一種軌道車的取電裝置的製作方法
2024-02-01 22:41:15
本發明屬於飛翔影院領域，具體是涉及一種三自由度軌道車，特別是一種用於軌道車的取電裝置。
背景技術：
近年來，我國主題公園發展極為迅猛，主題公園的出現和興起從世界範圍看，是與國家工業化和人們生活水平的改善相關聯的旅遊娛樂業密切相關。它最早的雛形是古希臘、古羅馬時代的集市雜耍，通過音樂、舞蹈、魔術及博彩遊戲等手段營造氣氛、吸引顧客。隨著手工業向機械工業遞進、城市的大量出現，這種小型的流動的娛樂形式逐步演化為專門的以戶外為主的遊樂場所。到了20世紀上中葉，其形式也從輕鬆溫和的草地花園式，轉為以機械遊樂器具為特色，追求喧譁、刺激的遊樂園。二戰後，隨著生活方式的日趨多樣化，科技發展和經濟繁榮，形成主題公園的旅遊景觀創新概念。「童話樂園」、「探險樂園」、「野生動物園」、「假日樂園」等相繼在歐美等地發展起來。特別是1955年美國在洛杉磯建起第一個現代意義上的主題公園後，以主題公園為代表的旅遊娛樂業在世界各地得到廣泛發展，從規模到科技和文化含量上都有較大突破，科技含量高的遊樂項目也便成為主題公園中廣聚人氣的熱點項目。
然而在眾多遊樂項目中，遊客能切實參與並與之互動的高科技遊樂項目卻少之又少，大多都屬於形式單一且遊客被動參與獲得感官體驗的項目居多，歸類為傳統技術型(以機械技術為主)主題項目，根據主題公園發展的階段特徵來說，經歷了第一代依託自然資源，第二代注重都市娛樂，第三代以模擬、微縮景觀為主的過程，第四代主題公園中以三維、四維、動漫、科技為主的遊樂項目發展趨勢如雨後春筍拔地而起，通過現代計算機、自動控制、數字模擬與仿真、數字影視、聲光電等高科技手段與藝術進行完美結合，讓遊客感受到從未有過的新型娛樂體驗，而我們開發的軌道車互動項目正是第四代主題公園中的核心項目，融合了3D電影、紅外光電技術、動感運動車、災難仿真、特技表演等當今國際主流娛樂技術，遊客通過乘坐多自由度的動感軌道車，能實現左右搖擺、前後仰俯、旋轉等動感特技，手持紅外動感裝置參與虛擬世界中的遊戲互動，在真實的室內環境中穿梭，帶領遊客經歷一場驚心動魄的快樂之旅。
目前軌道車的供電主要依靠動力電，常採用與軌道同步鋪設供電軌道，並在軌道車上設置帶有碳刷的取電機構進行取電，但是在軌道車高速運動中，經常會出現碳刷位置跳動造成的經常斷電現場，限制了該技術的推廣應用。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種用於軌道車的取電裝置，可以在高速運動中將取電小車精確限位在導軌上，確保了碳刷取電的可靠性。
為達到上述目的，本發明採用以下技術方案如下：
一種軌道車的取電裝置，所述的軌道車包括車體和車架，所述的取電裝置包括取電導向裝置和電箱，所述的取電導向裝置的一個側面或兩個側面安裝有碳刷，在軌道車沿承重軌道運動的同時，碳刷從滑線軌道上取電並輸送至電箱為軌道車供電。
上述軌道車的取電裝置中，取電導向裝置包括前導向輪組、後導向輪組、連接在前導向輪組和後導向輪組之間的連接架，所述的連接架的兩側分別設有碳刷安裝板，碳刷設置在碳刷安裝板上，所述的連接架的上方設有電箱，所述的碳刷與電箱電連接。
上述軌道車的取電裝置中，承重軌道為工字型鋼軌，所述的前導向輪組和後導向輪組均包括兩隻取電導向輪、兩隻取電固定輪和取電支撐輪，所述的取電支撐輪支撐在工字型鋼軌的上端面上部，兩隻取電導向輪水平設置在工字型鋼軌的腰部，兩隻取電導向輪之間的間隙略大於工字型鋼軌的腰部的寬度；所述的兩隻取電固定輪垂直設置在工字型鋼軌上端面的下部。
上述軌道車的取電裝置中，取電固定輪的輪截面與工字型鋼軌橫截面相匹配的圓錐形。
上述軌道車的取電裝置中，每隻取電導向輪和對應的取電固定輪均通過垂直方向的導向輪軸與連接架固聯，其中前導向輪組和後導向輪組中至少有一組的導向輪軸上方設置有緩衝彈簧。
上述軌道車的取電裝置中，前導向輪組的導向輪軸上方設置有緩衝彈簧。
上述軌道車的取電裝置中，取電裝置為小車形狀，安裝在軌道車底部或尾部。
上述軌道車的取電裝置中，工字型鋼軌的腰部的寬度為10mm，兩隻取電導向輪之間的間隙為11-13mm。
本發明採用以上技術方案，具有以下優點；
1.本發明的軌道車在使用的時候能夠實現三個自由度的上下擺動，並且可以實現旋轉等多方位的體驗，解決了目前軌道車不能夠實現多自由度體驗的不足，通過左右搖擺、前後仰俯、旋轉等動感特技，與虛擬世界中的遊戲互動，在真實的室內環境中穿梭，為遊客帶來最大的感觀享受和完美體驗。
2.本發明採用小車結構的取電裝置為軌道車供電，取電裝置通過碳刷從承重軌道兩側的滑線軌道上取電，為軌道車提供了遠大於電池供電的動力，同時採用兩隻滑線軌道供電，可以在一隻滑線軌道故障時仍可工作，此外還可以兩隻滑線軌道並聯供電，提高供電動力，減小單只滑線軌道的負荷。
3.本發明的取電小車設置了獨立運動的取電導向裝置，該取電導向裝置除了包括取電導向輪和取電支撐輪外，還包括了取電固定輪，從而將取電小車的運動軌跡緊緊限制在承重軌道上，適應了碳刷結構對取電小車提出的較高路線軌跡精度，同時由於取電小車自身重量輕，且獨立運動，不像軌道車一樣容易受到載重的影響，確保了取電的高可靠性。
附圖說明
圖1是本發明軌道車的結構示意圖；
圖2是本發明的旋轉裝置的結構示意圖；
圖3是本發明車架結構示意圖；
圖3-1是本發明自由度安全臂結構示意圖；
圖4是圖3中防撞裝置的結構示意圖；
圖5是本發明車輪轉向裝置和導向裝置結構示意圖；
圖6是本發明導向裝置及平行擺臂結構示意圖；
圖7是本發明承重軌道、滑線軌道及軌道車相對關係示意圖；
圖8是本發明取電導向裝置的正視結構示意圖；
圖9是本發明取電導向裝置的側視結構示意圖；
圖10是本發明取電導向裝置工作原理示意圖；
附圖標記如下：
1.車體；2.旋轉裝置；3.車架；4.電缸；5.導向裝置；6.前橋；7.後橋；8.主電機；9.旋轉結構；101.前導向輪組；102.後導向輪組；103.連接架；104.碳刷安裝板；105.碳刷；106.電箱；107.緩衝彈簧；108.取電導向輪；109.取電固定輪；110.取電支撐輪；111.導向輪軸；112.定位銷；113.螺杆；114.定位套；201.平臺；202.迴轉支承；203.迴轉支撐座；204.旋轉小齒輪；205.減速機；206.旋轉電機；207.迴轉支架；208.外圈齒輪；301.防撞裝置；302.安全臂；303.主電機減速機；304.電缸安裝座；305.防撞欄；306.套筒；307.套杆；308.擋環；309.防撞彈簧；501.定位軸；502.導向輪軸；503.平行擺臂；504.銷軸；505.承重導向輪；506.拉簧；507.支輪架；508.連接座；801.車輪；802.地面；803.滑線軌道；804.承重軌道；805.取電導向裝置；806.活動轉軸；807.十字軸萬向節；808.銷軸；901.連杆；902.轉軸；903.轉向擺臂；904.支撐輪。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
如圖1至3所示，本發明的三自由度軌道車，包括車體1，車架3，設在車架3前後兩端的前橋6和後橋7，所述的車架3上設置有主電機8，該主電機8與所述的前橋6或後橋7連接，為軌道車提供前進動力。
車體1為乘坐遊客的車廂，在外形上，模仿小老鼠或其他動物形狀，適合旅客在遊玩時放鬆的心理狀態，軌道車按照安裝在高低起伏的地面上的軌道行走，進入多種模擬場景中，並配合聲光電、數字影視等節目，同時車廂可以旋轉以及按照三個自由度進行擺動，使得觀眾能夠得到娛樂體驗，該該軌道車的車體能夠承載人數在16人左右，相對於目前的軌道車上承載的人數有了很大的提升，節約了資源的利用。
主電機8固定設在車架3的下方，並與車架3下方設有的主電機減速機303連接，所述的主電機8、主電機減速機303與所述的後橋7連接，所述的車架3上還設有用於固定電缸4的電缸安裝支座304，主電機8和主電機減速機303是為了給軌道車提供合適的動力，及加速和減速運動，其動力作用在前驅或後驅上。主電機8和主電機減速機303設在車架3的下方，主要為了節約空間，並且保證軌道車的運轉平穩。
車體1的下方設有旋轉裝置2，所述的旋轉裝置2與固定設在車架3上的三個電缸4分別連接，旋轉裝置2同造型安裝在一起，並通過三個電缸連接到車架3上，車架3可以通過旋轉裝置2實現360度旋轉，任意方向啟停。同時三電缸4設置在旋轉裝置2的下方，隨著三個電缸4的獨立上升下降，在旋轉的同時實現車體三個自由度的擺動。
如圖2所示，旋轉裝置2包括用於承載車體1的平臺201、迴轉支承202、迴轉支承座203、旋轉電機206；所述的迴轉支承202外圈固定在平臺201的下方，所述的迴轉支承座203內圈固定設在迴轉支架207上，所述的迴轉軸承座203與迴轉支承202內圈連接，且迴轉支承202繞迴轉軸承座203中心旋轉，所述的旋轉電機206固定設在迴轉支架207上，所述的迴轉支承202的外圈上套設有外圈齒輪208，所述的旋轉電機206連接有減速機205，該減速機205的輸出軸上套設有旋轉小齒輪204，所述的外圈齒輪208與所述的旋轉小齒輪204嚙合。具體工作原理是，旋轉電機206進行工作，帶動減速機205轉動，設在減速機205上的旋轉小齒輪204進行旋轉，旋轉小齒輪204帶動套設在迴轉支承202套設的外圈齒輪208轉動，進而帶動迴轉支承202轉動，帶動車體1轉動，實現車體在同一平面上的360度轉動，採用齒輪之間的嚙合來帶動車體的旋轉，主要是為了能夠及時的制動，更加得而安全，同時採用小齒輪帶動大齒輪，在轉動的過程中更加的穩定，並且速度比較慢，適合旋轉的目的，但同時具有安全的保證。
在具體的實施過程中，三個電缸4支撐在迴轉支架207的下方，電缸4帶動迴轉支架207以及迴轉支架207上的旋轉電機206、減速機205、外圈齒輪208和旋轉小齒輪204上下運動，進而使得觀眾感受三個自由度的擺動，具有更好的體驗。
進一步的，為了使得車體1在上下晃動的過程中，能夠實現全方位，多自由度的擺動，三個電缸4按照構成等腰三角形的形狀布局，且該等腰三角形中頂部的電缸4靠近前橋6一端，在晃動的過程中，三個電缸4可以同步或者獨立運行，達到多方位、多自由度的擺動，解決了目前軌道車只能前後左右擺動的缺陷。
如圖3-1所示，在旋轉裝置2的底部的迴轉支座203和車架3之間設置了安全臂302，安全臂302的下端通過活動轉軸807活動安裝在車架上，安全臂302的上端連接一隻十字軸萬向節807，該十字軸萬向節807包括縱軸和橫軸，分別與車身長度和寬度方向一致，縱軸則通過銷軸808與迴轉支座203活動聯接。其中三個電缸4沿三角形支承在迴轉支承202的下方，當其中的任一隻電缸4上下伸縮時，由於十字軸萬向節807的作用，使得迴轉支承202可以靈活擺動而不會出現機械幹涉以及帶來較大的扭轉力。此外安全臂呈剪刀形狀，只能繞下端的活動轉軸806旋轉，對電缸的運動行程進行限位，一旦出現電缸故障時，可保證迴轉支承202及它上面的座椅可以安全回落到機架上，避免迴轉支承亂翻轉，使整個導軌車更加安全，這種安全臂302和十字軸萬向節807相結合的結構具有簡單可靠等優點，在滿足靈活轉動的同時，起到了較好的安全冗餘作用。
如圖3和圖4所示，車架3的前後兩端分別設有防撞裝置301，該防撞裝置3主要用於軌道車在運動的過程中發生碰撞時，能夠保護軌道車上遊客的安全。防撞裝置301包括防撞欄305，與車架3前端或後端固定連接的套筒306，所述的防撞欄305上固定連接有套杆307，該套杆307與防撞欄305連接的一端上套設有擋環308，套杆307的另一端伸入到套筒306中，所述的套杆307上套設有防撞彈簧309，該防撞彈簧309位於擋環308與套筒306之間，防撞欄305的長度大於車架3前端或後端的長度，主要是對車架3進行全部的減震，同時在連接的過程中，為了更加的安全穩定，所述的防撞欄305上設有兩個套杆307，車架3的前端或後端分別設有兩個套筒與套杆307配合，在兩個防撞彈簧的作用下，在發生碰撞時，緩衝力得到大大的減小，有效的防止了因碰撞帶來的危害。
如圖5至圖7所示，軌道車的導軌單元包括承重導軌804和滑線導軌803兩部分，鋪設在高低起伏的地面802，長度數十米至數千米，小車沿著軌道前進，可進入不同的場景區進行體驗。其中承重導軌804採用橫截面為「工字型」的鋼軌製成，由於軌道車較重，採用動力電源供電，故在承重導軌804的兩側同步鋪設了滑線導軌803，通過軌道車上的取電裝置將動力電引入軌道車中，驅動軌道車前進及提供其他電源。
本發明採用兩條滑線導軌803，並在軌道車上配置了兩套碳刷，其目的在於一旦一套滑線軌道故障時仍可工作。具體的方案時，每套滑線軌道對應有A、B、C、三相供電端及接地端，對應的碳刷也有四隻接觸點。在電箱106內設置有缺相保護器，對兩側的滑線導軌提供的380V電源進行監測，一旦檢測到某一側的供電缺相或者電壓不足，則自動將電源切換至其中的某一路上，確保供電的可靠性。此外也可以通過兩套供電單元並聯對軌道車供電，減小單只滑線軌道的負荷，降低其額定電流及所需的材料和器件要求。
為了使得軌道車按照設定的路線運動，在軌道車的車架3下方設置有導向裝置5，導向裝置5通過定位軸501固定在車架3上，該導向裝置5位於前橋6和後橋7的下端中部，前後輪均設置有獨立的導向裝置5，驅動其對應的車輪轉向裝置9轉動，使軌道車沿承重軌道804進行轉彎及直行運動。
圖5和圖6中，導向裝置5通過定位軸501固定在車架3上，每隻導向裝置5包括固定在連接座508兩端的前後兩組導向輪505和前後兩隻支撐輪904，每組導向輪505包括兩隻水平設置在工字型鋼軌的腰部的導向輪505，支撐輪904固定在機架3上，並支撐在工字型鋼軌的上端面上部，全部軌道車的重量基本就壓在支撐輪904上。導向輪505通過支輪架507固定在連接座508上，兩隻導向輪505之間的間隙略大於工字型鋼軌的腰部的寬度；通常工字型鋼軌的腰部的寬度為10mm，則兩隻取電導向輪108之間的間隙取11-13mm。每輛車中包含八隻導向輪505、四隻支撐輪904，分別設置在前後輪下部。
車輪轉向裝置9是由連接前橋6或後橋7中兩邊輪轂的連杆901、設在連杆901中部的轉軸902、將轉軸902與導向裝置5連接的轉向擺臂903組成，其中轉向擺臂903與導向裝置5上的連接座508相固聯。
當導向裝置5遇到承重軌道804轉彎時，前輪導向裝置中最前端的兩隻導向輪505先感知彎道並偏離直線位置，進而與前輪導向裝置中後面的兩隻導向輪505之間傾斜形成一個水平夾角，該傾斜動作進而通過連接座508傳遞至轉向擺臂903，轉向擺臂903撥動轉軸902轉動，進而帶動連杆901驅動前輪的兩隻輪胎發生傾斜，其傾斜方向與導向裝置5的傾斜方向一致，實現了前輪的轉彎，同樣道理，後輪也是通過其獨立的導向裝置5進行的轉彎。這種方法的優點是轉彎時只有輪胎801跟著導向裝置5進行傾斜轉動，而車架3不隨輪胎傾斜轉動，與現有軌道車的車架和輪胎一起旋轉技術相比，減小了轉彎對軌道的壓力，並且轉彎時前後輪胎不會出現大幅搖擺的問題。
作為一種優選的實施方式，如圖6所示，在連接座508和支輪架507之間設置有平行擺臂503，每隻平行擺臂503的兩端分別通過轉軸504活動固連在連接座508和支輪架507上，使得平行擺臂503的兩端均可以繞著轉軸504進行旋轉，此外在前後兩隻支輪架507之間設置有拉簧506。設置平行擺臂503的作用是在上下坡時平行擺臂503可以上下擺動，避免硬聯接造成的上下坡時導向輪505卡死在承重軌道804上，並在拉簧506和重力的作用下保持一定的彈力，同時也起到運動中的緩衝作用。
如圖8、圖9和圖10所示，取電裝置類似於小車一樣，設置在軌道車的下部或尾部，取電小車採用與軌道車基本類似的導向裝置，區別在於：(1)取電小車服務的對象是碳刷和滑線軌道，因而其運行軌跡的精度要求較高，否則會出現碳刷接觸不良造成的缺相或電壓不足；(2)取電小車只需要高精度地沿軌道運行，使得碳刷接觸良好即可，不需要像軌道車一樣帶動車輪轉向裝置9轉動。(3)取電小車的重量較輕，前後輪的跨距可以很小，而且不像軌道車一樣載荷會發生較大的變化。
為了實現高精度的取電小車運行，本發明的取電導向裝置包括前導向輪組101、後導向輪組102、連接在前導向輪組101和後導向輪組102之間的連接架103，連接架103的兩側分別設有碳刷安裝板104，碳刷105設置在碳刷安裝板104上，連接架103的上方設有電箱106，碳刷105與電箱106電連接。其中前導向輪組101和後導向輪組102均包括兩隻取電導向輪108、兩隻取電固定輪109和一隻取電支撐輪110，整個取電小車包括四隻取電導向輪108、四隻取電固定輪109和兩隻取電支撐輪110。取電支撐輪110支撐在工字型鋼軌的上端面上部，需要撐到全部取電小車的重量。兩隻取電導向輪108水平設置在工字型鋼軌的腰部，兩隻取電導向輪108之間的間隙略大於工字型鋼軌的腰部的寬度，其尺寸和材料與軌道車的參數相同。
圖8和圖9中，前導向輪組101和後導向輪組102是相同的導向輪組，每個導向輪組包括兩個取電導向輪108，兩個取電固定輪109，一個取電支撐輪110，沿垂直方向固定在連接架103下方的兩個導向輪軸111，取電導向輪108通過導向輪軸111與連接架103連接，且取電導向輪108的端面與連接架103平行，取電固定輪109分別通過定位銷112固定在取電導向輪軸111的中部，且設在兩個導向輪軸111中的取電固定輪109位於兩個導向輪軸111的內側，所述的取電支撐輪110通過穿在取電支撐輪110中心線上的螺杆113活動連接在兩個導向輪軸111之間，且該取電支撐輪110位於兩個取電固定輪109中心的正上方。
進一步的，為了保持取電支撐輪110在安裝的過程中可以位置調節，並且時刻保持在取電固定輪109的正上方，因此螺杆113的兩端分別與兩個導向輪軸111連接，且取電支撐輪110與導向輪軸111之間設有一個套設在螺杆113上的定位套114。
與前述軌道車導向裝置5相區別的是，取電導向裝置多了兩隻取電固定輪109，該取電固定輪109垂直設置在工字型鋼軌上端面的下部，而且取電固定輪109的輪廓與工字型導軌的截面相適應，輪子的截面不是圓柱形而是圓錐形。其目的是通過取電導向輪108、取電固定輪109和取電支撐輪110，從側面雙向、頂面和底面對導軌和上部和中部進行了限位，確保了取電小車沿著導軌高精度的運行，這樣安裝過程中只要保證滑線導軌803與承重導軌804的相對位置精度和尺寸精度，就可以確保碳刷105和滑線導軌803之間良好的電導通，大大提高了取電的可靠性。
為了解決上下坡時容易出現的取電導向裝置卡死在軌道的現象，每隻取電導向輪108和對應的取電固定輪109均通過垂直方向的導向輪軸111與連接架103固聯，其中前導向輪組101和後導向輪組102中至少有一組的導向輪軸111上方設置有緩衝彈簧107，使得上下坡時具有一定的擺動餘量，不至於卡死；至於轉彎情況下，實踐證明，由於取電小車的前後跨距尺寸較小，且重量較輕，在保持兩隻取電導向輪108之間的合理間隙情況下，在轉彎時則不受影響，不會出現被取電導向裝置被卡死在軌道上的現象。
以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。