一种车轮组件和架空轨道运输系统的制作方法

本发明属于轨道运输领域，具体涉及一种车轮组件和架空轨道运输系统。

背景技术：

1、架空轨道运输有很多地面运输无法比拟的优势，但目前实际中应用很少。其中原因较多，申请人在之前做过相关的研究，并针对架空轨道下垂的补偿问题以及道岔切换问题分别进行了相关专利的申请，分别为授权公告号为cn108944956b的一种保持运载工具水平运行的补偿式架空轨道运载装置和cn110878496b的一种架空轨道运输系统及其道岔系统。

2、在之后的研究中，申请人发现架空轨道运输系统中还存在以下技术问题：（1）车轮的轨道跟随问题，即如何保证车轮始终稳定地运行在轨道上，不会向内或向外滑脱轨道。同时车轮方向始终保持与轨道方向一致：即在直轨道处，与轨道方向相同；在弯道处与轨道切线方向相同；（2）当载重行车通过道岔时，一侧车轮会出现短暂悬空，随后要再次落在后续轨道上，并继续运行。如何保证没有轨道支撑的悬空车轮维持正确的位置与姿态，平稳落在后续轨道上，并运行其上？（3）按照我们以前补偿式架空轨道方案，载重行车本身与轨道并不是始终保持平行状态，而是在一定夹角范围内变化。但车轮实现轨道跟随功能的机构，需要与轨道保持一个稳定相对位置关系，怎样做到它们互不影响？（4）为保证乘坐舒适，不可避免地要加入缓冲减震装置。这使得车辆与轨道结构在垂直方向上的位置关系，会上下浮动。而在车辆通过道岔时，平衡轮等部件需要与轨道上相应结构相互配合，实现某些功能，这又要求车辆与轨道结构有一个稳定的相对位置关系。这个矛盾需要妥善解决。（5）车辆在轨道上运行时，与车辆通过道岔时，受力状态不同，怎样保证车辆在两种情况下都能结构牢固、位置与姿态稳定，且能平稳切换，从而保证车辆平稳、安全、可靠地运行与通过道岔？（6）保证车辆安全通过道岔的装置，设置在什么位置，既能满足功能要求，又能节省空间，保证结构设计的紧凑、高效？

3、因此，在架空轨道运输系统的后续研究中，上述问题需要被考虑并得到妥善、合理的解决。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种车轮组件和架空轨道运输系统，通过对车轮组件和载重行车以及轨道道岔的结构优化，解决目前存在的上述技术问题，保证车辆在架空轨道上更加安全、平稳的运行。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种车轮组件，包括运行于一对平行轨道上的左右两个车轮，每个车轮安装在相应车轮支撑架前后方向的中间位置，在所述车轮支撑架上设置有车轮转向轴，车轮转向轴的轴心线垂直于所述轨道的轨道面，并且与车轮轮轴的轴心线在一个平面内，车轮转向轴的上端安装有第一轴承，车轮转向轴的下端安装有第二轴承，所述第一轴承安装在第一轴承座内，所述第二轴承安装在第二轴承座内，所述第一轴承座和所述第二轴承座均水平固定在所述车轮支撑架上，所述车轮转向轴的中部还设置有轴孔；两个车轮转向轴中部的轴孔分别与车轮支撑轴的两端固定连接，车轮组件通过车轮支撑轴安装在车体上；两个车轮支撑架的前端或后端还设置有车轮同向连杆，所述车轮同向连杆的两端分别与两个车轮支撑架转动连接，且转动轴线与所述车轮转向轴平行，所述车轮同向连杆、所述车轮支撑轴与两个车轮支撑架共同构成一个可左右摆动的平行四边形。

3、其有益效果是：本发明的车轮组件中，车轮支撑轴、车轮同向连杆、与两个车轮支撑架的一部分构成一个平行四边形结构，并且它们之间为转动连接。这样的设置可以实现左右两个车轮的同步转动，始终保持方向一致。这保证了在通过道岔时，悬空车轮在水平面上，角度与轨道方向保持一致。车轮转向轴的轴心线垂直于所述轨道的轨道面，并且与车轮轮轴的轴心线在一个平面内，这保证了经车轮支撑轴传递过来的车辆重量，经车轮转向轴、车轮支架、车轮轮轴、车轮，最终传递给轨道。两个车轮转向轴中部的轴孔分别与车轮支撑轴的两端固定连接，这保证了悬空车轮的车轮支撑架，不因车轮悬空而随意转动，始终保持与车轮下方有轨道时同样的姿态。这使得通过道岔之后，车轮能与后续轨道平稳衔接，进而位置适中、平稳地运行在后续轨道上。

4、进一步的，所述第一轴承为承受径向力的深沟球轴承，所述第二轴承为能同时承受径向力和轴向力的圆锥滚子轴承。

5、其有益效果是：两种轴承的设置一方面便于车轮的转向，另一方面下方能承受轴向力的第二轴承可以保证车辆重量通过车轮支撑轴、车轮转向轴传递到车轮支撑架上，进而通过车轮可靠传递到轨道上。

6、进一步的，所述车轮的前方和后方各设置一对辅助轮，一对辅助轮包括上辅助轮和侧辅助轮，均设置在所述车轮支撑架上，所述上辅助轮和所述车轮共同运行在轨道的轨道面上，所述侧辅助轮运行在轨道的轨道内侧面上。

7、其有益效果是：所述的前后两个运行在轨道面上的上辅助轮，保证车轮支撑架不会相对轨道在竖直面内转动，从而保证运行在轨道内侧面的侧辅助轮，始终运行在轨道内侧面，而不会上下滑离轨道侧表面。而这两个侧辅助轮紧贴轨道内侧面，又保证了车轮方向始终与轨道方向一致（在弯道处是与轨道切线方向一致），从而实现了车轮对轨道方向的跟随功能。同时左右两边运行在轨道内侧面的侧辅助轮，阻止了车辆左右移动，保证了车轮始终运行在轨道上，不会左右脱轨。

8、本发明在解决目前存在的技术问题时，又提出一种架空轨道运输系统，包括架空轨道、运行在架空轨道上的载重行车和悬挂在载重行车下方的轿厢，所述架空轨道包括道岔，道岔包括分出道岔和/或并入道岔，载重行车前后两端均设有平衡组件，所述平衡组件包括一根竖直设置的平衡轴、设置在平衡轴上端的平衡轮转臂和平衡轮，以及设置在平衡轴下端的防脱轮转臂和防脱轮，平衡轮在通过道岔时运行在道岔上方的平衡轨上，阻止载重行车向车轮悬空一侧倾倒，防脱轮在通过道岔时运行在轨道下方的防脱轨上，阻止载重行车向车轮悬空一侧侧滑；所述载重行车的前后端分别设置以上所述的车轮组件。

9、其有益效果是：在将本发明的车轮组件用于架空轨道运输系统中，使得载重行车的车轮能稳定、可靠地运行轨道上，并安全、顺利地通过道岔。

10、进一步的，所述载重行车包括中间长条形的车架和位于车架前后两端的集成框架，车架和集成框架之间通过减震组件连接，所述车轮组件中的车轮支撑轴水平穿过所述集成框架设置，并且所述集成框架和所述车轮支撑轴之间能够相对转动；所述平衡组件中的平衡轴竖直安装在所述集成框架左右方向的中间位置，安装同时采用承受径向力的深沟球轴承与承受轴向力的平面推力轴承，使平衡轴能够相对于所述集成框架转动；两个集成框架上的平衡组件还通过平衡组件同步连杆实现同步转动。

11、其有益效果是：集成框架集成了水平的车轮支撑轴以及竖直的平衡轴。正常运行时左右车轮运行在轨道上，集成框架左右两侧获得向上的支撑力，维持了集成框架的稳定，也就保证了车辆在轨道上正常运行。

12、在通过道岔时，一侧车轮悬空，集成框架仅剩一侧车轮支撑，上部因平衡轮受平衡轨阻挡，使集成框架上部处于原有位置，不会向另一侧倾斜。

13、在集成框架下部，另一侧轨道缺失，本侧车轮有向内滑下轨道而脱轨的可能。但此时防脱轮运行在防脱轨上，被防脱轨阻挡，不能向另一侧移动，这使平衡轴下端也只能保持在原来的轨道中心线位置，保证了集成框架下部也处于原有位置。

14、因为平衡轴在集成框架上的安装，既有承受径向力的深沟球轴承，也有承受轴向力的平面推力轴承，所以平衡轴不会在集成框架上上下滑动，与集成框架构成一个牢固的稳定结构。所以无论载重行车是运行在轨道上，集成框架受左右向上的力，还是通过道岔，集成框架单侧受向上的力，中间受来自平衡轴上下两端水平的力，都能维持集成框架保持相同的的位置与姿态。这考虑的是集成框架在垂直于轨道方向的垂直平面内的稳定情况，在这种情况下，这两种支撑方式是等效的。实际使用中考虑上零件间隙等因素，只要平衡轨轨道面与轨道中心线距离等参数设计合适，就能保证两种受力情况下集成框架都能保持同样的位置与姿态，并能实现顺滑的衔接转换，平稳顺利通过道岔。

15、因轿厢是悬挂在长条形车架下方，而车架与集成框架是通过减震组件相连的，这样轿厢是在减震组件上方，能够得到一定的缓冲，具有更好的舒适性。平衡轮组件是安装在集成框架上的，集成框架是在减震组件下方的，它不受减震组件压缩、伸展变化的影响，与轨道在垂直方向的位置关系就相对稳定，这保证了通过道岔时，平衡轮等与轨道结构需要配合的部件，与轨道结构具有相对稳定地位置关系，从而保证了它们顺利配合。这样的结构布局，同时保证了该缓冲的部分得到缓冲、该稳定的部分能够稳定。即轿厢的舒适性与平衡轮等部件与轨道结构之间相对稳定的位置关系，都得到了保证。

16、车轮支撑轴与集成框架转动连接，保证了载重行车与轨道夹角不断变化的过程中，车轮组件不随载重行车转动，而与轨道始终保持稳定的相对位置关系，确保车轮组件的轨道跟随等功能不受影响。

17、再进一步的，所述车架的前端面和后端面上均设置有上转臂连接轴和下转臂连接轴，所述集成框架上也设置有上转臂连接轴和下转臂连接轴，上转臂连接轴和下转臂连接轴均上下水平间隔设置；所述减震组件包括上转臂、下转臂和阻尼减震器，上转臂的两端分别与车架及集成框架上的两个上转臂连接轴转动连接，下转臂的两端分别与车架及集成框架上的两个下转臂连接轴转动连接，所述的阻尼减震器的两端分别连接在车架的上转臂连接轴和集成框架的下转臂连接轴，上转臂的两端在上转臂连接轴上以及下转臂的两端在下转臂连接轴上均占据一定的宽度，该宽度能够避免上转臂和下转臂的左右晃动。

18、其有益效果是：从侧面看，集成框架与上下转臂，再加上车架端面，共同构成一个平行四边形结构，它允许车架相对于集成框架在竖直方向上可以上下浮动。轿厢和车架的重量，通过车架的上转臂连接轴、阻尼减震器传递到集成框架下转臂连接轴。当车架相对于集成框架上下浮动时，阻尼减震器压缩或伸展，起到减震缓冲的作用。而集成框架受制于车架，不会出现前倒或后仰。也就是在沿轨道中心线方向的竖直平面内，保证了集成框架姿态的稳定性。

19、上转臂的两端和下转臂的两端分别在对应的转臂连接轴上尽可能保持较大的宽度，可以加强两根转臂连接轴平行度的控制，这种宽转臂设计限制了集成框架相对于车架在水平面内左右扭转，保证了集成框架在水平面内的姿态稳定。

20、作为一种优选方式，在车架前端或后端的平衡轴上，在集成框架与防脱轮之间设置有挤压轮转臂，挤压轮转臂的末端设置有可自由转动的挤压轮，挤压轮转臂的力臂和所述平衡轮转臂的力臂垂直；在分出道岔的平衡轨前方的轨道承重结构上，设置有竖直高度与挤压轮相对应的挤压轨，挤压轨的侧立面为所述挤压轮运行的轨道面，挤压轨在车辆前进方向上，向轨道中心线倾斜设置。

21、其有益效果是：挤压轮转臂的力臂和所述平衡轮转臂的力臂垂直，这样在平衡轴转动的过程中，挤压轮和平衡轮相对于轨道中心线的运动，必定是方向相反的：一个靠近轨道中心线，则另一个必定远离轨道中心线，反之亦然；这样当挤压轮被向轨道中心线倾斜的挤压轨挤压，逐渐靠近轨道中心线时，平衡轮必定逐渐远离轨道中心线，只要挤压轨的末端位置设置合适，就可以保证在挤压轮运行到挤压轨末端时，平衡轮已离开会与平衡轨端部碰撞的危险区域，后续再借助平衡轨轨道面向轨道中心线倾斜，形成的尖轨的斜面，平衡轮被最终挤压到距离轨道中心线最远的位置而运行在平衡轨上。因为在平衡轴转动的过程中，防脱轮在平衡轮的下方，始终与平衡轮转动角度一致，所以这里只需考虑平衡轮即可，平衡轮到位了，防脱轮自然也到位了。

22、防脱轮是垂直安装在防脱轮转臂上方的，所以防脱轨只能通过上方借助防脱轨支架固定在轨道承重结构上，这样在防脱轮与集成框架之间就有了一个间隙，在这个间隙内设置挤压轮转臂，可以充分利用这个空间，有利于结构设计的紧凑，同时因为这个位置是留给防脱轨支架的，这个防脱轨支架是固定在轨道承重结构上，所以在这个位置也很容易设置同样是固定在轨道承重结构上的挤压轨。它俩位置是前后衔接关系，不重叠，所以互不影响。

23、作为一种优选方式，其中一个平衡轮转臂向平衡轴另一侧延伸形成启动轮转臂，启动轮转臂的末端设有自由转动的启动轮，启动轮和平衡轮位于平衡轴轴心的相对两侧；

24、对于并入道岔，平衡轨向来车方向延伸，并向轨道中心线的另一侧倾斜，形成强制挤压轨；在强制挤压轨的前方，在轨道承重结构上设置有竖直高度与启动轮相对应的启动轨，启动轨与平衡轨的轨道面相对于轨道中心线位于同一侧，启动轨在车辆前进方向上，向轨道中心线倾斜，以挤压启动轮，迫使启动轮转臂摆动；启动轨末端与轨道中心线的距离大于平衡轮与轨道中心线的最大距离。

25、其有益效果是：对于并入道岔，是两条轨道合并成一条轨道。来自两条轨道的车辆，都进入后续的一条轨道。对于两个方向的来车，其平衡轮的位置是固定的。左边轨道上的来车，平衡轮需要在最左侧；右边轨道上的来车，平衡轮需要在最右侧，这样平衡轮才能正常运行在平衡轨上，顺利通过并入道岔实现并轨。它不存在选择的问题，为了保证万无一失，在并入道岔两个来车方向的平衡轨前方，特增加强制挤压轨，无论何种原因，没有到位的平衡轮，都会被强制挤压轨强行挤压到位，从而保证车辆顺利通过并入道岔。

26、作为一种实施方式，在没有启动轮的集成框架的顶部设置有第一限位块，第一限位块具有两个相互垂直的限位侧面，第一限位块设置在平衡轮转臂的转动路径上，用于将该集成框架上的平衡轮限制在经车辆前方方向转动180度，实现平衡轮在最左侧工作位和最右侧工作位的选择切换；

27、在有启动轮的集成框架的顶部设置有第二限位块，第二限位块设置有两个，分别位于集成框架的左右两端；在启动轮转臂的下表面设置有限位柱，在平衡轮转臂左右转动的过程中，由两个第二限位块顶住限位柱以限制平衡轮转臂，以使平衡轮转臂只能经车辆前方方向转动180度，实现平衡轮在最左侧工作位与最右侧工作位的选择切换。

28、其有益效果是：第一限位块和第二限位块的设置可以保证平衡轮转臂只能经车辆前方空间转动180°，实现最左侧工作位与最右侧工作位之间的切换。

29、作为一种实施方式，载重行车前后的两对车轮采用不同的轮距，相应的架空轨道承重结构上，也设置不同轨距的内外两副平行轨道与之对应，内外两副轨道在竖直方向上不重叠，并且内轨道低于外轨道；载重行车的前轮运行在内轨道上，后轮运行在外轨道上，内轨道和外轨道均架设在轨道承重结构上，在架空轨道的两个支撑之间，内轨道设计为向下的弧度，外轨道设计为向上的弧度，当车辆以预期平均负荷通过这一跨轨道时，前轮运行轨迹随内轨道向下弯曲，后轮运行轨迹随外轨道向上弯曲，从而使得轿厢悬挂点保持在原有水平面；通过前后调整轿厢在载重行车上的悬挂点的位置，从而使不同情况的轿厢都能获得与之相应的高度补偿，保持水平运行。

30、其有益效果是：内外轨道在竖直方向上不重叠，车辆前轮运行在内轨道上，后轮运行在外轨道上。内轨道低于外轨道，为运行在外轨道上的后轮的侧辅助轮让出空间。这样可以在内外轨道在一跨轨道上，设计成向下与向上的弧形轨道时，前轮与后轮都能顺利运行，互不影响。且此过程中前轮低、后轮高，车架是前低后高的状态，这有利于轿厢在车架上的悬挂点的稳定。

31、当车辆通过这一跨轨道时，前轮随内轨道走了一条向下弯曲的轨迹；后轮随外轨道走了一条向上弯曲的轨迹。如果此时车辆为预期平均负荷，则轿厢悬挂点始终可以维持在原有水平面内，从而保证轿厢水平运行，不会上下颠簸。而此时车架上处在悬挂点前方的点，距离前轮越近，运行轨迹向下弯曲越大；而车架上处在悬挂点后方的点，距离后轮越近，运行轨迹向上弯曲越大。对于非预期平均负荷的车辆，因为轨道的弹性，本来会出现不同程度的向上或向下的起伏，但此时适当调整悬挂点位置，使它得到向下或向上的补偿，从而使轿厢尽可能地水平通过这跨轨道。这样的方案使运输系统不再要求架空轨道保持绝对的水平，而可以接受具有一定弹性的轨道。并且具有一定范围的调节能力，可以根据不同的车辆负荷等情况，通过前后调节悬挂点，找到一个最佳的悬挂点位置，从而使轿厢能够尽可能水平地通过这一跨轨道，而不产生颠簸。最终达到突破轨道轻量化的上限，进一步降低造价和增大跨度的目的。

32、本发明的有益效果是：1、本发明的车轮组件运行在轨道上具有良好的轨道跟随性，在通过道岔结构时，悬空车轮能够保持正确的位置与姿态，与后续轨道平稳衔接，顺利落于后续轨道，并平稳运行其上。在车轮随轨道左右转动方向时，集成框架、车身、平衡组件等保持整体的稳定，并且可以随内外轨道不同高度的变化，而前后俯仰。

33、2、本发明的载重行车的结构布局，通过前后集成框架，整合了车轮组件水平的车轮支撑轴和上下两根转臂连接轴，以及平衡组件垂直的平衡轴，无论是运行在轨道上还是通过道岔，以及它们之间的转换，集成框架都能保持一个稳定的姿态，进而保证了车辆平稳运行。将平衡组件和车轮组件结合到一起，再与减震组件构成紧密的整体，减震组件设在车架与集成框架之间，即减轻了轿厢震动使其平稳运行，又保证了需要与轨道结构相互配合的完成特定功能的平衡轮、防脱轮等，与轨道有一个稳定的相对位置。

34、3、本发明中减震组件中的上转臂和下转臂均采用宽转臂的设计思路，使车架与集成框架的转臂连接轴具有更好的平行度控制，避免集成框架相对于车架的左右扭转，保证了载重行车在轨道上运行和通过道岔时，载重行车整体结构的稳定。

35、4、本发明通过一系列的安全设计，如平衡轮与平衡轨的配合、防脱轮与防脱轨的配合、挤压轮与挤压轨的配合、强制挤压轨和平衡轮的配合、启动轨和启动轮的配合，从而保证载重行车可以顺利、安全的运行并通过道岔结构。