CN116043617A - 一种齿轮入齿过渡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮入齿过渡装置，布设在齿轨齿条的一端，其至少包括：齿轨导入齿条，配置在齿轨齿条的沿第一方向的其中一端，防窜动组件，配置在齿轨导入齿条的两端，其包括固定挡板和多个弹性构件，其中，固定挡板配置在齿轨导入齿条的两端对侧并联结至地面，以及弹性构件包括：第一弹性构件，其以至少部分基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变的方式联结于固定挡板和齿轨导入齿条间，第二弹性构件，其以至少部分基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变的方式联结于齿轨导入齿条沿第二方向的两侧。

Description

一种齿轮入齿过渡装置

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过渡装置。

背景技术

齿轨铁路是一种专用于地势起伏较大的线路的交通形式，其主要特点是在列车转向架中部装有驱动齿轮，在坡道区域驱动齿轮与地面上的齿轨啮合提升爬坡能力。齿轨铁路在国外山区得到了普遍应用，在国内也有正在建设的旅游线路。齿轨铁路具有车辆爬坡能力较强、运载能力高于缆索铁路及建设对环境破坏小等优点，十分适合作为山地观光线路。在齿轨车辆从轮轨段驶入齿轨段的过程中，齿轮和齿条如果啮合不准确，就会导致卡齿现象，影响列车运行甚至危及行车安全，因此齿轨车辆从轮轨段到齿轨段的过渡是该领域内亟待解决的技术问题，并且通常需要借助齿轨入齿装置来辅助齿轨车辆顺利从轮轨段进入齿轨段，例如，

CN108149529A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，包括安装于两侧钢轨之间的齿轨，所述齿轨的驶入端之前依次设置齿条过渡装置、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，确保进入齿轨始入端时驱动齿轮与齿轨形成有效啮合。然而该三段式轮轨-齿轨过渡装置的结构极其复杂，设计制造难度较大，成本偏高，并且容易出现齿轮与首个滚筒卡滞及冲击的情况，对滚筒造成一定损伤，影响整个过渡装置使用，并且造成额外的运营维护成本。

此外，在齿轨车辆停靠时，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，但其为齿顶和齿条带来的是车身重量乘以力矩的巨大集中负荷，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因各向“减震机构”对称布置的强力恢复力而加强，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，动态载荷会传递至轨枕，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。因此，现有的齿轨过渡装置还存在至少一个或多个亟待解决的技术问题。

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过渡装置，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，本发明提供了一种齿轮入齿过渡装置，其设置在齿轨轨道与轮轨轨道的连接过渡段，至少包括齿轨导入齿条和防窜动组件。

优选地，所述齿轨导入齿条配置在齿轨轨道与轮轨轨道的连接过渡段沿第一方向的其中一端。

优选地，所述防窜动组件配置在齿轨导入齿条的两端，包括固定挡板和多个弹性构件。

优选地，所述固定挡板配置在齿轨导入齿条的两端对侧并联结至地面。

优选地，所述弹性构件至少包括能够基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变并且设置于固定挡板和齿轨导入齿条之间的第一弹性构件和能够基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变的并且设置于齿轨导入齿条沿第二方向的两侧第二弹性构件。

优选地，防窜动组件的第一弹性构件和第二弹性构件通过同一平面内不同的多个受力点连接于所述齿轨导入齿条的其中一端上，进一步地，第一弹性构件配置为在第一方向上延伸，第二弹性构件配置为在第三方向上延伸，第一弹性构件和第二弹性构件各自的延伸方向不重合、不平行。

优选地，所述第二弹性构件通过安装底座来固定于地面从而限制齿轨导入齿条的位移量。

优选地，本发明的齿轮入齿过渡装置还包括可转动连接在齿轨导入齿条的远离于齿轨齿条一端的至少一个回转滚筒。

优选地，为使车辆在上行和下行时都可以通过齿轮入齿过渡装置与齿轨齿条进行准确啮合，还可以在齿轨轨道与轮轨轨道过渡段的两端分别设置一个本发明的齿轮入齿过渡装置。

优选地，当车轮驶入齿轨导入齿条并且车辆齿轮与齿轨导入齿条接触啮合之时，齿轨导入齿条基于和列车齿轮发生相对运动而产生的作用力沿其长度方向由第一位置位移至第二位置，当车轮驶出齿轨导入齿条后，齿轨导入齿条能够借助所述防窜动组件的由于形变而积蓄的作用力从第二位置恢复至第一位置。

优选地，当车轮驶入齿轨导入齿条并且车辆齿轮与齿轨导入齿条接触啮合之时，齿轨导入齿条基于和列车齿轮发生相对运动而产生的作用力沿其宽度方向由第一位置位移至第二位置，当车轮驶出齿轨导入齿条后，齿轨导入齿条至少能够借助所述防窜动组件于形变而积蓄的作用力从第四位置恢复至第三位置。

优选地，第一弹性构件的弹性模量、第二弹性构件的弹性模量和回转滚筒的抗冲击强度决定了齿轨导入齿条于其长度方向上的第一位移量和/或于其宽度方向上的第二位移量。

与单一弹性构件相比，本发明的多个弹性构件具有以下好处：

单一结构或单一配置方式的弹性构件仅能从一个方向来限制齿轨导入齿条的窜动，而本发明配置在齿轨导入齿条长度方向和宽度方向上的第一弹性构件和第二弹性构件能够联动限制齿轨导入齿条于第一方向上、第二方向上以及第三方向上的窜动。尤其是在齿轨列车始发路面非平整路面的状态下，齿轨导入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，多个弹性构件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齿轨导入齿条与齿轮间的接触啮合更加顺畅。

单一结构或单一配置方式的弹性构件由于位置及结构限制其效力十分有限，对于相应弹性构件的强度/刚度要求极高，相对应地，其设计制造要求及成本也是极高的。采用多个弹性构件能够降低对于单一弹性构件所需的高强度要求，以降低设计制造成本及难度，并且对于弹性构件的更换维护而言是相对耗时较少且容易完成的。

与现有导轨过渡装置相比，本发明的齿轮入齿过渡装置具有以下好处：

现有导轨过渡装置的防窜动构件多是期望齿轨导入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齿轨导入齿条因路况原因无法顺利窜动及复位，进而可能会导致齿轨导入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。而本发明的弹性构件则能够基于自身的弹性自适应性来适应齿轨列车在不同路面状况下行驶时齿轨导入齿条的各种位移/窜动状况，保证齿轨导入齿条与齿轮间的顺利啮合以使其复位方式更加自由且具备更强的适应性。进一步地，基于弹性构件的弹力特性，其对于齿轨导入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齿轨导入齿条驶入端和驶出齿轨导入齿条的瞬间，不会导致蓄积势能的瞬间增加或消失，从而降低剧烈的震荡冲击感，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。

其次，弹性构件具备较优的复原能力，在基于弹性作用力限制齿轨导入齿条的窜动的同时，能够充分缓慢地随着自身伸缩延展而逐渐蓄积弹性势能，而且对于齿轨导入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齿轨导入齿条驶入端和驶出齿轨导入齿条的瞬间，不会导致蓄积势能的瞬间增加或消失，从而降低剧烈的震荡冲击感。

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过渡装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述齿轨列车于坡道上的受力分析示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的齿轮入齿过渡装置的俯视结构示意图。

附图标记列表

10：轨枕；11：列车车轮；12：铁轨；13：护轨；14：齿轨导入齿条；15：安装底座；16：第一弹性构件；17：第二弹性构件；18：固定挡板；19：条形钢座；20：回转滚筒；21：列车齿轮；22：横轴。

具体实施方式

下面结合附图进行清楚、完整的说明。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：本发明实施例所述的“第一方向”是指轮轨轨道和齿轨轨道的延伸方向，也是列车车轮在铁轨上发生滚动的前进方向；“第二方向”是指轨枕的宽度方向，其与第一方向位于同一平面上并且与第一方向垂直；“第三方向”是指垂直于列车爬坡时的运动平面的法向方向，即垂直于斜坡坡面的法向方向，

本发明提供了一种齿轮入齿过渡装置，其设置在齿轨轨道与轮轨轨道的连接过渡段，至少包括齿轨导入齿条和防窜动组件。

根据一种优选的实施方式，如图1和图3所示，齿轨导入齿条14配置在齿轨齿条的沿第一方向的其中一端，其表面上具有与列车齿轮21的齿顶接触啮合的若干轨齿；防窜动组件配置在该齿轨导入齿条14的轴向两端，其包括固定挡板18和多个弹性构件，其中，固定挡板18布设在沿齿轨导入齿条14长度方向的两端对侧以至少限制齿轨导入齿条14在沿其长度上的窜动量；弹性构件包括布设在齿轨导入齿条14两端部处的第一弹性构件16和第二弹性构件17。进一步地，至少一个第一弹性构件16按照沿第一方向延伸的方式安装于齿轨导入齿条14和固定挡板18之间，至少两个第二弹性构件17按照沿第三方向延伸的方式安装于齿轨导入齿条14沿宽度方向的两侧。第一弹性构件16和第二弹性构件17优选为压缩弹簧，固定挡板18优选为金属板，可通过螺栓等部件将其固定至齿轨齿条所在地面之上。列车齿轮21与齿轨导入齿条14接触啮合时会因相对移动而产生的相互作用力，第一弹性构件16以及第二弹性构件17能够基于这种相互作用力发生沿第一方向和/或第二方向的位移形变，同时由于形变产生了弹性作用力来限制所述齿轨导入齿条14沿第一方向和/或第二方向上的位移量。进一步地，所述第二弹性构件17通过安装底座15与地面建立连接固定关系，安装底座15安装于齿轨齿条所在区段的至少部分地面之上。

根据一种优选实施方式，该齿轮入齿过渡装置还包括至少一个回转滚筒20。具体地，该回转滚筒20设置在齿轨导入齿条14远离于齿轨齿条的一端。特别地，该回转滚筒20与齿轨导入齿条14的轨齿平行。所述回转滚筒20具体可设置于齿轨导入齿条14端部的条形钢座19之上，该条形钢座19可由齿轨导入齿条14一体成型，回转滚筒20以可转动方式联结至该条形钢座19。优选地，当齿轨列车从齿轨导入齿条14其中一端驶入之时，齿轨导入齿条14端部的回转滚筒20能够大幅减轻列车齿轮21与齿轨导入齿条14的轨齿接触瞬间产生的巨大摩擦。

在仅通过单一配置方式的弹性构件来限制齿轨导入齿条14的前后以及左右位移窜动时，对于该弹性构件的耐受力及抗拉强度等要求是非常高的，因其承担着避免齿轨导入齿条14与列车齿轮21脱离，甚至是发生脱轨的作用，故针对该弹性构件的设计制造要求及成本极高。进一步地，在通过单一配置方式的弹性构件来限制齿轨导入齿条14的前后以及左右位移窜动时，由于其空间位置及配置结构的限制，在限制齿轨导入齿条14的位移窜动时的限制效力是有限的。而本实施例中第一弹性构件16和第二弹性构件17可基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能而限制齿轨导入齿条14于其宽度方向上的位移窜动。并且，在齿轨导入齿条14产生于其宽度方向上的位移窜动，且第二弹性构件17通过自身蓄积的弹性势能来限制齿轨导入齿条14位移窜动的同时，第二弹性构件17能够因所述伸缩形变而产生沿第三方向的弹性作用力，以使得齿轨导入齿条14能够基于该弹性作用力向列车齿轮21所在方向抵靠，从而增强齿轨导入齿条14与列车齿轮21间的接触啮合程度。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮21与齿轨导入齿条14初始接触的瞬间，若基于齿轨列车自重而使齿轨导入齿条14有绕其轴向一端(例如列车齿轮21与齿轨导入齿条14的接触端)于第三方向发生转动/摆动的趋势时，第一弹性构件16、第二弹性构件17以及固定挡板18能够基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能来限制齿轨导入齿条14于第三方向上的转动/摆动幅度。

根据一种优选实施方式，当齿轨导入齿条14产生沿其长度方向的第一位移时，第二弹性构件17也能够基于自身伸缩形变而蓄积的弹性势能协同第一弹性构件16来限制齿轨导入齿条14于其长度方向上的位移量。且优选地，由于第二弹性构件17因所述伸缩形变而产生沿第三方向的弹性作用力，使得齿轨导入齿条14能够基于该弹性作用力而向列车齿轮21所在方向抵靠，从而使齿轨导入齿条14的轨齿与列车齿轮21的齿顶充分接触并啮合。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮21驶入过渡装置，并与齿轨导入齿条14接触啮合且发生相对运动之前，齿轨导入齿条14处于静止状态，且位于第一方向上的第一位置。当列车齿轮21进入齿轨导入齿条14，并与齿轨导入齿条14接触啮合且发生相对运动之时，所述相对移动/滑动列车致使列车齿轮21和齿轨导入齿条14之间产生机械作用力驱使齿轨导入齿条14沿其长度方向由第一位置移动至第二位置处。将齿轨导入齿条14沿第一方向即其长度方向上的位移定义为第一位移。进一步地，在齿轨导入齿条14沿其长度方向产生第一位移时，配置在齿轨导入齿条14两端对侧的第一弹性构件16及固定挡板18能够限制该齿轨导入齿条14于第一方向上的第一位移量。至少一个第一弹性构件16能够缓慢蓄积并释放列车齿轮21与齿轨导入齿条14接触瞬间的冲击能量，以避免瞬间能量过大造成碰撞损坏。此外，固定挡板18还能够限制与其连接的第一弹性构件16形变幅度以保证第一弹性构件16不产生过分形变从而超出弹性限度发生弹性失能。在列车齿轮21驶出过渡装置并与齿轨导入齿条14分离后，所述至少一个第一弹性构件16能够提供自身弹性形变继续的弹力使齿轨导入齿条14从第二位置复位至第一位置。

需要说明的是，第一弹性构件16、第二弹性构件17的弹性模量和/或回转滚筒20的抗冲击强度决定了齿轨导入齿条14沿其长度方向上的位移量以及第一位置和第二位置之间的间距。

根据一种优选实施方式，在列车齿轮21驶入过渡装置，并与齿轨导入齿条14接触啮合且发生相对运动之前，齿轨导入齿条14处于静止状态，且位于第二方向上的第三位置。当列车齿轮21进入齿轨导入齿条14，并与齿轨导入齿条14接触啮合且发生相对运动之时，随着列车齿轮21的齿顶与齿轨导入齿条14的轨齿间的扭转啮合，齿轨导入齿条14由于彼此相对运动产生的机械作用力而沿其宽度方向由第三位置移动至第四位置处。为了便于理解，将齿轨导入齿条14沿第二方向即其宽度方向上的位移定义为第二位移。需注意，齿轨导入齿条14于第一方向上的第一位置和第二方向上的第三位置可以是相同或不相同的，仅是为了便于说明齿轨导入齿条14在与列车齿轮21接触过程中的位置变化。在列车齿轮21驶出过渡装置并与齿轨导入齿条14分离后，所述至少一个第一弹性构件16和至少两个第二弹性构件17能够提供自身弹性形变继续的弹力使齿轨导入齿条14从第四位置复位至第三位置。同时，横向限位机构的L形左、右横向限位挡块对齿轨导入齿条14在第二方向上的位移进行了进一步的限定。

除了为齿轨导入齿条17提供复位力之外，第二弹性构件17还能够有效减少齿轨导入齿条14于其宽度方向上的位移量，以减少齿轨导入齿条14的轨齿与列车齿轮21的顶齿完全接触并啮合的校准难度。比如，当齿轨导入齿条14的始发路段或放置路段非完全平整的地面时，随着齿轨列车的驶入，可能会增大齿轨导入齿条14在沿自身宽度方向上的位移量从而导致列车齿轮21与齿轨导入齿条14的轴线脱离，使得齿轨导入齿条14的至少部分轨齿与列车齿轮21的齿顶未完全接触及啮合。当齿轨导入齿条14与列车齿轮21未完全接触及啮合时，齿轨列车则无法顺利从轮轨段过渡至齿轨齿条内，且若彼此脱离的部分过多则有可能导致列车齿轮21脱轨，产生安全事故。

除此之外，当齿轨列车的始发路段或齿轨导入齿条14的放置路段非完全平整的路段时，第二弹性构件17能够限制齿轨导入齿条14于第二方向上的过分位移，以降低齿轨导入齿条14与列车齿轮21彼此脱离的概率。进一步地，在通过第二弹性构件17限制齿轨导入齿条14于第二方向上的位移量的同时，第一弹性构件16会随着齿轨导入齿条14于第二方向上产生的所述位移而基于自身的弹性特性同步产生一定形变，并通过该形变蓄积的弹性势能而限制齿轨导入齿条14于第二方向上的位移量。即，第一弹性构件16和第二弹性构件17能够联动限制齿轨导入齿条14的位移量。

需要说明的是，第一弹性构件16、第二弹性构件17的弹性模量和/或回转滚筒20的抗冲击强度共同决定了齿轨导入齿条14沿其宽度方向上的位移量以及第三位置和第四位置之间的间距。

根据一种优选实施方式，针对不同的道路状态可分别设置弹性模量彼此不同的压缩弹簧。例如在车辆转弯时，弯道外侧弹性构件所需承受的载荷更大，因而当齿轨导入齿条14处于弯道路面时，对应于弯道外侧的至少一个受力点所对应的弹性构件的弹性模量可以大于对应于弯道内侧的至少一个受力点所对应的弹性构件的弹性模量，以在齿轨列车进入处于弯道内的齿轨导入齿条14时，处于弯道外侧的弹性构件能够承受更大的横向载荷，并且基于自身较大的弹性模量，限制齿轨导入齿条14的横向窜动，避免转弯过程中齿轨列车与齿轨导入齿条14横向分离。

又例如当车辆处于上坡路面时，位于齿轨导入齿条14驶入端的至少三个受力点所对应的弹性构件的弹性模量大于位于齿轨导入齿条14驶出端的至少三个受力点所对应的弹性构件的弹性模量，由此，在齿轨列车引入相同数量级的载荷时，齿轨导入齿条14驶入端的弹性构件对于所述载荷的承受力更强，尤其是在齿轨列车上坡阶段，齿轨列车沿坡道向下的重力分力将随坡道角的增加而增大，齿轨列车沿坡道向下滑动的可能性也将由此增大，故增强齿轨导入齿条14驶入端的承载能力有助于增强列车齿轮21与齿轨导入齿条14间的黏着力，以协助齿轨列车在相应坡道内从齿轨导入齿条14驶出并顺利进入齿轨段。

进一步地，当齿轨导入齿条14处于下坡路面之时，位于齿轨导入齿条14驶出端的至少三个受力点所对应的弹性构件的弹性模量可大于位于齿轨导入齿条14驶入端的至少三个受力点所对应的弹性构件的弹性模量，从而能够适应于齿轨列车下坡阶段，沿齿轨导入齿条14长度方向持续累积并在齿轨导入齿条14驶出端达到峰值的竖向及纵向载荷。

为了应对于实际路况的不同，除各弹性构件的弹性模量不同之外，分别位于齿轨导入齿条14两端的至少三个受力点各自所在的平面也可以互为彼此不同的平面。具体地，当齿轨导入齿条14位于上坡路段时，位于齿轨导入齿条14驶入端的至少三个受力点所形成的平面可低于位于齿轨导入齿条14驶出端的至少三个受力点所形成的平面，即，在相同外加载荷下，位于齿轨导入齿条14驶出端的至少三个受力点所对应的弹性构件保持预先张紧的状态以同时产生垂直于齿轨导入齿条14向下的作用力，并在该作用力下使齿轨导入齿条14以齿轨导入齿条14驶出端为基点而向下摆动，此时，齿轨导入齿条14并非完全与上坡路面平行的状态，而是呈朝向驶出端轻微倾斜的状态，由此，当齿轨列车于上坡路段内驶入齿轨导入齿条14时，能够基于齿轨导入齿条14的倾斜状态而增加齿轨列车与齿轨导入齿条14间的黏着力，使齿轨列车上坡更加轻松。

根据一种优选实施方式，在齿轨导入齿条14长度方向两端布置由多个压缩弹簧构成的防窜动组件10，各压缩弹簧附接至齿轨导入齿条14以形成多个受力点。且优选地，通过仅位于同一个平面之内的至少三个受力点来限制齿轨导入齿条14承受的载荷之时，处于齿轨导入齿条14的至少一端的三个独立受力点能够在齿轨导入齿条14的长度和/或宽度方向上分别各自应对齿轨导入齿条14的位移窜动。特别是，防窜动组件10可以借以形成具有三个独立受力点的三角形互为约束的形式来设置三个独立但彼此构型和性能完全相同的压缩弹簧。且优选地，借助于三角形稳态结构，无论齿轨导入齿条14产生何种复杂窜动，三个独立受力点都能够在齿轨导入齿条14所在平面内保持原有等腰三角形，且优选为等边三角形构型，而不会因齿轨导入齿条14窜动方式的改变而破坏原有三角形构型，以保证第一弹性构件16和第二弹性构件17通过各自对应的至少一个受力点来协同限制齿轨导入齿条14窜动时的约束力。

根据一种优选实施方式，当齿轨导入齿条14产生前后、左右和/或上下的交替或同步窜动之时，三个独立受力点中的至少一个受力点所对应的弹性构件能够弥补其余至少一个受力点对应的弹性构件在限制齿轨导入齿条14前后、左右和/或上下窜动时的效力缺失，所述三个受力点中的至少一个受力点所对应的弹性构件能够基于自身的空间优势来充分发挥相应的弹性作用力从而弥补其余至少另一个受力点对应的弹性构件所能提供的总的弹性作用力的不足，使得通过该三个受力点所构成的彼此补偿制约的一组复合防窜动组件能够维持甚至是增强其所对应的三角形结构稳固性。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，在齿轨导入齿条14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，由此构成垂直于齿轨导入齿条14的长度方向且垂直于齿顶面的一对相互补偿的弹性复位件。

根据一种优选实施方式，本发明的圆柱体形回转滚筒20通过安装轴可转动地安装于位于齿轨导入齿条14的驶入端的条形刚座19上，回转滚筒20的外周面采用高硬度耐磨材料制成并且在其外周面上涂覆润滑油以减小列车齿轮21与回转滚筒20之间的摩擦力从而将列车齿轮21与回转滚筒20发生接触时产生的冲击作用力有效转化为回转滚筒20绕安装轴的旋转运动。安装后的回转滚筒20的表面高度低于与之连接的齿轨导入齿条14的齿顶高度，并且回转滚筒20的上表面刚好能够与列车齿轮21的齿顶发生接触，即，当列车驶入本装置时，列车齿轮21将擦着回转滚筒20的上表面而过。进一步地，本发明还可以按一定的间距设置若干个相互平行的回转滚筒20以形成滚筒过渡段，各回转滚筒20之间的间隙与齿轨导入齿条14的齿槽宽度一致，列车齿轮21可以先与滚筒过渡段的若干个回转滚筒20进行间隙啮合来为列车齿轮21与齿轨间的最终顺利啮合做进一步调整。尤其是当列车齿轮21与若干个回转滚筒20之间的间隙啮合不准时，列车齿轮21近齿顶位置将与回转滚筒20产生干涉并挤压回转滚筒20。由于回转滚筒20是安装在条形刚座19上，条形刚座19两侧连接有用以纵向减震的第二弹性构件17，回转滚筒20、条形刚座19以及第二弹性构件17将整体受压，并且第二弹性构件17的弹性特性可使条形刚座19产生一定范围内的竖向移动。同时，与齿轨导入齿条14驶入端连接的第一弹性构件17也可限制条形刚座19使其产生一定范围内的横向偏转。在回转滚筒20旋转作用以及第一弹性构建16和第二弹性构件17的弹力作用下，列车齿轮21相对于车轮横轴22发生一定角度的偏转从而实现列车齿轮21与滚筒过渡段的正确间隙啮合，进而可避免列车齿轮21与齿轨导入齿条14发生顶齿而危及行车安全。

进一步地，本发明的至少一个回转滚筒20除了可以引导列车齿轮21与齿轨导入齿条14进行正确啮合之外，还可以在一定程度上减少列车车轮11与铁轨12之间的摩擦损耗，具体在于：若没有回转滚筒20，列车齿轮21由轮轨轨道过渡至齿轨轨道时将直接与齿轨导入齿条14进行冲击接触，则势必会造成顶齿现象。顶齿现象不仅会造成列车齿轮21和齿轨导入齿条14之间发生冲击毁坏，还会进一步加剧车轮踏面和铁轨的磨损程度。车辆在驶入本装置时已经具有一定的速度，而此时联结于车辆横轴22上的列车齿轮21以及本装置都是出于静止状态，由于速度差，列车齿轮21在本装置接触时会产生较大的冲击能量。若无回转滚筒20的缓冲过渡，列车齿轮与齿轨导入齿条发生顶齿时，二者的接触面上会因为上述的冲击能量而产生沿第三方向向上的相互作用力，进而会使得列车车轮11在铁轨12上产生沿第三方向向上的滑动或有滑动的趋势，最终引起车轮踏面与铁轨12之间产生除正常滚动的滚动摩擦力之外的第三方向上的滑动摩擦力，进一步加剧车轮踏面和铁轨的磨损从而提高运行维护或设备替换的成本。而在本发明的回转滚筒20和第一弹性构件16、第二弹性构件17的联动作用下，列车齿轮21与回转滚筒20接触瞬间的冲击能量的一部分转化为驱动回转滚筒20自身进行旋转的能量，另一部分冲击能量则由第一弹性构件和第二弹性构件转换为自身形变产生并且积蓄的弹性势能，从而避免由于第三方向上产生是作用力而引起的顶齿现象，进而避免由于顶齿现象而使得列车车轮11在钢轨12中发生第三方向滑动，最终避免列车车轮11与钢轨12产生无谓的摩擦损耗。

根据一种优选实施方式，在设计本发明的齿轮入齿过渡装置时，需要考虑弹性构件(压缩弹簧)的形变和承载能力，具体的设计步骤可参考如图2所示的将齿轨列车进行模型简化后的坡道受力分析图，其中，坡道具有一坡度角θ。

根据一种优选实施方式，相应弹性构件的具体设计方法为：

根据图2中齿轨列车的受力关系建立如下所示的受力平衡方程：

ma＝μmgcosθ+F-mgsinθ

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；

根据受力平衡方程求解齿轨列车各个方向上的分力，其中，

列车齿轮受沿斜面向上的力为F_x＝F+μmgcosθ-mgsinθ，

列车齿轮受垂直斜面向下的力为F_y＝mgcosθ；

根据受力平衡方程求解各弹性构件(压缩弹簧)的设计参数，其中，F_x即为水平放置的弹簧所承受的压力，F_y即为竖直放置的弹簧所承受的压力，而弹簧的承载能力需满足下述公式：

其中，n₁为水平放置弹簧的个数，m₁为水平放置弹簧的质量，C₁为水平放置弹簧的阻尼系数，K₁为水平放置弹簧的刚度系数，Δx₁为水平放置弹簧的形变量，n₂为竖直放置弹簧的个数，m₂为竖直放置弹簧的质量，C₂为竖直放置弹簧的阻尼系数，K₂为竖直放置弹簧的刚度系数，Δx₂为竖直放置弹簧的形变量。

优选地，根据上述方程可求解出沿不同方位放置的弹簧的数量及其相应参数。

根据一种优选实施方式，在设计本发明的齿轮入齿过渡装置，还需要考虑回转滚筒20的形变和承载能力，具体地：

根据上述受力平衡方程求解回转滚筒的设计参数：入轨瞬间回转滚筒所受冲击力可根据动量定理求碰撞瞬间的受力，即

其中，F为回转滚筒所受合外力，m为回转滚筒质量，Δν为速度变化量，Δt为合外力作用时间，则回转滚筒20的承载能力需满足：F′＞F。优选地，可进一步根据回转滚筒20受力情况来计算回转滚筒20强度，从而完成回转滚筒20的参数设计。

根据一种优选的实施方式，如图1、图3所示，本发明提供的齿轮入轨导入装置适用于一种齿轨轨道，该齿轨轨道包括：沿齿轨轨道长度方向间隔排布的、在宽度方向上延伸的若干轨枕10；两条彼此平行的铁轨12；位于两条铁轨12对称中心线上的至少部分齿轨齿条，特别是齿轨齿条的总长度小于等于铁轨12的总长度。其中，铁轨12和齿轨齿条铺设于轨枕10上方。进一步地，齿轨轨道还可以包括护轨13，其延伸方向是平行于铁轨12长度方向的，并且布设在两条铁轨12的内侧。铁轨12用于承载齿轨列车列车车轮11，并能够与基于电机或外力驱动的列车车轮11发生相对滑动。列车车轮11设置在横轴22的轴向两端，该横轴22至少能够基于电机驱动而带动所述列车车轮11于铁轨12之上滚动前进。齿轨列车底部的列车齿轮21套设于横轴22的径向外侧，用于在齿轨列车行进时与齿轨齿条的轨齿保持啮合。且优选地，列车齿轮21套设在该横轴22中段位置处。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种齿轮入齿过渡装置，布设在齿轨齿条的一端，其特征在于，包括：

齿轨导入齿条(14)，配置在所述齿轨齿条的沿第一方向的其中一端，

防窜动组件，配置在所述齿轨导入齿条(14)的两端，其包括固定挡板(18)和多个弹性构件，

其中，

所述固定挡板(18)配置在所述齿轨导入齿条(14)的两端对侧并联结至地面，以及

所述弹性构件包括：

第一弹性构件(16)，其以至少部分基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变的方式联结于所述固定挡板(18)和齿轨导入齿条(14)之间，

第二弹性构件(17)，其以至少部分基于外力驱动而产生沿第一方向和/或第二方向的位移形变的方式联结于所述齿轨导入齿条(14)沿第二方向的两侧。

2.根据权利要求1所述的过渡装置，其特征在于，所述第一弹性构件(16)和/或所述第二弹性构件(17)至少能够基于由其部分沿第一方向和/或第二方向的位移形变而蓄积的弹性作用力约束所述齿轨导入齿条(14)于第一方向和/或第二方向的位移量。

3.根据权利要求1或2所述的过渡装置，其特征在于，所述防窜动组件具有由所述第一弹性构件(16)和第二弹性构件(17)附接于所述齿轨导入齿条(14)其中至少一端并处于同一平面内的多个受力点，并且所述防窜动组件对于所述齿轨导入齿条(14)沿第一方向和/或第二方向的位移量的约束是通过所述受力点来完成的。

4.根据权利要求1～3任一项所述的过渡装置，其特征在于，所述第一弹性构件(16)和第二弹性构件(17)各自的延伸方向彼此相交，其中，所述第一弹性构件(16)配置为在第一方向上延伸，所述第二弹性构件(17)配置为在第三方向上延伸。

5.根据权利要求1～4任一项所述的过渡装置，其特征在于，还包括：

安装在所述齿轨导入齿条(14)的远离于齿轨齿条一端的至少一个回转滚筒(20)，且所述回转滚筒(20)以与所述齿轨导入齿条(14)的轨齿并行的方式可转动连接至所述齿轨导入齿条(14)。

6.根据权利要求1～5任一项所述的过渡装置，其特征在于，还包括：

安装底座(15)，其布设在齿轨齿条沿第二方向的两侧，并按照基于其与地面联结的作用力以限制所述齿轨导入齿条(14)的位移量的方式与所述第二弹性构件(17)联结固定。

7.根据权利要求1～6任一项所述的过渡装置，其特征在于，当列车齿轮(21)与所述齿轨导入齿条(14)接触啮合且发生相对运动之时，所述齿轨导入齿条(14)基于彼此相对运动产生的机械作用力而沿其长度方向由第一位置位移至第二位置，

在所述齿轨导入齿条(14)与列车齿轮(21)分离后，所述齿轨导入齿条(14)至少能够凭借所述防窜动组件的作用力从第二位置经由第一位移后恢复至第一位置。

8.根据权利要求1～7任一项所述的过渡装置，其特征在于，当列车齿轮(21)与所述齿轨导入齿条(14)接触啮合且发生相对运动之时，所述齿轨导入齿条(14)基于彼此相对运动产生的机械作用力而沿其宽度方向由第三位置位移至第四位置，

在所述齿轨导入齿条(14)与列车齿轮(21)分离后，所述齿轨导入齿条(14)至少能够凭借所述防窜动组件的作用力从第四位置经由第二位移后恢复至第三位置。

9.根据权利要求1～8任一项所述的过渡装置，其特征在于，当齿轨导入齿条(14)产生沿其长度方向的第一位移和/或沿其宽度方向的第二位移之时，所述第二弹性构件(17)能够基于自身伸缩形变而产生沿第三方向的弹性作用力，并通过该弹性作用力使所述齿轨导入齿条(14)向列车齿轮(21)抵靠。

10.根据权利要求1～9任一项所述的过渡装置，其特征在于，所述齿轨导入齿条(14)于其长度方向上的第一位移量和/或于其宽度方向上的第二位移量至少关联于所述第一弹性构件(16)和第二弹性构件(17)的弹性模量，以及所述回转滚筒(20)的抗冲击强度。

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