用于列车磁轨制动及涡流制动的限位开关装置的制作方法

1.本实用新型是关于轨道车辆制动技术领域，尤其涉及一种用于列车磁轨制动及涡流制动的限位开关装置。


背景技术：

2.制动技术是铁路机车车辆的核心技术之一，随着列车速度的进一步提高，越发要求列车具有更高的制动能力。针对该类工况需求，国内外均在传统的再生制动+摩擦制动的基础上，持续研究非黏着制动器的工程运用问题，如磁轨制动及线性涡流制动(以下简称“涡流制动”)，以进一步提高列车制动能力，保证安全性。磁轨制动装置和涡流制动装置可统称为轨道制动装置(或轨道制动器)，包括磁铁机构以及悬挂机构，该磁铁机构整体通过悬挂机构悬挂在机车车辆的转向架构架上。磁轨制动与涡流制动工作时均需通过一定的悬挂机构将制动器由缓解位(悬挂高位)下降至工作位(悬挂低位)，以便制动器磁铁与钢轨相互作用，从而产生制动力。
3.从制动系统故障导向安全角度出发，在列车运行过程中，需监测磁轨制动或涡流制动装置当前的位置，即缓解位或工作位(工作位也可以称为制动位或施加位)，以便控制系统及时做出相应处置。国内现有的磁轨制动或涡流制动系统一般仅通过悬挂单元压力变化间接判断制动器动作位置，当该类制动器动作途中发生卡滞时，仅依靠间接判断的方式将变得不可靠。因此，假如直接采用相应的限位机构可以更加有效的进行系统监测。
4.由于磁轨制动和涡流制动装置均弹性悬挂在车辆转向架构架上，而转向架构架弹性悬挂在轴箱上，且列车运行中存在较大的振动与冲击，制动装置在同一位置会产生较大的垂向和水平振幅，因此不仅要求限位开关能承受列车的振动与冲击，而且也不能因为制动装置的振动而改变信号状态，同时可在全天候环境下长期可靠工作，需要有良好的防护性能。目前市面上现有的限位开关防护等级较低，不能承受机车车辆的冲击和振动，且不能在同一位置、大振幅条件下保持信号状态不变，均无法满足铁路机车车辆制动备的实际工况要求。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于列车磁轨制动及涡流制动的限位开关装置，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种用于列车磁轨制动及涡流制动的限位开关装置，能够适应磁轨制动及涡流制动的动作工况，可直接监测制动装置的位置状态，配合既有的悬挂单元压力监测，能提升磁轨及涡流制动系统位置监测功能的可靠性。
7.本实用新型的目的是这样实现的，一种用于列车磁轨制动及涡流制动的限位开关装置，包括外壳、能轴向滑动地设在外壳内的顶针以及固设在外壳内的行程开关；顶针的底端伸出外壳的底面，并在顶针和外壳的顶面之间夹设有复位弹簧；顶针的至少部分侧面具有呈上下连接的斜面和柱面，且斜面按照顶针的径向尺寸向上渐缩的方向倾斜；行程开关
朝向顶针的一侧具有能与顶针的斜面或柱面抵靠接触，并沿顶针的径向方向伸缩移动进而启动或关闭行程开关的触头。
8.在本实用新型的一较佳实施方式中，行程开关包括固设在外壳上的开关主体，在开关主体靠近斜面的一侧开设有安装槽，在安装槽内设有能沿顶针的径向方向移动的安装杆；在安装杆与安装槽的槽底之间设有压缩弹簧，并在安装槽的槽口位置设有对安装杆限位的限位部，触头设在安装杆的端部。
9.在本实用新型的一较佳实施方式中，触头为滚轮或者滚珠。
10.在本实用新型的一较佳实施方式中，在外壳的顶部内壁正对顶针的位置设有限位台，复位弹簧的上端套设在限位台的外侧并顶靠在外壳上。
11.在本实用新型的一较佳实施方式中，在顶针的顶面向上凸设有凸台，复位弹簧的下端套设在凸台的外侧并抵靠在顶针的顶面上。
12.在本实用新型的一较佳实施方式中，顶针包括从上至下顺序连接的第一圆柱体、中间过渡体、第二圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第三圆柱体的直径均小于第二圆柱体的直径，斜面和柱面分别形成在中间过渡体和第二圆柱体上；在外壳的底部向下延伸形成与外壳的内部连通的导向筒，第一圆柱体、中间过渡体和第二圆柱体均设在外壳的内部，第三圆柱体能滑动地插设在导向筒内且第三圆柱体的底端能伸出导向筒的底面。
13.在本实用新型的一较佳实施方式中，在第三圆柱体与导向筒之间夹设有至少一个导向圈。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中，在第三圆柱体与导向筒之间还夹设有至少一个密封圈。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，顶针底端的外侧壁和底面分别为直径向下渐缩的锥面和球面。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，在外壳内且位于行程开关和外壳内壁之间的间隙中固设有减振块。
17.由上所述，本实用新型中的限位开关装置通过顶针与行程开关的配合，在行程开关启动时对应轨道制动装置的缓解位，在行程开关关闭时对应轨道制动装置的制动位；根据行程开关是否开启便能够直接判断轨道制动装置是处于缓解位还是工作位。通过相关结构参数的设计，轨道制动装置处于缓解位并存在振动时，能保证触头始终与柱面相接触并一直能触发限位信号，行程开关一直保持开启状态；轨道制动装置处于工作位并存在振动时，能保证触头始终远离临界位置不会触发限位信号，行程开关一直保持关闭状态；进而能够适应制动装置在同一位置产生的较大振幅，且不会因为制动装置的振动而改变信号状态。故，整个限位开关装置可适应磁轨制动及涡流制动的缓解或施加动作，采用触头与顶针物理接触的形式在制动装置产生升降动作时触发相应限位信号以开启或关闭行程开关，并能将限位信号提供给列车制动控制系统，实现直接检测制动装置的缓解位置或工作位置，配合现有的悬挂单元压力监测，极大地提升了该类制动装置位置状态检测的可靠性。
附图说明
18.以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
19.图1：为本实用新型提供的限位开关装置的整体图。
20.图2：为本实用新型提供的限位开关装置的剖视图。
21.图3：为本实用新型提供的顶针的剖视图。
22.图4：为本实用新型提供的顶针底端的局部放大图。
23.图5：为本实用新型提供的行程开关的剖视图。
24.图6：为本实用新型提供的触头与第一圆柱体的侧面相接触时行程开关与顶针相配合的结构示意图。
25.图7：为本实用新型提供的触头与柱面相接触时行程开关与顶针相配合的结构示意图。
26.附图标号说明：
27.1、外壳；11、上盖；111、限位台；12、下壳；121、导向筒；122、导向圈；123、密封圈；13、安装板；131、安装口；
28.2、顶针；21、第一圆柱体；211、凸台；22、中间过渡体；221、斜面；23、第二圆柱体；231、柱面；24、第三圆柱体；241、锥面；242、球面；
29.3、复位弹簧；
30.4、行程开关；41、触头；42、开关主体；421、安装槽；43、安装杆；44、信号线；
31.5、减振块。
具体实施方式
32.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
33.需要说明的是，本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等显示方位或者位置关系，均是基于附图2所示的方位或位置关系，目的是简化描述，而不能理解为指示或暗示所指的装置方位或位置关系，或以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制。
34.如图1至图7所示，本实施例提供一种限位开关装置，包括外壳1、能轴向滑动地设在外壳1内的顶针2以及固设在外壳1内的行程开关4。顶针2的底端伸出外壳1的底面，并在顶针2和外壳1的顶面之间夹设有复位弹簧3。顶针2的至少部分侧面具有呈上下连接的斜面221和柱面231，且斜面221按照顶针2的径向尺寸向上渐缩的方向倾斜。行程开关4朝向顶针2的一侧具有能与顶针2的斜面221或柱面231抵靠接触，并沿顶针2的径向方向伸缩移动进而启动或关闭行程开关4的触头41。
35.其中，顶针2具体是能沿图2中示出的上下方向移动，顶针2的径向方向也即图2中示出的左右水平方向，顶针2上下移动时，触头41可以沿水平方向伸出或缩回；该复位弹簧3为压簧，能提供持续轴向输出力，以在顶针2与轨道制动装置脱离接触时，使行程开关4复位。上述的斜面221和柱面231可以形成在顶针2的侧壁一周，也可以只形成在顶针2侧壁的一部分，只要顶针2的侧面中朝向触头41的部分具有该斜面221和柱面231即可。上述行程开关4的具体结构和工作原理为现有技术，可以通过触头41水平移动时的位置来启动或关闭行程开关4，本实施例中具体是行程开关4能在触头41与斜面221或柱面231接触且触头41的压缩量大于预设值时触发限位信号。触头41的压缩量(也即触头41相较于其向外伸出最大
距离时的复位位置相比被压缩的距离)达到预设值时所对应的位置可以作为临界位置，触头41不在临界位置时轨道制动装置则处于缓解位或者制动位，具体为：
36.当触头41的压缩量大于预设值后便能触发限位信号(也即启动行程开关4)，轨道制动装置处于缓解位，并一直保持触发限位信号；当触头41的压缩量小于预设值后则无法触发限位信号(也即关闭行程开关4)，轨道制动装置处于制动位，并一直保持未触发限位信号。具体预设值的取值以及斜面221的倾斜角度及相关尺寸，可以根据实际工况以及振动情况来进行设计，以保证触头41的压缩量达到预设值的位置刚好为上述缓解位和制动位切换的临界位置，且轨道制动装置到达缓解位或制动位后触头41应处于远离临界位置的状态，以保证不会因同一位置的振动而改变信号状态。
37.使用时，外壳1固定在轨道机车车辆的转向架构架上，例如可以通过安装在外壳1的外部并具有安装口131的安装板13与转向架构架固接(该安装口131可根据列车转向架接口要求进行设计，总体需保证接口简单可靠)；安装完成后使得顶针2的底端能够抵靠在轨道制动装置的磁铁或者与磁铁固定的框架结构上。该行程开关4具备信号传输功能，会通过信号线44与列车制动控制系统电连接，根据触头41在图2中水平方向的位置通过信号线44发出限位信号，并将限位信号发送给控制系统，具体信号传输过程为现有技术。
38.以图2中示出的上下左右方位为例，轨道制动装置具有缓解位和制动位两个位置，当轨道制动装置由工作位切换至缓解位时，轨道制动装置的磁铁部分上升，推动顶针2向上移动；触头41与斜面221接触后在斜面221的作用下向左移动缩回，当触头41向左移动至触头41的压缩量大于预设值后，则触发限位信号，启动行程开关4，此时轨道制动装置开始处于缓解状态；通过相关参数的设计应保证在轨道制动装置的缓解过程中顶针2能继续上移使得触头41与柱面231相接触。因此，轨道制动装置在缓解位时，触头41与斜面221脱离后一直与柱面231相接触，即便轨道制动装置存在振动触头41的压缩量也会一直大于预设值，能一直触发限位信号。
39.当轨道制动装置由缓解位切换至工作位时，轨道制动装置的磁铁部分下降(也即朝远离顶针2的方向移动)，在复位弹簧3的作用下将推动顶针2向下移动；触头41与斜面221接触后，随着顶针2不断下移触头41不断向右移动伸出，当触头41向右伸出至触头41的压缩量小于预设值后，则无法触发限位信号，关闭行程开关4，此时轨道制动装置开始处于制动状态；通过相关参数的设计应保证在轨道制动装置的制动过程中顶针2能继续下移，使得触头41远离临界位置。因此，轨道制动装置在制动位时，触头41远离临界位置后，即便轨道制动装置存在振动触头41的压缩量也会一直小于该预设值时，不会触发限位信号。轨道制动装置完成制动过程后时，该触头41可以与斜面221仍有接触，也可以与斜面221脱离，根据实际需要而定。
40.由此，本实施例中的限位开关装置通过顶针2与行程开关4的配合，在行程开关4启动时对应轨道制动装置的缓解位，在行程开关4关闭时对应轨道制动装置的制动位；根据行程开关4是否开启便能够直接判断轨道制动装置是处于缓解位还是工作位。通过相关结构参数的设计，轨道制动装置处于缓解位并存在振动时，能保证触头41始终与柱面231相接触并一直能触发限位信号，行程开关4一直保持开启状态；轨道制动装置处于工作位并存在振动时，能保证触头41始终远离临界位置不会触发限位信号，行程开关4一直保持关闭状态；进而能够适应制动装置在同一位置产生的较大振幅，且不会因为制动装置的振动而改变信
号状态。故，整个限位开关装置可适应磁轨制动及涡流制动的缓解或施加动作，采用触头41与顶针2物理接触的形式在制动装置产生升降动作时触发相应限位信号以开启或关闭行程开关4，并能将限位信号提供给列车制动控制系统，实现直接检测制动装置的缓解位置或工作位置，配合现有的悬挂单元压力监测，极大地提升了该类制动装置位置状态检测的可靠性。
41.需要说明的是，在实际使用时该限位开关装置既可以按照图2中示出的竖直放置，也可以按照其他方向放置，具体根据需要而定；一般实际应用时限位开关装置按照图2中示出的顶针2的轴向竖直放置居多。
42.更具体地，上述的行程开关4可以采用现有任一能实现上述功能的行程开关，例如，本实施例中，如图2和图5所示，行程开关4包括固设在外壳1上的开关主体42，在开关主体42靠近斜面221的一侧开设有安装槽421，在安装槽421内设有能沿顶针2的径向方向移动的安装杆43。在安装杆43与安装槽421的槽底之间设有压缩弹簧，以保证顶针2向下移动时，触头41能向外不断伸出复位；并在安装槽421的槽口位置设有对安装杆43限位的限位部(限位部和压缩弹簧在图5中并未示出)，以避免安装杆43在压缩弹簧的弹力作用下脱离开关主体42；触头41设在安装杆43的端部。
43.当然，触头41也可以采用其他的方式安装，只要触头41能方便沿顶针2的径向移动且具有复位功能即可，本实施例仅为举例说明。对于上述的触头41例如可以为滚轮或者滚珠。对于市面上现有常见的行程开关，其行程相对较小，而轨道制动装置在制动或缓解时的行程相对较大，若直接采用现有行程开关，其行程可能并不适用；本实施例中通过顶针2上的斜面221，将顶针2自身的轴向运动转化成触头41沿顶针2径向方向的运动，进而具有将行程开关4的行程进行放大的作用；通过顶针2各部分的长度以及斜面221的组合，有效解决了现有行程开关行程不足的问题。
44.进一步地，为了保证复位弹簧3在工作时其变形量不超过最小压缩量，提升复位弹簧3的寿命和可靠性，如图2所示，在外壳1的顶部内壁正对顶针2的位置设有限位台111，复位弹簧3的上端套设在限位台111的外侧并顶靠在外壳1上。
45.为了便于安装及定位复位弹簧3，在顶针2的顶面向上凸设有凸台211，复位弹簧3的下端套设在凸台211的外侧并抵靠在顶针2的顶面上。该凸台211优选采用圆柱凸台。
46.在实际应用中，如图2和图3所示，顶针2优选包括从上至下顺序连接的第一圆柱体21、中间过渡体22、第二圆柱体23和第三圆柱体24，第一圆柱体21和第三圆柱体24的直径均小于第二圆柱体23的直径，斜面221和柱面231分别形成在中间过渡体22和第二圆柱体23上。在外壳1的底部向下延伸形成与外壳1的内部连通的导向筒121，第一圆柱体21、中间过渡体22和第二圆柱体23均设在外壳1的内部，第三圆柱体24能滑动地插设在导向筒121内且第三圆柱体24的底端能伸出导向筒121的底面。
47.对于斜面221的倾斜角度及相关尺寸可以根据轨道制动装置的实际行程需要设计，以适用于不同的工况；而且斜面221的参数设计以及预设值的选择还应考虑轨道制动装置的振动幅度情况，以保证不会因同一位置的振动而改变信号状态，轨道制动装置存在振动的情况主要集中在触头41与柱面231和第一圆柱体21的侧面相接触过程中；上述预设值对应的触头41与顶针2的接触点应为斜面221上的某一点，该接触点可以为斜面221的最下点(也即斜面221与柱面231的交点)，以保证触头41与柱面231接触时一定保持触发限位信
号，行程开关4一直保持开启状态；但该接触点不能为斜面221的最上点(也即斜面221与第一圆柱体21的侧面的交点)，以保证触头41与第一圆柱体21的侧面相接触时一定保持未触发信号，行程开关4一直保持关闭状态；该接触点优选为斜面221中其最上点和最下点之间的某一点。
48.这样，在顶针2向下移动时，当触头41的压缩量小于预设值后顶针2继续下移过程中，应使触头41与斜面221脱离并与第一圆柱体21的侧面相接触(当然，根据需要此时触头41也可以处于复位位置并与第一圆柱体21的侧面存在一定距离而未接触)。因此，轨道制动装置在制动位时，触头41与斜面221脱离后便一直与第一圆柱体21的侧面接触，即便轨道制动装置存在振动，触头41也会一直与第一圆柱体21的侧面接触，触头41的压缩量一直小于预设值，一直保持未触发限位信号。对于第一圆柱体21和第二圆柱体23的长度可以根据实际工况和轨道制动装置的振幅大小来灵活设计。顶针2设计成此种结构时，相较于没有第一圆柱体21的结构而言，不仅便于加工制造、节约成本，而且可以减小外壳1内的空隙，更便于满足防水要求，且顶针2运动更加稳定。
49.另外，当轨道制动装置与顶针2相脱离后，在复位弹簧3的作用下顶针2最低运动至第二圆柱体23的底面抵靠在外壳1的底部内壁上，起到限位的作用。
50.优选地，如图2所示，在第三圆柱体24与导向筒121之间夹设有至少一个导向圈122，在第三圆柱体24与导向筒121之间还夹设有至少一个密封圈123。以保证顶针2在轴向滑动的同时具有良好的密封性及抗侧载能力。具体是，在导向筒121的侧壁开设有多个凹槽，各导向圈122和密封圈123分别嵌设在对应的凹槽内。
51.为了减小顶针2的底端与轨道制动装置的接触面积和摩擦力，以便于顶针2与轨道制动装置接触良好，如图3和图4所示，顶针2底端的外侧壁和底面分别为直径向下渐缩的锥面241和球面242。可以理解，该锥面241和球面242均形成在第三圆柱体24的底端，上述的凸台211形成在第一圆柱体21的顶端。另外，根据需要，在顶针2的底端还可以设有滚珠或者其他接触形式，以减小顶针2的端部与磁轨制动或涡流制动装置接触面的摩擦。
52.进一步优选地，为了保证行程开关4的工作位置稳定性，提高其抗振动、冲击能力，如图2所示，在外壳1内且位于行程开关4和外壳1内壁之间的间隙中固设有减振块5。
53.其中，该减振块5可以设在行程开关4的上下两侧，也可以直接包围住行程开关4。减振块5可通过安装孔用螺钉或其他方式与外壳1固定，并根据铁路机车车辆冲击振动或工况的实际要求或根据不同种类、尺寸的行程开关4改变相应大小或材料，填充外壳1内的空间，以保证该装置满足铁路机车车辆冲击振动的相应要求。上述的行程开关4的开关主体42可以直接与外壳1固定，也可以采用将开关主体42与减振块5固定的方式来间接与外壳1固定。
54.进一步地，为了便于加工和安装，如图1和图2所示，外壳1包括能拆卸地固定连接(例如通过螺栓连接)的上盖11和下壳12，上述的限位台111形成在上盖11上，复位弹簧3的上端顶靠在上盖11上，顶针2、行程开关4和减振块5均设在下壳12内，导向筒121形成在下壳12的底部。另外，上盖11与下壳12之间还进行相关的密封设置，以满足实际工况要求。
55.对于外壳1的材质优选采用满足实际工况强度的轻型材料，以达到兼顾产品减重的目的，而且能对行程开关4起到一定的防护作用；顶针2优选采用具有足够的强度和直线往复运动抗摩擦疲劳性能的材料，具体材料均为现有技术。
56.综上，本实施例中的限位开关装置，为一种机械接触式的限位开关装置，通过行程开关4与顶针2的配合，当顶针2与发生位移的磁轨或涡流制动装置接触后轴向向上移动过程中，触头41可随斜面221高度位置的改变而进行水平方向运动，触头41在斜面221作用下进行压缩至其压缩量超过预设值后通过信号线44发出限位信号，启动行程开关4，之后触头41与柱面231相接触，并可以一直触发限位信号，不会因为制动装置的振动而改变信号状态。当顶针2向下移动过程中，触头41的压缩量小于预设值后便无法触发限位信号，关闭行程开关4，之后与第一圆柱体21的侧面接触，并一直保持未触发限位信号，不会因为制动装置的振动而改变信号状态。
57.限位装置的上盖11具有对复位弹簧3导向及限位的限位台111，能固定复位弹簧3位置、限制顶针2动作行程，延长复位弹簧3的使用寿命。外壳1与顶针2之间设置导向机构(即上述的导向圈122)以及材料的选择使得顶针2具有足够的强度及抗侧载能力；同时通过复位弹簧3的作用力以及减振块5的减振作用能进一步抵抗车辆冲击振动的影响，以保证限位开关装置能够承受列车的振动与冲击。整个产品采用密封处理机构，例如外壳1与顶针2之间的密封圈123以及上盖11与下壳12之间的密封设置，具有较好的防护性能，可满足列车车底运行的恶劣环境工况要求。顶针2通过斜面221的设计对行程开关4具有足够的行程放大功能，以解决现有行程开关的行程不足的问题。整个装置整体具有良好的密封性能、有效的减振和防护功能以及模块化设计、简单可靠的安装接口，可适应列车车底安装的恶劣环境及振动冲击工况，同时保证产品的可维护性。
58.以上仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。