使用重力辅助致动机构的单轨转辙器技术领域
本发明一般涉及用于公共交通车辆的基础设施领域。更具体地说，本发明涉及一
种用于单轨导梁的转辙器，该转辙器利用重力来辅助其操作。
背景技术
适合于支撑并引导单轨车辆的高架单轨导轨是不可或缺的基础设施。因为这些导
轨构成巡回路线以便为旅客提供许多旅行选择，所以导轨使用允许选择单轨列车的行进方
向的转辙器。与导轨的其余部分一样，这些转辙器也是基础设施的不可或缺的部件。通常由
一个或多个可移动梁组成的这种转辙器必须将两个对立的目标组合起来：就本质而言，转
辙器必须是可移动的以在相切位置(tangent position)与道岔位置(turnout position)
之间进行切换，但转辙器一旦处于适当位置还需要将转辙器精确地保持在该位置，从而承
受由行进的单轨列车施加的竖向力和横向力。结果，这些转辙器通常需要大型致动部，以移
动转辙器并将转辙器保持在适当的位置。
存在不同类型的单轨转辙器。第一类型是替换梁转辙器，这里，两个梁(通常一个
梁为笔直的，而另一个梁为弯曲的)在预定距离处彼此附接。通过横向移置上述梁来操作转
辙器，从而用一个梁替换另一个梁以完成导轨。这些转辙器的缺点在于：转辙器占据导轨两
侧上的很多空间，因此需要额外的基础设施。
第二类型的转辙器被称为枢轴转辙器。枢轴转辙器使用在梁的基座处枢转的单个
梁。虽然设计非常简单且紧凑，但当梁位于道岔位置时，该设计造成梁对准的急剧角偏移。
该急剧偏移不仅使跨越该转辙器行驶的单轨列车中的旅客感到明显不舒服，而且还对行进
的单轨列车产生大的横向荷载。结果，该类型的转辙器需要大幅降低通过道岔位置时的速
度，以限制单轨车辆上的负载。
第三类型的转辙器(单枢轴梁转辙器的变型)使用多个较短的固定直梁，每个固定
直梁均可枢转地与前一个梁的端部相连。虽然这减小了单枢轴转辙器的单个急剧角偏移，
但这也造成了一连串较小的急剧角偏移，这仍然使循环单轨车辆的速度下降。
还可以考虑通常不在公共交通技术领域中使用的另一种类型的转辙器：柔性梁能
够从笔直相切位置弯曲至弯曲道岔位置。然而，在现有材料技术下，不能在公共交通单轨导
轨中使用这种转辙器，这是因为不存在如下经济材料：该经济材料是充分柔性的以弯曲至
道岔位置但又足够坚硬以承受由单轨列车施加的大的横向负载和竖向负载。此外，在梁弯
曲时，大量能量将储存在梁中，从而造成安全危害。
因为所有这些类型的单轨转辙器具有缺点，所以明确需要改进的单轨转辙器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于单轨导轨的转辙器，该转辙器克服或规避了已知
单轨转辙器的一个或多个缺点或至少提供有用的替代。
本发明提供了如下优点：需要较小致动部来进行操作。这还帮助规避如下风险：该
风险涉及到在位于道岔位置时储存在弯曲的可移动导梁中的弹性势能不受控制地被释放。
根据本发明的实施例，提供一种用于单轨导轨的单轨转辙器。单轨转辙器包括可
移动导梁以及与可移动导梁相连的致动机构。可移动导梁具有第一端和第二端，第二端适
合于连接至导轨。可移动导梁的左侧和右侧具有侧向延伸表面。配备有配重部的致动机构
用于使可移动导梁从相切位置移动至道岔位置。当可移动导梁从相切位置移动至道岔位置
时，储存在配重部中的势能被释放并至少部分地以弹性势能的形式被储存在侧向延伸表面
中。类似地，当可移动导梁从道岔位置移动至相切位置时，储存在侧向延伸表面中的弹性势
能被释放，并至少部分地以势能的形式被配重部储存。
当可移动导梁位于相切位置时，配重部位于高势能位置。当可移动导梁位于道岔
位置时，配重部位于低势能位置。
可选择的是，致动机构还可以包括具有支点和摇摆末端的杠杆。在该情况下，配重
部连接至摇摆末端。当可移动导梁位于相切位置时，配重部可以大体上在竖向上对准在支
点上方，而当可移动导梁位于道岔位置时，配重部在竖向上偏离支点。优选的是，当可移动
导梁位于道岔位置时，配重部与支点水平地对准。
优选的是，配重部的质量M和杠杆的长度被选择为使得：当可移动导梁位于道岔位
置附近时，支点处的扭矩之和为零。类似的是，质量M和长度L也可以被选择为使得：当可移
动导梁位于相切位置附近时，支点处的扭矩之和为零。
致动机构优选地连接至可移动导梁的第一端附近。
侧向延伸表面可以延伸为近似于可移动导梁的从第一端附近的位置至第二端附
近的位置的整个长度。
可选择的是，侧向延伸表面可以包括上方延伸表面组和下方延伸表面组。上方的
左右延伸表面组连接在一起，并且下方的左右延伸表面组也连接在一起。
可移动导梁可以包括对准的节段，节段借助于枢轴彼此可枢转地端对端相连。与
其他选择一样，侧向延伸表面在节段的两侧延伸。
可选择的是，可移动导梁还可以包括位于每个节段之间的旋转止挡部。旋转止挡
部防止两个相邻节段相对于彼此枢转超过预定角度。类似地，可以在第二端附近使用另一
个旋转止挡部，以防止第二端处的节段相对于导轨枢转超过移动角度。
优选的是，单轨转辙器使用与可移动导梁的第一端处的单个节段相连的仅一个致
动机构。
可选择的是，致动机构可以经由联杆连接至可移动导梁。
作为选择，致动机构可以包括凸轮和缆绳，这里，缆绳使凸轮与可移动导梁互连。
在可移动导梁从相切位置移动至道岔位置时，缆绳操作为与凸轮的轮廓至少部分地相符。
优选的是，单轨转辙器还包括锁紧机构，该锁紧机构用于根据可移动导梁的当前
位置而选择性地将可移动导梁锁紧在相切位置或道岔位置。
附图说明
参考附图，根据以下描述，本发明的这些和其他特征将变得更加显而易见，其中：
图1是根据本发明的实施例的在相切位置示出的单轨转辙器的等距视图；
图2是在道岔位置示出的图1的单轨转辙器的等距视图；
图3是图1的单轨转辙器的局部剖视前视图；
图4是图2的单轨转辙器的局部剖视前视图；
图5是在去除了横向引导表面的一部分的情况下的图1的单轨转辙器的等距视图；
图6是根据本发明的另一个实施例的致动机构的前视图；
图7是作为在图1的致动机构中使用的配重部的位置函数的配重力和梁弯曲力的
曲线图；
图8是根据本发明的另一个实施例的在相切位置示出的单轨转辙器的前视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于单轨列车导轨的单轨转辙器，其中，致动机构有利地利用重
力来帮助操作转辙器。
现在参考图1。单轨转辙器10包括可移动导梁12和致动机构14。可移动导梁12具有
自由的第一端16、和第二端18，第二端18可枢转地连接至导轨20。致动机构14连接至可移动
导梁12，优选地在可移动导梁12的第一端16附近，从而允许可移动导梁12沿着可移动导梁
12的整个长度旋转或弯曲。致动机构14用于将可移动导梁12从如图1所示的相切位置横向
移置到如图2所示的道岔位置。在相切位置中，可移动导梁12与导轨20的主要部分22对准，
并根据第一行进方向24取向。在道岔位置中，可移动导梁12与导轨20的转向部分26对准，并
根据偏离第一行进方向24的第二行进方向28取向。
可移动导梁12可以由对准的节段46制成，节段46借助于枢轴50可枢转地彼此相
连。位于节段46的两侧上的柔性延伸表面48设计成为向单轨列车的导向轮提供光滑的延伸
表面。左右延伸表面48均可以被一分为二，从而形成上延伸表面和下延伸表面。这形成了上
方右延伸表面48a、下方右延伸表面48b、上方左延伸表面48c和下方左延伸表面48d。形成分
离的延伸表面48不仅在减小横向刚度的同时节省重量和材料，而且还允许使上方延伸表面
48a和48c组独立于下方延伸表面48b和48d组工作。此外，尤其是考虑到通常在地面上方大
约15米(约49英尺)处完成该组装，使用对准的节段46使得在现场时更容易操纵节段46并将
节段46组装更容易操纵节段46并将节段46组装到转辙器中。
为了提供从一个节段46至另一个节段的平滑过渡，侧向延伸表面48延伸跨越至少
一个枢轴50。侧向延伸表面48可以如图1和图2所示那样被夹持至导轨20，可以终止于导轨
20处并可枢转地连接至导轨20或可以仅浮动地连接至可移动导梁12。延伸表面48在导轨20
与可移动导梁12之间提供平滑过渡，使得单轨列车进入转辙器10中的过程对乘客而言更加
舒服。然而，在延伸表面48用作板簧的情况下，这种延伸表面48也横向加强可移动导梁12。
在这两种情况下，侧向延伸表面48可以从可移动导梁12的靠近第一端16附近的位置延伸至
靠近第二端18附近的位置。为了便利性(例如，为了更容易运输)，侧向延伸表面48还可以被
分成较短部分，并随后在现场被组装在一起。然而，总是优选的是，这些较短部分至少延伸
跨越将两个节段46相连的枢轴50中的一个枢轴，并且还是优选的是，这些较短部分彼此刚
性地相连，以提供侧向延伸表面48的连续平滑弯曲。
现在同时参考图3和图4，可选择的是，如图3和图4最佳示出那样，位于可移动导梁
12的两侧上的侧向延伸表面48可以借助于连杆52而互连在一起。该连杆52可以相对于可移
动导梁12的腹板53横向移动。该互连允许在两个相对的侧向延伸表面48之间提供更恒定的
距离，从而防止导向轮箍预负载的损耗，并使有效抗弯刚度加倍，从而防止因单轨车辆穿过
转辙器时所产生的动力而导致导梁对准的过度偏离。因此，上方右延伸表面48a连接至上方
左延伸表面48c，并且下方右延伸表面48b连接至下方左延伸表面48d。
现在同时参考图5。可移动导梁12还可以配备有位于每个节段46之间的旋转止挡
部54。旋转止挡部54防止两个相邻节段46相对于彼此枢转超过预定角度。以类似方式，单轨
转辙器10可以包括位于可移动导梁12的第二端18附近的类似的旋转止挡部54，以防止第二
端18处的节段46相对于导轨20枢转超过预定角度。可以在可移动导梁12的两侧使用旋转止
挡部54，从而无论在道岔位置或在相切位置，均防止两个相邻节段46枢转超过预定角度。
如图3和图4最佳示出，致动机构14包括杠杆30、配重部32和致动部33。杠杆30具有
支点34以及与配重部32相连的摇摆末端36。致动部33在控制器的控制下用于使杠杆30围绕
杠杆30的支点34摇摆，从而改变配重部32和可移动导梁12的位置。致动部33可以为能够使
杠杆30和配重部32进行运动的任意类型的已知的合适装置，例如机电活塞、液压活塞、电动
机和发动机等。
有利的是，因为致动机构14优选地连接至可移动导梁12的第一端16附近，并且因
为侧向延伸表面48彼此相连并沿着可移动导梁12的整个长度延伸，所以即使可移动导梁12
由一系列线性的可枢转相连的节段46制成，也可以使用单个致动机构14。事实上，在不位于
相切位置时侧向延伸表面48用作平滑弯曲的板簧，以在侧向延伸表面48之间精确地引导节
段46。
致动机构14可以经由联杆38或经由缆绳40(如图6最佳示出，现在同时参考图6)或
经由任意已知的合适机构连接至可移动导梁12。如果致动机构14与缆绳40连接，则致动机
构14使用凸轮42，这里，缆绳40使凸轮42与可移动导梁12互连。在可移动导梁12从相切位置
移动至道岔位置时，缆绳40操作为与凸轮42的轮廓44至少部分地相符。凸轮42的轮廓可以
设计为使得：由配重部32以及可移动导梁12的反力梁弯曲力F(使可移动导梁12旋转或弯曲
所需的力)产生的位于支点处的净扭矩尽可能接近于零。这意味着：致动部33仅需要产生较
小的力来使可移动导梁12移动。这还意味着：可移动导梁12中储存很少的能量，从而降低了
风险。
如图1所示，当致动机构14将可移动导梁12保持在相切位置时，配重部32处于高势
能位置。一个这种高势能位置为例如在配重部32位于支点34上方时的位置，更具体地说，大
体上为在竖向上对准在支点34上方的位置。这点在图3中最佳示出。在致动机构14使可移动
导梁12朝向道岔位置移置时，配重部32朝向低势能位置向下移动。储存在配重部32中的势
能随后被逐渐释放，并至少部分地被转移且以弹性势能的形式储存在侧向延伸表面48中。
如图2和图4所示，当可移动导梁12到达道岔位置时，配重部32最终在较低势能位置中在竖
向上偏离支点34或基本上处于配重部范围的最低势能位置处。
与之相反，在致动机构14使可移动导梁12从道岔位置朝向相切位置移置时，储存
在侧向延伸表面48中的弹性势能至少部分地被逐渐转移且以势能的形式被配重部32储存，
该配重部32随后从其低势能位置移动至其高势能位置。
理论上来说，储存在配重部32或侧向延伸表面48中的所有势能可以在配重部32与
侧向延伸表面48之间被无限制地转移。然而，因为各部件之间的摩擦，所以总是存在少量的
能量损耗，并且致动部33总是需要将一些能量引入到转辙器10中。
优选的是，当可移动导梁12位于道岔位置时，配重部32不仅偏离支点34，而且还与
支点34水平地对准。这使力臂(支点34与作用在配重部32的质心上的竖直向下力W之间的垂
直距离)最大。该竖直向下力W对应于配重部32的重量，且被计算为配重部32的质量M与g(重
力常数)的乘积。通常来说，联杆38以偏离配重部32的质心约45度的方式附接，使得当配重
部自支点34的正上方的起始位置起旋转90度时，附接至致动机构14的联杆相对于纵轴从-
45度位置大约旋转至+45度位置，使得联杆的有效力臂具有尽可能小的变化量。配重部32的
质量M和杠杆30的长度L被选择为使得：当可移动导梁12位于道岔位置或道岔位置附近时，
支点34处的扭矩之和为零或至少相对较小。这使致动部33所需的力最小以将可移动导梁12
保持在该位置(结果，减小了致动部33的尺寸并降低了其成本)。类似的是，质量M和长度L可
以被选择为使得：当可移动导梁12位于相切位置或相切位置附近时，支点34处的扭矩之和
为零。这同样使致动部33所需的力减小以将可移动导梁12保持在该位置。
值得注意的是，当可移动导梁12位于相切位置时，配重部32不必准确地位于支点
34的竖向上方。类似的是，当可移动导梁已到达道岔位置时，配重部32不必围绕支点34准确
地旋转90度或不必最终与支点34水平地对准。当可移动导梁12位于相切位置或道岔位置
时，配重部32相对于支点34的确切位置可以存在一定变化，并且配重部32围绕支点34的角
位移也可以存在变化，从而提供可接受的结果(尽管可能不是最佳结果)。
图7示出了作为杠杆30的角位置(或配重部32相对于支点34的角位置)的函数的反
力梁弯曲力F和重量W的曲线图。值得注意的是，反力梁弯曲力或使可移动导梁12横向弯曲
所需的力主要是由使侧向延伸表面48横向弯曲所需的作用产生的，其余是由可移动导梁12
的各部件之间的一些摩擦产生的。已经知道对于处于平衡并因此为静止的系统而言，支点
处的扭矩必须等于零，我们得到：
T＝M·g·rc·sinθ-F·rbcos(45-θ)＝0
这里：
T为净扭矩
M为配重部的质量
g为重力常数
rc为联杆的杠杆臂
rb为配重部的杠杆臂
F为因使侧向延伸表面弯曲而在联杆中产生的梁弯曲力
θ为配重部的转角
图7的曲线图示出了：当θ等于0度、45度和90度时，反力梁弯曲力F和重量W相等。在
这些角位置之间，这些力存在微小差异约8％(相差约0.08倍)。因此，配重部32补偿了使可
移动导梁12从相切位置移动至道岔位置所需的梁弯曲力的至少92％。换句话说，一旦不存
在配重部32，则需要由致动部33产生的力将大得多。
在运行中，控制器56接收操作单轨转辙器10的命令，以使可移动导梁12从相切位
置移动至道岔位置。控制器随后向致动部33发送信号，以使杠杆30和配重部32从如图3所示
的初始位置(配重部32位于支点34上方)移置到如图4所示的最终位置(配重部32位于支点
34一旁且与支点34大致水平对准)。在配重部32沿着通过使杠杆30在支点34上枢转而形成
的弧移动的同时，由重量W与支点34和力W(假设相对于配重部32而言可相对忽略杠杆30以
及附接至杠杆30的其他可移动质量体，力W施加至配重部32的质心)的施加点之间的水平距
离的乘积得到的扭矩逐渐增大，从而至少部分补偿由反力梁弯曲力F与反力梁弯曲力F和支
点34之间的垂直距离的乘积产生的扭矩。当可移动导梁12到达了道岔位置并且操作完成
时，控制器56向致动部33发送停止的信号。于是可移动导梁12的移置完成。在该阶段中，控
制器56可以向致动部33发送保持位置的信号和/或可以使用锁件将可移动导梁12锁紧在适
当的位置直到需要再次移动可移动导梁12为止。为了返回至相切位置，控制器56发送解锁
可移动导梁12(根据需要)的信号，并向致动部33发送使配重部32移动返回至初始位置的信
号。由于由反力梁弯曲力F产生的扭矩总是沿着与由重量W产生的扭矩相反的方向，因此致
动部33仅需要较小的力。当可移动导梁12到达相切位置时，控制器56向致动部33发送停止
的信号。于是可移动导梁12的移置完成。在该阶段中，控制器56可以向致动部33发送保持位
置的信号和/或可以使用锁件将可移动导梁12锁紧在适当的位置直到需要再次移动可移动
导梁12为止。
已经参考优选实施例描述了本发明。描述以及附图意图帮助理解本发明，而不是
限制本发明的范围。对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，在不脱离如本文所述的
本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种修改。本发明由以下权利要求限定。