铁路道岔变轨安全装置及其使用方法与流程

本发明涉及铁路运输技术领域，尤其涉及铁路道岔变轨技术。

背景技术

目前，道岔外锁闭机构在我国提速铁路线、客运专线和高速铁路线上得到了广泛应用。我国自行研制的道岔外锁闭机构具有结构简单、安全性能高的优点，但也具有一些缺点，道岔锁闭机构一般工作在露天环境，日晒、雨淋，容易锈蚀，加上风吹和列车运行时卷起的尘土、砂石，道岔转辙机工作时容易产生尖轨定位不准确、锁闭机构不能锁紧、铁路信号不能正常开放等故障，影响列车安全准点运行，对正常的铁路运输秩序造成较大影响。

现有的铁路线路上，在轨道之间安装有感应板底座，感应板底座上安装有感应板。铁路变轨处设有一对外尖轨，该对外尖内设有一对内尖轨，外尖轨和内尖轨均支撑在轨枕上，轨枕沿铁路的延伸方向均匀间隔设有多个。铁路一侧安装有转辙机，转辙机配套的锁闭杆位于相邻两个轨枕间并与外锁闭机构相连接，外锁闭机构与两个内尖轨相连接。转辙机动作时，通过动力杆带动两个内尖轨动作，同时锁闭杆带动外锁闭机构动作，当尖轨变轨到位后，外锁闭机构也刚好将尖轨锁死，使尖轨不能移动。锁闭杆附近的轨枕上设有感应板底座。

随着我国铁路高速发展，不仅运行里程越来越长，控制系统也越来越复杂，一旦尖轨变轨结束后，因某种未知原因使得转辙机动力部件突然反向运动了，锁闭机构就会自动打开，使得轨道开始反向移动，这就存在一定的安全风险。

为了增加尖轨工作时的安全系数，本发明在转辙机工作结束、锁闭机构锁死轨道后，提供一套独立的安全系统，保障现有系统出故障时，尖轨依然能正常工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁路道岔变轨安全装置，在现有锁闭机构失灵时能够保障尖轨正常工作。

为实现上述目的，本发明的铁路道岔变轨安全装置，转辙机处的尖轨包括一对外尖轨和一对内尖轨，两个内尖轨位于两个外尖轨之间，一对外尖轨包括左外尖轨和右外尖轨，一对内尖轨包括左内尖轨和右内尖轨；

左外尖轨和右外尖轨均固定连接在轨枕上，左内尖轨与左外尖轨紧靠在一起时，右内尖轨与右外尖轨相分离，左内尖轨与右外尖轨形成第一方向道轨，此时火车沿第一方向道轨行驶；右内尖轨与右外尖轨紧靠在一起时，左内尖轨与左外尖轨相分离，右内尖轨与左外尖轨形成第二方向道轨，此时火车沿第二方向道轨行驶；

铁路道岔变轨安全装置设置于转辙机的锁闭杆相邻的轨枕处，包括相对设置的推杆底板和顶杆底板；

与转辙机的锁闭杆相邻的轨枕为最近轨枕，最近轨枕背离锁闭杆一侧相邻的轨枕为第二轨枕；

顶杆底板固定连接在最近轨枕上，推杆底板固定连接在第二轨枕上或者固定连接在第二轨枕上的感应板底座上；

顶杆底板上设有用于限定左内尖轨或右内尖轨位置的顶压机构，推杆底板上设有用于驱动顶压机构的驱动机构，驱动机构与顶压机构传动连接；

左内尖轨与左外尖轨紧靠在一起时，顶压机构将左内尖轨顶压在左外尖轨处；

右内尖轨与右外尖轨紧靠在一起时，顶压机构将右内尖轨顶压在右外尖轨处；

顶杆底板正对推杆底板的一侧中部向上固定设有限位块，推杆底板中部固定连接有两根限位立板，两根限位立板组成限位滑槽，限位块穿入限位滑槽并与限位块在平行于轨枕的方向上相互卡接，限位块与限位滑槽在上下方向上滑动配合。

所述顶压机构包括固定连接在顶杆底板上的顶杆底座，顶杆底座的左右两端对称设有左耳座和右耳座；左耳座铰接有水平设置的左顶杆，右耳座铰接有水平设置的右顶杆；左顶杆和右顶杆均一端为顶压端且另一端为铰接端；

左顶杆旋转至与轨枕平行的左右方向时将左内尖轨顶压在左外尖轨上，左顶杆向推杆底板方向旋转时离开左内尖轨；

右顶杆旋转至与轨枕平行的左右方向时将右内尖轨顶压在右外尖轨上，右顶杆向推杆底板方向旋转时离开右内尖轨。

所述驱动机构包括用于驱动左顶杆的左推杆装置和用于驱动右顶杆的右推杆装置；左推杆装置与右推杆装置左右对称设置；

左推杆装置包括设置在限位块左方的推杆底板上的左内支柱和设置在左内支柱左方的左外支柱；左内支柱上铰接有左电动推杆，左外支柱上铰接有左长杆，左长杆的另一端通过左铰接销轴铰接有左短杆，左铰接销轴与左电动推杆的伸出杆的自由端相铰接；

左顶杆长为l毫米，距离左顶杆的铰接端五分之一l至五分之二l的左顶杆部分为左顶杆的受力部分，左短杆的另一端与左顶杆的受力部分相铰接；

左电动推杆的伸出杆伸至其设定最长长度时，左长杆和左短杆位于同一直线上且左顶杆的顶压端将左内尖轨顶压在左外尖轨上，此时左长杆和左短杆所在直线垂直于左顶杆；左电动推杆的伸出杆收回至其设定最短长度时，左长杆和左短杆的夹角为90±5度；

右推杆装置包括设置在限位块右方的推杆底板上的右内支柱和设置在右内支柱右方的右外支柱；右内支柱上铰接有右电动推杆，右外支柱上铰接有右长杆，右长杆的另一端通过右铰接销轴铰接有右短杆，右铰接销轴与右电动推杆的伸出杆的自由端相铰接；

右顶杆长为l毫米，距离右顶杆的铰接端五分之一l至五分之二l的右顶杆部分为右顶杆的受力部分，右短杆的另一端与右顶杆的受力部分相铰接；

右电动推杆的伸出杆伸至其设定最长长度时，右长杆和右短杆位于同一直线上且右顶杆的顶压端将右内尖轨顶压在右外尖轨上，此时右长杆和右短杆所在直线垂直于左顶杆；右电动推杆的伸出杆收回至其设定最短长度时，右长杆和右短杆的夹角为90±5度。

所述转辙机、左电动推杆和右电动推杆均与一电控装置相连接。

转辙机带动左内尖轨与左外尖轨紧靠在一起时，左内尖轨与右外尖轨组成第一方向道轨，此时火车沿第一方向道轨行驶；

电控装置控制左电动推杆的伸出杆伸至其设定最长长度，使左长杆和左短杆位于同一直线上且左顶杆的顶压端将左内尖轨顶压在左外尖轨上，左顶杆处于顶压限位状态；此时左长杆和左短杆所在直线垂直于左顶杆；同时电控装置控制右电动推杆的伸出杆收回至其设定最短长度，确保解除左顶杆的顶压限位状态，此时右长杆和右短杆的夹角为90±5度；

转辙机带动右内尖轨与右外尖轨紧靠在一起时，右内尖轨与左外尖轨组成第二方向道轨，此时火车沿第二方向道轨行驶；

电控装置控制右电动推杆的伸出杆伸至其设定最长长度，使右长杆和右短杆位于同一直线上且右顶杆的顶压端将右内尖轨顶压在右外尖轨上，右顶杆处于顶压限位状态；此时右长杆和右短杆所在直线垂直于右顶杆；同时电控装置控制左电动推杆的伸出杆收回至其设定最短长度，确保解除左顶杆的顶压限位状态，此时左长杆和左短杆的夹角为90±5度；

电控装置根据转辙机的动作，使左顶杆或右顶杆处于顶压限位状态，在现有锁闭机构失灵时保障左内尖轨或右内尖轨被左顶杆或右顶杆顶压限位，保障铁路的安全运行。

本发明具有如下的优点：

本发明结构简单，使用方便，能够根据转辙机的动作，使左顶杆或右顶杆处于顶压限位状态，在现有锁闭机构失灵时保障左内尖轨或右内尖轨被左顶杆或右顶杆顶压限位，保障铁路的安全运行。

如果左短杆与左顶杆的铰接点过于靠近左顶杆的铰接端，则由于力臂过短，左电动推杆需要施加很大的力量才能带动左顶杆旋转，这一方面加大了能耗，另一方面由于力臂过短，会造成在左电动推杆动作时、左顶杆动作过快的问题。

火车驶过时车轮过近，火车行驶时越靠近火车的位置风力越大，有时风会刮起小石子等杂物；如果左短杆与左顶杆的铰接点过于靠近左顶杆的顶压端，左电动推杆和左短杆、左长杆会非常靠近左内尖轨，火车驶过时车轮过近，左电动推杆和左短杆、左长杆会时常经受风力和杂物的撞击，从而缩短使用寿命。当然，此时力臂过长，左电动推杆需要更大的行程才能带动左顶杆旋转到位。

本发明中左顶杆长为l毫米，距离左顶杆的铰接端五分之一l至五分之二l的左顶杆部分为左顶杆的受力部分，左短杆的另一端与左顶杆的受力部分相铰接，这样的设置避免了上述问题，兼顾了能耗与安全，使用寿命较长，左电动推杆也不需要太大的行程。

右推杆装置与左推杆装置对称设置，原理与效果与左推杆装置相同。

限位块和限位立板的设置，能够确保推杆底板与顶杆底板在左右方向上不发生相对位移，确保限位动作和解除限位的动作顺利完成，同时又保证安装时依据安装环境需要能够对推杆底板与顶杆底板的相对上下位置在一定幅度内进行上下微调。

在左顶杆或右顶杆限定左内尖轨或右内尖轨的位置时，左长杆和左短杆位于同一直线上，或者右长杆和右短杆位于同一直线上。这保证了左（右）顶杆在顶压限位时不会摆动，保证了顶压限位的稳定性和可靠性。

左（右）长杆与左（右）短杆形成一条直线，这样在现有锁闭机构失灵、左（右）内尖轨具有运动趋势并挤压左（右）顶杆时，左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上垂直受力，因此左（右）短杆和左（右）长杆不会因受压而沿左（右）铰接销轴发生旋转，能够牢牢限定左（右）顶杆的角度，确保其保持对左（右）内尖轨的顶压限位，确保左（右）内尖轨不发生位移。左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上时，左（右）电动推杆与左（右）长杆和左（右）短杆不在同一直线上，因此在左（右）电动推杆的拉动下，左（右）长杆和左（右）短杆可以发生相对旋转。左（右）电动推杆拉动处于同一直线上的左（右）短杆和左（右）长杆后，解除左（右）短杆和左（右）长杆对左（右）内尖轨的顶压限位状态。

杆状部件的截面面积越大则承压力越强。位于同一直线时，左（右）长杆和左（右）短杆可以承受最大的压力，因此在同样的目标压力（来自尖轨和顶杆的压力）下，本发明中的左（右）长杆和左（右）短杆的截面面积可以得到最小化，从而节约材料成本。

受力部分位于距离左（右）顶杆的铰接端五分之一l至五分之二l的部分，即便于左（右）电动推杆推动左（右）短杆和左（右）长杆至同一直线位置并进入对左（右）内尖轨的顶压限位状态，又便于拉动左（右）短杆和左（右）长杆从而解除顶压状态。

驱动机构结构较为简洁，能够保证对尖轨的限位的可靠性，同时又能够方便地解除对尖轨的限位，并能够节约材料成本。

左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上，让左（右）短杆和左（右）长杆承受左（右）顶杆受力、左（右）顶杆具有摆动趋势时的力量，防止左（右）顶杆摆动，有利于减小电动推杆的所承受的力，这样可以选择满足要求的尺寸和推力尽可能小的电动推杆（如推杆更细一些的电动推杆），从而节约成本。

附图说明

图1是本发明和转辙机在使用状态下的俯视结构示意图；

图2是图1中铁路道岔变轨安全装置处的放大图；

图3是顶压机构的俯视结构示意图；

图4是驱动机构与顶压机构相配合的俯视结构示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明提供了一种铁路道岔变轨安全装置，转辙机1处的尖轨包括一对外尖轨和一对内尖轨，两个内尖轨位于两个外尖轨之间，一对外尖轨包括左外尖轨2和右外尖轨3，一对内尖轨包括左内尖轨4和右内尖轨5；

左外尖轨2和右外尖轨3均固定连接在轨枕上，左内尖轨4与左外尖轨2紧靠在一起时，右内尖轨5与右外尖轨3相分离，左内尖轨4与右外尖轨3形成第一方向道轨，此时火车沿第一方向道轨行驶；右内尖轨5与右外尖轨3紧靠在一起时，左内尖轨4与左外尖轨2相分离，右内尖轨5与左外尖轨2形成第二方向道轨，此时火车沿第二方向道轨行驶；

铁路道岔变轨安全装置设置于转辙机1的锁闭杆6相邻的轨枕处，包括相对设置的推杆底板7和顶杆底板8；

与转辙机1的锁闭杆6相邻的轨枕为最近轨枕9，最近轨枕9背离锁闭杆6一侧相邻的轨枕为第二轨枕10；

顶杆底板8固定连接在最近轨枕9上，推杆底板7固定连接在第二轨枕10上或者固定连接在第二轨枕10上的感应板底座11上；感应板底座11为现有装置，具体不再详述。

顶杆底板8上设有用于限定左内尖轨4或右内尖轨5位置的顶压机构，推杆底板7上设有用于驱动顶压机构的驱动机构，驱动机构与顶压机构传动连接；

左内尖轨4与左外尖轨2紧靠在一起时，顶压机构将左内尖轨4顶压在左外尖轨2处；

右内尖轨5与右外尖轨3紧靠在一起时，顶压机构将右内尖轨5顶压在右外尖轨3处；

顶杆底板8正对推杆底板7的一侧中部向上固定设有限位块12，推杆底板7中部固定连接有两根限位立板13，两根限位立板13组成限位滑槽，限位块12穿入限位滑槽并与限位块12在平行于轨枕的方向上相互卡接，限位块12与限位滑槽在上下方向上滑动配合。

限位块12和限位立板13的设置，能够确保推杆底板7与顶杆底板8在左右方向上不发生相对位移，确保限位动作和解除限位的动作顺利完成，同时又保证安装时依据安装环境需要能够对推杆底板7与顶杆底板8的相对上下位置在一定幅度内进行上下微调。

所述顶压机构包括固定连接在顶杆底板8上的顶杆底座14，顶杆底座14的左右两端对称设有左耳座15和右耳座16；左耳座15铰接有水平设置的左顶杆17，右耳座16铰接有水平设置的右顶杆18；左顶杆17和右顶杆18均一端为顶压端且另一端为铰接端；

左顶杆17旋转至与轨枕平行的左右方向时将左内尖轨4顶压在左外尖轨2上，左顶杆17向推杆底板7方向旋转时离开左内尖轨4；

右顶杆18旋转至与轨枕平行的左右方向时将右内尖轨5顶压在右外尖轨3上，右顶杆18向推杆底板7方向旋转时离开右内尖轨5。左顶杆17和右顶杆18的顶压端分别设有端部呈半球形的顶压头19。

所述驱动机构包括用于驱动左顶杆17的左推杆装置和用于驱动右顶杆18的右推杆装置；左推杆装置与右推杆装置左右对称设置；

左推杆装置包括设置在限位块12左方的推杆底板7上的左内支柱20和设置在左内支柱20左方的左外支柱21；左内支柱20上铰接有左电动推杆22，左外支柱21上铰接有左长杆23，左长杆23的另一端通过左铰接销轴24铰接有左短杆25，左铰接销轴24与左电动推杆22的伸出杆的自由端相铰接；

左顶杆17长为l毫米，距离左顶杆17的铰接端五分之一l至五分之二l（包含两端值）的左顶杆17部分为左顶杆17的受力部分，左短杆25的另一端与左顶杆17的受力部分相铰接；

左电动推杆22的伸出杆伸至其设定最长长度时，左长杆23和左短杆25位于同一直线上且左顶杆17的顶压端将左内尖轨4顶压在左外尖轨2上，此时左长杆23和左短杆25所在直线垂直于左顶杆17；左电动推杆22的伸出杆收回至其设定最短长度时，左长杆23和左短杆25的夹角为90±5度；

右推杆装置包括设置在限位块12右方的推杆底板7上的右内支柱26和设置在右内支柱26右方的右外支柱27；右内支柱26上铰接有右电动推杆28，右外支柱27上铰接有右长杆29，右长杆29的另一端通过右铰接销轴30铰接有右短杆31，右铰接销轴30与右电动推杆28的伸出杆的自由端相铰接；

右顶杆18长为l毫米，距离右顶杆18的铰接端五分之一l至五分之二l（包含两端值）的右顶杆18部分为右顶杆18的受力部分，右短杆31的另一端与右顶杆18的受力部分相铰接；

右电动推杆28的伸出杆伸至其设定最长长度时，右长杆29和右短杆31位于同一直线上且右顶杆18的顶压端将右内尖轨5顶压在右外尖轨3上，此时右长杆29和右短杆31所在直线垂直于左顶杆17；右电动推杆28的伸出杆收回至其设定最短长度时，右长杆29和右短杆31的夹角为90±5度。

在左顶杆17或右顶杆18限定左内尖轨4或右内尖轨5的位置时，左长杆23和左短杆25位于同一直线上，或者右长杆29和右短杆31位于同一直线上。这保证了左（右）顶杆在顶压限位时不会摆动，保证了顶压限位的稳定性和可靠性。

左（右）长杆与左（右）短杆形成一条直线，这样在现有锁闭机构失灵、左（右）内尖轨具有运动趋势并挤压左（右）顶杆时，左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上垂直受力，因此左（右）短杆和左（右）长杆不会因受压而沿左（右）铰接销轴发生旋转，能够牢牢限定左（右）顶杆的角度，确保其保持对左（右）内尖轨的顶压限位，确保左（右）内尖轨不发生位移。左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上，让左（右）短杆和左（右）长杆承受左（右）顶杆受力、左（右）顶杆具有摆动趋势时的力量，防止左（右）顶杆摆动，有利于减小电动推杆的所承受的力，这样可以选择满足要求的尺寸和推力尽可能小的电动推杆（如推杆更细一些的电动推杆），从而节约成本。

左（右）短杆和左（右）长杆在同一直线上时，左（右）电动推杆与左（右）长杆和左（右）短杆不在同一直线上，因此在左（右）电动推杆的拉动下，左（右）长杆和左（右）短杆可以发生相对旋转。左（右）电动推杆拉动处于同一直线上的左（右）短杆和左（右）长杆后，解除左（右）短杆和左（右）长杆对左（右）内尖轨的顶压限位状态。

杆状部件的截面面积越大则承压力越强。位于同一直线时，左（右）长杆和左（右）短杆可以承受最大的压力，因此在同样的目标压力（来自尖轨和顶杆的压力）下，本发明中的左（右）长杆和左（右）短杆的截面面积可以得到最小化，从而节约材料成本。

受力部分位于距离左（右）顶杆的铰接端五分之一l至五分之二l的部分，即便于左（右）电动推杆推动左（右）短杆和左（右）长杆至同一直线位置并进入对左（右）内尖轨的顶压限位状态，又便于拉动左（右）短杆和左（右）长杆从而解除顶压状态。

驱动机构结构较为简洁，能够保证对尖轨的限位的可靠性，同时又能够方便地解除对尖轨的限位，并能够节约材料成本。

所述转辙机1、左电动推杆22和右电动推杆28均与一电控装置相连接。电控装置为集成电路或单片机，如51单片机，图未示。

本发明还公开了上述铁路道岔变轨安全装置的使用方法，转辙机1带动左内尖轨4与左外尖轨2紧靠在一起时，左内尖轨4与右外尖轨3组成第一方向道轨，此时火车沿第一方向道轨行驶；

如图1、图2和图4所示，电控装置控制左电动推杆22的伸出杆伸至其设定最长长度，使左长杆23和左短杆25位于同一直线上且左顶杆17的顶压端将左内尖轨4顶压在左外尖轨2上，左顶杆17处于顶压限位状态；此时左长杆23和左短杆25所在直线垂直于左顶杆17；同时电控装置控制右电动推杆28的伸出杆收回至其设定最短长度，确保解除左顶杆17的顶压限位状态，此时右长杆29和右短杆31的夹角为90±5度；

转辙机1带动右内尖轨5与右外尖轨3紧靠在一起时，右内尖轨5与左外尖轨2组成第二方向道轨，此时火车沿第二方向道轨行驶；

电控装置控制右电动推杆28的伸出杆伸至其设定最长长度，使右长杆29和右短杆31位于同一直线上且右顶杆18的顶压端将右内尖轨5顶压在右外尖轨3上，右顶杆18处于顶压限位状态；此时右长杆29和右短杆31所在直线垂直于右顶杆18；同时电控装置控制左电动推杆22的伸出杆收回至其设定最短长度，确保解除左顶杆17的顶压限位状态，此时左长杆23和左短杆25的夹角为90±5度；

电控装置根据转辙机1的动作，使左顶杆17或右顶杆18处于顶压限位状态，在现有锁闭机构失灵时保障左内尖轨4或右内尖轨5被左顶杆17或右顶杆18顶压限位，保障铁路的安全运行。

当现有锁闭机构处于正常工作状态时，电控装置根据转辙机的动作，使左顶杆或右顶杆处于顶压限位的待命状态，即左顶杆或右顶杆与左内尖轨或右内尖轨并不直接接触，他们之间有小于1毫米的微小间隙，该间隙满足火车正常变轨时对左外尖轨与左内尖轨或右外尖轨与右内尖轨之间间隙大小的要求，这既保障了可以在现有锁闭机构失灵时保障左内尖轨或右内尖轨被左顶杆或右顶杆顶压限位，保障铁路的安全运行，又可以保障本安全装置在伸展或收缩时不被左尖轨或右尖轨卡死，防止运行不到位。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。