列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置与方法与流程

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置与方法。

背景技术：

传统的列车钢轮踏面设置了1/20—1/40的锥形度，然而，在通过曲线地段时，是通过列车的离心力将列车轮对向外侧拨动，转向架以此协调曲线地段内、外轨的长度之差。但是，上述转向架协调曲线地段内、外轨的长度之差方式具有随机性与不可控性，列车轮对的向外侧拨动力受行车速度、曲线段设置的超高值、曲线地段的线路状态等有关，同时受轮轨游间的影响，其最大的横向拨动量是有限的。然而对于一个确定的曲线地段，其内外轨长度之差为一个定值。因此，在列车通过曲线地段时，因内外轨长度之差，钢轮踏面与钢轨顶面不可避免地要发生滑动摩擦。由物理知识可知，物体之间发生滑动摩擦时，其磨损远大于物体之间发生滚动摩擦。因此，当钢轮踏面与钢轨顶面发生滑动摩擦时，将导致钢轮踏面与钢轨顶面发生磨损与擦伤，即产生垂磨。为此，增加了钢轮与钢轨的打磨维修工作，并缩短了钢轮与钢轨的使用寿命。同时在钢轮踏面与钢轨顶面发生滑动磨擦时，导致轮轨发生振动与噪声，影响列车运行了安全性、平稳性与舒适性，增加列车运行的能耗。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置与方法，该控制装置与方法采用无轮缘承重轮，并通过导向轴机构实现列车转向架的导向；通过设置扭矩传感器以及轮对横向拨动器，从而使列车在通过曲线地段时，轮对横向拨动器可接收车轴上的扭矩传感器信号，并根据扭矩的方向和大小确定轮对横向拨动器的拨动方向和拨动量，从而实现协调内外轨长度差。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置，其特征在于所述控制装置包括承重轮机构、导向轴机构以及轮对横向拨动器，所述承重轮机构包括车轴、设置于所述车轴两侧的无轮缘承重轮、支撑所述车轴旋转的轴箱以及第一横向滑动支座，所述第一横向滑动支座设置于所述轴箱与列车转向架之间；所述导向轴机构连接于所述列车转向架上并与所述承重轮机构构成可水平相对移动式连接；所述轮对横向拨动器与所述轴箱连接。

所述车轴上设置有扭矩传感器，所述扭矩传感器与所述轮对横向拨动器通讯连接。

所述无轮缘承重轮的踏面呈锥形，其锥度为1/50—1/20；所述无轮缘承重轮的宽度为250-300mm。

所述第一横向滑动支座由相互匹配的滑块与滑轨组成，所述滑块固定于所述轴箱上的一系弹簧之上，所述滑轨固定于所述列车转向架上。

所述导向轴机构包括一安装架，所述安装架的两侧分别设置有导向轮轴轴箱以及安装于其中的导向轮轴，所述导向轮轴的下端部对应安装于钢轨内侧的位置。

所述安装架的上部安装有垂向滑动支座、下部安装有第二横向滑动支座，所述安装架经所述垂向滑动支座与所述列车转向架侧架构成可竖向相对移动式连接，并经所述第二横向滑动支座与所述承重轮机构上的所述轴箱构成可横向相对移动式连接。

所述安装架还具有至少一个连接于所述承重轮机构的车轴上的连接端，所述连接端经端部轴箱连接于所述车轴上。

所述垂向滑动支座由相互匹配的滑块和滑轨组成，所述滑块固定于所述列车转向架上，所述滑轨固定于所述安装架上。

所述第二横向滑动支座由相互匹配的滑块和滑轨组成，所述滑块固定于所述轴箱上，所述滑轨固定于所述安装架上。

一种涉及上述任意一项所述的列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置的控制方法，其特征在于所述控制方法包括以下步骤：列车上的轮对横向拨动器根据列车的位置与速度，获得所述轮对横向拨动器的横向拨动量与拨动速度；列车在通过曲线段钢轨时，所述轮对横向拨动器对承重轮机构上的轴箱进行横向拨动；同时，所述轮对横向拨动器接收安装于所述承重轮机构的车轴上的扭矩传感器信号，当所述车轴的扭矩达到使其上的无轮缘承重轮与钢轨发生滑动摩擦的极限扭矩的1/3-1/2时，所述轮对横向拨动器拨动所述承重轮机构的所述轴箱进行调节，防止所述无轮缘承重轮与所述钢轨顶面发生滑动摩擦。

本发明的优点是，通过在承重轮上不设置轮缘并设置相应的导向轴机构，从而使其能够消除钢轨侧磨；通过加大承重轮锥形踏面的宽度、在车轴上设置扭矩传感器、在轴箱与列车转向架之间设置可横向相对移动的横向滑动支座以及设置轮对横向拨动器，从而使列车在通过曲线地段时，轮对横向拨动器可接收车轴上的扭矩传感器信号，并根据扭矩的方向和大小确定轮对横向拨动器的拨动方向和拨动量，从而实现协调内外轨长度差，达到了在不影响列车运行的安全性、平稳性、舒适性等的情况下，消除了钢轨的垂磨，有效减小车轮与钢轨之间的不良磨耗导致的振动与噪声，也减小了列车运行过程的能耗。

附图说明

图1为本发明中列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置结构示意图；

图2为本发明图1中的a-a示意图；

图3为本发明中导向轴机构的结构示意图；

图4为本发明图3中的b-b示意图；

图5为本发明中无轮缘承重轮的结构示意图；

图6为本发明中轮对横向拨动器的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6，图中标记1-28分别为：列车转向架1、垂向滑动支座2、第二横向滑动支座3、安装架4、导向轮轴5、第一横向滑动支座6、一系弹簧7、轴箱8、车轴9、无轮缘承重轮10、滑轨11、滑块12、外侧导向轴安装架13、内侧导向轴安装架14、中空部分15、导向轮轴轴箱16、轮对横向拨动器17、中部安装架18、端部轴箱19、轮对横向拨动器拉杆20、滑轨21、滑块22、滑轨23、滑块24、轮辋25、辐板26、轮毅27、车轴孔28。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置与方法，该控制装置包括承重轮机构、导向轴机构以及轮对横向拨动器。

如图1、2所示，本实施例中的承重轮机构安装于列车转向架1的下方，承重轮机构包括车轴9、设置于车轴9两侧的无轮缘承重轮10以及支撑车轴9旋转的轴箱8，在车轴9上安装有一扭矩传感器（图中未示出）用于实时检测列车运行过程中车轴9的扭矩，在轴箱8的上表面固定安装有一系弹簧7；在该一系弹簧7与列车转向架1之间设置有第一横向滑动支座6，即承重轮机构与列车转向架1之间采用可相对横向移动式连接，此处的第一横向滑动支座6具体是由水平设置的滑轨11和滑块12组合而成的，滑轨11固定安装在列车转向架1的下表面，滑块12固定安装在一系弹簧7的上表面，两者在外力作用下可沿横向产生相对滑移；为了实现对承重轮机构与列车转向架1之间相对横向滑移的控制，在中部安装架18上还设置有一轮对横向拨动器17，该轮对横向拨动器17还与前述的扭矩传感器构成通讯连接，轮对横向拨动器17通过接收扭矩传感器的信号，实现对承重轮机构的横向拨动。

如图5所示，本实施例中的无轮缘承重轮10的中心具有车轴孔28，自车轴孔28向外依次为轮毅27、辐板26以及轮辋25，为了消除钢轨的侧磨现象，本实施例中的无轮缘承重轮10取消了以往的轮缘结构，其整个外侧面呈锥形踏面构造，即轮辋25的外侧面(也即踏面)为具有一定锥度的斜坡面，其锥度为1/50—1/20；此外，相对于常规的具有轮缘的承重轮的锥形踏面，本实施例中无轮缘承重轮10的锥形踏面宽度得到加宽，达到250-300mm，从而可使无轮缘承重轮10的横向拨动量更大(加宽的功能是增大横向拨动量)，通过曲线地段拐弯时在协调内外轨长度差方面能力更强，减少轨顶波磨。

如图1-4所示，本实施例中的导向轴机构包括安装架4，安装架4的上部与列车转向架1之间设置有垂向滑动支座2，通过垂向滑动支座2的设置从而构成安装架4与列车转向架1之间的相对竖向移动式连接，垂向滑动支座2具体是由竖向设置的滑轨23和滑块24组合而成的，滑轨23固定设置于安装架4上，滑块24固定设置在列车转向架1上，两者可构成竖直方向上的相对滑移。

安装架4的下部经第二横向滑动支座3同前述的承重轮机构构成可相对横向移动式连接，具体的，安装架4的两侧分别设置有前述的第二横向滑动支座3，第二横向滑动支座3通过外侧导向轴安装架13以及内侧导向轴安装架14连接在承重轮机构上，其中，外侧导向轴安装架13设置于无轮缘承重轮10的外侧，其端部固定于轴箱8上，内侧导向轴安装架14设置于无轮缘承重轮10的内侧，其端部经端部轴箱19连接在车轴9上；在两侧的第二横向滑动支座3之间还设置有连接两者的中部安装架18，中部安装架18呈一三角形交叉框架，其上的交叉点同样经端部轴箱19连接于车轴上，此外，在轮对横向拨动器17上还设置有轮对横向拨动器拉杆20，通过该轮对横向拨动器17可控制第二横向滑动支座3的横向拨动量,从而实现对承重轮机构的横向拨动。此处的第二横向滑动支座3具体是由水平设置的滑轨21和滑块22组合而成的，滑轨21固定在安装架4上，滑块22固定在前述的外侧导向轴安装架13以及内侧导向轴安装架14上，从而构成两者之间在横向上的相对滑移，并由轮对横向拨动器17控制。如图6所示，轮对横向拨动器17通过接收两个信息对第二横向滑动支座3进行控制，此处的两个信息：一是列车的运行参数（如列车运行速度）与位置参数（如是否为曲段地段、是曲线地段时，对应的曲线半径为多少、超高值是多少等）；二是列车车轴9的扭矩大小。当根据上述信息进行调节，存在一定误差时，再根据实测车轴9的扭矩大小进行调节，最终减小车轴9的扭矩，防止无轮缘承重轮10发生垂磨。

在安装架4的两侧对应于无轮缘承重轮10的位置安装有导向轮轴轴箱16，各导向轮轴轴箱16中竖向设置有导向轮轴5，导向轮轴5的下端部对应于钢轨的内侧，该导向轮轴5具体采用的是三段式结构，包括依次连接的上部大直径段、中部过渡段以及下部小直径段，导向轮轴5的上部大直径段根据横向力进行设计，下部小直径段根据道岔位置的间隙进行确定，中部过渡段作为上部大直径段和下部小直径段的合理过渡段，从而防止应力集中；在这之中，上部大直径段采用的是中空部分15，从而减小转动惯量，且中空部分15需圆滑，以防止应力集中。

如图1-5所示，本实施例中列车通过曲线地段时协调内外轨长度差的控制装置的控制方法包括以下步骤：

（1）列车上的轮对横向拨动器17根据列车的位置与速度，获得轮对横向拨动器17的横向拨动量与拨动速度；

（2）列车在通过曲线段钢轨时，轮对横向拨动器17对承重轮机构上的轴箱8进行横向拨动；同时，轮对横向拨动器17接收安装于承重轮机构的车轴9上的扭矩传感器信号，当车轴9的扭矩达到使其上的无轮缘承重轮10与钢轨发生滑动摩擦的极限扭矩的1/3-1/2时，轮对横向拨动器17拨动承重轮机构的第二横向滑动支座3的滑块22进行调节，防止无轮缘承重轮10与钢轨顶面发生滑动摩擦。

本实施例的有益效果在于：通过在承重轮上不设置轮缘并设置相应的导向轴机构，从而使其能够消除钢轨侧磨；通过加大承重轮锥形踏面的宽度、在车轴上设置扭矩传感器、在轴箱与列车转向架之间设置可横向相对移动的横向滑动支座以及设置轮对横向拨动器，从而使列车在通过曲线地段时，轮对横向拨动器可接收车轴上的扭矩传感器信号，并根据扭矩的方向和大小确定轮对横向拨动器的拨动方向、拨动量及拨动速度，从而实现列车通过曲线地段时协调内外轨长度差，达到了在不影响列车运行的安全性、平稳性、舒适性等的情况下，消除了列车承重轮踏面与轨顶之间的波磨（蠕动磨耗），有效减小车轮与钢轨之间的不良磨耗导致的振动与噪声，也减小了列车运行过程的能耗。