專(zhuān)利名稱(chēng)：軌道行走移動(dòng)體用車(chē)輪、具有該車(chē)輪的移動(dòng)體、軌道及使用該軌道的行走設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在軌道上行走的移動(dòng)體及其車(chē)輪，更為詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種在與鋼制軌道之間具有大摩擦系數(shù)并且具有良好耐磨性的移動(dòng)體用車(chē)輪。
另外，本發(fā)明還涉及一種軌道行走移動(dòng)體所行走的軌道，更為詳細(xì)地說(shuō)，涉及一種在與車(chē)輪之間具有大摩擦系數(shù)并且具有良好耐磨性的軌道。
背景技術(shù)：
作為在軌道上行走的移動(dòng)體，有搭載人、物等進(jìn)行輸送的車(chē)輛、改變位置進(jìn)行作業(yè)的作業(yè)機(jī)械等。在這些移動(dòng)體上，具有用于自行和用于在軌道上行走的、接受驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)輪。通常，對(duì)于這種自行式的移動(dòng)體，例如機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)的重量與車(chē)輪的摩擦系數(shù)的積為牽引力。
可是，軌道和在軌道上行走的移動(dòng)體(例如機(jī)車(chē))的車(chē)輪兩者一般都為鋼制。在該場(chǎng)合，車(chē)輪與軌道的摩擦系數(shù)(以下根據(jù)場(chǎng)合記為“μ”)大于0.2而不到0.3。然而，該程度的摩擦系數(shù)有時(shí)不充分。例如，對(duì)于在大坡度下行走的機(jī)車(chē)等移動(dòng)體的場(chǎng)合，為了增大爬坡能力，需要提高牽引力。可是，軌道與車(chē)輪間的摩擦系數(shù)的大小有限度，所以，存在必須不必要地增加機(jī)車(chē)重量的問(wèn)題。另一方面，在負(fù)荷大的移動(dòng)體的場(chǎng)合，由于慣性大，所以加速時(shí)費(fèi)時(shí)間，停止時(shí)也需要長(zhǎng)的制動(dòng)距離。
為了提高軌道與車(chē)輪之間的摩擦系數(shù)，可以考慮提高車(chē)輪的與軌道接觸的著軌面的摩擦系數(shù)。例如，可以考慮在車(chē)輪著軌面安裝μ為0.4左右的聚氨酯橡膠。然而，在使用著軌面形成有聚氨酯橡膠的車(chē)輪的場(chǎng)合，聚氨酯橡膠發(fā)熱，存在其壽命短的問(wèn)題。
另一方面，可考慮改變車(chē)輪本身的材質(zhì)，提高摩擦系數(shù)。例如，可考慮使用鋁或鋁合金形成車(chē)輪。由此，可增大μ。然而，這些材料存在耐磨性差、壽命短的問(wèn)題。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明的第1目的在于提供一種軌道行走移動(dòng)體用車(chē)輪及設(shè)有該車(chē)輪的移動(dòng)體，該軌道行走移動(dòng)體具有長(zhǎng)的壽命并可在與軌道之間實(shí)現(xiàn)大的摩擦系數(shù)。
另外，本發(fā)明的第2目的在于提供一種軌道及使用該軌道的行走設(shè)備，該軌道具有良好的耐磨性和長(zhǎng)的壽命，而且可在與車(chē)輪間實(shí)現(xiàn)大的摩擦系數(shù)。
為了達(dá)到上述第1目的，按照本發(fā)明的第1形式，提供一種在軌道上行走的移動(dòng)體用車(chē)輪，其特征在于具有本體和著軌面形成體，該著軌面形成體安裝于該本體外周，形成與軌道接觸的著軌面，上述著軌面形成體至少在與軌道接觸的部分具有陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
作為上述材料，最好使用含有5-25vol％陶瓷顆粒的材料，使用含有10-20vol％陶瓷顆粒的材料尤其好。
上述移動(dòng)體用車(chē)輪還具有用于將上述著軌面形成體固定于本體的固定構(gòu)件。在該場(chǎng)合，上述本體在外周具有用于接受上述著軌面形成體的著軌面形成體接受部，上述著軌面形成體在嵌入到該著軌面形成體接受部的狀態(tài)下可由上述固定構(gòu)件固定于本體。
另外，上述本體在全周具有多個(gè)在上述著軌面形成體接受部的底面?zhèn)妊剌S向形成的螺紋孔。上述著軌面形成體在與上述螺紋孔對(duì)應(yīng)的位置具有貫通孔，將螺栓穿過(guò)該貫通孔擰入上述螺紋孔，可將該著軌面形成體固定到本體。
另外，按照本發(fā)明的第2形式，提供一種移動(dòng)體，該移動(dòng)體具有車(chē)輪和驅(qū)動(dòng)上述車(chē)輪中至少1個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并通過(guò)上述車(chē)輪在軌道上行走，其特征在于上述車(chē)輪中由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輪具有本體和安裝于該本體外周以形成與軌道接觸的著軌面的著軌面形成體，上述著軌面形成體至少在與軌道接觸的部分設(shè)有陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
上述材料最好使用含有5-25vol％陶瓷顆粒的材料，使用含有10-20vol％陶瓷顆粒的材料尤其好。
移動(dòng)體的一個(gè)具體例為電車(chē)，該電車(chē)具有車(chē)輪和驅(qū)動(dòng)上述車(chē)輪中至少1對(duì)車(chē)輪的馬達(dá)，并通過(guò)上述車(chē)輪在軌道上行走。
為了達(dá)到本發(fā)明的第2個(gè)目的，按照本發(fā)明的第3形式，提供支承移動(dòng)體行走的軌道，其特征在于由底部、腹部及頭部構(gòu)成，在上述頭部的至少與車(chē)輪著軌面接觸的部分設(shè)置由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料形成的構(gòu)件，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
上述材料最好使用含有5-25vol％陶瓷顆粒的材料。
另外，由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料形成的構(gòu)件與上述頭部分開(kāi)設(shè)置，可成為固定在該頭部的帳面的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的第4形式，提供一種將上述第3形式的軌道敷設(shè)在傾斜區(qū)域的移動(dòng)體行走設(shè)備。
按照本發(fā)明的第5形式，提供一種將上述第3形式的軌道敷設(shè)在移動(dòng)體停止區(qū)域的移動(dòng)體行走設(shè)備。
按照本發(fā)明，由于在與軌道接觸的面設(shè)置由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料形成的著軌面形成體，所以可獲得耐磨性良好、在與軌道間具有大的摩擦系數(shù)的車(chē)輪。
在本發(fā)明的較好的實(shí)施形式中，在車(chē)輪和軌道的至少一方設(shè)置陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，上述材料含有5-25vol％的陶瓷顆粒。尤其是較好地使用含有10-20vol％陶瓷顆粒的材料。這樣，軌道鋼與車(chē)輪(著軌面形成體)之間的摩擦系數(shù)在實(shí)驗(yàn)中約為0.8-0.9左右，在實(shí)際的車(chē)輪形式的實(shí)驗(yàn)中也為0.4-0.45。結(jié)果，不增加重量即可增大具有該車(chē)輪的移動(dòng)體的牽引力，或進(jìn)一步提高制動(dòng)性能。例如，通過(guò)在傾斜區(qū)域、停止區(qū)域敷設(shè)具有這樣的材料的軌道，不用使移動(dòng)體的重量特別大就可實(shí)現(xiàn)短距離制動(dòng)。
這樣，按照本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)這樣的移動(dòng)體用車(chē)輪及移動(dòng)體，該移動(dòng)體用車(chē)輪及移動(dòng)體具有良好的耐磨性和長(zhǎng)的壽命并在與軌道間具有大的摩擦系數(shù)。另外，可以實(shí)現(xiàn)這樣的軌道，該軌道具有良好的耐磨性和長(zhǎng)的壽命并在與現(xiàn)有鋼制車(chē)輪之間具有大的摩擦系數(shù)。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明
圖1a為本發(fā)明第1實(shí)施形式的車(chē)輪的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖1b為其局部正視圖。
圖2a為第1實(shí)施形式的車(chē)輪的壓緊構(gòu)件的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖2b為其局部正視圖。
圖3為本發(fā)明第2實(shí)施形式的車(chē)輪的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖4為示出利用了本實(shí)施形式的車(chē)輪的電瓶機(jī)車(chē)的車(chē)輪部分的正視圖。
圖5為示出圖4所示電瓶機(jī)車(chē)的利用形式一例的側(cè)視圖。
圖6為示出電瓶機(jī)車(chē)?yán)眯问降囊焕恼f(shuō)明圖。
圖7a為本發(fā)明第3實(shí)施形式的軌道的斷面圖。
圖7b為其局部側(cè)視圖。
圖8a為本發(fā)明第4實(shí)施形式的軌道的斷面圖。
圖8b為其局部側(cè)視圖。
圖9a為本示出發(fā)明第2實(shí)施形式的車(chē)輪的變形例的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖9b為其局部正視圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳實(shí)施形式下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形式。在以下的說(shuō)明中，敘述在隧道工程等施工現(xiàn)場(chǎng)將本發(fā)明適用于輸送材料等所用電瓶式機(jī)車(chē)和軌道的例子。當(dāng)然，本發(fā)明不限于此，也可以適用于機(jī)車(chē)、電車(chē)等各種車(chē)輛、進(jìn)行挖掘和裝卸的自行式作業(yè)機(jī)械、輸送材料等的自行式輸送機(jī)械等各種在軌道上移動(dòng)的移動(dòng)體和支承其行走的軌道。而且，本發(fā)明不限于在施工現(xiàn)場(chǎng)和工廠中用于施工和作業(yè)的作業(yè)用移動(dòng)體。例如，也可適用于旅客用車(chē)輛。具體地說(shuō)，可以適用于在大坡度區(qū)間行走的車(chē)輛、需要縮短制動(dòng)距離的高速行走車(chē)輛及支承其行走的軌道等。
如圖6所示，在隧道挖掘施工中，使用本發(fā)明車(chē)輪的電瓶機(jī)車(chē)10用于隧道內(nèi)施工，在豎井100與開(kāi)挖面120之間的橫向坑道130內(nèi)輸送材料M和作業(yè)人員(圖中未示出)等。在橫向坑道130內(nèi)敷設(shè)軌道150，機(jī)車(chē)10在該軌道150上行走。
軌道150為所謂的T形軌，具有底部、從底部大體中央立起的腹部、以及設(shè)在腹部上并在其頂面與車(chē)輪接觸的頭部。另外，該軌道載置在多個(gè)枕木上，由螺栓、道釘?shù)裙潭ㄔ谡砟旧稀?br>
下面說(shuō)明用于上述那樣的電瓶機(jī)車(chē)的第1實(shí)施形式的車(chē)輪。圖1a為第1實(shí)施形式的車(chē)輪的局部剖面?zhèn)纫晥D，圖1b為車(chē)輪的局部正視圖。
如圖1a和圖1b所示那樣，在該實(shí)施形式中，車(chē)輪20具有本體23、著軌面形成體24、及壓緊構(gòu)件27。該著軌面形成體24設(shè)在本體23的周?chē)⑴c軌道的頭部頂面相接觸；該壓緊構(gòu)件27設(shè)在車(chē)輪的表側(cè)(即可從外部看到的一側(cè))，用于保持著軌面形成體24。在本體23中央的貫通孔22安裝有軸(圖中未示出)。在本實(shí)施例中，本體23經(jīng)一體形成輪箍和輪心而構(gòu)成。
如后面詳細(xì)說(shuō)明的那樣，著軌面形成體24由含有陶瓷顆粒的陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料(以下稱(chēng)“鋁復(fù)合材料”)形成。該著軌面形成體24形成為將本體23周?chē)鼑饋?lái)那樣的環(huán)狀。如圖1a所示那樣，著軌面形成體24具有用于與軌道頭部的頂面接觸的接觸面34。接觸面34按JIS規(guī)格形成1/20的斜度。
本體23由鋼構(gòu)成，并具有容納軸并將其固定的貫通孔22。另外，在本體23的外周部形成凸緣25，與著軌面形成體24的接觸面34(即與軌道接觸的面)平滑相連。另外，如后述那樣，在本體23設(shè)置切口狀的著軌面形成體接受部23a，該著軌面形成體接受部23a用于在壓入著軌面形成體24時(shí)對(duì)其加以接受。在著軌面形成體接受部23a形成可與著軌面形成體24內(nèi)周面緊密接合的傾斜面33。為了易于壓入，傾斜面33具有大約1/30的傾斜度。
壓緊構(gòu)件27如圖1a、圖2a及圖2b所示那樣為環(huán)狀。如后述那樣，通過(guò)在本體23中擰入螺栓44而由該螺栓44將該壓緊構(gòu)件27固定在本體23。這樣，在本體23牢固地固定該著軌面形成體24。更詳細(xì)地說(shuō)，該壓緊構(gòu)件27具有第1壓緊面41和第2壓緊面43。該第1壓緊面41與本體23表側(cè)的面接觸，由螺栓44的作用而沿軸向壓緊本體23；該第2壓緊面43與著軌面形成體24表側(cè)的面接觸，沿軸向壓緊該著軌面形成體24。另外，在壓緊構(gòu)件27沿周向以一定角度間隔于多個(gè)位置設(shè)置貫通孔35。
同樣，在本體23也以規(guī)定角度間隔設(shè)置螺紋孔37并使其與壓緊構(gòu)件27的貫通孔35對(duì)齊。因此，將螺栓44穿過(guò)貫通孔35擰入到螺紋孔37，而在傾斜面33牢固地固定本體23和著軌面形成體24。
在本體23的內(nèi)側(cè)(即軸延伸的一側(cè))以一定角度間隔于多個(gè)位置配置螺紋孔45。其目的在于，當(dāng)要拆下著軌面形成體24時(shí)，由圖中未示出的螺栓將其推出。在圖1b中，僅示出1個(gè)螺紋孔45。
在該實(shí)施形式中，在凸緣端部間測(cè)定的車(chē)輪的外徑大約為470mm，在著軌面形成體24周向外側(cè)的壁之間測(cè)定的車(chē)輪外徑大約為420mm，著軌面形成體24的徑向厚度大約為55mm。另外，軸的直徑約為80mm。然而，本發(fā)明不限定車(chē)輪的大小。本發(fā)明者正針對(duì)車(chē)輪外徑約為300mm-660mm的情形，實(shí)際地制作車(chē)輪，確認(rèn)爬坡力和控制距離等性能。
下面說(shuō)明該實(shí)施形式的著軌面形成體24的構(gòu)成和制造。在該實(shí)施形式中，著軌面形成體24由含有陶瓷顆粒的鋁復(fù)合材料構(gòu)成。該鋁復(fù)合材料有可從ALCAN公司買(mǎi)到的DURALCAN(注冊(cè)商標(biāo))。DURALCAN現(xiàn)在有2種材料。即，有以Al-Mg-Si系鋁合金(合金編號(hào)6061)為母材并在其中混合了Al2O3(氧化鋁)微粒(例如微米單位的大小)而形成的材料，及以Al-Cu系鋁合金(合金編號(hào)1024)為母材并在其中混合了SiC微粒(例如微米單位的大小)而形成的材料。這些材料在進(jìn)行為人們所熟知的T6熱處理之后加以使用。在本發(fā)明中，雖然2種都可使用，但當(dāng)考慮耐腐蝕性和脆性破壞等時(shí)，最好以鋁合金(6061)作為母材。
具體地說(shuō)，最好使用在上述鋁合金(6061)中含有10vol％Al2O3的“W6A10A”、在上述鋁合金(6061)中含有15vol％Al2O3的“W6A15A”、或在上述鋁合金(6061)中含有20vol％Al2O3的“W6A20A”。這些都可從上述ALCAN公司買(mǎi)到。
鋁合金(6061)的摩擦系數(shù)大，拉伸強(qiáng)度為310MPa，延伸率為17％。然而，在耐磨性方面存在問(wèn)題。與此不同，鋁復(fù)合材料具有非常優(yōu)良的耐磨性。例如，W6A10A與上述鋁合金(6061)相比具有1/300倍左右的良好的磨損體積(Volume Loss)，而且，具有1/50左右的良好的磨損速度(Wear Rate)。對(duì)于耐磨損性，具有氧化鋁顆粒含有量越多越好的傾向。然而，延伸率變差。例如，上述W6A10A的延伸率為10％左右，易于加工，而且不易形成裂紋。而另一方面，W6A15A、W6A20的延伸率分別為6％和4％左右，與W6A10相比在延伸率這一點(diǎn)上處于劣勢(shì)。
在含有5vol％氧化鋁顆粒的鋁復(fù)合材料的場(chǎng)合，與母材鋁合金(6061)相比，雖然耐磨性好，但從用途考慮，未必能說(shuō)已足夠。另一方面，在含有25vol％氧化鋁顆粒的鋁復(fù)合材料的場(chǎng)合，雖然耐磨性極好，但與母材鋁合金(6061)相比，延伸率進(jìn)一步變差。因此，按照本發(fā)明者的研究，作為鋁復(fù)合材料，可以說(shuō)使用含有5-25vol％陶瓷粒子的復(fù)合材料較好。特別是當(dāng)考慮實(shí)現(xiàn)鋼制車(chē)輪、與軌道相同的強(qiáng)度及加工性時(shí)，例如，在氧化鋁的場(chǎng)合，10vol％最好，接下來(lái)使用15vol％、20vol％較好。而且，對(duì)含有陶瓷粒子的鋁合金復(fù)合材料進(jìn)行T-6熱處理。
含有10％這樣的陶瓷粒子的鋁復(fù)合材料與鋼之間的摩擦系數(shù)在使用試片的實(shí)驗(yàn)中，約為0.8-0.9左右。另外，即使在實(shí)際的車(chē)輪形式的場(chǎng)合，也為0.4-0.45，與現(xiàn)有技術(shù)相比大得多。
上述鋁復(fù)合材料為高比強(qiáng)度材料，強(qiáng)度高。然而，該鋁復(fù)合材料的鑄造成形品與母材相比延伸性能差。為此，在將其用作車(chē)輪著軌面形成體的場(chǎng)合，存在由通過(guò)軌道接縫時(shí)的沖擊破壞的危險(xiǎn)。因此，在第1實(shí)施形式下，當(dāng)制造著軌面形成體24時(shí)，將具有規(guī)定斷面形狀的擠壓成形品成形為環(huán)狀，用閃光對(duì)焊來(lái)焊接兩端面，或由鍛造加工成形為環(huán)狀，在熱處理后，進(jìn)行機(jī)械加工。
將這樣得到的環(huán)狀著軌面形成體24沿傾斜面33壓入，嵌入到本體23的著軌面形成體接受部23a。然后，由螺釘44固定壓緊構(gòu)件27與本體23，從而牢牢地固定著軌面形成體24和本體23。另外，在取下壓緊構(gòu)件27后，在本體23的螺紋孔45中擰入螺栓(圖中未示出)，將著軌面形成體24推出，從而可從本體23取下著軌面形成體24。
通過(guò)這樣構(gòu)成，由于僅在車(chē)輪的著軌面使用昂貴的鋁復(fù)合材料，所以車(chē)輪的成本不會(huì)增大太多。另外，通過(guò)更換環(huán)狀的著軌面形成體24，可以容易地實(shí)現(xiàn)磨損時(shí)的車(chē)輪的再生。
下面，說(shuō)明本發(fā)明第2實(shí)施形式的車(chē)輪。圖3為第2實(shí)施形式的車(chē)輪的局部剖面?zhèn)纫晥D。
圖3所示第2實(shí)施形式的車(chē)輪120與第1實(shí)施形式的車(chē)輪相比較，著軌面形成體124的構(gòu)造和在本體123上的安裝方法存在差別。即，車(chē)輪120由螺栓144緊固著軌面形成體124，從而直接在本體123固定著軌面形成體124。
與第1實(shí)施形式相同，著軌面形成體124由鋁復(fù)合材料形成，具有包圍設(shè)在本體外周的著軌面形成體接受部周面那樣的環(huán)狀。另一方面，著軌面形成體124與第1實(shí)施形式相比較，徑向厚度變大。
本體123由鋼構(gòu)成，具有容納軸并將其固定的貫通孔122。另外，在本體123的外周部形成凸緣125，與著軌面形成體124的外周部(即與軌道接觸的面)平滑相連。另外，本體123具有構(gòu)成當(dāng)安裝著軌面形成體124時(shí)對(duì)其加以接受的著軌面形成體接受部123a的接合面146和側(cè)面147。
在著軌面形成體124沿周向以一定角度間隔設(shè)置多個(gè)貫通孔135，另一方面，在本體123也以規(guī)定角度間隔設(shè)置螺紋孔137并使其著軌面形成體124的貫通孔135對(duì)齊。由于著軌面形成體124與本體123為異種金屬，所以，其熱線膨脹系數(shù)不同。即，由于著軌面形成體124為鋁系，所以比鋼的本體123大。因此，將螺栓144穿過(guò)貫通孔135擰入螺紋孔137，牢牢地固定本體123和著軌面形成體124，使著軌面形成體124不沿周向移動(dòng)。另外，在著軌面形成體124的表側(cè)與設(shè)置貫通孔135的部分大體同心地設(shè)有凹坑145。這樣，可防止螺栓144凸出到車(chē)輪外部。作為螺栓144例如可用帶六角孔的螺栓。
在該實(shí)施形式中，著軌面形成體124的徑向厚度為70mm多。其它尺寸與第1實(shí)施形式相同。
第2實(shí)施形式的著軌面形成體124也可以與第1實(shí)施形式大體相同地制造。即，在將具有規(guī)定斷面形狀的壞料由鍛造加工成形為環(huán)狀并進(jìn)行熱處理后，進(jìn)行機(jī)械加工。在加工成環(huán)狀后，進(jìn)行穿孔，在規(guī)定位置形成螺紋孔和凹坑。
在本體123的著軌面形成體123a配合這樣獲得的著軌面形成體124，由螺釘144將其緊固，從而在本體123牢牢地固定著軌面形成體124。
按照該實(shí)施例，不用壓緊構(gòu)件就可以在本體123固定著軌面形成體124，從而可減少部件數(shù)目。
在第2實(shí)施形式的場(chǎng)合，設(shè)置有與第1實(shí)施形式相同的用于容易地取下著軌面形成體124的螺紋孔145a。然而，在本實(shí)施形式的場(chǎng)合，由于不壓入著軌面形成體124，所以，也可以省去這樣的螺紋孔設(shè)置。
在圖9a和圖9b中示出上述第2實(shí)施形式的車(chē)輪的變形例。示于這些圖中的車(chē)輪除了在凸緣125的部分未設(shè)置孔(圖3中示出的145a)以及本體的輪心部分的形狀為輻條狀以外，基本上為與第2實(shí)施形式相同的構(gòu)造。通過(guò)使著軌面形成體124的徑向厚度較薄，可以減少昂貴的著軌面形成體的材料使用量，降低車(chē)輪的成本。
圖4為示出利用了這樣的車(chē)輪的電瓶機(jī)車(chē)的車(chē)輪部分的部分省略斷面圖。如圖4所示，車(chē)輪20的著軌面形成體24與軌道150的頭部151的頂面接觸。軌道150由用于安裝到枕木160的底部152、從底部大體中央立起的腹部153及設(shè)于腹部上的頭部151構(gòu)成。
具有由該鋁復(fù)合材料構(gòu)成的著軌面形成體24的車(chē)輪的著軌面形成體的摩擦系數(shù)μ大，耐磨性好。該特征的第1優(yōu)點(diǎn)為縮短制動(dòng)距離，大大提高安全性。例如，在施工用電瓶機(jī)車(chē)的場(chǎng)合，使用的是再生制動(dòng)等電制動(dòng)，而一般不用由制動(dòng)片抑制車(chē)輪使其停止的方法。在該場(chǎng)合，車(chē)輪的μ決定停止距離。為此，在將具有鋁復(fù)合材料構(gòu)成的著軌面形成體24的車(chē)輪搭載到電瓶機(jī)車(chē)的場(chǎng)合，隨著車(chē)輪的μ增大，與鋼制的車(chē)輪的場(chǎng)合相比，停止距離可縮短40％-50％。并且可大大提高安全性。
另外，設(shè)有盤(pán)式制動(dòng)器163，用作停車(chē)時(shí)的停車(chē)制動(dòng)器，該盤(pán)式制動(dòng)器163具有固定于軸S的圓盤(pán)161、從兩側(cè)將圓盤(pán)161夾入的制動(dòng)片162、162、以及驅(qū)動(dòng)這些制動(dòng)片162、162的作動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖中未示出)。作為作動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如可用液壓、氣壓等。在該場(chǎng)合，本發(fā)明的車(chē)輪由于與軌道150之間的摩擦系數(shù)大，所以即使在傾斜段途中靜止的場(chǎng)合，也不易滑動(dòng)，因而安全性提高。
下面，參照?qǐng)D5說(shuō)明具有本實(shí)施形式的車(chē)輪的電動(dòng)機(jī)車(chē)的使用形式。在圖5中，示出使用圖4所示那樣車(chē)輪的電瓶機(jī)車(chē)10和與其相連的臺(tái)車(chē)40。
如圖5所示，機(jī)車(chē)10具有2對(duì)車(chē)輪20、20、由這些車(chē)輪指示的本體170、用于使各驅(qū)動(dòng)輪回轉(zhuǎn)的2個(gè)馬達(dá)(圖中未示出)、用于驅(qū)動(dòng)2個(gè)馬達(dá)的電瓶171、以及用于控制2個(gè)馬達(dá)等以運(yùn)行機(jī)車(chē)的操作板172。該2對(duì)車(chē)輪20、20的一方為主驅(qū)動(dòng)輪，另一方為副驅(qū)動(dòng)輪。在這里，機(jī)車(chē)10作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在上述馬達(dá)外面具有動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)等。另外，機(jī)車(chē)10連接載有材料M等的臺(tái)車(chē)40、40。
在這樣的電瓶機(jī)車(chē)10中，如上述那樣，機(jī)車(chē)的重量與μ的積對(duì)應(yīng)于牽引力。對(duì)于使用了μ充其量為0.2-0.3(不到0.3)的現(xiàn)有技術(shù)車(chē)輪的電瓶機(jī)車(chē)，最多也就能爬上40/1000-50/1000的坡度。而對(duì)于本實(shí)施形式，實(shí)際上μ可增大到0.4-0.45。因此，可以爬上的坡度為現(xiàn)有技術(shù)坡度的2倍(即0.4/0.2)，比100/1000稍大。
亦即，過(guò)去，在爬上50/1000的坡度的場(chǎng)合，使用具有所謂齒軌式爬坡裝置的機(jī)車(chē)和軌道，而按照本實(shí)施形式，可以實(shí)現(xiàn)這樣的機(jī)車(chē)，該機(jī)車(chē)不用設(shè)置昂貴的齒軌式爬坡裝置就可爬上直到100/1000左右的大坡度。當(dāng)然，本發(fā)明不限于機(jī)車(chē)，在其它自行式臺(tái)車(chē)、自行式作業(yè)機(jī)械等的移動(dòng)體的場(chǎng)合，也可提高爬坡能力。
按照上述實(shí)施形式，作為第3個(gè)優(yōu)點(diǎn)，隨著μ增大，不增加重量即可增大移動(dòng)體的牽引力。因此，用小的移動(dòng)體，只要增大出力，就可以對(duì)應(yīng)過(guò)去不可能對(duì)應(yīng)的大負(fù)荷。例如，在機(jī)車(chē)的場(chǎng)合，可以牽引更大負(fù)荷的臺(tái)車(chē)。
本發(fā)明不限于以上實(shí)施形式，在權(quán)利要求所述發(fā)明范圍內(nèi)，可以作種種變更，不用說(shuō)它們也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的車(chē)輪中，著軌面形成體只要至少形成于與軌道的接觸面即可。著軌面形成體的形狀不作限定。另外，車(chē)輪和軸的外徑、著軌面形成體的厚度不限于上述實(shí)施形式。
另外，本發(fā)明不限定適用于電瓶機(jī)車(chē)這一點(diǎn)也是明確的。此外，不僅可使用于機(jī)車(chē)，而且可使用于輸送人和材料的自行式臺(tái)車(chē)、進(jìn)行作業(yè)的自行式作業(yè)車(chē)，這一點(diǎn)也是明確的。
對(duì)于安裝有該鋁復(fù)合材料的車(chē)輪，其鋁復(fù)合材料著軌面與軌道的摩擦系數(shù)μ大。由于電制動(dòng)的制動(dòng)效果由著軌面與軌道的摩擦系數(shù)決定，所以，當(dāng)μ大時(shí)，在其它條件不變的狀態(tài)下，可使制動(dòng)距離縮短，使安全性增大。例如，在由伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電瓶機(jī)車(chē)和自行臺(tái)車(chē)等的伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)車(chē)的場(chǎng)合，其制動(dòng)由于為伺服馬達(dá)的再生制動(dòng)，所以著軌面與軌道的摩擦系數(shù)μ大使得制動(dòng)距離縮短。
下面，說(shuō)明第3實(shí)施形式。圖7a為本實(shí)施形式的軌道的斷面圖，圖7b為側(cè)視圖。
如圖7a和圖7b所示，該實(shí)施形式的軌道200由頭部210、腹部220及底部230構(gòu)成。頭部210由后述的材料形成，腹部220和底部230由鋼等一體形成。在底部230以所定的間隔(例如約1m)設(shè)置貫通孔231，由螺栓240、道釘?shù)裙潭ǖ秸砟?未圖示)。另外，在腹部220以規(guī)定的間隔(例如500mm-600mm)設(shè)置螺紋孔221。
該軌道的頭部210的高度H為30mm-50mm，寬度W為50mm-60mm。腹部220的高度約為50mm，寬度與頭部210大體相同。底部230的高度約為20mm。
在本實(shí)施形式中，頭部220與上述車(chē)輪一樣，由含有5-25vol％(10-20vol％則更好)陶瓷顆粒的鋁復(fù)合材料構(gòu)成。含有10vol％陶瓷顆粒的鋁復(fù)合材料尤其好。因此，材料本身的說(shuō)明不再重復(fù)。該鋁復(fù)合材料有可從ALCAN公司買(mǎi)到的DURALCAN(注冊(cè)商標(biāo))。如上述那樣，該材料與母材鋁合金(6061)相比較，具有1/300倍左右的良好的磨損體積(Volume Loss)，而且，具有1/50左右的良好的磨損速度(Wear Rate)。對(duì)于含有5-25％陶瓷材料(例如Al2O3)的鋁復(fù)合材料，其與鋼制車(chē)輪之間的摩擦系數(shù)在使用試樣的實(shí)驗(yàn)中約為0.8-0.9左右。另外，在實(shí)際的軌道與車(chē)輪的場(chǎng)合，為0.4-0.45。本發(fā)明的軌道對(duì)車(chē)輪的摩擦系數(shù)與現(xiàn)有的軌道的摩擦系數(shù)相比非常大。
在該實(shí)施形式中，對(duì)材料進(jìn)行擠壓加工形成圖7a所示斷面形狀，制成規(guī)定長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)方棒料，并進(jìn)行熱處理之后，進(jìn)行孔的機(jī)械加工。以規(guī)定間隔以穿孔的方式形成螺紋孔211，從而完成頭部210。腹部220于相應(yīng)位置設(shè)有螺紋孔221，在該腹部220上放置頭部210，并由螺栓250緊固，完成軌道200。
作為支承移動(dòng)體行走的軌道，可在整個(gè)區(qū)域使用本實(shí)施形式的軌道。但由于本實(shí)施形式的軌道的材料昂貴，所以也可在必要的區(qū)域(例如大坡度區(qū)域、停止區(qū)域等)優(yōu)先敷設(shè)。在敷設(shè)了本實(shí)施形式的軌道的線區(qū)，即使在使用通常的鋼制車(chē)輪的場(chǎng)合，也可實(shí)現(xiàn)短制動(dòng)距離。當(dāng)然，在敷設(shè)本實(shí)施形式的軌道的區(qū)域，也可使具有上述實(shí)施形式的車(chē)輪的移動(dòng)體行走。
對(duì)于使用了現(xiàn)有鋼制軌道和鋼制車(chē)輪的移動(dòng)體的行走設(shè)備，在超過(guò)約50/1000的坡度的路中，使用具有所謂齒軌爬坡裝置的移動(dòng)體和軌道。例如，在機(jī)車(chē)的場(chǎng)合，使用齒軌爬坡裝置，該齒軌爬坡裝置在2根軌道間配置齒軌，使其與機(jī)車(chē)側(cè)的小齒輪嚙合，從而使機(jī)車(chē)爬坡。與此不同，在本實(shí)施形式的行走設(shè)備中，例如，在直到100/1000左右的坡度的路中，通過(guò)敷設(shè)軌道200，不使用昂貴的齒軌式爬坡裝置就可使移動(dòng)體行走。
本實(shí)施形式的軌道200也可僅在特別區(qū)域(例如包含使機(jī)車(chē)等移動(dòng)體停止位置的規(guī)定長(zhǎng)度的區(qū)域)敷設(shè)。這樣，可使移動(dòng)體的制動(dòng)距離縮短40％到50％，并可提高安全性。
這樣，可在傾斜路和/或車(chē)輛停止位置近旁配置由鋁復(fù)合材料構(gòu)成的頭部，在其它路線配置現(xiàn)有的鋼制軌道，從而不用增加太多費(fèi)用即可構(gòu)成高安全性的行走系統(tǒng)。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施形式。圖8a為本實(shí)施形式的軌道的斷面圖。圖8b為其側(cè)視圖。
如這些圖所示，本實(shí)施形式的軌道300由頭部310、腹部320、底部330及頭部形成體350構(gòu)成。另外，該實(shí)施形式的軌道300的從頭部310到底部330與鋼制的22kg軌道(每1m的重量約為22kg)相同，頭部形成體350安裝到為22kg軌道的軌道本體305上。頭部形成體350由后述的材料形成。
底部330由壓緊構(gòu)件331和道釘(圖中未示出)固定到枕木(圖中未示出)。另外，在頭部310以規(guī)定的間隔(例如500mm-600mm)設(shè)有螺紋孔311。
該實(shí)施形式的軌道300的頭部形成體350的高度H為30mm-50mm，寬度W為50mm-60mm。寬度W最好與22kg軌道的(頭部310的)寬度大體一致。
頭部形成體350與第3實(shí)施形式的頭部210一樣，由含有5-25vol％(10-20vol％則更好)陶瓷顆粒的鋁復(fù)合材料(例如DURALCAN(注冊(cè)商標(biāo))構(gòu)成。含有10vol％陶瓷顆粒的鋁復(fù)合材料最好。
在該實(shí)施形式中，對(duì)材料進(jìn)行擠壓加工形成圖8a所示斷面形狀，制成規(guī)定長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)方棒料，并進(jìn)行熱處理，之后，進(jìn)行孔的機(jī)械加工。按規(guī)定間隔以穿孔的方式形成貫通孔351，從而完成頭部形成體350。軌道本體305于相應(yīng)位置設(shè)有螺紋孔311，在該軌道本體305上放置頭部形成體350，并將螺栓352擰入螺紋孔311并緊固，從而將頭部形成體350固定到軌道300。這樣，完成軌道300。安裝頭部形成體350的軌道高度比軌道本體305的高度高。所以，在僅設(shè)置軌道本體305的路線與設(shè)置帶頭部形成體的軌道300的路線(例如傾斜路)之間，配置于軌道本體305上載有帶斜度構(gòu)件的軌道，使車(chē)輛可平滑地行走。
與第3實(shí)施形式相同，最好將第4實(shí)施形式的軌道300串聯(lián)地連接成規(guī)定長(zhǎng)度，配置在規(guī)定坡度以上的傾斜路和機(jī)車(chē)停車(chē)位置的近旁，而在其它路線配置通常的22kg軌道。通過(guò)這樣構(gòu)成行走設(shè)備，可以不增大成本太多即可構(gòu)成高安全性的行走系統(tǒng)。
本發(fā)明不限于以上實(shí)施形式，在權(quán)利要求所述發(fā)明范圍內(nèi)，可以作種種變更，不用說(shuō)它們也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，在第3實(shí)施形式中，頭部210由鋁復(fù)合材料形成，但其尺寸和形狀不限于此，只要至少包含與車(chē)輪著軌面接觸的部分地設(shè)置由鋁復(fù)合材料構(gòu)成的頭部形成體即可。
在第4實(shí)施形式中，雖然是在22kg軌道上載置頭部形成體350，但不限于此，也可在15kg軌道、30kg軌道、37kg軌道等上載置頭部形成體。在該場(chǎng)合，頭部形成體的寬度最好與軌道寬度大體一致。
在包含上述實(shí)施形式的軌道的行走設(shè)備上行走的移動(dòng)體不限于機(jī)車(chē)，也可是輸送人和材料的自行式臺(tái)車(chē)、進(jìn)行作業(yè)的自行式作業(yè)機(jī)械。另外，移動(dòng)體不限于由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電車(chē)，也可是搭載了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛。
另外，在本說(shuō)明書(shū)中，1個(gè)構(gòu)件的功能可由2個(gè)以上的物理構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者2個(gè)以上構(gòu)件的功能可由1個(gè)構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，上述的著軌面形成體與本體為組合單個(gè)構(gòu)件而構(gòu)成，但也可將著軌面形成體與本體形成為一體。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)體用車(chē)輪，該移動(dòng)體用車(chē)輪在軌道上行走，其特征在于具有本體和著軌面形成體，該著軌面形成體安裝于該本體外周，形成與軌道接觸的著軌面，上述著軌面形成體至少在與軌道接觸的部分具有陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)體用車(chē)輪，其特征在于上述材料含有5-25vol％的陶瓷顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)體用車(chē)輪，其特征在于還具有用于將上述著軌面形成體固定于本體的固定構(gòu)件，上述本體在外周具有用于接受上述著軌面形成體的著軌面形成體接受部，上述著軌面形成體在嵌入到該著軌面形成體接受部的狀態(tài)下由上述固定構(gòu)件固定于本體。
4.如權(quán)利要求1所述的移動(dòng)體用車(chē)輪，其特征在于上述本體在全周具有多個(gè)在上述著軌面形成體接受部的底面?zhèn)妊剌S向形成的螺紋孔，上述著軌面形成體在與上述螺紋孔對(duì)應(yīng)的位置具有貫通孔，將螺栓穿過(guò)該貫通孔擰入上述螺紋孔，將該著軌面形成體固定到本體。
5.一種移動(dòng)體，具有車(chē)輪和驅(qū)動(dòng)上述車(chē)輪中至少1個(gè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并通過(guò)上述車(chē)輪在軌道上行走，其特征在于上述車(chē)輪中至少由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輪具有本體和安裝于該本體外周以形成與軌道接觸的著軌面的著軌面形成體，上述著軌面形成體至少在與軌道接觸的部分設(shè)有陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
6.如權(quán)利要求5所述的移動(dòng)體，其特征在于上述材料含有5-25vol％的陶瓷顆粒。
7.一種電車(chē)，具有車(chē)輪和驅(qū)動(dòng)上述車(chē)輪中至少1對(duì)車(chē)輪的馬達(dá)，并通過(guò)上述車(chē)輪在軌道上行走，其特征在于上述車(chē)輪中至少由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輪具有本體和安裝于該本體外周以形成與軌道接觸的著軌面的著軌面形成體，上述著軌面形成體至少在與軌道接觸的部分設(shè)有陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
8.一種軌道，該軌道支承移動(dòng)體的行走，其特征在于由底部、腹部及頭部構(gòu)成，在上述頭部的至少與車(chē)輪著軌面接觸的部分設(shè)置由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料形成的構(gòu)件，該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。
9.如權(quán)利要求8所述的軌道，其特征在于上述材料含有5-25vol％的陶瓷顆粒。
10.如權(quán)利要求8所述的軌道，其特征在于由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料形成的構(gòu)件與上述頭部分開(kāi)設(shè)置，固定在該頭部的帳面。
11.一種移動(dòng)體行走設(shè)備，其特征在于該移動(dòng)體行走設(shè)備將權(quán)利要求8所述軌道敷設(shè)在傾斜區(qū)域。
12.一種移動(dòng)體行走設(shè)備，其特征在于該移動(dòng)體行走設(shè)備將權(quán)利要求8所述軌道敷設(shè)在移動(dòng)體停止區(qū)域。
全文摘要
車(chē)輪(20)具有本體(23)、與軌道頭部頂面接觸的著軌面、及凸緣(25),在著軌面的至少與軌道接觸的部分設(shè)置由陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料構(gòu)成的著軌面形成體(24),該陶瓷顆粒彌散強(qiáng)化鋁基復(fù)合材料在鋁合金中含有陶瓷顆粒。著軌面形成體(24)形成為環(huán)狀,嵌入到本體(23)的著軌面形成體接受部(23a),由固定構(gòu)件(27)固定于本體。
文檔編號(hào)B60B17/00GK1240388SQ97180766
公開(kāi)日2000年1月5日 申請(qǐng)日期1997年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者守田信稔, 望月政美 申請(qǐng)人:拓磨艾電機(jī)工業(yè)株式會(huì)社