一种变轨距转向架的主动变轨装置及方法与流程

本发明涉及转向架系统技术领域，更具体的说，它涉及一种变轨距转向架的主动变轨装置及方法。

背景技术

由于世界各国采用不同的铁路轨距制式，例如中国的铁路为标准轨，轨距为1435mm，俄罗斯和大多数东欧、中亚地区国家的铁路为宽轨，轨距为1520mm，还有一些国家铁路轨距制式为窄轨1000mm，因此，铁道车辆要想在标准轨线路以及宽、窄轨线路上直通运行，则需要借助变轨距转向架实现；变轨距转向架是一种非常规的转向架，它与常规转向架的主要区别在于轮对结构，轮对结构设计是实现轨距变换功能的关键，变轨距转向架轮对与常规转向架轮对结构相比，需要增加一套锁紧装置，锁紧装置的作用是实现车轮滑移变轨距前的解锁和运行中的锁紧固定，变轨过程一般以不大于15km/h(通常7km/h)的速度通过较短的地面变轨设施，通过地面配套的承载装置、解锁锁止装置以及导向变轨装置完成整个变轨过程。

目前，常见的变轨距转向架的发明都需要地面配套的机械装置实现车轮的解锁和锁紧以及轨距的调整，都不具备自动化变轨功能，例如，中国专利授权公告号为cn107521519a，授权公告日:2017年12月29日，申请日为2017年9月1日，发明名称：一种变轨距转向架。

技术实现要素：

为了解决变轨距转向架无法自动进行轨距调整的问题，且尽可能地实现变轨距转向架在轮对内侧距调整过程中自动化功能，本发明提供了一种变轨距转向架的主动变轨装置及方法，实现变轨距转向架由宽轨变窄轨或由窄轨变宽轨时，能够自动实现变轨距轮对的解锁和锁紧以及轨距的调整。

为实现上述目的，本发明提供了一种变轨距转向架的主动变轨装置及方法，所述的一种变轨距转向架的主动变轨装置，由滑块组件1、上轴箱壳体2、下轴箱壳体3、一号轴箱端盖4、二号轴箱端盖5、三号轴箱端盖6、承载靴7、锁头8、锁紧机构罩9、薄膜式压力传感器10、拉线式位移传感器11、锁头到位开关12、数据处理模块13、控制器14、一号横向液压缸15、二号横向液压缸16和垂向液压缸17组成；

所述的滑块组件1通过滑动轴承与车轴滑套连接，且能够带动车轴滑套及车轮沿车轴方向移动，滑块组件1与上轴箱壳体2之间设有横向限位槽1-1，使得滑块组件1只能在一定轨距区间内横向移动，滑块组件1的一侧加工有位移传感器安装孔1-2滑块端面加工有前后对称的两个横向驱动杆安装孔1-3，滑块组件1的另一侧还开设有不同距离的滑块槽1-4，当滑块槽1-4与锁头8配合安装时，则滑块组件1与轴箱固定，滑块组件1连带车轮与车轴锁止，无法横向移动；

所述的上轴箱壳体2上加工有位移传感器安装孔2-1、上部锁紧槽2-2和锁紧到位开关安装孔2-3，所述的上轴箱壳体2的上部通过一系悬挂与转向架构架相连，上轴箱壳体2的下部与下轴箱壳体3通过螺栓固定连接，安装在滑块组件1的外侧；所述的下轴箱壳体3上设有垂向液压缸安装孔3-1和下部锁紧槽3-2，所述的承载靴7通过销轴安装在下轴箱壳体3下部，承载靴7下表面开设了压力传感器安装槽7-1；所述的一号轴箱端盖4通过螺栓固定安装在上轴箱壳体2与下轴箱壳体3的端部，一号轴箱端盖4的两侧对称地设有两个横向液压缸上部安装孔4-1；所述的二号轴箱端盖5通过螺栓与一号轴箱端盖4固定连接，且二号轴箱端盖5的两侧对称地设有两个横向液压缸下部安装孔5-1，所述的三号轴箱端盖6通过螺栓安装在二号轴箱端盖5上；

所述的锁头8下部设有垂向驱动杆安装孔8-1，锁头8布置在上部锁紧槽2-3、下部锁紧槽3-2以及滑块槽1-4内，锁头8通过锁紧不同轨距下的滑块槽1-4，从而固定不同轨距的车轮；所述的锁紧机构罩9安装在上轴箱壳体2与下轴箱壳体3的外侧，用于固定锁头8的纵向位置并保护锁紧机构，避免灰尘等杂质进入；

所述的薄膜式压力传感器10安装在承载靴7下表面的压力传感器安装槽7-1内，当承载靴7通过地面装置承载时，能够检测到压力信号，从而判断承载靴7是否承载；所述的拉线式位移传感器11固定安装在上轴箱壳体2的位移传感器安装孔2-1上，拉线式位移传感器11的出线端通过位移传感器安装孔1-2与滑块组件1连接，用于检测滑块组件1沿车轴方向的横向位移；所述的锁头到位开关12包括上光电发射口12-1和下光电发射口12-2，上光电发射口12-1与下光电发射口12-2之间的安装距离等于锁头8自锁紧状态上移至恰好完全解锁的距离，锁头到位开关12通过螺栓固定安装在上轴箱壳体2的锁紧到位开关安装孔2-2内，所述的锁头到位开关12用于检测锁头8的锁紧及解锁是否到位，当上光电发射口12-1与下光电发射口12-2全部都检测到锁头8信号时，表明锁头8处于完全解锁状态，当上光电发射口12-1与下光电发射口12-2都没有检测到锁头8信号时，表明锁头8处于完全锁紧状态；

所述的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16通过推杆顶端焊接的法兰盘分别安装在两个横向驱动杆安装孔1-3上，结构尺寸相同的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16通过螺栓与一号轴箱端盖4两侧的横向液压缸上部安装孔4-1及二号轴箱端盖5两侧的横向液压缸下部安装孔5-1固定安装；所述的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16的作用是使滑块组件1进行横向移动；所述的垂向液压缸17通过螺栓固定安装在下轴箱壳体3的垂向液压缸安装孔3-1内，垂向液压缸17的推杆顶端通过法兰盘与锁头8的垂向驱动杆安装孔8-1相连接；垂向液压缸17的主要作用是使锁头8在垂直方向上可以上下移动，从而实现轴箱壳体与滑块组件1之间的锁紧与解锁；

所述的控制器14安装在变轨距转向架的构架上，控制器14的输入端与数据处理模块13连接，控制器14的输出端分别与一号横向液压缸15、二号横向液压缸16和垂向液压缸17的电磁阀连接，所述的控制器14根据数据处理模块13传来的薄膜式压力传感器10、拉线式位移传感器11及锁紧到位开关12的数字信号来控制各个液压缸的伸缩动作，从而使变轨距转向架自动完成车轮的解锁和锁紧以及车轮在不同轨距下的变换动作。

所述的一种用于变轨距转向架的自动变轨方法，包括以下具体步骤：

步骤1：车辆以速度v0(速度v0要始终小于或等于变轨距过程允许的最大速度vmax)缓慢驶入，承载靴7与地面承载机构逐渐接触，由装在两侧轴箱承载靴7下面的薄膜式压力传感器10检测承载压力信息，当两侧薄膜式压力传感器10获得的载荷信息稳定时，表明轮对已经卸载；

步骤2：车轮卸载后，控制器14控制垂向液压缸17的推杆上移，从而带动锁头8上移解锁，当锁头到位开关12检测到解锁到位信号时，控制垂向液压缸17停止运动，并保持解锁状态；

步骤3：解锁完成后，控制器14控制一号横向液压缸15和二号横向液压缸16的推杆推拉滑块组件1，从而改变车轮的轮距，当拉线式位移传感器11检测到滑块组件1到达指定轨距位置时，控制器14控制一号横向液压缸15和二号横向液压缸16停止动作；

步骤4：轨距变换完成后，控制器14控制垂向液压缸17的推杆下移，从而带动锁头8下移解紧，当锁头到位开关12检测到锁紧到位信号时，控制垂向液压缸17停止运动，并保持锁紧状态；

步骤5：锁紧完成后，变规矩转向架驶出地面承载装置，通过薄膜式压力传感器10的压力信号可以判断轴箱卸载，则车轮重新承载，整个变轨距转向架的变轨过程完成。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明所述的一种变轨距转向架的主动变轨装置及方法，能够在变轨距轮对进行解锁、锁紧以及轨距的调整时实现自动化，不需要借助地面机械解锁和锁紧装置配合以及地面导向装置，使变轨过程更加快速和便捷。

附图说明

图1为本发明中的一种变轨距转向架的主动变轨装置的控制原理图；

图2为本发明中的一种变轨距转向架的主动变轨装置的结构示意图；

图3为本发明中的滑块组件结构示意图；

图4为本发明中的上轴箱壳体零件图；

图5为本发明中的下轴箱壳体零件图；

图6为本发明中的滑块组件与轴箱壳体装配示意图；

图7为本发明中的一号轴箱端盖零件图；

图8为本发明中的二号轴箱端盖零件图；

图9为本发明中的承载靴零件图；

图10为本发明中的锁头零件图；

图11为本发明中的锁紧机构罩零件图；

图12为本发明中的锁头到位开关结构示意图；

图13为本发明中的一号横向液压缸或二号横向液压缸结构示意图；

图14为本发明中的垂向液压缸结构示意图；

图15为本发明中的一种变轨距转向架的主动变轨方法的流程图；

图中，1.滑块组件，1-1.横向限位槽，1-2.移传感器安装孔，1-3.向驱动杆安装座，1-4.滑块槽，2上轴箱壳体，2-1.位移传感器安装孔，2-2.锁紧到位开关安装孔，2-3.上部锁紧槽，3.下轴箱壳体，3-1.垂向液压缸安装孔，3-2.下部锁紧槽，4.一号轴箱端盖，4-1.横向液压缸上部安装孔，5.二号轴箱端盖，5-1.横向液压缸下部安装孔，6.三号轴箱端盖，7.承载靴，7-1.压力传感器安装槽，8.锁头，8-1.垂向驱动杆安装孔，9.锁紧机构罩，10.薄膜式压力传感器，11.拉线式位移传感器，12.锁头到位开关，12-1.上光电发射口，12-2.下光电发射口，13.控制器，14.一号横向液压缸，15.二号横向液压缸，16.垂向液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体内容及实施方式作进一步的详细描述。

参阅图1、图2和图3，所述的一种变轨距转向架的主动变轨装置，由滑块组件1、上轴箱壳体2、下轴箱壳体3、一号轴箱端盖4、二号轴箱端盖5、三号轴箱端盖6、承载靴7、锁头8、锁紧机构罩9、薄膜式压力传感器10、拉线式位移传感器11、锁头到位开关12、控制器14、一号横向液压缸15、二号横向液压缸16和垂向液压缸17组成；所述的滑块组件1通过滑动轴承与车轴滑套连接，且能够带动车轴滑套及车轮沿车轴方向移动，滑块组件1与上轴箱壳体2之间设有横向限位槽1-1，使得滑块组件1只能在一定轨距区间内横向移动，滑块组件1的一侧加工有位移传感器安装孔1-2滑块端面加工有前后对称的两个横向驱动杆安装孔1-3，滑块组件1的另一侧还开设有不同距离的滑块槽1-4，当滑块槽1-4与锁头8配合安装时，则滑块组件1与轴箱固定，滑块组件1连带车轮与车轴锁止，无法横向移动。

参阅图4、图5、图6和图9，所述的上轴箱壳体2上加工有位移传感器安装孔2-1、上部锁紧槽2-2和锁紧到位开关安装孔2-3，所述的上轴箱壳体2的上部通过一系悬挂与转向架构架相连，上轴箱壳体2的下部与下轴箱壳体3通过螺栓固定连接，安装在滑块组件1的外侧；所述的下轴箱壳体3上设有垂向液压缸安装孔3-1和下部锁紧槽3-2，所述的承载靴7通过销轴安装在下轴箱壳体3下部，承载靴7下表面开设了压力传感器安装槽7-1。

参阅图7和图8，所述的一号轴箱端盖4通过螺栓固定安装在上轴箱壳体2与下轴箱壳体3的端部，一号轴箱端盖4的两侧对称地设有两个横向液压缸上部安装孔4-1；所述的二号轴箱端盖5通过螺栓与一号轴箱端盖4固定连接，且二号轴箱端盖5的两侧对称地设有两个横向液压缸下部安装孔5-1，所述的三号轴箱端盖6通过螺栓安装在二号轴箱端盖5上。

参阅图10和图11，所述的锁头8下部设有垂向驱动杆安装孔8-1，锁头8布置在上部锁紧槽2-3、下部锁紧槽3-2以及滑块槽1-4内，锁头8通过锁紧不同轨距下的滑块槽1-4，从而固定不同轨距的车轮；所述的锁紧机构罩9安装在上轴箱壳体2与下轴箱壳体3的外侧，用于固定锁头8的纵向位置并保护锁紧机构，避免灰尘等杂质进入。

参阅图2、图3、图9和图12，所述的薄膜式压力传感器10安装在承载靴7下表面的压力传感器安装槽7-1内，当承载靴7通过地面装置承载时，能够检测到压力信号，从而判断承载靴7是否承载；所述的拉线式位移传感器11固定安装在上轴箱壳体2的位移传感器安装孔2-1上，拉线式位移传感器11的出线端通过位移传感器安装孔1-2与滑块组件1连接，用于检测滑块组件1沿车轴方向的横向位移；所述的锁头到位开关12包括上光电发射口12-1和下光电发射口12-2，上光电发射口12-1与下光电发射口12-2之间的安装距离等于锁头8自锁紧状态上移至恰好完全解锁的距离，锁头到位开关12通过螺栓固定安装在上轴箱壳体2的锁紧到位开关安装孔2-2内，所述的锁头到位开关12用于检测锁头8的锁紧及解锁是否到位，当上光电发射口12-1与下光电发射口12-2全部都检测到锁头8信号时，表明锁头8处于完全解锁状态，当上光电发射口12-1与下光电发射口12-2都没有检测到锁头8信号时，表明锁头8处于完全锁紧状态。

参阅图2、图12、图13和图14，所述的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16通过推杆顶端焊接的法兰盘分别安装在两个横向驱动杆安装孔1-3上，结构尺寸相同的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16通过螺栓与一号轴箱端盖4两侧的横向液压缸上部安装孔4-1及二号轴箱端盖5两侧的横向液压缸下部安装孔5-1固定安装；所述的一号横向液压缸15和二号横向液压缸16的作用是使滑块组件1进行横向移动；所述的垂向液压缸17通过螺栓固定安装在下轴箱壳体3的垂向液压缸安装孔3-1内，垂向液压缸17的推杆顶端通过法兰盘与锁头8的垂向驱动杆安装孔8-1相连接；垂向液压缸17的主要作用是使锁头8在垂直方向上可以上下移动，从而实现轴箱壳体与滑块组件1之间的锁紧与解锁。

参阅图1，所述的控制器14安装在变轨距转向架的构架上，控制器14的输入端与数据处理模块13连接，控制器14的输出端分别与一号横向液压缸15、二号横向液压缸16和垂向液压缸17的电磁阀连接，所述的控制器14根据数据处理模块13传来的薄膜式压力传感器10、拉线式位移传感器11及锁紧到位开关12的数字信号来控制各个液压缸的伸缩动作，从而使变轨距转向架自动完成车轮的解锁和锁紧以及车轮在不同轨距下的变换动作。

参阅图1、图2、图3和图15，一种用于变轨距转向架的自动变轨方法包括以下具体步骤：

步骤1：车辆以速度v0(速度v0要始终小于或等于变轨距过程允许的最大速度vmax)缓慢驶入，承载靴7与地面承载机构逐渐接触，由装在两侧轴箱承载靴7下面的薄膜式压力传感器10检测承载压力信息，当两侧薄膜式压力传感器10获得的载荷信息稳定时，表明轮对已经卸载；

步骤2：车轮卸载后，控制器14控制垂向液压缸17的推杆上移，从而带动锁头8上移解锁，当锁头到位开关12检测到解锁到位信号时，控制垂向液压缸17停止运动，并保持解锁状态；

步骤3：解锁完成后，控制器14控制一号横向液压缸15和二号横向液压缸16的推杆推拉滑块组件1，从而改变车轮的轮距，当拉线式位移传感器11检测到滑块组件1到达指定轨距位置时，控制器14控制一号横向液压缸15和二号横向液压缸16停止动作；

步骤4：轨距变换完成后，控制器14控制垂向液压缸17的推杆下移，从而带动锁头8下移解紧，当锁头到位开关12检测到锁紧到位信号时，控制垂向液压缸17停止运动，并保持锁紧状态；

步骤5：锁紧完成后，变规矩转向架驶出地面承载装置，通过薄膜式压力传感器10的压力信号可以判断轴箱卸载，则车轮重新承载，整个变轨距转向架的变轨过程完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应该视为本发明的保护范围。