槽扣件轨向调整块42、入齿滑槽扣件弹性垫板43、入齿滑槽扣件铁垫板44、入齿滑槽扣件锚固螺栓45和入齿滑槽扣件弹簧垫圈46，所述入齿滑槽扣件弹条41和入齿滑槽扣件轨向调整块42扣压于入齿滑槽下部轨底结构34之上，入齿滑槽扣件弹性垫板43置于入齿滑槽30之下，入齿滑槽扣件铁垫板44置于轨枕12上表面并通过入齿滑槽扣件锚固螺栓45与轨枕12锚固连接。

参照图1和图8，所述齿条13上纵向间隔设置齿条夹板60，齿条夹板60具有齿条夹板上部槽状结构61和齿条夹板下部轨底结构62。所述齿条夹板上部槽状结构61对齿条13形成夹持，且通过连接螺栓与齿条13固定连接。为提高扣件系统的的通用性，齿条夹板下部轨底结构62与普通钢轨的轨底结构相一致。齿条扣件50扣压在齿条夹板下部轨底结构62上，将齿条13固定安装在轨枕12上。参照图10，所述齿条扣件50包括齿条扣件弹条51、齿条扣件轨向调整块52、齿条扣件弹性垫板53、齿条扣件铁垫板54、齿条扣件锚固螺栓55和齿条扣件弹簧垫圈56，所述齿条扣件弹条51及齿条扣件轨向调整块52扣压于齿条夹板下部轨底结构62之上，齿条扣件弹性垫板53置于齿条夹板60之下，齿条扣件铁垫板54置于轨枕12上表面并通过齿条扣件锚固螺栓55与轨枕12锚固连接。

以上所述只是用图解说明本发明一种非接触式齿轨入齿校正装置的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (8)

1.一种非接触式齿轨入齿校正装置，设置于齿条(13)始入端前方，涉及列车驱动齿轮(21)和齿条(13)，其特征是：该装置包括在齿条(13)入齿端之前固定设置在轨枕(12)上的入齿滑槽(30)、固定设置在列车驱动齿轮(21)上的第一磁体(22)和固定设置在入齿滑槽(30)上的第二磁体(31)；所述第一磁体(22)固定设置在列车驱动齿轮(21)各齿的两个侧面上，构成环形磁体阵列，各第一磁体(22)在齿轮分度圆(23)上位于齿形的中间，且其外端极性相同；所述第二磁体(31)沿齿条分度线(32)等距间隔设置在入齿滑槽(30)的两侧内侧壁上，构成线性磁体阵列，相邻两个第二磁体(31)的间距等于齿条(13)齿距的1/2，且其外端极性相反，其中位于齿条(13)两个齿形中间的第二磁体(31)的外端极性与第一磁体(22)的外端极性相反，该线性磁体阵列在齿条(13)入齿端之前形成一段虚拟齿条(X)。

2.如权利要求1所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述线性磁体阵列中由起始端至邻近齿条(13)入齿端，各第二磁体(31)的磁感应强度依次递增。

3.如权利要求1或2所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述齿条(13)的前段(13a)延伸入入齿滑槽(30)内，其前端与虚拟齿条(X)尾部相接；所述前段(13a)通过纵向间隔设置的连接螺栓与入齿滑槽(30)固定连接。

4.如权利要求3所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述线性磁体阵列在入齿滑槽(30)两侧内侧壁上向后延伸至齿条(13)前段(13a)末端。

5.如权利要求1所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述入齿滑槽(30)具有入齿滑槽上部滑槽结构(33)和入齿滑槽下部轨底结构(34)，入齿滑槽扣件(40)扣压在入齿滑槽下部轨底结构(34)上，将入齿滑槽(30)固定安装在轨枕(12)上。

6.如权利要求5所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述入齿滑槽扣件(40)包括入齿滑槽扣件弹条(41)、入齿滑槽扣件轨向调整块(42)、入齿滑槽扣件弹性垫板(43)、入齿滑槽扣件铁垫板(44)、入齿滑槽扣件锚固螺栓(45)和入齿滑槽扣件弹簧垫圈(46)，所述入齿滑槽扣件弹条(41)和入齿滑槽扣件轨向调整块(42)扣压于入齿滑槽下部轨底结构(34)之上，入齿滑槽扣件弹性垫板(43)置于入齿滑槽(30)之下，入齿滑槽扣件铁垫板(44)置于轨枕(12)上表面并通过入齿滑槽扣件锚固螺栓(45)与轨枕(12)锚固连接。

7.如权利要求1所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述齿条(13)上纵向间隔设置齿条夹板(60)，齿条夹板(60)具有齿条夹板上部槽状结构(61)和齿条夹板下部轨底结构(62)；所述齿条夹板上部槽状结构(61)对齿条(13)形成夹持，且通过连接螺栓与齿条(13)固定连接；齿条扣件(50)扣压在齿条夹板下部轨底结构(62)上，将齿条(13)固定安装在轨枕(12)上。

8.如权利要求7所述的一种非接触式齿轨入齿校正装置，其特征是：所述齿条扣件(50)包括齿条扣件弹条(51)、齿条扣件轨向调整块(52)、齿条扣件弹性垫板(53)、齿条扣件铁垫板(54)、齿条扣件锚固螺栓(55)和齿条扣件弹簧垫圈(56)，所述齿条扣件弹条(51)及齿条扣件轨向调整块(52)扣压于齿条夹板下部轨底结构(62)之上，齿条扣件弹性垫板(53)置于齿条夹板(60)之下，齿条扣件铁垫板(54)置于轨枕(12)上表面并通过齿条扣件锚固螺栓(55)与轨枕(12)锚固连接。

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