一种公铁两用智能多功能行驶平台转让专利
申请号 : CN201810117937.5
文献号 : CN108482030B
文献日 : 2019-10-29
发明人 : 杨修伟 , 张文明 , 杨珏 , 李小满 , 杨耀东 , 于子良 , 任坤华 , 薛龙昌 , 王奔 , 刘冲 , 刘昱
申请人 : 中车工业研究院有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,包括行驶平台主体以及分别与所述行驶平台主体连接的轨道轮驱动系统和履带驱动系统,所述行驶平台主体的底部设置有升降旋转机构,所述轨道轮驱动系统或履带轮驱动系统中的一个通过旋转机构与所述行驶平台主体转动式连接,以使得所述履带驱动系统的底部高于或低于所述轨道轮驱动系统的底部,从而实现所述履带轮驱动系统和所述轨道轮驱动系统的切换;
所述升降旋转机构包括旋转缸体以及设置在所述旋转缸体内的升降活塞缸,所述旋转缸体的中部设置有径向向外凸出的环状凹槽,所述环状凹槽与所述升降活塞缸的升降缸体侧壁之间形成密闭的腔体,且所述环状凹槽的侧壁上设置有径向向内延伸的活塞部,所述活塞部与所述升降缸体侧壁形成动密封,所述升降缸体侧壁上设置有径向向外延伸并能够与所述活塞部配合用于对所述活塞部进行限位的止动部,所述止动部与所述环状凹槽形成动密封,所述升降旋转机构还包括设置在所述止动部用于向所述止动部的两侧注入液压油或高压气体的第一进口和第二进口。
2.如权利要求1所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述轨道轮驱动系统包括分别位于所述行驶平台主体的前后前端的前轨道轮驱动单元和后轨道轮驱动单元,且所述前轨道轮驱动单元和所述后轨道轮驱动单元均包括两个轨道轮以及分别与两个轨道轮连接的连接轴,每根连接轴均与一个所述旋转机构连接。
3.如权利要求2所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述旋转机构为旋转活塞缸。
4.如权利要求3所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述旋转活塞缸包括与所述行驶平台主体连接的缸体、位于所述缸体内的转轴、与所述缸体连接的止动块,以及与所述转轴连接的叶片,其中所述叶片与连接轴连接。
5.如权利要求4所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述旋转活塞缸的最大旋转角度为180°,当所述旋转活塞缸位于最大旋转角度时,所述履带驱动系统的底部高于所述轨道轮系统的底部,当所述旋转活塞缸的旋转角度为0°时,所述履带驱动系统的底部低于所述轨道轮系统的底部。
6.如权利要求1所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述行驶平台主体上设置有重心控制系统,所述重心控制系统包括用于安装在所述行驶平台主体上的测力轮对、用于测量所述公铁两用智能多功能行驶平台的角速度的角速度测量单元、重心控制单元以及重心调整单元,所述重心调整单元包括配重块以及与所述配重块连接用于调整所述配重块在所述行驶平台主体上的位置的配重块调整机构,所述测力轮对用于实时获取车辆的轮对垂向力,所述重心控制单元从所述测力轮对获取所述公铁两用智能多功能行驶平台的轮对垂向力,并从所述角速度测量单元获取所述公铁两用智能多功能行驶平台的角速度,并根据所获得的数据计算出所述公铁两用智能多功能行驶平台的重心位置;并通过控制所述配重块调整机构调整所述配重块的位置,以将所述车辆的重心位置调整至安全区域。
7.如权利要求1-6中任一项所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,还包括设置在所述行驶平台主体上的环境感知系统。
8.如权利要求7所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述公铁两用智能多功能行驶平台包括自主驾驶智能模式和远程遥控模式。
9.如权利要求1-6中任一项所述的公铁两用智能多功能行驶平台,其特征在于,所述行驶平台主体采用钛合金、铝合金、碳纤维结构。
说明书 :
一种公铁两用智能多功能行驶平台
技术领域
背景技术
哈尔滨铁路局内燃机械厂及大连铁丰联合技术有限公司的公铁两用车为代表。以上公铁两
用行驶平台主要用于人工牵引作业,有一定机动性,铁路行驶速度偏低(20-30km/h),不适
合快速救援及无人行驶平台应用。在公铁切换时主要依靠人工,如不能准确定位,还需多次
重复对位,对位时间长,效率较低。而且,上述公铁两用行驶平台主要在平交路口进行切换,
在轨道其它位置的线路环境基本不能顺利切换。此外,其驾驶方式都是通过人工驾驶的方
式进行工作,然而人工驾驶时,对于不同弯道等环境限速条件无法精确控制,容易倾覆,可
靠性很低,所以这种公铁两用行驶平台在铁路上行驶时是严格限速的,一般限速在45km/h
以内,日常使用多在30km/h以内。此外,公铁两用行驶平台较重,在公路轮胎行驶条件下,不
能搭载较重的设备。
发明内容
述行驶平台主体的底部设置有升降旋转机构,所述轨道轮驱动系统或履带轮驱动系统中的
一个通过旋转机构与所述行驶平台主体转动式连接,以使得所述履带驱动系统的底部高于
或低于所述轨道轮驱动系统的底部,从而实现所述履带轮驱动系统和所述轨道轮驱动系统
的切换。
括两个轨道轮以及分别与两个轨道轮连接的连接轴,每根连接轴均与一个所述旋转机构连
接。
接。
角度为0°时,所述履带驱动系统的底部低于所述轨道轮系统的底部。
缸的升降缸体侧壁之间形成密闭的腔体,且所述环状凹槽的侧壁上设置有径向向内延伸的
活塞部,所述活塞部与所述升降缸体侧壁形成动密封,所述升降缸体侧壁上设置有径向向
外延伸并能够与所述活塞部配合用于对所述活塞部进行限位的止动部,所述止动部与所述
环状凹槽形成动密封,所述升降旋转机构还包括设置在所述止动部用于向所述止动部的两
侧注入液压油或高压气体的第一进口和第二进口。
度的角速度测量单元、重心控制单元以及重心调整单元,所述重心调整单元包括配重块以
及与所述配重块连接用于调整所述配重块在所述行驶平台主体上的位置的配重块调整机
构,所述测力轮对用于实时获取车辆的轮对垂向力,所述重心控制单元从所述测力轮对获
取所述公铁两用智能多功能行驶平台的轮对垂向力,并从所述角速度测量单元获取所述公
铁两用智能多功能行驶平台的角速度,并根据所获得的数据计算出所述公铁两用智能多功
能行驶平台的重心位置;并通过控制所述配重块调整机构调整所述配重块的位置,以将所
述车辆的重心位置调整至安全区域。
降旋转机构,所述轨道轮驱动系统或履带轮驱动系统中的一个通过旋转机构与所述行驶平
台主体转动式连接,以使得所述履带驱动系统的底部高于或低于所述轨道轮驱动系统的底
部,从而实现所述履带轮驱动系统和所述轨道轮驱动系统的切换。该方案中,公铁两用智能
多功能行驶平台能够实现轨道轮驱动系统和履带驱动系统的自动切换,以完成在多种路基
条件下快速公铁切换,实现智能控制下的快速上下轨道。
附图说明
具体实施方式
体1的底部并与行驶平台主体1连接的升降旋转机构4。该公铁两用智能多功能行驶平台还
包括分别与行驶平台主体1连接的轨道轮驱动系统3和履带驱动系统2,其中,轨道轮驱动系
统3用于在轨道6上行驶,履带驱动系统2用于在公路、湿土路等路面上行驶。
平台顶升一定高度,以使得该公铁两用智能多功能行驶平台的最低点高于轨道6,然后带动
该公铁两用智能多功能行驶平台在水平面内旋转90°,并使得轨道6两侧的铁轨与轨道轮驱
动系统3的轨道轮对齐,然后将履带驱动系统2上行,以使得履带驱动系统2的底部高于轨道
轮驱动系统3的底部,最后通过升降旋转机构4将该公铁两用智能多功能行驶平台下放以使
轨道轮驱动系统3的轨道轮落在铁轨上,从而完成履带驱动系统2至轨道轮驱动系统3的切
换,最后将升降旋转机构4缩回即可。当需要将轨道轮驱动系统3切换到履带驱动系统2时,
首先将升降旋转机构4向下伸出并将该公铁两用智能多功能行驶平台顶升一定高度,以使
得该公铁两用智能多功能行驶平台的最低点高于轨道6,并带动该公铁两用智能多功能行
驶平台反向旋转90°,然后将履带驱动系统2下行,使得履带驱动系统2的底部低于轨道轮驱
动系统3的底部,最后将升降旋转机构4缩回即可实现轨道轮驱动系统3至履带驱动系统2的
切换。本发明所提供的公铁两用智能多功能行驶平台能够自主实现轨道轮驱动系统3和履
带驱动系统2的自动切换,以完成在多种路基条件下快速公铁切换,实现智能控制下的快速
上下轨道。其中,上下轨道条件可以为平交路口、有砟轨道、基础不高的无砟轨道。
1,该环状凹槽4-1-1与升降缸体4-2-1的侧壁之间形成密闭的腔体,且环状凹槽4-1-1的侧
壁上设置有径向向内延伸并能够在腔体内旋转的活塞部4-1-2,该活塞部4-1-2与升降缸体
4-2-1的侧壁形成动密封,升降缸体4-2-1的侧壁上设置有径向向外延伸并能够与活塞部4-
1-2配合的止动部4-2-5,用于对活塞部4-1-2进行限位,且该止动部4-2-5与环状凹槽4-1-1
形成动密封。该升降旋转机构4还包括设置在止动部4-2-5用于向止动部4-2-5的两侧注入
液压油的第一进口4-2-7和第二进口4-2-8。
进口4-2-8排出,油压作用在活塞部4-1-2上,以带动旋转缸体4-1向左旋转运动。类似地,当
需要向右旋转时,通过第二进口4-2-8向止动部4-2-5右侧腔体内注入液压油并将止动部4-
2-5左侧腔体的液压油经第一进口4-2-7排出,油压作用在活塞部4-1-2上,以带动旋转缸体
4-1向左旋转运动。该升降旋转机构4结构简单,且操作方便。
封圈4-3。
端面与旋转缸体4-1的连接位置处;且止动部4-2-5的两侧端面均设置有第二凹部4-2-6,该
第二凹部4-2-6位于其所在的端面与升降缸体4-2-1的连接位置处。
活塞部4-1-2所转动的角度为90°。需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,在本发明的
其它一些实施例中,也可以调整活塞部4-1-2和止动部4-2-5的大小从而调整活塞部4-1-2
的最大旋转角度,例如最大旋转角度为320°、180°、45°、60°等。
2-3和下活塞杆4-2-4,当需要降下时,通过向升降缸体4-2-1的上部缸体内注入液压油并将
升降缸体4-2-1下部腔体的液压油排出,油压作用在活塞4-2-2上,以带动上活塞杆4-2-3和
下活塞杆4-2-4的向下运动;类似地,当需要升起时,通过向升降缸体4-2-1的下部缸体内注
入液压油并将升降缸体4-2-1上部腔体的液压油排出,油压作用在活塞4-2-2上,以带动上
活塞杆4-2-3和下活塞杆4-2-4的向上运动。
道6两侧的铁轨之间的距离,如果距离传感器检测到该升降旋转机构4距离轨道6两侧的铁
轨之间的距离相等,则升降旋转机构4进行90度旋转,从而使得该公铁两用智能多功能行驶
平台两侧的轨道轮能够正好落在铁轨上。
复对位,对位时间长,效率较低的问题。通过向升降缸体4-2-1的上部缸体内注入液压油并
将升降缸体4-2-1下部腔体的液压油排出,以使升降油缸的下活塞杆4-2-4下降,从而带动
与下活塞杆4-2-4连接的卡爪组件下降以便卡接在铁轨内侧,在将公铁两用智能多功能行
驶平台整车顶起之前,通过卡爪组件卡接在铁轨内侧,以进行更加准确地定位,然后将公铁
两用智能多功能行驶平台顶起,当达到顶起高度时,将旋转缸体4-1旋转90°以带动公铁两
用智能多功能行驶平台整车转动90°,随后通过向升降缸体4-2-1的下部缸体内注入液压油
并将升降缸体4-2-1上部腔体的液压油排出,以将公铁两用智能多功能行驶平台整车放下,
使得该公铁两用智能多功能行驶平台两侧的轨道轮准确地落在铁轨上。
一端设置有用于卡接在铁轨内侧的卡爪4-6。
个卡爪臂4-5绕旋转轴线4-8旋转收起,右侧的两个卡爪臂4-5绕旋转轴线4-9旋转收起,以
减少占用空间,避免影响公铁两用智能多功能行驶平台的行驶。
缸,该升降油缸的缸体与旋转油缸的缸体连接,旋转油缸的转子用于与行驶平台主体1连
接。此外,在该实施例中,升降旋转机构4使用的液压油,然而,本领域的技术人员应当理解,
在本发明的其它一些实施例中,也可以使用高压气体。
6个承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4,诱导轮2-6位于行驶平台主体1的后端,拖带轮2-4
位于行驶平台主体1的上端,履带驱动轮2-2位于行驶平台主体1的前端;6个承重轮2-1位于
行驶平台主体1的下端,并分别通过第一活塞缸2-5与行驶平台主体1连接,以相对行驶平台
主体1上下运动。其中,第一活塞缸2-5包括缸体、位于缸体内的活塞2-5-1以及与活塞2-5-1
连接的活塞杆,活塞杆的下端与承重轮2-1连接,活塞2-5-1将缸体内部分成上腔体2-5-2和
下腔体2-5-3,上腔体2-5-2内填充有预设压力值的压缩气体。此外,分别与前3个承重轮2-1
连接的第一活塞杆2-5的上腔体2-5-2通过管路2-5-4连通,分别与后3个承重轮2-1连接的
第一活塞杆2-5的上腔体2-5-2通过另一管路连通,如图15所示。该履带驱动系统2通过将6
个承重轮2-1中前3个和后3个均采用连通式悬挂的设计,在面对较高的道床以及铁轨时,与
道床或铁轨接触的承重轮2-1受到压力致使与其连接的第一活塞缸2-5A的活塞向上运动,
第一活塞缸2-5A的上腔体2-5-2的压力增加,由于连通式设计,因而与该第一活塞缸2-5A连
通的其它的第一活塞缸2-5B和2-5C的上腔体的压力增加,从而使第一活塞缸2-5B和2-5C的
活塞杆向下运动,以有效增强履带车的通过性,在翻越铁轨时有效减小车身振动,保护车载
仪器,同时使履带内表面的压力分布更加均匀,延长履带的使用寿命。
个,分别与前2个承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通,分别与中间4个
承重轮2-1连接的第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通,分别与后2个承重轮2-1连接的第
一活塞杆2-5的上腔体通过又一管路连通。也就是说,至少一个第一活塞缸2-5的上腔体与
与其相邻的另一个第一活塞杆2-5的上腔体通过管路连通。
N为2-4。
别与承重轮右半片2-1-1和承重轮左半片2-1-2转动式连接。具体地,承重轮右半片2-1-1和
承重轮左半片2-1-2分别通过轴承2-9与U形连接件2-8的两端部连接,该U形连接件2-8的底
部通过螺栓与第一活塞缸2-5的活塞杆连接。
使履带2-3的上部和履带2-3下部之间的距离缩短时,能够调整履带2-3左端和右端之间的
距离,使履带驱动轮2-2、承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4均通过履带2-3传动。
130°,只要α≠0°即可。
进行相应地运动,以保证履带驱动轮2-2、承重轮2-1、诱导轮2-6和拖带轮2-4均通过履带2-
3传动。例如,当第一活塞缸2-5带动承重轮2-1向上运动时,第二活塞缸2-7同时带动诱导轮
2-6向外运动,以使得履带驱动系统2正常工作。
驶平台主体1连接,以使得履带驱动系统2相对轨道轮驱动系统3上下运动,如图16所示。
单元包括配重块9-1以及与配重块9-1连接用于调整配重块9-1在行驶平台主体1上的位置
的配重块调整机构,测力轮对安装在行驶平台主体1上用于实时获取公铁两用智能多功能
行驶平台的轮对垂向力,角速度测量单元安装在行驶平台主体1上,用于测量该路智能多功
能行驶平台在转弯时的角速度,重心控制单元分别与测力轮对和角速度测量单元连接,用
于采集测力轮对所测量的轮对垂向力和角速度测量单元所测量的角速度并根据轮对垂向
力和角速度等实时计算出公铁两用智能多功能行驶平台的重心位置;并通过控制配重块调
整机构调整配重块9-1的位置,以将路智能多功能行驶平台的重心位置调整至安全区域。该
重心控制系统通过测力轮对实时检测公铁两用智能多功能行驶平台的轮对垂向力和角速
度并上传至重心控制单元,以实现对车辆重心的实时监控,在车辆重心偏离安全区域的情
况下,重心控制单元通过控制重心调整单元的配重块调整机构将配重块移到至指定位置,
以调整车辆的重心,使重心停留在安全区域。该重心控制系统能够实现重心调整,确保车辆
运行安全,避免出现倾倒或侧翻的情况,提高其自身的安全性,以保证车辆在不平路况的条
件下平稳运行,提升了车辆的自适应性和可靠性。
电机9-3,第一伺服电机9-3与重心控制单元连接,第一丝杠9-2与配重块9-1螺纹配合,第一
丝杠9-2的轴线垂直于车辆的纵向中心线。该横向调整单元安装于行驶平台主体1的中间并
距离地面约大于等于0.3m的距离,使用时,第一伺服电机9-在重心控制单元的控制下调整
第一丝杠9-2上的配重块9-1的位置,从而实现该公铁两用智能多功能行驶平台的重心调
整。
两用智能多功能行驶平台的外形尺寸,计算出公铁两用智能多功能行驶平台的重心位置,
并明确公铁两用智能多功能行驶平台的重心安全区域。
从O点变化到O';列车倾覆系数如式(1)所示。
以正反方向变化,从而控制D值小于0.8即可,通过式(2)计算出重心位置需要调整的距离。
在本发明的其它一些实施例中,横向调整单元的数量也可以为1个或2个、4个等多个。
k是一致的。则通过下式计算得出每个配重块9-1移动的距离k:
第二丝杠转动的第二伺服电机,第二伺服电机与重心控制单元连接,第二丝杠与配重块螺
纹配合,第二丝杠的轴线平行于公铁两用智能多功能行驶平台的纵向中心线。
员应当理解,在本发明的其它一些实施例中,每个纵向调整单元连接的配重块的质量和移
动距离也可以是不一致的。
的车辆。
置在行驶平台主体1上的环境感知系统5,该环境感知系统5与公铁两用智能多功能行驶平
台的自主行驶系统连接。该环境感知系统5包括激光雷达、全球定位系统(GPS)、毫米波雷
达、惯性导航、相机等。该公铁两用智能多功能行驶平台通过该环境感知系统5获取地图及
周边环境信息,从而对弯道、道岔等影响车辆稳定性的位置进行精确定位,通过自主行驶系
统提前设定速度到限速要求内,从而保证该公铁两用智能多功能行驶平台在轨道6上的快
速安全行驶。此外,该公铁两用智能多功能行驶平台通过环境感知系统5能够感知远距离突
出障碍,使该行驶平台能在无人驾驶的情况下安全运行。在轨道6上行驶时,公铁两用智能
多功能行驶平台通过环境感知系统5感知周围环境及轨道上是否存在障碍物,当发现轨道
上有障碍物时,自主停车并将轨道轮行驶切换到履带轮行驶,越过有障碍的轨道路段后,再
从履带轮行驶切换到轨道轮行驶,继续执行相关任务。
预控系统,保证刹车系统安全可靠。该公铁两用智能多功能行驶平台具有精确定位系统,通
过编码车轮定位、GPS定位、地图匹配、惯性导航、北斗导航等复合导航系统,使行驶平台具
有毫米级定位精度。该公铁两用智能多功能行驶平台具有可视化任务管理界面及适时的综
合信息管理系统,一方面能使人机任务顺利交互,另一方面保证任务在命令等级下适时通
讯,使行驶平台上各功能部件迅速有效的接收任务并做出快速反应。
的各功能部件的安全供电,并有车辆健康管理系统,通过检测车辆振动、应力、驱动电参数
等,为车辆提供健康状态的报告,做好车辆保养,保证公铁两用智能多功能行驶平台的各功
能部件的安全行驶。
底部高于或低于轨道轮驱动系统3的底部,从而实现履带驱动系统2和轨道轮驱动系统3的
切换。
轮3-1以及分别与两个轨道轮3-1连接的轨道轮连接轴3-2,每个轨道轮连接轴3-2均与一旋
转机构8连接,以在旋转机构8的带动下进行旋转,从而带动轨道轮驱动系统3从第一位置旋
转至第二位置(如图21所示)或者反向从第二位置旋转至第一位置。当轨道轮驱动系统3旋
转至第一位置时,轨道轮驱动系统3的底部高于履带驱动系统2的底部,此时,公铁两用智能
多功能行驶平台可以在履带驱动系统2的驱动下行驶;当轨道轮驱动系统3旋转至第二位置
时,轨道轮驱动系统3的底部低于履带驱动系统2的底部,此时,公铁两用智能多功能行驶平
台可以在轨道轮驱动系统3的驱动下行驶;该公铁两用智能多功能行驶平台通过旋转机构8
的旋转以带动轨道轮驱动系统3在第一位置和第二位置进行切换,从而实现轨道轮驱动系
统3和履带驱动系统2的相互转换。
驶平台主体1保持不动,以使得履带驱动系统2的底部高于或低于轨道轮驱动系统3的底部,
从而实现履带驱动系统2和轨道轮驱动系统3的切换。
轴连接的叶片,其中叶片还与连接轴连接,该旋转活塞缸采用内部止动块来改变摆动角度,
当气压或油压作用在叶片上时,带动转轴转动,从而带动与转轴连接的轨道轮连接轴3-2绕
转轴的轴线转动,进而带动行驶平台主体1两侧的轨道轮3-1相对行驶平台主体1旋转,当旋
转至第一位置时,轨道轮驱动系统3的底部高于履带驱动系统2的底部;当旋转至第二位置
时,轨道轮驱动系统3的底部低于履带驱动系统2的底部。
180°,当旋转活塞缸位于最大旋转角度时,履带驱动系统2的底部高于轨道轮驱动系统3的
底部,当旋转活塞缸的旋转角度为0°时,履带驱动系统2的底部低于轨道轮系统的底部。然
而需要说明的是,本领域的技术人员应当理解,在本发明的其它一些实施例中,履带驱动系
统2的旋转角度也可以为其它数值,例如120°。
以及分别与太阳轮和齿轮圈配合的行星齿轮,其中太阳轮与行驶平台主体1转动式连接,并
通过伺服电机驱动,行星齿轮与轨道轮连接轴3-2连接,以使得太阳轮在伺服电机的驱动下
左右转动时,带动与太阳轮配合的轨道轮连接轴3-2绕太阳轮转动,从而带动行驶平台主体
1两侧的轨道轮3-1相对行驶平台主体1旋转,当旋转至第一位置时,履带驱动系统2的底部
低于轨道轮驱动系统3的底部,此时,公铁两用智能多功能行驶平台可以在履带驱动系统2
的驱动下行驶;当旋转至第二位置时,履带驱动系统2的底部高于轨道轮驱动系统3的底部。