一种自锁式公铁两用车底盘

1.本发明涉及的是一种公铁两用多用途交通工具，尤其是一种改进型的自锁式公铁两用车底盘，属于交通设备技术领域。


背景技术：

2.公铁两用车是一种可在公路和轨道两种运行状态之间快速切换，既可以在普通公路路面行驶也可以在轨道上运行的特种车辆。公铁两用车机动灵活、用途广泛、使用便捷，可被应用于城市轨道交通、铁路车辆段、采矿、港口、仓储物流等行业的轨道车辆牵引调车、铁路工程施工、抢险救灾、货物转运等应用领域，适用性较好。国外的公铁两用车投入研究较早，目前德国、美国、日本等国家在轨道车辆领域具有世界领先水平，所生产的公铁两用车主要用于轨道车辆的牵引和调车，以及定制少数特种公铁两用车辆。我国公铁两用车的引入和运用相对较晚，近年来研发的公铁两用车主要用于牵引调车、高空作业和消防抢险等用途。
3.现有的公铁两用车通常采用内燃机作为车辆驱动行驶动力，以液压系统作为动作装置来实现公路铁路两种运行状态的切换运行。随着我国高速铁路和城市轨道交通事业的快速发展，公铁两用车在未来的使用范围将变得更加广阔。近年来城市交通拥堵问题越发严峻，特别是随着我国人口老龄化的日趋严重，对绿色环保、可无障碍化便捷出行的公铁两用公共交通工具的需求日益迫切。在现有公铁两用车的基础上研发结构更为简单、环保高效、经济性好的改进型公铁两用车辆，具有重要的现实意义。
4.现有技术公开了专利申请号为cn201220505735的一种公铁两用高空作业车，其技术方案包括：为了使公路铁路两种行走机构结合在一起，采用“井”字型车架行走底盘系统，即公路铁路两种行走机构分别采用大车架和小车架，大车架上用于公路行驶的行走大轮与小车架上用于铁路行驶的钢轮呈十字交叉排列。具有公路铁路两套独立的行走系统，两套行走系统包括用于控制行走大轮的公路行走系统和用于控制钢轮的铁路行走系统。公路行走系统和铁路行走系统均为发动机带动液压主泵，液压主泵给液压马达提供液体压力，液压马达进而带动钢轮或行走大轮转动运行。两套行走系统共享一个液压主泵，采用双头输出变速箱，通过动力切换阀控制液压主泵给钢轮液压马达提供液压或者给行走大轮液压马达提供液压。该发明方案可同时满足公路及铁路上行驶，但公铁行走底盘系统分别采用大车架和小车架，底盘结构复杂。公路铁路两套行走系统均为发动机带动同一个液压主泵，为了给公铁两套行驶系统分别提供液压动力，采用了较为复杂的动力切换阀和双头输出变速箱。该发明方案采用传统的内燃机带动液压动力，整车的设计、生产、装配过程都比较复杂，制造成本较高，不利于后期的维修保养。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述常见公铁两用车设计方案的缺点与不足，提出一种改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘技术方案，以缓解上述内燃机公铁两用车底盘结构及
公铁两用驱动和切换装置较为复杂，存在环境排放污染且噪音较大，日常运行和后期维修成本较高等问题。
6.为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：本发明所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的主体结构，它主要包括可承载负载的车身，为全车提供动力源的蓄电池，配有四个轮毂电机且独立驱动的公路车轮，四个可在钢轨上行驶的由齿轮传动的轨用钢轮，用于切换公路铁路不同行驶状态的可旋转大臂，以及可自动锁定大臂在固定位置的限位装置等。
7.进一步地，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的底部中心位置布置有蓄电池，底盘底部的四个角布置有四个轮毂电机舱，四台轮毂电机分别稳妥安装于四个轮毂电机舱内部，用于在公路上行驶的四个公路车轮通过安装于底盘底部的避震器悬挂同轴安装于每台轮毂电机的转轴上。
8.进一步地，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的上部中心位置安装有一台步进电机，步进电机通过电机底座稳妥安装于底盘上，步进电机通过驱动轴带动安装于底盘两端的蜗杆旋转，蜗杆安装于蜗杆支架上，蜗杆可带动蜗轮正向或反向旋转。底盘两端的两个蜗杆的螺旋角度恰好相反，大臂安装于大臂支架上，蜗轮与大臂的上端同轴安装。大臂的下端安装有可用于在钢轨上行驶的轨用钢轮，每个轨用钢轮的外侧同轴安装有从动齿轮，每个公路车轮的内侧同轴安装有驱动齿轮。每个驱动齿轮与邻近的从动齿轮恰好上下竖直对齐，且驱动齿轮与邻近的从动齿轮两者可以根据铁路公路两种不同行驶状态的驱动需要相互啮合或者脱开。
9.进一步地，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的两端共安装有四个可用于自动锁定大臂的限位装置。需要注意的是，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的四个限位装置均同步采用同步控制逻辑，也就是所述的四个限位装置的开关电源均同步供电或断电。每根大臂的两侧相应位置均设置有限位槽，在铁路行驶状态时，限位装置两侧的限位凸齿与大臂两侧的限位槽限位配合，把大臂自动锁定在所需的传动固定位置，即可保证驱动齿轮与从动齿轮的紧密啮合传动。
10.本发明优点在于改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘技术方案设计巧妙合理。在公路行驶状态时，蓄电池供电的四个轮毂电机独立驱动四个公路车轮旋转，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘即可在普通公路路面行驶。在铁路行驶状态时，由蓄电池供电的四个轮毂电机驱动公路车轮同步旋转，由公路车轮内侧同轴安装的驱动齿轮传动给啮合在一起的从动齿轮，带动同轴安装在从动齿轮内侧的轨用钢轮旋转，即可实现所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘在钢轨上的正常行驶。传统的公铁两用车采用较为复杂的动力切换阀和双头输出变速箱来回切换以驱动公铁两套行走系统，甚至部分传统的公铁两用车在公铁两种行驶状态下采用两套独立的动力驱动行走系统。而所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘在公铁两种行驶状态下均采用纯电动动力驱动形式，且传动装置更加简单可靠，运行平稳。
11.当所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘从公路行驶状态向铁路行驶状态切换时，限位装置可在断电状态时自动将大臂固定保持在锁定状态，保证了驱动齿轮与从动齿轮的紧密啮合传动。当所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘从铁路行驶状态向公路行驶状态切换时，开关电源需要给限位装置上电后大臂才能从传动固定位置解
锁，保证了所述车辆底盘从铁路行驶状态切换到公路状态时的可靠性和安全性。
12.所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘在公路和铁路行驶状态下全车的驱动及公铁切换装置均采用纯电动动力源，节能环保，绿色零排放，运行噪声小。解决了传统的采用内燃机作为动力的公铁两用车运行时尾气排放造成的空气污染，改善了工作环境，适合各种领域的室内外的应用。所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘整体结构简单紧凑，运行安全可靠、机动灵活，公路铁路行驶状态之间的切换方便快捷，经济高效，车辆底盘维修保养简便，并可在该底盘上拓展开发多种不同用途的公铁两用车辆，具有较强的适应能力。
附图说明
13.图1是一种自锁式公铁两用车底盘的铁路行驶状态结构示意图；图2是一种自锁式公铁两用车底盘的铁路行驶状态侧视图；图3是一种自锁式公铁两用车底盘的公路行驶状态侧视图；图4是一种自锁式公铁两用车底盘的铁路行驶状态俯视图；图5是一种自锁式公铁两用车底盘的限位装置结构图；图6是一种自锁式公铁两用车底盘的限位装置限位状态示意图；图1、图2、图3、图4、图5、图6中的数字序号分别代表：蜗杆支架1、蜗轮2、蜗杆3、大臂支架4、驱动轴5、轨用钢轮支架6、步进电机7、电机底座8、大臂9、轨用钢轮10、限位装置11、从动齿轮12、驱动齿轮13、公路车轮14、轮毂电机舱15、蓄电池16、钢轨17、轮毂电机18、避震器悬挂19、车身20、限位凸齿112、限位杠杆113、限位筒114、复位弹簧115、底座116、立柱117、电磁铁118、开关电源119，限位槽120。
具体实施方式
14.下面结合附图，对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。
15.本发明的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘方案主要适用于多用途绿色交通设备技术领域，特别是该发明方案使用纯电动动力，可以适应公路、铁路等多种不同的交通行驶环境，并且在公路、铁路行驶状态之间可以方便快捷地相互切换，具有普遍适应性。从图1、图2、图3、图4可以清楚地看到，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘由可承载负载的车身20、为全车提供电源动力的蓄电池16、用于在钢轨17上行驶的轨用钢轮10、用于在公路上行驶的公路车轮14、用于切换公路铁路两种行驶状态的可由步进电机7、蜗杆3和蜗轮2带动旋转的大臂9、以及用于可自动锁定大臂9的限位装置11等几个大部分构成。
16.进一步地，从图1、图2、图6可以清楚地看到，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘在铁路行驶状态时，为了保证驱动齿轮13与从动齿轮12的相互紧密啮合，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的车身20两端安装有可用于自动锁定大臂9的限位装置11。所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘的每个限位装置11的底座116上安装有立柱117，立柱117的上端活动安装有限位杠杆113，限位杠杆113右端安装有复位弹簧115，复位弹簧115被装配于限位筒114中，复位弹簧115穿过限位筒114与限位杠杆113右端相连。限位杠杆113的左端设计有限位凸齿112，限位凸齿112的下部安装有电磁铁118以及配套的开关电源119。
17.进一步地，从图3可以清楚地看到，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘处在公路行驶状态时，车身20两端的大臂9同步处在上翻位置，可用于在钢轨17上行驶的四个轨用钢轮10被稳妥的托架于轨用钢轮支架6上部。此时开关电源119电源保持断开，电磁铁118的线圈一直处于失电状态，电磁铁118的触头释放，限位杠杆113在右端复位弹簧115的向下拉力作用下，限位杠杆113右端下沉且被限定于限位筒114的上端，限位杠杆113左端的限位凸齿112处于默认上翘状态。即此时限位装置11默认处于断电待限位状态。此时所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘使用蓄电池16给四台轮毂电机18提供电源动力，轮毂电机18驱动公路车轮14旋转，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘即可正常行驶于普通公路。
18.进一步地，从图1、图2、图4可以清楚地看到，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘需要在钢轨17上行驶时，先将处在公路行驶状态的所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘行驶至钢轨17的正上方居中合适位置，此时轨用钢轮10恰好与钢轨17上下竖直对齐。蓄电池16开始给车身20上部的步进电机7持续提供电源动力。步进电机7通过驱动轴5带动车身20两端的蜗杆3同轴旋转，蜗杆3带动蜗轮2旋转，蜗轮2同轴带动大臂9绕大臂支架4开始转动。由于车身20两端的两个蜗杆3的螺旋角度恰好相反，因此车身20两端的两对大臂9的旋转方向也是相反的，即两对大臂9末端安装的轨用钢轮10此时也同步从轨用钢轮支架6上部开始向车身20两侧旋转向外展开。当两个大臂9末端安装的轨用钢轮10被展开至接触到钢轨17，此时继续两对大臂9的旋转展开动作，四个轨用钢轮10将代替公路车轮14，将整个所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘在钢轨17上向上撑起。此时车身20将逐渐升高，四个公路车轮14将悬空，即公路车轮14不再与钢轨17或铁路路基接触。继续车身20两侧的两对大臂9的旋转展开动作，直至从动齿轮12与对应的驱动齿轮13相互紧密啮合。
19.进一步地，从图3、图5可以清楚地看到，在上述两对大臂9的旋转展开动作过程中，此时限位装置11一直保持默认的断电待限位状态。如图5所示，当大臂9展开至触及限位装置11两侧的限位凸齿112时，旋转展开中的大臂9将慢慢撑开两侧的限位凸齿112，大臂9将慢慢挤进限位装置11中。当所述的两对大臂9继续旋转展开动作，直至从动齿轮12与邻近的驱动齿轮13相互紧密啮合，此时两侧的限位凸齿112恰好对准大臂9两侧的限位槽120。在限位杠杆113右端复位弹簧115的向下拉力作用下，限位杠杆113左端的限位凸齿112此时恰好楔嵌于大臂9的限位槽120中，此时的状态如图6所示。此时步进电机7的供电即被切断，两对大臂9停止旋转展开动作，车身20两端的两对大臂9即被锁定在传动固定位置，恰好能保证驱动齿轮13与从动齿轮12的紧密啮合传动。此时即完成了所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘从公路行驶状态向铁路行驶状态的快速转换。在铁路行驶状态时，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘使用蓄电池16给四台轮毂电机18同步提供电源动力，轮毂电机18驱动公路车轮14和公路车轮14内侧安装的驱动齿轮13同轴旋转，驱动齿轮13传动给啮合在一起的从动齿轮12，带动从动齿轮12和从动齿轮12内侧同轴安装的轨用钢轮10旋转。最终所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘即可在钢轨17上正常行驶。
20.进一步地，从图1、图5、图6可以清楚地看到，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘需要从铁路行驶状态向公路行驶状态转换时，首先接通限位装置11的开关电源119保持对电磁铁118持续供电，电磁铁118触头处于吸合状态，即将限位杠杆113左端吸住，
限位凸齿112从限位槽120中脱出，限位装置11处于持续解锁状态。此时蓄电池16开始给车身20上部的步进电机7提供持续电源动力，步进电机7带动车身20两端的蜗杆3开始反向旋转，车身20两端的两对大臂9开始向车身20上方旋转向内收拢。随着大臂9的旋转收拢，从动齿轮12与驱动齿轮13脱离，轨用钢轮10逐渐向上抬起并最终脱离钢轨17，车身20逐渐落下，并且四个公路车轮14最终落到钢轨17的路基上。随着大臂9的继续旋转收拢，当四个轨用钢轮10被托架于轨用钢轮支架6上部时，切断步进电机7的蓄电池16供电，两对大臂9不再旋转。此时也同步关闭开关电源119，在复位弹簧115的作用下，限位装置11恢复处于默认的断电待限位状态。此时即完成了所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘从铁路行驶状态向公路行驶状态的快速转换。此时所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘即可在普通公路上正常行驶。与传统的几种电动公铁两用车结构相比，所述的改进型的纯电动自锁式公铁两用车底盘采用纯电动动力，车辆底盘和传动结构简单可靠，且可以在公路、铁路行驶状态之间方便快捷地相互切换，具有较为出色的性能优势。