TWI385089B - 用於鐵路運輸載具耦合器之抗疲勞性緊急釋放裝置 - Google Patents

Description

用於鐵路運輸載具耦合器之抗疲勞性緊急釋放裝置 發明領域

本發明係有關於一種鐵路載具間，特別是在大眾運輸應用中用以搭載乘客的載具之間的機械聯結，更具體而言，本發明係有關於一種牽引機構或減震總成之緊急釋放，使該等載具可連接在一起以受控制地吸收更多能量並防止碰撞後之攀爬。

相關技術之說明

在鐵路及運輸載具中，聯結載具間之緩衝力及牽引力透過拉桿、牽引機構及耦合頭(耦合器總成)傳送至該等載具之底架。該牽引機構具有可接受一般可預料之力的減震裝置，且相鄰之載具係留有間隙地維持耦合。若發生可能會在碰撞時遇到之不正常緩衝力，則宜使該等載具連接在一起，使得位於該等載具端部之防爬器可防止後拖載具之端部跨置於前導載具上。一般而言，這功能係由具有依據剪力栓而作用之釋放機構的可伸縮牽引機構提供。

如於鐵路耦合技術中所周知者，鐵路運輸載具耦合器總成使用多數於預定緩衝力下斷裂之緊急釋放螺栓，使該牽引機構裝置套入牽引機構殼體中。該等緊急釋放螺栓徑向延伸穿過該牽引機構殼體並進入一緊急釋放環中，且該牽引機構殼體含有一能量吸收裝置，而該能量吸收裝置承載該緊急釋放環及該等緊急釋放螺栓。

牽引機構殼體係一機械性地固設於其相關之載具底部之耦合器總成的一體部分，且耦合力及載具間之力自該牽引機構總成傳送至該緊急釋放環並透過該緊急釋放環傳送至該等釋放螺栓。習知之耦合器總成通常使用一剛性緊急釋放環，且該剛性緊急釋放環係藉由徑向延伸之多數緊急釋放螺栓懸浮於一剛性牽引機構殼體中。於該剛性緊急釋放環及該剛性牽引機構殼體間必須存有一間隙，以進行組裝。此外，該等緊急釋放螺栓係設計成當兩載具間之耦合力超出一預定限度，例如由該等緊急釋放螺栓所決定之強度時，可剪斷或斷裂成2段。

一般而言，當一系列鐵路載具組裝及連結在一起以與一火車頭或前導載具共同移動時發生之耦合力，可於該等緊急釋放螺栓上施加比該預定限度小之負載，且該總成仍保持完整。

在發生猛烈耦合或碰撞事件時，將會施加超出該預定限度之力，此時，該等緊急釋放螺栓將斷裂或剪斷，而這將使部分之牽引機構總成於該牽引機構殼體內滑動並與一第二能量消散裝置結合。

於習知之耦合器總成中，該緊急釋放環被拉抵於該牽引機構殼體之內壁而於一單一位置形成一接點，且該單一位置對應於一首先被鎖緊之緊急釋放螺栓。又，一間隙形成在該殼體與該釋放環之間且靠近其餘之釋放螺栓，該間隙使力可反覆地彎曲該等緊急釋放螺栓成彎曲形態，而該彎曲將導致該等螺栓之疲勞強度降低。

一種用於鐵路載具之機械聯結之拉桿、牽引機構(減震單元)及耦合頭之整體構造揭露於Grau等人之名稱為“Coupler with Extended Emergency Release and Towing Feature”的美國專利No.6,499,613中，且該專利中揭露主要及次要釋放裝置，而且該主要釋放裝置與本發明最為相關。又，一剪力栓之構造及明確剪切面之需求則揭露於Grau等人之名稱為“High Capacity Shear Mechanism”的美國專利No.6,981,599中。

發明概要

本發明之目的係提供一種用於鐵路運輸載具耦合器總成之抗疲勞性緊急釋放裝置，具體而言，該釋放裝置藉由消除施加於該等緊急釋放螺栓之彎曲力，提供緊急釋放螺栓之較佳疲勞壽命性能。

簡言之，依據本發明之一實施態樣，提供一種用於牽引機構總成之釋放裝置。該牽引機構總成包含有一牽引機構殼體，且該牽引機構殼體可用以支撐一軛與一體軛軸並使之呈可滑動狀態且將一與該軛軸連接之減震單元固持於緩衝擋止器與牽引擋止器之間。該緩衝擋止器係設計成可在緊急緩衝力作用下自該殼體釋放，且該緩衝擋止器包含有一釋放環，而該釋放環具有一圓柱軸線及一具有一直徑之外圓柱形表面，且該直徑容許於該殼體之圓柱形內表面內滑動結合。該釋放環徑向分割成2個或2個以上之區塊，且各區塊之外表面上有與該圓柱軸線平行之平坦弦表面， 並且一螺孔徑向地延伸穿過各區塊並與各區塊中之平坦弦表面垂直。

一可將該釋放環之區塊扣持在一起之持留系統包括至少一設於該釋放環之外圓柱形表面的圓周緣溝槽、及一定位於該溝槽之可擴張的開口環，且該持留系統使該等獨立之釋放環區塊可配合該等區塊互相相對之徑向及縱向失準。

複數釋放螺栓係設計成可在緊急緩衝力作用下剪斷並具有螺紋端者，且於該等緊急釋放螺栓之端間具有一平坦徑向承載表面。當該釋放環定位於該牽引機構殼體中時，多數釋放螺栓可延伸穿過該牽引機構殼體並進入該釋放環之區塊中，藉此，一自該釋放螺栓徑向延伸之平面將抵接一釋放環區塊之一平坦弦表面，形成一明確之剪切面。又，多數螺帽將該等區塊徑向地向外拉，使該等釋放螺栓之彎曲為最小。此外，複數緊急釋放螺栓徑向地穿過多數在該牽引機構殼體中且對應該等緊急釋放環區塊中之螺孔的孔，使各區塊被可緊拉抵該牽引機構殼體之內表面，以促進純縱向之剪切負載。

簡言之，依據本發明亦提供一種牽引機構總成，包含有：一牽引機構殼體；一軛與一體軛軸，係可滑動地固設於一殼體中；及一減震單元，係與該軛軸連接並被固持於緩衝擋止器與牽引擋止器之間，且該等緩衝擋止器與牽引擋止器固設於該殼體中。又，該緩衝擋止器包含有一具有一圓柱軸線及一具有一直徑之外圓柱形表面釋放環，且該 直徑容許於該殼體之圓柱形內表面內滑動結合。該釋放環徑向分割成2個或2個以上之區塊，且一螺孔延伸入各區塊。至少一圓周緣溝槽形成在該釋放環之外圓柱形表面中，且一可擴張之開口環定位於該溝槽中並將該釋放環之區塊扣持在一起。

複數設計成可在緊急緩衝力作用下剪斷之釋放螺栓具有螺紋端，且當該釋放環定位於該牽引機構殼體中時，多數釋放螺栓可延伸穿過該牽引機構殼體中並進入該釋放環區塊中之螺孔。一在該等釋放螺栓另一端上轉動之螺帽將該區塊徑向地向外拉至該牽引機構殼體之內壁，以消除任一間隙且因此使該等釋放螺栓之彎曲為最小。

圖式簡單說明

更多特徵、其他目的及優點可由參照圖式之以下詳細敘述變得更為清楚。

第1圖係一現代運輸載具之拉桿、牽引機構及耦合器總成的立體圖。

第2圖係一與一拉桿連接之本發明牽引機構的分解立體圖。

第3圖係一本發明之牽引機構的截面圖。

第4圖係顯示一本發明之釋放環的分解立體圖。

較佳實施例之說明

以下請參照第1圖，一於運輸載具間之機械聯結包含有一拉桿10，該拉桿10藉由一錨環12固設於該載具(未圖示者) 之底部而可繞一大致垂直軸線旋轉。牽引機構殼體14藉由多數第二釋放螺栓16栓接於該拉桿，且該牽引機構殼體14之上部上支撐有一可容納一彎曲導軌20之從動槽18，而該彎曲導軌20固設於該載具之底部且亦可配合該拉桿10及牽引機構殼體14圍繞穿過該錨環12之垂直軸線的旋轉。一用以固持一鄰近載具之耦合頭的耦合頭22安裝在一軛24上，以便圍繞一與該拉桿10之軸線垂直的大致水平軸線旋轉。該軛24與一軛軸32(未圖示於第1圖中)為一體，且該軛軸32軸接於該牽引機構殼體14中，以稍微圍繞一與該拉桿10之軸線平行的水平軸線旋轉，並且該軛軸32亦可於該牽引機構殼體14中滑動。又，第1圖中亦顯示用於一軔管及貯器供給管之電耦合器26及氣動導管，而第1圖之目的係用以說明一種其中可發現本發明之裝置。本發明標的之多區塊釋放環配置可適用於圖式所示之外的許多具有牽引機構組態之拉桿或耦合器中，例如，可應用於具有一尾孔型錨及一體耦合頭之輕軌型耦合器中。

請參閱第2圖，該牽引機構殼體14係顯示為固設於該拉桿10。該殼體有一中空且大致呈圓柱形之內部，圖中顯示一由該殼體內部分離出來之釋放環30且該軛24、軛軸32及減震總成34亦分離出來。如第2圖中所示地，該釋放環30係一分離且獨立的構件。當該等元件滑進該殼體中時，該釋放環30藉由釋放螺栓36及螺帽38固設於該殼體之內壁。

請參閱第3圖，該軛24係螺接於該軛軸32，且在遠處端，該軛軸32係螺接一尾螺樁螺帽42，且該釋放環30徑向地位於該尾螺樁螺帽42外側。該釋放環30包含該緩衝擋止 器，且一套筒軸承44定位於該釋放環30與該尾螺樁螺帽42之間。此外，於軛軸32之軛端，堵塞螺帽46螺合固設於該殼體內部並包含該牽引擋止器，且套筒軸承48定位於該堵塞螺帽46與該軛軸32之間。與該等緩衝擋止器及牽引擋止器相鄰的是從動件50、52，且該減震總成34被固持於該等從動件之間。因此，在正常操作時，該軛軸32可圍繞其軸旋轉，且可移入與移出該牽引機構殼體14並受限於該緩衝總成34相對該緩衝擋止器或牽引擋止器之壓縮。

請參閱第4圖，該釋放環30有一圓柱軸線、一內圓柱形表面及一大致圓形之外圓柱形表面，且該環藉由貫穿該環軸線之徑向平面分割成4個區塊30a、30b、30c、30d。各區塊在其外表面上具有一平坦弦表面30e及用以容納釋放螺栓36(參照第3圖)之螺孔30f，而該螺孔30f具有一與該平坦弦表面30e垂直之軸線，且該螺孔30f之軸線與該釋放環30之圓柱軸線交叉。

該釋放螺栓36係設計成可在緊急緩衝力作用下剪斷，且該釋放螺栓36具有2個不同直徑之螺紋端，一螺紋端係轉入一在釋放環區塊中之螺孔30f，另一個螺紋端則延伸穿過該牽引機構殼體14且具有一於該螺紋端上轉動之扭矩螺帽38。較佳地，一圓柱形柄部延伸於該釋放螺栓36之該等螺紋端之間，且一平坦徑向表面位於該柄部與用以轉入該釋放環之一區塊的螺紋端相接合處。又，一較佳釋放螺栓揭露於前述美國專利No.6,981,599中。

於該釋放環之各軸端設有圓周緣溝槽60、62，以容納 可擴張之開口環64、66，且該等環64、66可由數個環圈並較佳地構形成使得該環之各環圈位於相同圓柱形平面上。當被安放定位時，開口環64、66即可將該釋放環30之區塊扣持在一起，且該等可擴張之開口環64、66使該釋放環之區塊具有可向外延伸之功能並可於徑向互相相對地移動。

當該釋放環30定位於該牽引機構殼體14中時，釋放螺栓36之一端上的螺紋延伸穿過該牽引機構殼體14並進入該釋放環30之區塊中，直到該螺栓之平坦徑向表面抵接該等釋放環30之平坦弦表面30e。然後，將該等扭矩螺帽38鎖緊，以將該緊急釋放環之區塊徑向地向外拉，使該等釋放區塊之外表面抵接該牽引機構殼體之內表面，以消除任一間隙且使該等釋放螺栓之彎曲為最小。用以將該等釋放環區塊扣持在一起之持留系統，可為開口環以外之其他形式，且各種型式之可擴張的扣件可被使用於該等釋放環區塊之外徑、內徑或軸端。

本發明之優點在於該多區塊釋放環可徑向地向外擴張，以有效地接觸與各緊急釋放螺栓相鄰之牽引機構殼體的內壁，因此消除該牽引機構殼體內壁與該緊急釋放環間之任一間隙。這具有可平衡在該等緊急釋放螺栓上之負載的效果，且亦可於組裝時使所有緊急釋放螺栓具均一之預負載。最重要的是，這於該釋放環與該殼體間之剪切面上提供一緊密接觸嵌合，可消除使該釋放環疲勞之彎曲力。最後，該釋放環可具有一有助於將該釋放環組裝於該牽引機構殼體內之初始(未擴張)直徑。

本發明已依據專利法之要求詳盡且仔細地說明過了，而希望受專利保護者係揭露於以下申請專利範圍中。

10‧‧‧拉桿

12‧‧‧錨環

14‧‧‧牽引機構殼體

16‧‧‧第二釋放螺栓

18‧‧‧從動槽

20‧‧‧彎曲導軌

22‧‧‧耦合頭

24‧‧‧軛

26‧‧‧電耦合器

30‧‧‧釋放環

30a,30b,30c,30d‧‧‧區塊

30e‧‧‧平坦弦表面

30f‧‧‧螺孔

32‧‧‧軛軸

34‧‧‧減震總成

36‧‧‧釋放螺栓

38‧‧‧扭矩螺帽

42‧‧‧尾螺樁螺帽

44,48‧‧‧套筒軸承

46‧‧‧堵塞螺帽

50,52‧‧‧從動件

60,62‧‧‧圓周緣溝槽

64,66‧‧‧開口環

第1圖係一現代運輸載具之拉桿、牽引機構及耦合器總成的立體圖。

第2圖係一與一拉桿連接之本發明牽引機構的分解立體圖。

第3圖係一本發明之牽引機構的截面圖。

第4圖係顯示一本發明之釋放環的分解立體圖。

30a,30b,30c,30d‧‧‧區塊

30e‧‧‧平坦弦表面

30f‧‧‧螺孔

60,62‧‧‧圓周緣溝槽

64,66‧‧‧開口環

Claims (8)

1. 一種牽引機構總成，包含：一牽引機構殼體；可滑動地固設於該殼體中之一軛與一體軛軸；一減震單元，係與該軛軸連接並被固持於緩衝擋止器與牽引擋止器之間，且該等緩衝擋止器與牽引擋止器係固設於該殼體中；該緩衝擋止器係設計成可在緊急緩衝力作用下自該殼體釋放，該緩衝擋止器包含：一釋放環，具有一圓柱軸線及一具有一直徑之外圓柱形表面，且該直徑容許於該牽引機構殼體之一圓柱形內表面內滑動結合，該釋放環係徑向地分割成2個或2個以上之獨立區塊，各區塊之外表面上有一與該圓柱軸線平行之平坦弦表面，且一螺孔延伸入各區塊並穿過且垂直於各區塊中之該平坦弦表面，該釋放環係一分離且獨立之構件；及複數釋放螺栓，係設計成可在緊急緩衝力作用下剪斷，且具有螺紋端及一圓柱形柄部，該柄部具有一大於一螺紋端處之外徑的直徑，及一位於該柄部與該螺紋端相接合處之平坦徑向表面；藉此，當該釋放環係定位於該牽引機構殼體中時，該等釋放螺栓可延伸穿過該牽引機構殼體並進入該釋放環之該等區塊中，以將該等螺栓之該等平坦徑向表面拉引成與該等區塊之該等平坦弦表面抵接，而一在該等 螺栓之另一端上之螺帽將該等區塊徑向地向外拉至該牽引機構殼體之該內表面，以消除間隙且使該等釋放螺栓之彎曲為最小。
2. 如申請專利範圍第1項之牽引機構總成，其中該軛軸在該牽引機構殼體內滑動地移動。
3. 如申請專利範圍第1項之牽引機構總成，其中該釋放環係徑向地至少分割成4個區塊。
4. 如申請專利範圍第1項之牽引機構總成，更具有用以將該釋放環之該等2個或2個以上之區塊可擴張地扣持在一起的持留機構。
5. 如申請專利範圍第4項之牽引機構總成，其中該持留機構包含一可擴張之開口環，且該開口環係定位在多數溝槽中並將該釋放環之該等區塊扣持在一起。
6. 如申請專利範圍第5項之牽引機構總成，其中在該釋放環之各軸線端設有多數圓周緣溝槽，且多數可擴張之開口環係定位於各溝槽中，使得該等環不會承載在該牽引機構殼體之該內圓柱形表面上。
7. 如申請專利範圍第5項之牽引機構總成，其中該可擴張的開口環讓該釋放環之該等區塊容許該等區塊相對於彼此之徑向和縱向的失準。
8. 一種牽引機構總成，包含：一牽引機構殼體；可滑動地固設於該殼體中之一軛與一體軛軸；一減震單元，係與該軛軸連接並被固持於緩衝擋止 器與牽引擋止器之間，且該等緩衝擋止器與牽引擋止器係固設於該殼體中；該緩衝擋止器係設計成可在緊急緩衝力作用下自該殼體釋放，該緩衝擋止器包含：一釋放環，具有一圓柱軸線及一具有一直徑之外圓柱形表面，且該直徑容許於該牽引機構殼體之一圓柱形內表面內滑動結合，該釋放環係徑向地分割成2個或2個以上之獨立區塊，各區塊之外表面上有一與該圓柱軸線平行之平坦弦表面，且一螺孔延伸入各區塊並穿過且垂直於各區塊中之該平坦弦表面；及複數釋放螺栓，係設計成可在緊急緩衝力作用下剪斷，且具有螺紋端及一圓柱形柄部，該柄部具有一大於一螺紋端處之外徑的直徑，及一位於該柄部與該螺紋端相接合處之平坦徑向表面；藉此，當該釋放環係定位於該牽引機構殼體中時，該等釋放螺栓可延伸穿過該牽引機構殼體並進入該釋放環之該等區塊中，以將該等螺栓之該等平坦徑向表面拉引成與該等區塊之該等平坦弦表面抵接，而一在該等螺栓之另一端上之螺帽將該等區塊徑向地向外拉至該牽引機構殼體之內表面，以消除間隙且使該等釋放螺栓之彎曲為最小，以及其中該軛軸在該牽引機構殼體內滑動地移動，以及其中在正常操作期間內，該軛軸能環繞其軸線轉動，並且能夠如同抵住該緩衝檔止器或是該牽引檔止器之該減震單元的一壓縮所限制地，移進和移出 該牽引機構殼體。