CN108167398A - 一种齿轨列车动力切换装置 - Google Patents

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李艳
张茂帆
王孔明
陈明
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Abstract

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。

Description

一种齿轨列车动力切换装置
技术领域
本发明涉及铁路，特别涉及一种齿轨列车动力切换装置。
背景技术
现有登山铁路采用的齿轨车有如下几种类型:
单一齿轨形制，运行全线采用齿轮-齿条啮合作为列车的驱动方案。该驱动方案能够保证列车具有较好的爬坡性能，但存在造价过高，维护困难的问题；
单一轮轨形制，即传统钢轮钢轨模式，全程采用钢轮的黏着力作为列车的驱动动力。该驱动方案非常成熟，系列零件大多实现标准化，造价低，但列车爬坡能力弱；
齿轨-轮轨形制，即齿轨啮合与传统轮轨模式交替作为列车的驱动动力形式。作为结合单一齿轨形制与单一轮轨形制的驱动方案，获得了两者的优点，同时避免了两者的问题，具有较高的工程实践价值。
目前，国内外已经存在齿轨-轮轨形制的混合驱动方案的专利文件。如美国专利US067260中提到一种齿轨-齿轮形制的驱动方案，该方案主要提出以离合器作为动力接入、差速器原理的两类方案，该型列车全程依靠轮轨作为列车动力输入，在必要时启动齿轨啮合模式提供附加爬坡动力。而在中国专利《齿轨车驱动装置》CN105460024A提出一种驱动模式，使用该装置的列车依靠离合器作为动力模式切换手段，但存在全程齿轨啮合齿轮空转，造成不必要的能源损耗，提高了列车的使用成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供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。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明一种齿轨列车动力切换装置，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，其特征是：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。
所述转速同步离合机构包括转速匹配盘、周向锁止销、弹簧、连接杆和缺口弹簧圈；所述动力滑移套筒上沿周向间隔设置轴向通孔，各轴向通孔内安装轴向穿过动力滑移套筒主体的连接杆，缺口弹簧圈卡入动力滑移套筒的环向槽内，各连接杆中部设置环槽；所述转速匹配盘上沿周向间隔设置轴向阶梯孔，连接杆的两端分别与转速匹配盘的轴向阶梯孔螺纹连接，轴向阶梯孔的外端设置弹簧和受其作用的周向锁止销；所述转速匹配盘的外侧端面具有环形锥台，齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮与其相对的端面上则具有与之相适配的环形锥槽，齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮上沿周向间隔设置与周向锁止销相对应的锁止孔。
本发明的有益效果是，齿轨传动齿轮仅在切换到齿轨驱动状态后转动，并为齿轨驱动齿轮输入动力，进而为列车提供牵引动力，其余状态下无动力输入，齿轨传动齿轮无空转能耗产生；齿轨驱动、轮轨驱动为两个独立的输入状态，任意时刻仅有一种状态工作，避免两种状态同时作用发生车轴卡死现象；转速匹配盘采用双锥面的结构设计，提高了摩擦容量，缩短了主传动轴与齿轨传动齿轮、车轴传动齿轮的转速匹配时间；结构简化，操作简单，工作可靠。
附图说明
本说明书包括如下五幅附图：
图1是本发明一种齿轨列车动力切换装置中传动***的构成示意图；
图2是本发明一种齿轨列车动力切换装置的结构示意图；
图3是本发明一种齿轨列车动力切换装置的初始状态图；
图4是本发明一种齿轨列车动力切换装置的结合状态图；
图5是本发明一种齿轨列车动力切换装置中缺口弹簧圈的主视图。
图中示出构件和对应的标记：电机1、第一传动齿轮2、第二传动齿轮3、主传动轴4、车轴10、车轮11、齿轨驱动齿轮12、车轴驱动齿轮13、动力切换装置20、齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22、转速匹配盘23、周向锁止销24、弹簧25、连接杆26、动力滑移套筒27、缺口弹簧圈28、拨杆29、双杆活塞油缸30。
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，本发明的一种齿轨列车动力切换装置，包括间隔固定安装于车轴10上的齿轨驱动齿轮12、车轴驱动齿轮13，以及其上设置动力切换装置20的主传动轴4，主传动轴4上固定安装第二传动齿轮3，第二传动齿轮3与固定安装于电机1输出轴上的第一传动齿轮2相啮合。
参照图1和图2，所述动力切换装置20包括齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22、动力滑移套筒27和操纵机构。所述齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22空套安装于主传动轴4上，动力滑移套筒27位于齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22之间，通过花键与主传动轴4形成轴向滑移连接。所述动力滑移套筒27两侧与齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22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27沿主传动轴4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21，或者将动力传递至车轴传动齿轮22。
参照图2，所述操纵机构由拨杆29、双杆活塞油缸30构成，由双杆活塞油缸30驱动的拨杆29的前端伸入动力滑移套筒27的环向槽内，带动动力滑移套筒27沿主传动轴4作直线往复移动。
参照图2，所述转速同步离合机构包括转速匹配盘23、周向锁止销24、弹簧25、连接杆26和缺口弹簧圈28。所述动力滑移套筒27上沿周向间隔设置轴向通孔，各轴向通孔内安装轴向穿过动力滑移套筒27主体的连接杆26，缺口弹簧圈28卡入动力滑移套筒27的环向槽内，各连接杆26中部设置环槽，初始状态下，缺口弹簧圈28卡入连接杆26中部的环槽内。所述转速匹配盘23上沿周向间隔设置轴向阶梯孔，连接26的两端分别与转速匹配盘23的轴向阶梯孔螺纹连接，轴向阶梯孔的外端设置弹簧25和受其作用的周向锁止销24；所述转速匹配盘23的外侧端面具有环形锥台，齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22与其相对的端面上则具有与之相适配的环形锥槽，齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22上沿周向间隔设置与周向锁止销24相对应的锁止孔。为提高传动效率，所述环形锥台、环形锥槽表面上附着高摩擦系数涂层。
下面以齿轨驱动状态为例，说明动力切换装置的操作过程：
初始状态下，操纵机构中双杆活塞油缸30的活塞杆位于中位，同步动力滑移套筒27位于中位，缺口弹簧圈28卡入缺口弹簧圈28中部的环槽内，左侧、右侧的右转速匹配盘23为对称布置，转速匹配盘23上环形锥台与齿轨传动齿轮21、车轴传动齿轮22端面上环形锥槽相脱离，主传动轴4带动动力滑移套筒27空转。此时，齿轨驱动齿轮12、车轴驱动齿轮13上均无动力输入。
活塞油缸30的进油口Q进油，进油口P排油，活塞杆左移，拨杆29随之左移，拨杆29带动动力滑移套筒27左移。由于缺口弹簧圈28卡入连接杆26中部的环槽内，连接杆26相对动力滑移套筒27位置固定，因此，切换装置整体左移，左侧的转速匹配盘23的环形锥台和齿轨传动齿轮21的环形锥槽开始接合，通过摩擦力作用，齿轨传动齿轮21的速度开始提高。在齿轨传动齿轮21和动力滑移套筒27转速相差较大的情况下，左侧转速匹配盘27上的周向锁止销24无法伸入齿轨传动齿轮21环形锥槽底部的锁止孔中。之后，齿轨传动齿轮21的转速和动力滑移套筒27的转速越来越接近，当齿轨传动齿轮21和动力滑移套筒27同速后，周向锁止销24伸入齿轨传动齿轮21的锁止孔中，此时齿轨传动齿轮21和动力滑移套筒27通过周向锁止销24的轴向连接，以机械方式保证了动力滑移套筒27和齿轨传动齿轮21的转速相同。
活塞油缸30的进油口Q进一步进油，活塞杆进一步带动拨杆29左移，由于此时动力滑移套筒27和齿轨传动齿轮21为同速转动，因此动力滑移套筒27相对于齿轨传动齿轮21为静止状态。当拨杆29对于动力滑移套筒27的推力大于缺口弹簧圈28的对于连接杆26的锁止力后，动力滑移套筒27相对于连接杆26继续向左移动，而缺口弹簧圈28收缩，缺口弹簧圈28和连接杆26脱离，此后动力滑移套筒27与齿轨传动齿轮21上的外花键部分接合，此时齿轨传动齿轮21、动力滑移套筒27、主传动轴4为整体，来主传动轴4的动力直接输入到齿轨传动齿轮21，齿轨传动齿轮21与齿轨驱动齿轮12相啮合，齿轨驱动齿轮12和齿轨相啮合驱动列车行进。
列车的轮轨牵引方式为动力滑移套筒27的右移过程，与上述过程大体一致，故不赘述。
以上所述只是用图解说明本发明一种齿轨列车动力切换装置的一些原理，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 (5)

1.一种齿轨列车动力切换装置，包括间隔固定安装于车轴(10)上的齿轨驱动齿轮(12)、车轴驱动齿轮(13)，以及其上设置动力切换装置(20)的主传动轴(4)，其特征是：所述动力切换装置(20)包括齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)、动力滑移套筒(27)和操纵机构；所述齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)空套安装于主传动轴(4)上，动力滑移套筒(27)位于齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)之间，通过花键与主传动轴(4)形成轴向滑移连接；所述动力滑移套筒(27)两侧与齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)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(27)沿主传动轴(4)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(21)，或者将动力传递至车轴传动齿轮(22)。
2.如权利要求1所述的一种齿轨列车动力切换装置，其特征是：所述转速同步离合机构包括转速匹配盘(23)、周向锁止销(24)、弹簧(25)、连接杆(26)和缺口弹簧圈(28)；所述动力滑移套筒(27)上沿周向间隔设置轴向通孔，各轴向通孔内安装轴向穿过动力滑移套筒(27)主体的连接杆(26)，缺口弹簧圈(28)卡入动力滑移套筒(27)的环向槽内，各连接杆(26)中部设置环槽；所述转速匹配盘(23)上沿周向间隔设置轴向阶梯孔，连接杆(26)的两端分别与转速匹配盘(23)的轴向阶梯孔螺纹连接，轴向阶梯孔的外端设置弹簧(25)和受其作用的周向锁止销(24)；所述转速匹配盘(23)的外侧端面具有环形锥台，齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)与其相对的端面上则具有与之相适配的环形锥槽，齿轨传动齿轮(21)、车轴传动齿轮(22)上沿周向间隔设置与周向锁止销(24)相对应的锁止孔。
3.如权利要求2所述的一种齿轨列车动力切换装置，其特征是：所述环形锥台、环形锥槽表面上附着高摩擦系数涂层。
4.如权利要求1所述的一种齿轨列车动力切换装置，其特征是：所述操纵机构由拨杆(29)、双杆活塞油缸(30)构成，由双杆活塞油缸(30)驱动的拨杆(29)的前端伸入动力滑移套筒(27)的环向槽内，带动动力滑移套筒(27)沿主传动轴(4)作直线往复移动。
5.如权利要求1所述的一种齿轨列车动力切换装置，其特征是：所述主传动轴(4)上固定安装第二传动齿轮(3)，第二传动齿轮(3)与固定安装于电机(1)输出轴上的第一传动齿轮(2)相啮合。
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