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1、城轨交通梁整体移动道岔的驱动方式摘 要 简要介绍城市轨道交通中磁浮、跨坐式轨道交通等梁整体移动式道岔的驱动方式,主要阐述用齿轮齿条传动、曲柄摇杆机构、液压油缸传动,以及滚珠丝杠副、凸轮机构、偏心机构和直线电机等驱动方式的特点和利弊。关键词 城市轨道交通 梁整体移动道岔 驱动 讨论与人们常见的铁路道岔相比,城轨中的磁浮交通、跨座式轨道交通等使用的道岔有所不同:前者只动尖轨和心轨,基本轨保持不动,后者则是整个道岔梁一起移动,道岔的驱动装置结构复杂,需较大的驱动力。道岔驱动装置的作用是推动道岔梁使其以道岔固定端转动轴为固定点,各驱动点移动不同的距离,达到预定要求的线型曲线,从而实现
2、线路换位,因此驱动装置是道岔的主要组成部分。可根据道岔的具体情况,选择不同的驱动方式来保证道岔驱动的正确、可靠、安全和经济。一般整体移动式道岔可采用的驱动方式有:齿轮、齿条传动,曲柄摇杆机构驱动,液压或机械推、拉杆驱动,凸轮或偏心机构驱动,直线电机驱动等,下面就各种驱动方式的特点进行讨论。1齿轮、齿条驱动该驱动方式是由电动机(带制动器)带动蜗轮减速器,将动力传给齿轮、齿条直接驱动而实现道岔梁的位移(齿条平置,见图1),设计难点在于齿轮和齿条机构,特别是齿条的外形曲线和齿条设计,具体分析如下。(1)为了便于加工,齿轮采用渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数。(2)因为驱动点走的是一条既
3、非直线也非圆弧的曲线,所以齿条的外形曲线(见图2)在设计上有一定的难度。在设计时可以模拟驱动点的近似曲线,适当加宽齿条宽度,以保证齿轮不会脱离齿条。(3)齿条的齿形用空间曲面包络不难通过数学的方法计算出来,利用渐开线齿轮的啮合原理可以定性分析如下:一是齿槽的方向互不平行,外侧槽距要大些,且各槽距随位置的变化而变化;二是齿面的压力角在齿条的内外侧端面上是不一样的,因为外侧走行的弧长大,内侧走行的弧长小,当齿圈基圆半径一定时,外侧压力角要大一些(α>20°),内侧压力角要小一些(α<20°),中线处压力角α=20°。通过以上分析,说明也可以采用近似设计,而不一定非要用
4、繁杂的空间曲面包络算法。齿槽方向变化在机加工方面利用数控机床还是可以实现的,难度不算太大;但是要加工出压力角连续变化的齿形,难度就大了。因此,还可以更近似一步,用仅变化齿槽、加大齿侧间隙的方法来构成齿轮、齿条传动副,满足驱动装置的要求。但是,这种方法因齿面接触状况不好,在设计时要充分考虑满足强度条件的要求。(4)对于是弹性变形的道岔梁,齿轮在传动中总是紧靠齿条的一侧,所以在齿条间隙适当放大后,在传动的平稳性变差时,对道岔转换运动的影响不大。(5)挡块和导轮的作用是保证齿轮、齿条啮合位置正确,并防止由于列车侧向通过道岔时产生的侧倾力对驱动装置的影响。(6)该方案的优点是传动平稳
5、、可靠,缺点是齿条的机加工工艺性差,齿形的加工难度大。(7)为了降低齿条的加工难度,可将齿轮与传动轴的联结设计成球面副联结,使齿轮自适应于齿条,保证啮合要求。(8)亦可采用立式齿轮、齿条传动(见图3),此方式的动力来源和制动方式均与平置的齿轮、齿条传动方式相同,其特点是齿轮、齿条可采用标准齿形,大大降低了齿条的机加工难度。2曲柄摇杆驱动曲柄驱动装置工作时,通过蜗轮减速器带动摆臂沿蜗轮减速器中心轴回转,摆臂端导轮在导槽转动、滑移,从而实现道岔梁的转位。驱动装置由带有制动的电机摆线减速器、蜗轮减速器、传动轴、连轴器、摆臂、导轮、导槽等零部件构成(见图4)。驱动装置的安装分为两种方
6、式:一是动力部分安装在地面基础的钢板面上,导槽安装于道岔梁底部;二是动力部分安装在道岔梁底部,导槽安装于地面基础的钢板面上。各个驱动点可分别驱动,或用双输出电机两点同步输出。1)优点(1)结构简单,制造加工工艺简单。(2)电器控制简单。(3)运动性能好,慢—快—慢(近似曲柄摇杆机构,因为道岔梁需变形)。采用摆臂回转的形式,该机构具有道岔梁转辙缓慢加速、减速的特性,在道岔处于锁定位置时,道岔移动速度接近于0。(4)机构对环境要求低,对因温度变化所引起的道岔梁长短变化不敏感,有利于实现道岔的锁定。(5)摆臂式道岔在道岔处于侧向位置时,道岔的反弹力主要作用于摆臂的轴线位置,有利于减
7、小电机的输入转矩要求。(6)驱动系统分别采用独立的电机驱动,通过控制系统,可简易实现道岔的时序控制。(7)参数容易调整,如曲柄的长度、导槽的宽度等,都可以根据需要进行调整。(8)可实现单电机驱动(电机双向输出轴),保证同步转动。(9)维修、维护方便,使用寿命长。2)缺点(1)占用空间大。(2)驱动部分采用大规格的减速器,制作费用高。(3)摆臂式驱动装置安装于地面,制作三开道岔时摆臂过长需要输出过大的转矩;如果安装于道岔梁则会影响道岔梁的回转刚性,不利于实现道岔的线型。3液压油缸驱动随着数控技术和液压技术
