专利名称:铁路运输设备的速度控制方法和装置的制作方法
本发明涉及铁路运输设备，特别是其速度控制方法和实现速度控制的装置。
这里提出的方法和装置可以用于驼峰的岔道调车场以监督敞车、小尺寸棚车的速度，也可用于下述场合，即按照工艺过程，必须改变非驱动的铁路运输车辆的移动速度的场合，特别是要把上述车辆降速、加速、停止和启动的场合。
为了保证岔道(或驼峰)调车场的最佳作业，必须能有效地控制上述铁路运输设备(棚车、敞车、平板车、罐车等)的移动速度，例如减速、加速、停止或使保持静止的运输车辆启动。
现在已知有很多方法和手段可提供铁路运输车辆的速度控制。
有一个众所周知的方法能够使铁路运输车辆减速，它是把车轮挤在沿铁轨二侧配置的二根横梁之间。
但是在上述方法中，运输车辆从滞迟机构中被释放启动后的实际速度差别很大。这种现象归因于下述事实，“轮子侧面/横梁面”之间的摩擦系数由于附在上述表面上的润滑剂、油漆、砂土、湿气等以及由于温度变化和其它因素而极不稳定。另外，这个方法原则上不能用于加速运输车辆。因此，要用于岔道调车场並能提供运输车辆的速度控制(减速和加速)的其它方法和装置应能利用在至少一个压力元件和运输车辆的轮子之间存在的相互作用力，这种相互作用是在上述轮子的机械轨迹(移动路径)范围内完成的。(见“Zheleznye dorogi mira”/World′s Railways/杂志，1981，NO.9，17-18，27页)。
铁路运输设备速度控制的上述方法的实质在于在选为实现上述控制的铁路轨道段内，外轮缘表面的下凸缘区(加速时在列车运行的后方，减速时在前方)适应于用其压力元件(辊子，杆，运输机的螺钉面)施加作用力，上述元件放在轮子运行的路上，换句话说，它们应该放在轮子的前面或者后面。(见西德专利NO.1530302，Int.cl.3B61j3/06)。
这个方法的优点在于，在其实施过程中，由压力元件产生的作用力实际上与摩擦系数无关，並且上述力的作用值可以精确地成比例，这个方法是作为原型的。
但是应该指出，按照上述方法，作用在轮子上的力值有一严格限止的范围，它与施加在有关轮子上的运输车辆力的分力有关。如果超越这个范围，其结果可能是轮子滚到相邻的压力元件上或者是运输车辆脱轨。
这正是上述方法的实质性限制，因为为了系统的无故障作业，作用力的值应该对应于它的垂直分量的值。这个垂直分量不应超过17KN，以便有可能作用于“轻轴”(即空车)，有时这个垂直分量使得处理仅由少量(8至10节)车厢组成的列车时变得困难，甚至不可能。
实现所述方法的装置制成小车的样子，用于移动铁路车厢和其它能滚动的成组车辆。上述装置由二对压力辊组成，能够在横跨铁路线的方向上伸出和缩回。其中的一对在完成上述伸缩运动时放置在轮子前方若干距离处，而另一对则以同样的距离放置在轮子的后方，而且二者都在轮子运动路径范围内。
压力辊可作用在轮子凸缘的低后部和低前部，上述作用区等于上述轮子凸缘的四分之一。装置本身沿附加的轨道运行，后者平行于现有铁路线铺设並在铁路线之内，上述装置靠与驱动装置连接的钢缆带动。
当车厢的轮子在可伸出的辊子之间，並比上述小车运行得快时，轮子凸缘开始把位于轮子前方的辊子压下。车厢积蓄的势能将通过辊子传给小车，然后通过钢缆传给驱动装置，后者将吸收上述能量。相应地，车厢的速度将降至小车的速度。
如果车厢的轮子在可伸出的辊子之间，並比上述小车运行得慢，则位于轮子后方的压力辊开始把对应于轮子低后部四分之一的凸缘压下。另外，驱动装置的能量将通过低辊子、小车和钢缆传给轮子，从而把车厢的速度增加到与小车速度相等的水平。
但是伴随着压力辊和轮子凸缘之间的上述相互作用(在减速和加速二种情况下)，产生一个垂直向上的分力。因此需要对这种相互作用力的量给于严格的限制，因为当上述垂直分力超过作用在相应轮轴上的垂力时，可以预期轮子会脱离轨道头部，可能随即使车厢脱轨。因此，提高这种控制作用效果的可能性大大降低。
本发明的主要目的是提供铁路运输设备的速度控制的方法和装置，使得压力元件和轮子之间的相互作用方式允许压力元件给轮子施加一个允许作用力，后者不限于分配在相应轮子上的车厢重量。这种方法还可在任何大小的相互作用力的情况下彻底消除车厢脱轨的可能性，同时保证速度控制的预设精度。
上述目的是由于下述事实而得以完成的。在铁路运输设备的速度控制方法中，至少一个压力元件与运输设备的轮子之间在运行路径区域内有相互作用力作用于铁路运输设备，根据本发明，上述压力元件从轮子的内侧或外侧引入环形区域，后者由轮辐、轮毂和轮子的轮缘内径表面组成，所作用的力根据其方向被施加在轮缘内圆表面的二个区域中任意一个的任意点上，上述区域位于想像平面的二侧，该想像平面通过轮轴和轮子与轨道的接触点。相应地，由轮缘内圆表面组成的上述二个区域的长度可以对应于它们的弧长，其范围限于从轮子中心划出的径线，与轮子和轨道的接触点隔开2°至145°角。在最可取的实施例中，上述轮缘内径表面区域的范围对应于它们的弧长，其范围是从轮子中心划出的径线，与轮子和轨道的接触点隔开2至90度。
在用来实现所提出的方法的装置中包含至少一个在上述轮子运行路径区域内与轮子相互作用的压力元件，该元件装在小车上，小车能沿铁路线运行並与驱动动力装置和控制上述压力元件位置的装置相连。根据发明，装在上述小车上的压力元件可以从轮子的内侧或外侧引入环形空腔，环形空腔由轮轴、轮毂和轮缘内圆表面组成。该空腔形状的选择能使上述压力元件自由进入上述空腔並保证在任意点上述压力元件与轮缘内圆表面达到所要求的配合，该点位于想像平面双侧的二个区域之一，该想像平面则通过上述轮子的中心和轮-轨的接触点。
由上述轮缘内圆表面组成的二个区域的长度可对应于其弧长，它的范围是从轮子中心划出径线，与轮-轨的上述接触点隔开2°至145°角，在更可取的实施例中，该角等于2°至90°。
小车的支承元件应适合于放在运行轨道的头部和底部之间，其施加压力的接触点在轨道头部或轨道的底部。另外，小车本身可适应于在垂直方向移动。
把压力元件引入上述环形空腔的内部以及在轮缘内圆表面组成的上述二个区域之一的任意点上作用的力使得有可能把这种压力作用在轮子上，並且不受施加在上述轮子上的重力值的限制，因为这种施加力的方式永远不包括垂直方向的分力，特别是在从轮-轨接触点算起的2至90°的范围内。换句话说，施加在压力元件上的任何力值永远不会使轮子脱离轨道头部。另外，作用角小于90°的任何力会把轮子压向轨道。无疑这是所提出的方法的主要优点，因为它可以没有危险地把力施加给运输车辆的轮子(与重量值无关，施加给上述轮子)。这种方法可以实际上保证任何要控制的运行方式，即保证有效的减速和加速，使已经停止的车厢启动，把车厢固定在铁路轨道上等，在完成所有这些运行方式时可以避免车辆脱轨的任何危险。采用上述方法后，轮子接受的所有增强了的作用力以极大的安全度被吸收。这归因于下述事实，即通常在岔道调车场实施的铁路运输设备的速度控制，在这些车辆从驼峰上滚下或在其它分岔作业过程中，总是针对以极低的速度(0至25Km/h)运行的上述车辆的。就此而言，众所周知，容许加在轮子上的静载荷大大低于动载荷。速度等于120至160Km/h时的动载荷比最大容许的静载荷高若干倍。相应地，在处理在30至40Km/h的速度范围内运行的车辆时有很大的安全度。
此外，应该记住，使用这种方法时，力的作用值实际上是有限的，在每一种情况下，都只受容许加速度的限制，这种加速度可以被施加于车厢而不会有导致车辆或内装货物的损坏的危险。
还应该指出，当压力元件作用在位于轮缘内表面下半周的点上，而该点是在通过轮轴和轮-轨接触点的想像平面内时，永远不会得到所期望的效果，因为施加在上述点上的力不会包含水平分力，后者是产生所需要的控制效果的唯一分力(这里没有考虑阻止轮子滚动的阻力的增加)。就此而言，应该附加指出，从轮-轨接触点算起2°范围内的水平分力值极小，可以忽略不计。
还有一点也需要考虑，即当作用力施加在位于轮轴上方的轮缘内表面区域时，作用力会构成它的垂直分力，倾向于使轮子脱离轨道。因此，把作用力施加于轮缘内圆表面位于轮-轨接触点以上145°的点处是不能达到目的的。
另外，与作为原型的方法和装置成鲜明对比的是，在原型中相互作用的表面(轮缘内圆表面-轮子的凸缘-压力辊)具有不同的曲率符号，而本发明利用压力辊，所选择的形状与轮缘内表面相配，上述形状的曲率符号与上述内圆表面相同(从而提供更优的相互作用表面的匹配)，最后的结果是，在所有其它因素相同的情况下，得到大大降低的接触应力，从而保证减少磨损並提高装置的寿命。
被引入上述圆形空腔的压力辊直径应使上述元件能正确地配合，允许轮子的初始直径有容差，允许轮子和轨道有磨损以及其它与特殊设计形状有关的参数。
在本装置中，只采用了运行轨道来接受在垂直方向上以及在与铁路线横交的水平方向上作用在于小车的所有载荷，因为小车的支承元件适于配入运行轨道的头部和底部之间。对此应该指出，当垂直施加的载荷达到它的最大值时，力流是沿最短的路线封闭的，它包括压力元件、轮子、上轨道、头部表面、下轨道头部表面、支承元件，它的完成是利用了能在垂直方向上移动的小车。所描述的技术方案会导致大大降低制造整个结构所用的材料消耗。
从铁路运输设备速度控制方法以及起这种作用的装置的下述说明中，並参照附图，本发明将变得更加清楚，其中
图1是压力元件的示意表示，它配入轮子中形成的环形空腔中，轮子运行方向如箭头A所示;
图2a和2b是表示把压力元件从轮对的外侧和内侧引入轮对的示意图;
图3是铁路运输设备速度控制装置的基本形状，表示出配入铁路线的情况，上述装置处于其初始位置;
图4表示图3的装置，说明该装置处于工作位置，压力元件被引入轮子的环形空腔中;
图5是图4所示装置的俯视图。
所提出的铁路运输设备速度控制的方法，实质是以下述方式完成的。至少一个压力元件1(图1)从轮子2的外侧(图2a)或内侧(图2b)被引入由轮轴4，轮毂5和轮缘2的内圆表面6所形成的环形空腔3。被引入上述空腔的压力元件1开始根据作用力的方向，即制动或加速，作用在任意点上，压力元件位于轮缘内圆表面6上二个区域7中之一(图1)，上述区域位于想像平面“a-a”的二侧，该平面通过轮轴0和上述轮子与轨道8的接触点B。
当压力元件1作用在轮缘2的内圆表面6，而该表面的位置靠近上述平面“a-a”时，上述作用力的水平分力将相当小，因此，为了提高运输车辆速度控制的效率，每个区域7有一段长度，与轮缘2的内圆表面6的弧相对应，该弧由径线b1，b1所确定，b1从轮子中心划出，与轮子2接触轨道8的点相隔2至145°角。当施加的力在区域7内作用在轮缘的内圆表面6上时，如果区域7由径线b1，b2所确定，后者从轮子中心划出並与轮-轨接触点B相隔2°和90°角，则轮子被作用力的垂直分力压在轨道上，这种状态使轮子上的加力作用得以实现而不必把上述力限制在等于列车组的重量值，该重量被加在轮子上，排除了上述列车组脱轨的危险。
当力从压力元件1施加到轮缘2的内圆表面6的区域7上时，如果上述区域由径线b2，b1所确定，后者从轮子中心划出，成90至145°的角度，则产生作用力的垂直分力，该分力倾向于使轮子脱开轨道，它的值相应地受施加于轮子上、等于车厢重力的值的限制。当压力元件的力施加在轮缘内圆表面6上並与轮-轨接触点成90°角时，上述施加的作用力不包含任何垂直分力，这种状态可以使控制效应(加速-制动)达到最大值。
在减速(制动)时压力元件1作用在轮缘内圆表面6的后区7(相对于运输车辆运行的方向)，而在加速时上述压力元件1(虚线所示)作用在轮缘内圆表面6的前区7(相对于运行方向)。
用来完成所述方法的装置包括压力元件1(图3)，它适应于在上述轮子机械轨迹的范围内与轮子2实现力的相互作用，还包括用于控制上述压力元件1的位置的装置，该装置可以是已有技术中的任何普通的设计。压力元件1装在小车9上，后者适应于沿铁路线移动並与驱动装置相连接。装在小车9上的压力元件1能够进入由轮轴4，轮毂5和轮缘的内圆表面6所形成的环形空腔3，上述空腔的形状适合于使上述元件1无阻碍地引入上述空腔3，上述进入是从轮子2的内侧实现的。上述空腔的形状还适合于使上述元件与轮缘内表面6在二个区域7中之一的任意点处(图1)相配得合适，区域7位于想像平面“a-a”的二侧，该平面通过轮子2的轴线和轮子与轨道8的接触点B。
根据轮子形状的特点(它的轮缘、轮辐和轮毂)以及所接合的轨道段的结构，把压力元件从轮子2或轮对的外侧(图2a)引入上述轮子空腔中可能是更合适的。为了遵循这个要求，本装置应包括沿运行轨道底座运行的小车以及位于轨道上面的附加导轨，后者能接受压力元件和轮子(或轮对)外侧轮缘内圆表面之间的相互作用力。
为了完成从外侧引入压力元件，可以采用各种合适的装置，其中上述压力元件是按本发明设计的。
现在再参阅图3，小车9的尺寸设计成适合于配入轨道内，小车9被装成能垂直移动並适应于包括车架10。车架10有四个做成辊子11的支承元件，用来接触轨道8的底座12的表面，上述表面面向轨道内侧，还有四个做成辊子13的支承元件，用来接触轨道8的头部14的表面，上述表面也面向轨道内部。
轴15装在车架10上並与轨道8平行。该轴支撑着装在它上面並能转动的臂16，並支承做成辊子形的压力元件1。压力元件1是用轴17可旋转地装在上述臂16上的。上述压力元件1的形状和尺寸是这样的，它要提供一个母线以保证与轮子2的轮缘18的内圆表面6的轮廓相一致，上述旋转轴17在其工作位置平行于轮对的轴。就此而言，元件1的母线长度是这样的，它要在上述压力元件和轮子2的轮缘18的内表面6的接触区域内提供最大的配合面积。臂16，压力元件1和轴17的尺寸是这样选择的，当臂16转入工作位置使压力元件1配入由轮缘18的内圆表面6和轮子2的轮辐4所形成的空腔3的内部时，压力元件1的工作表面能接触轮子2的轮缘18的内圆表面16所形成的前、后二个区域。
液压油缸21用臂19和轴20装在车架10上，油缸的活塞杆22用轴23与臂16相接，並能把上述臂绕轴15转动一个预设角度，如图4所示。液压油缸21的二个腔室用软管24(图5)与泵站25相连。
传感器26是被提供来保证对泵站25和油缸21进行工作控制的，当轮子2相对于支撑架10处于某一位置时，上述传感器投入操作。传感器26可以是任何适合于这个目的的普通设计;另外，上述传感器可用来控制压力元件的位置。
驱动液压油缸30的活塞杆29用臂27和轴28连在车架10上。
油缸30的环首31用轴32连在臂33上，上述臂刚性地紧固在固定底板34上。
驱动液压油缸30的二个腔室通过能在高压下作业的软管35与泵站25相通。液体的流量、它的方向和压力由通晓的调节器来设定(上述调节器未在图中示出)。
安装在相应的铁路运输设备上的上述装置及其部件的尺寸设计成符合各种铁路结构的内部、它们的间隙和限止(或者符合所用的运输车辆的其它轮廓)，上述间隙和限止只包括总的装置中那些直接与滚动的车队相作用的部件。
相应地，由总的尺寸确定的上述内部空间中的所有部件的位置是与要接合的滚动车队部分的位置相关的，从而消除了与滚动车队中其余部分接触的任何可能性。
对于本装置的其它实施例，这些准则仍然有效。
小车的垂直移动和位于运行轨道头部和底部之间的支承元件的位置能够为最强的驱动力流提供最短的回路，即沿下列路线轮子内圆表面-轮子的滚动圆-轨道头部的上表面-轨道头部的下表面一小车的支承元件-压力元件。
参与传递上述驱动力流的上述元件中的大部分是在受压状态下工作的。因此，装置的整个构造保证大大减少装置的材料消耗並提高它的作业可靠性。
所述方法是由实现它的装置的动作来完成的，本方法的实现可以从说明上述方法的实例中得到更好的理解。
装置的动作是以下列方式完成的。
当第一副轮对接近装置时，从传感器26发出的表示轮子2的位置的控制信号传给泵站25，后者通过油管24中的一根提高液压油缸21的腔室内的压力。在上述压力下，杆22绕轴15转动，把臂16从其闲置位置(图3)转到作业位置(图4)。
相应地，压力元件1进入由轮子2的轮缘18中的内圆表面6、以及轮毂5和轮辐4组成的空腔3中。
根据轮对的速度，也根据在有关轨道段上预设的铁路运输设备的速度，传感器26的驼峰的控制系统会保证把压力元件1引入空腔3。当必须提高上述列车组的速度时(即使该组的运动加速)，压力元件将占据轮子的前半圆(相对于车厢的运动)。在车厢减速时(即使其运动减速)，压力元件1移入轮子的后半园(相对于车厢的运动)。
当列车组的速度符合某一轨道段所选择的速度时，驼峰控制系统将不发出命令信号，相应地，车厢将自由通过速度控制装置而不与上述系统产生任何相互作用。
如果在轨道的某点，车厢的运行慢于要求值，驼峰控制系统将立即作出反应，並对液压油缸30的相应腔室发出对应的命令信号，液体将开始从泵站25通过油管35流入上述油缸，结果是，杆29将把车架10及与之连接的压力元件推向车厢运行的方向。被推的车架10的速度是由泵站设定的，並符合驼峰在该点所要求的最佳值。
此外，压力元件在移入空腔3时赶上轮缘内圆表面的前半圆並开始以预设的力压在区域7的表面6上，其结果，轮子2与整个车厢一起被加速，直至它的速度达到预定值，或者车架10会达到由杆29实现的移动长度所确定的极限位置。
当车厢运行得比小车快时，轮缘中内表面6的后面将滚到压力元件上並将开始压它，从而在此刻释放一部分储存在列车组内的能量。在相互运动过程中，上述车厢将消耗它的能量，它的速度将降低，一直到车厢的速度等于驱动装置所设定的小车速度时为止。
此后，一个命令信号从岔道调车场控制系统送至泵站25。收到上述信号后，油缸21的一个腔室内的压力将降低，而在上述油缸另一腔室内的压力将提高，並用杆22使臂16绕轴16转动，把上述臂放置在其初始状态(图3)，从而使压力元件1脱开轮子2的轮缘所形成的内表面6。当车架10达到它的极限位置时将发生同样的情况，即使上述列车组的速度未达到预定值。
然后车厢的轮子将继续滚动，其速度要增加(或降低)某个值。上述控制系统将调节液压油缸30的腔室中的压力，其结果，车架10将返回其初始状态，从而该装置准备与下一组轮对发生相互作用。
如果装置包括二个压力元件，其工作方式是类似的，不同的只是上述相互作用将在轮对的二个轮子和二个辊子之间发生。相应地，容许的相互作用力的值可以加一倍，这是根据在接触点所采用的容许比压值算出来的。
因此，控制作用的效率可以提高二倍並有一切随之而来的结果。
液压驱动就其极限容许值来说实际上是没有限制的，采用液压驱动可以使用接近最佳参数的控制特性，从而在与岔道调车场中的电子控制系统结合使用时可以保证装置有高的作业精度和效率。
所述方法还能够开发铁路运输车辆用的很多其它有用的装置(车厢阻留器，固定器，推出器等)。
因此，所提出的方法和装置将提供更强的处理铁路运输设备的手段，而不会有操作安全方面的危险。这将有可能大大减少控制作业中所用的设备数量，它本身又将削减岔道调车场机械化所用的材料的消耗以及劳力费用和设备的总生产费用。
权利要求
1.用相互作用力控制铁路运输设备速度的方法，这种相互作用力是在至少一个压力元件(1)和运输车辆的轮子(2)之间产生的，並且作用在上述轮子的机械轨迹的区域内，该方法的特征在于压力元件(1)是从轮子(2)的外侧或内侧引入由轮辐(4)，轮毂(5)和轮子(2)的轮缘内圆表面(6)所形成的环形空腔(3)中的，根据作用方向，上述作用力被施加在轮缘内表面(6)的二个区域(7)中任意一个的任意点上，上述区域位于假想平面(a-a)的二侧，该平面通过轮轴和它与轨道(8)的接触点B。
2.按照权利要求
1的方法，其特征在于，内圆表面(6)中每个区域(7)的长度沿轮子(2)的轮缘方向对应于它的弧长，后者由径线(b1，b1)确定，这些径线是从轮心划出，並与轮子(2)与轨道的接触点(8)相隔2°和145°角。
3.按照权利要求
2的方法，其特征在于，轮子(2)的内圆表面(6)的每个区域(7)的长度对应于它的弧长，后者由径线(b1，b2)确定，这些径线由轮子(2)的中心划出，並与它和轨道(8)的接触点(B)隔开2°-90°的角度。
4.铁路运输设备的速度控制装置，它包含至少一个压力元件(1)，与轮子(2)在其机械轨迹范围内有相互作用力，该元件装在与驱动装置相连的小车(9)上，上述小车能沿轨道移动，该装置还包括控制上述压力元件位置的手段，其特征是压力元件(1)装在小车(9)上，上述压力元件适应于从轮子(2)的外侧或内侧引入由轮辐(4)，轮毂(5)和轮子轮缘中的内圆表面(6)所组成的环形空腔(3)，上述空腔的形状被选择为能使上述元件(1)自由进入上述空腔(3)並保证上述元件在二个区域(7)的任意点处与轮缘内圆表面(6)相配合，区域(7)位于假想平面(a-a)的二侧，该平面通过轮子(2)的轴线和它与轨道(8)的接触点(B)。
5.按照权利要求
4的装置，其特征在于，轮子(2)的轮缘内圆表面(6)的每个区域(7)的长度对应于它的弧长，后者由径线(b1，b1)确定，这些径线从轮子(2)的中心划出，並与轮子(2)与轨道(8)的接触点(B)隔开2°和145°角。
6.按照权利要求
5的装置，其特征在于，轮子(2)的轮缘内表面(6)的每个区域(7)的长度对应于它的弧长，后者由径线(b1，b2)确定，这些径线从轮子(2)的中心划出，並与它与轨道(8)的接触点(B)隔开2°-90°的角度。
7.按照权利要求
4的装置，其特征在于，小车(9)的支承元件纳入运行轨道(8)的头部(14)和底部(12)之间，並适应于与轨道的头部(14)或底部(12)有力的接触。
8.按照权利要求
7的装置，其特征在于，小车(9)适应于能在垂直方向上移动。
专利摘要
铁路运输设备的速度控制方法和完成上述方法的装置被用于使岔道调车场上的运输车辆减速和加速。在速度控制过程中，压力元件(1)被引入轮子(2)中的环形空腔(3)，该空腔由轮辐(2)，轮毂(5)和轮缘的内圆表面(6)组成，并位于上述轮子的内侧或外侧，上述压力元件把作用力施加于轮缘内圆表面二个区域中一个区域的任意点上，该区域位于想像平面“a—a“的两侧，该平面通过上述轮子的轴线并通过轮—轨接触点B。
文档编号G05D13/00GK87100635SQ87100635
公开日1988年8月24日 申请日期1987年2月10日
发明者瓦希利·帕夫洛维奇·苏科夫, 夫拉迪米尔·依瓦诺维奇·依格纳金, 瓦勒里·尼科拉维奇·福米施恩 申请人:罗斯托夫铁路运输工程师学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan