一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置

1.本发明涉及列车安全的技术领域，尤其涉及一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置。


背景技术：

2.随着城市轨道交通的迅速发展，地铁列车的运行速度不断得到提高。随着地铁列车安全行驶的速度提高，当列车发生碰撞时，车辆间钩缓装置破坏之后，相邻车辆端部产生接触并在冲击力的作用下发生变形破坏，会出现诸如爬车、脱轨甚至之字形倾覆等失稳姿态，进而引发更为严重的继发事故，造成巨大的人员和财产损失。因此，在碰撞过程中，对车体运动姿态施加约束和控制对于减少事故伤亡，降低事故损失具有重要意义。
3.目前，车体碰撞姿态的控制，主要通过安装辅助结构或者保护装置，依靠外部约束手段充分限制车体在碰撞过程中的大幅度运动位移发生，限制列车车体和转向架的垂向和横向运动，从而起到安全防护的作用。另一方面，该类结构在列车碰撞过程中触发安全防护机制时，应当不妨碍车体耐撞性结构的正常吸能动作，同样不会改变既定的车间界面能量分配方案。现有的防止列车脱轨的辅助结构大多为轨道防护轨装置，作动方式大多为同步作动，不能根据不同位置的实际情况进行协同控制作用，进而不能有效的控制列车的车体和转向架的碰撞姿态和能量协同分配。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在列车发生碰撞时能防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，包括车体安装座、控制盒、滑道面板、两个钩爪；所述控制盒安装在所述车体安装座上；所述滑道面板与所述车体安装座连接，所述滑道面板上设有多个滑轨，所述钩爪的上端与所述滑轨连接，所述钩爪的下端为自由端；
7.当所述控制盒采集到车体的加速度异常时，所述控制盒内设置的气囊爆炸，所述钩爪在自身重力与所述气囊的冲击力作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动；当车体的垂向抬升量超过设定值时，所述钩爪的下端与轨道配合，控制车体的姿态。
8.作为上述技术方案的进一步改进：
9.多个钩状抱轨装置分别设于列车的不同位置，不同位置的钩状抱轨装置通过识别自身位置的车体垂向抬升量，进而根据车体位姿的判断进行作动。
10.所述车体安装座的底部设有安装连接板，所述控制盒安装在所述安装连接板上，所述滑道面板的上端与所述安装连接板固定，所述滑道面板的下端朝下延伸布置。
11.所述滑道面板上至少设有三个纵向布置的滑轨，两个所述钩爪交叉布置，且两个所述钩爪之间通过滑动销与位于中间的滑轨滑动连接，两个所述钩爪的上端通过滑道销与另外两个滑轨滑动连接。
12.连接所述钩爪上端的滑轨的下端部设有多个锁定槽，所述锁定槽的一端与所述滑轨相连通，另一端朝向位于中部的滑轨的方向斜向下延伸布置，多个所述锁定槽沿所述滑道的长度方向间隔排列布置。
13.相邻两个所述锁定槽之间的垂向距离为15mm。
14.所述滑轨上设有自锁滑块，所述控制盒根据监测到的车体与轨面的距离控制所述自锁滑块的锁定位置，使所述钩爪滑入对应的锁定槽内。
15.所述钩爪的表面设有橡胶层。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：
17.本发明的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，使用时，可以安装在车体的不同位置，行驶过程中，控制盒通过采集车体的加速度以及车体与轨面之间的距离确定列车的运行状态，不同位置的钩状抱轨装置根据其列车的运行状态的不同作出不同的动作；当监测到车体的加速度以及车体与轨面之间的距离在设定值之内时，为列车正常运行时刻，此时的钩状抱轨装置不起作用；当车体发生碰撞，控制器监测到车体的加速度大于设定值时，控制盒内的气囊被引爆，钩爪在自身重力与气囊爆炸产生的冲击力的作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动，当控制盒监测到车体的垂向抬升量(车体与轨面之间的距离)超过给定值时，钩爪的下端落至轨道下方，便于后续实现钩爪对车体姿态的限制；当碰撞致使车体产生向上的运动趋势时，钩爪也随之向上运动，此时，钩爪的下端与轨道接触，将轨道夹持，产生防止车体继续向上的阻抗力，限制车体的垂向位移；不同位置的钩状抱轨装置通过识别自身位置的车体垂向抬升量，进而根据位姿的判断进行作动，实现不同位置的位姿控制和能量协同匹配，有效限制车体的运动空间，起到控制车体姿态的效果，进而实现列车碰撞过程的姿态控制与安全防护。
附图说明
18.图1是本发明优选实施例的钩状抱轨装置的立体结构示意图。
19.图2是本发明优选实施例的钩状抱轨装置的主视结构示意图。
20.图3是本发明优选实施例的钩状抱轨装置的侧视结构示意图。
21.图4是本发明优选实施例的滑道面板的主视结构示意图。
22.图5是本发明优选实施例的钩爪的立体结构示意图。
23.图6是本发明优选实施例的滑道销的立体结构示意图。
24.图7是本发明优选实施例的安装连接板的立体结构示意图。
25.图8是本发明优选实施例的钩爪与滑道销配合的立体结构示意图。
26.图9是本发明钩状抱轨装置力元特性曲线图。
27.图中各标号表示：
28.1、车体安装座；2、安装连接板；3、控制盒；4、滑道销；5、钩爪；6、滑道面板；7、自锁滑块。
具体实施方式
29.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
30.图1至图9示出了本发明防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置的一种实施例，包括车
体安装座1、控制盒3、滑道面板6、两个呈交叉铰接布置的钩爪5；控制盒3安装在车体安装座1上；滑道面板6与车体安装座1连接，滑道面板6上设有多个滑轨，滑轨的端部设有锁定槽，两个钩爪5的上端分别与两个滑轨连接，两个钩爪5的下端为自由端，形成用于夹持轨道的夹持端；
31.当控制盒3采集到车体的加速度异常时，控制盒3内设置的气囊爆炸，钩爪5在自身重力与气囊的冲击力作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动，落入锁定槽内；当车体与轨面之间的距离超过设定距离时，钩爪5的下端落入轨道的下方，当车体向上运动时，钩爪5的下端将轨道夹持。
32.该防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，使用时，可以安装在车体的不同位置，，行驶过程中，控制盒3通过采集车体的加速度以及车体与轨面之间的距离确定列车的运行状态，不同位置的钩状抱轨装置根据其列车的运行状态的不同作出不同的动作；当监测到车体的加速度以及车体与轨面之间的距离在设定值之内时，为列车正常运行时刻，此时的钩状抱轨装置不起作用；当车体发生碰撞，控制器监测到车体的加速度大于设定值时，控制盒3内的气囊被引爆，钩爪5在自身重力与气囊爆炸产生的冲击力的作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动，此时的钩爪5悬空于轨道上方，当控制盒3监测到车体的垂向抬升量(车体与轨面之间的距离)超过给定值时，钩爪5的下端落至轨道下方，便于后续实现钩爪5对车体姿态的限制；当碰撞致使车体产生向上的运动趋势时，钩爪5随之向上运动，此时，钩爪5的下端与轨道接触，将轨道夹持，产生防止车体继续向上的阻抗力，限制车体的垂向位移，不同位置的钩状抱轨装置通过识别自身位置的车体垂向抬升量，进而根据位姿的判断进行作动，实现不同位置的位姿控制和能量协同匹配，有效限制车体的运动空间，起到控制车体姿态的效果，进而实现列车碰撞过程的姿态控制与安全防护。
33.本实施例中，车体安装座1的底部焊接有安装连接板2，控制盒3安装在安装连接板2上，滑道面板6的上端与安装连接板2焊接固定，滑道面板6的下端朝下延伸布置，滑道面板6上至少设有三个纵向布置的滑轨，两个钩爪5的上端以及两个钩爪5铰接处均通过滑道销4分别与三个滑轨滑动连接，确保钩爪5在车体发生状况时作出适应性变化。
34.本实施例中，钩状抱轨装置既可以安装在不同车辆的车体上，也可以安装在转向架上，可以根据列车的不同车辆的需要，安装不同数量的抱轨装置，实现在列车的头车区域和尾车区域安装不同数量的的抱轨道车辆，同时不会改变列车的能量分配。
35.本实施例中，连接钩爪5上端的滑轨上设有多个锁定槽，锁定槽的一端与滑轨相连通，另一端朝向位于中部的滑轨的方向斜向下延伸布置，多个锁定槽沿滑道的长度方向间隔排列布置，多个锁定槽可以给抱轨装置提供多种锁定的位置，保证防护机制的可靠性和稳定性。当地铁列车发生碰撞时，车体姿态具有一定的不确定性，距轨面的距离也会有较大的波动，考虑本装置设计的通用性，本实施例中，设置有3个锁定槽，相邻两个锁定槽之间的垂向距离为15mm，滑轨的宽度设置为10mm，当然，用户也可以根据需要设置合适的滑轨宽度与锁定槽的数量以及两个锁定槽之间的垂向距离。
36.本实施例中，滑轨上设有自锁滑块7，自锁滑块7通过控制装置的控制改变锁定位置。具体地，控制盒3根据监测到的车体与轨面的距离控制自锁滑块7的锁定位置，从而保证钩爪5滑动到对应的锁定槽内，通过控制盒3对车体与轨面之间的距离的监测，实现钩状抱轨装置在不同的位置，其钩爪5下降的位置不一样，配合自锁滑块7，确保钩爪5的上端顺利
滑入对应的锁定槽内，实现了协同匹配的过程。由于列车脱轨的姿态较为特殊，每个位置的倾斜角度和高度都不一致，采用本抱轨装置，可以实现不同位置对应不同的作动位置，实现抱轨力的匹配，避免了所有的抱轨装置下降和作动位置都一样的情况。
37.本实施例中，钩爪5的内侧轮廓与钢轨外侧的轮廓的一致，且钩爪5的表面设有橡胶层，用于增大钩爪5与轨道之间的摩擦力，在钩爪5作动时，钩爪5的内表面与钢轨稳定的结合在一起，保证钩爪5与轨道之间夹持更紧密。
38.本实施例中，钩爪5采用高强度q345钢材料制成，该材料屈服强读和抗拉强度高，塑性和焊接性良好，由于有效的防止钩爪5出现的材料失效的情况。
39.本实施例中，滑道销4优先选用抗剪切强度和韧性较好的材料，如采用渗碳和碳氮共渗处理的低碳合金钢，能够保证滑道销4不会出现断裂的现象。
40.本实施例中，车体安装座1、安装连接板2、滑道面板6、自锁滑块7选用45#钢，改材料屈服强度高，硬度大，有效避免了材料出现失效的现象。
41.在列车的碰撞过程中，钩状抱轨装置的钩爪5与钢轨之间的接触力，通过识别车体的垂向抬升量,判断抱轨装置所处的阶段，来进行计算对应的接触力的大小，具体的计算方法如下公式所示。图9(钩状抱轨装置力元特性曲线图)中的da、ab、bc和d点左侧区域分别为抱轨装置的四个作动阶段：静止阶段、线性阶段、正向止挡阶段和反向阶段，其中线性阶段可以根据需要进行拆分和拟合，变成多段曲线，由于其中反向阶段抱轨装置不起作用。
[0042][0043]
其中，x1为间隙距离(力元结构的开启阈值)，x2为线性阶段位移(力元结构的止挡行为的开启阈值)，δx2为线性阶段距离，xn为止挡行为的终止点；k1,k2k
n-1
分别为线性阶段和止挡阶段的刚度。
[0044]
实现钩爪5的向下动作与自锁，本发明还有另一种实施例：
[0045]
通过将中间的滑道销4与控制盒3之间通过电磁弹射的弹簧连接，当检测到列车在碰撞过程中异常垂向抬升量时，将控制盒3的电磁弹射的弹簧向下弹射到指定的位置使钩爪5钩住钢轨，从而控制列车的碰撞姿态。
[0046]
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：包括车体安装座(1)、控制盒(3)、滑道面板(6)、两个钩爪(5)；所述控制盒(3)安装在所述车体安装座(1)上；所述滑道面板(6)与所述车体安装座(1)连接，所述滑道面板(6)上设有滑轨，所述钩爪(5)的上端与所述滑轨连接，所述钩爪(5)的下端为自由端；当所述控制盒(3)采集到车体的加速度异常时，所述控制盒(3)内设置的气囊爆炸，所述钩爪(5)在自身重力与所述气囊的冲击力作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动；当车体的垂向抬升量超过设定值时，所述钩爪(5)的下端与轨道配合，控制车体的姿态。2.根据权利要求1所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：多个钩状抱轨装置分别设于列车的不同位置，不同位置的钩状抱轨装置通过识别自身位置的车体垂向抬升量，进而根据车体位姿的判断进行作动。3.根据权利要求1所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：所述车体安装座(1)的底部设有安装连接板(2)，所述控制盒(3)安装在所述安装连接板(2)上，所述滑道面板(6)的上端与所述安装连接板(2)固定，所述滑道面板(6)的下端朝下延伸布置。4.根据权利要求1所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：所述滑道面板(6)上至少设有三个纵向布置的滑轨，两个所述钩爪(5)交叉布置，且两个所述钩爪(5)之间通过滑动销(4)与位于中间的滑轨滑动连接，两个所述钩爪(5)的上端通过滑道销(4)与另外两个滑轨滑动连接。5.根据权利要求1所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：连接所述钩爪(5)上端的滑轨的下端部设有多个锁定槽，所述锁定槽的一端与所述滑轨相连通，另一端朝向位于中部的滑轨的方向斜向下延伸布置，多个所述锁定槽沿所述滑道的长度方向间隔排列布置。6.根据权利要求5所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：相邻两个所述锁定槽之间的垂向距离为15mm。7.根据权利要求5所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：所述滑轨上设有自锁滑块(7)，所述控制盒(3)根据监测到的车体与轨面的距离控制所述自锁滑块(7)的锁定位置，使所述钩爪(5)滑入对应的锁定槽内。8.根据权利要求1所述的一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，其特征在于：所述钩爪(5)的表面设有橡胶层。

技术总结
本发明公开了一种防止地铁列车脱轨的钩状抱轨装置，包括车体安装座、控制盒、滑道面板、两个钩爪；控制盒安装在车体安装座上；滑道面板与车体安装座连接，滑道面板上设有多个滑轨，钩爪的上端与滑轨连接，钩爪的下端为自由端；当控制盒采集到车体的加速度异常时，控制盒内设置的气囊爆炸，钩爪在自身重力与气囊的冲击力作用下沿滑轨朝向轨道的方向运动；当车体与轨面之间的距离超过设定距离时，钩爪的下端落入轨道的下方，当车体的垂向抬升量超过设定值时，钩爪的下端与轨道配合，产生防止车体继续向上的阻抗力，限制车体的垂向位移，有效限制车体的碰撞过程中异常运动姿态。限制车体的碰撞过程中异常运动姿态。限制车体的碰撞过程中异常运动姿态。


技术研发人员：许平 郭维年 姚曙光 杨丽婷 阳程星 刑杰
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2022.11.24
技术公布日：2023/2/23