CN101875355A - 侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，其采用驱动轮与轨道壁摩擦产生的侧向摩擦力作为驱动力和每节驱动的全驱动运行模式，凹形轨道与升降闸轨组成的轨道系统，磁垫悬浮与空气悬浮结合的近悬浮系统，解决了磁悬浮列车没有轮子制动能力差的问题，高架轨道的施救难、占地多、建设投入大的问题，电磁辐射对人、环境的损害问题，磁悬浮线路形不能路网、性价比差、不能普及的问题，传统道碴、枕木式轨道系统遇冰雪天气轨道阻塞不易疏通的问题，同时侧动力不受钢轨摩擦系数和发动机额定功率的限制，能达到持续加速的作用，凹形轨道对列车驱动轮进行反压制不致脱轨，从而达到悬浮、高速、安全、适用、普及应用之目的。

Description

侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统

技术领域

本发明涉及一种侧动力全驱动近悬浮轨道列车，其采用驱动轮与轨道壁摩擦产生的侧向摩擦力作为驱动力，并采取每节驱动的全驱动运行方式，采用凹形轨道及其升降闸轨形成路网，采用磁垫悬浮与空气悬浮相结合产生近悬浮效果，并可采用电热融化清除冰雪对轨道的阻塞，达到悬浮、高速、安全、可靠、适用、经济，普及应用之目的。

背景技术

现有磁悬浮技术掌握在少数专家、教授手中，是不具备应用条件的。况且因为现有磁悬浮列车没有轮子，在突然情况下的制动能力不可靠，遇突然停电，靠滑动摩擦很危险；没有轮子，拖出事故现场很困难。同时磁悬浮列车必须采用高架轨道，发生事故时救援很困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。且高架梁的绕度必须小于1毫米，高架桥跨要小于25米，桥墩基础要深30米以上。修建磁悬浮列车占地多，对环境影响比较大。由于受电磁辐射及运行动力学的影响，轨道两侧各100M～500M内不允许有其他建筑物的。磁悬浮列车的高感应磁场对人体磁场的干扰和影响是明显的。磁悬浮线路形不成路网，点到点的交通工具是没有效益的，同时性价比是很差的，投资大、运营成本高、乘客花钱多。总之，现有磁悬浮列车不具备普及应用的条件。

现有轮轨式列车线路采用的是钢轨、枕木、道碴铺就的线路，一旦遇下雪结冰天气，线路阻断，很难清除。同时轮轨式列车的速度受钢轨的摩擦系数、粘着力和发动机额定转速的限制，速度无法无限提升。

发明内容

为了克服现有磁悬浮列车无轮子速度难控制，高架轨道施救难、占地多，电磁辐射对环境影响大，形不成路网，性价比差和轮轨式列车线路受冰雪天气影响大，速度受轨道摩擦系数和发动机额定功率的限制的弊病，本发明提供一种侧动力全驱动近悬浮轨道列车。本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一、凹形轨道设计。将列车运行的轨道设计为平面、斜面与弧面相结合的规则的凹形轨道，凹形轨道取中线左右对称。凹形轨道分成上中下底四部分，上半部为平面，中部为斜面，下半部为垂直内凹的弧形壁，底部为平面，斜面与垂直内凹的弧形壁夹角大于180°。上部的平面和中部的斜面上都装有强磁铁块，用于与安装在列车底部的强磁铁块同性相斥形成悬浮力。下部的垂直内凹的弧形壁前表面安装耐磨不锈钢板，用于与驱动轮摩擦产生侧向摩擦力为列车提供动力。垂直内凹的弧形壁的作用是对驱动轮起到反压制，使悬浮列车高速运行时不脱轨。凹形轨道的底部安装有排水管道、排污管道和电热管。电热管的作用是在积雪结冰的情况下通电加热使冰雪消融，保证畅通。

二、闸轨设计。在轨道分叉口交叉部位采用闸轨设计。闸轨的形状即为凹形轨道一侧的一段，安装在轨道底部，可升可降可移动，升时作为闸轨，降时则隐藏在轨道底部。为了使闸轨便于机械化控制移动，闸轨其它伸出部件必须折叠起来。这样设计的目的是使凹形轨道连接形成四通八达的路网。

三、近悬浮设计。1、在列车底部悬浮底盘下两腰部安装强磁铁块与装在轨道上的强磁铁块同性相斥产生悬浮力；2、在列车顶部安装升力顶盖，内装由高弹性橡皮制成的充气皮囊，在列车高速运行过程中向充气皮囊充气会产生一定的升力，对列车有提吊的作用；3、列车头及车箱体采用宽体流线形设计，列车箱截面近似园形，中部有明显的鼓隆起，目的在增加空气升力；4、车头布有进气道，进气道与充气皮囊相通。列车在运行过程中，由于压差的原因会对充气皮囊进一步充气，进一步鼓起产生较大的提升力。这样设计的目的是最大限度地抵消列车的大部份重量，减小对轨道的压力，使列车能够悬浮于轨道上，保持在接触与不接触之间。

四、承重轮和方向轮设计。在列车悬浮底盘两侧下面左右对称安装两排承重轮子，承重轮子全是胶轮；靠列车头最前面的一对轮子为方向轮，控制列车转弯，其他轮子都是靠摩擦力无阻力旋转。这些轮子的作用是承重和控制方向，避免列车底部与轨道面碰触损毁。列车运行时，承重轮子与轨道面处在接触与不接触之间；列车停靠静止时，承重轮子与轨道是接触的，列车有一部份重量需要这些轮子来承载。

五、侧动力设计。动力电动机作为列车的动力源安装在列车底部，车头，每节车箱两侧左右对称安装，电动机的轴向垂直于轨道底面。对称的两部电动机之间安装伸缩机，伸缩机由主机和左右对称的两个电机箱、齿夹、滑轨组成；主机上装有进气管、排气管和伸缩舌杆，进气管与排气管与高压泵相连接，电机箱连接伸缩舌杆，电机箱在伸缩舌杆的带动下可伸何缩，动力电动机就安装在电机箱内。驱动轮直接安装在电动机的转轴上，与垂直内凹的弧形壁的垂直面垂直。电动机及其驱动轮在伸缩机的带动下与垂直内凹的弧形壁面接触或分开；驱动轮在电动机的带动下旋转，与垂直内凹的弧形壁摩擦产生侧向摩擦力，即平行于列车前进或后退方向的摩擦力，为列车运行提供动力。驱动轮在控制系统的控制下与垂直内凹的弧形壁的接触紧或松，正转或反转，控制列车加速、减速或制动。每节车箱下都装有动力装置，为每节驱动，作用力同方向，其合力为总动力。

本发明的有益效果是：避免了磁悬浮列车因没有轮子制动能力差引起的一系列问题；避免了高架轨道所造成的施救难、占地多、建设投入大等一系列问题；避免了电磁辐射对人、环境所造成的损害；避免了磁悬浮线路形不能路网、性价比差、不能普及等一系列问题。因为驱动轮直接作用于轨道壁产生推动力，没有多余的中间环节，作用力全部用于做功，做功效率高；列车每节驱动，作用力同方向，总作用力大；列车处在临界悬浮状态，其运行状态是滚动滑行，所需推力大大减小，所以列车耗能可以降低到最低程度。列车运行速度是力直接作用的结果，列车完全处在不断加速运行状态下，不受电动机额定转速的限制和轨道壁摩擦系数的限制；列车运行的动力是侧向摩擦力，侧向摩擦力的大小只与列车的加速有关，而不能对列车的运行速度产生副作用，所以列车速度可以达到一个理想的速度。由于采用凹形轨道，轨道是规则的，遇冰雪天气轨道积雪结冰，既可以用电热管加热使冰雪消融，也可以采用专用工具清除障碍。

附图说明

下面结合附图和一实施例(以下称本实施例)进行进一步说明本发明。

图1是凹形轨道

图2是凹形轨道截面图

图3是叉道及闸轨

图4是驱动轮及电动机的组合

图5是伸缩机、电动机和驱动轮的组合

图6是伸缩机构造图

图7悬浮底盘

图8悬浮底盘截面图

图9是悬浮底盘在凹形轨道上图

图10是悬浮底盘在凹形轨道上的截面图

图11是列车头和列车箱的组合

图12是列车箱体主视图

图13是列车、悬浮底盘及其动力机构的组合图

图14是列车悬浮在轨道上图

图15是列车运行侧视图

图16是列车运行主视图

图17是升力顶盖截面图

图中1轨道平面；2、轨道斜面；3、轨道弧形壁；4、强磁铁块A；5、强磁铁块B；6、不锈钢板；7、电热管；8、闸轨A；9、闸轨B；10、驱动轮；11、电动机；12、伸缩机主机；13、电机箱a；14、电机箱b；15、进气阀；16、出气阀；17、滑轨孔；18、电机箱齿夹；19、舌杆；20、滑轨；21、承重方向轮；22、承重自由轮；23、悬浮底盘强磁铁块；24、悬浮底盘；25、凹形轨道；26、升力顶盖；27、车头进气道；28、空调风扇排气道；29、车头照明灯；30、列车；31、动力机组；32、轨道床；33、空气室a；34、空气室b；35、锥形通气道；36、通气道；37、连接弹璜；38、壳体；39、排气孔。

具体实施方式

在图1和图2中，凹形轨道采用钢筋混凝土浇筑，直接铺设在地面上。在下半部弧形壁(3)面安装贴上不锈钢板(6)。电热管(7)一般安装在轨道底部，也可安装在轨道平面(1)或斜面(2)上，因为这些地方是容易积雪和结冰的地方。在轨道底部还必须安装一些排水管道和清除淤积物的通道。在凹形轨道平面(1)上和斜面(2)上分别安装有强磁铁块A(4)和强磁铁块B(5)。

在图3中，升降闸轨(8)和(9)须配以升降机构，不用时隐藏在轨道底部，使用时通过升降机构把闸轨(8)或(9)推移到与行使轨道相吻合的位置并固定好，使列车能顺利通过，并以此组成四通八过的路网。为了使升降闸轨便于机械化控制运动，闸轨主体须是规则的形状，其它伸出部件必须折叠起来方可使用。

在图4中，驱动轮(10)直接安装在电动机(11)转轴上，与轴向垂直，电动机应是立式无级变速电动机。为了保护动力电机，主要是防摇摆撞击，还可以再安装一些保护机构，比如两侧再安装一些缓存冲轮。

在图5和图6中是伸缩机与电动机(11)、驱动轮(10)的组合。电动机(11)安装在电机箱a(13)与电机箱b(14)中。电机箱在伸缩机的舌杆(19)推动下会缓慢地沿着冲过滑轨孔(17)的滑轨(20)左右进行适当移动，使驱动轮(10)与弧形壁(3)的接触保持在适当位置。伸缩机主机(12)上有进气阀(15)与出气阀(16)，主机(12)固定安装在悬浮底盘(24)上。

在图7和图8中，承重方向轮(21)安装在悬浮底盘上靠近列车头的下面两侧，承重轮(22)安装在悬浮底盘两侧。动力电动机(11)及其驱动轮(10)安装在悬浮底盘(24)上。悬浮底盘强磁铁块(23)安装处悬浮底盘两腰处，左右对称分布，与轨道上的安装的强磁铁块一一对应，同性相斥。

图9和图10是悬浮底盘在凹形轨道(25)上的情形。在图11和图12中是列车头与列车箱外形设计一实施例图，采用空气动力学流线形设计，目的在于增加空气升力和减小空气阻力。为了使列车悬浮于轨道上，在列车顶安装升力顶盖(26)，车头进气道(27)与升力顶盖(26)中的通气道(36)、锥形通气道(35)、空气室b(34)、排气孔(39)相通。当列车以高速行驶时，空气通过进气道(27)流向升力顶盖(26)，由于压差的原因升力顶盖(26)通过弹璜(37)向上提吊列车。升力顶盖(26)的截面图如图17所示，由空气室a(33)和空气室b(34)、锥形通气道(35)、通气道(36)、排气孔(39)、连接弹簧(37)、壳体(38)组成，空气室a(33)、空气室b(34)内部为空，空气室b、锥形通气道(35)、通气道(36)、排气孔(39)相通，通气道(36)与列车底层的进气道(27)相通，连接弹璜(37)连接壳体(38)与车箱(28)。

列车两侧三角形壮的是空调风扇排气道(28)，车头安装车前照明灯(29)。图13是列车箱(28)和悬浮底盘(24)和动力机组(31)的组装主视图。图14是列车箱(28)、悬浮底盘(24)、动力机组(31)与轨道(25)的相对位置图。

图15是列车运行模式图，(32)是轨道床，图16是其主视图。

Claims (7)

1.一种侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，由凹形轨道系统、近悬浮系统和侧动力系统组成，其特征是采用凹形轨道并配以升降闸轨组成路网；采用常规磁悬浮并辅以升力顶盖和列车外形空气动力学设计使列车处于近似悬浮状态；在列车底部安装电动机组、驱动轮组和伸缩机组组成侧动力系统，驱动轮组与凹形轨道壁接触并侧向摩擦产生侧向摩擦力为列车提供侧动力，每节车箱都安装有这样的侧驱动机组，为每节驱动的全驱动方式。

2.根据权利要求1中所述的侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，其特征是采用近悬浮系统，列车悬浮底盘下安装有强磁铁块，凹形轨道上安装有强磁铁块，列车底部的强磁铁块与轨道上的强磁铁块同性相斥产生排斥力；列车箱顶部安装升力顶盖，在列车运行过程中由于压差向其充气产生升力提吊列车；列车外形采用空气动力学设计，列车箱截面近似园形，中间两侧明显鼓隆起，在列车运行过程中产生空气升力；在列车底部两侧安装承重轮组，承重轮组与轨道面保持在不接触与接触之间，即处于近似接触状态，承重轮组靠摩擦力滚动滑行。

3.根据权利要求1中所述的侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，其特征是采用凹形轨道系统，凹形轨道系统由凹形轨道及其闸轨组成，凹形轨道上表面是平面，凹下部分为斜面和弧面，斜面和弧面成一大于90°的夹角，弧面取平面与底面垂直，弧面凹向相对中线向外，凹形轨道取中线左右对称，在平面、斜面上都安装有强磁铁块，弧面上安装有耐摩不锈钢板；凹形轨道的叉道通过闸轨导引。

4.根据权利要求1中所述的侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，其特征是在轨道分叉口交叉部位采用闸轨，闸轨即凹形轨道的一段，其形状与凹形轨道一侧的一段相似；闸轨安装在轨道底部，可升可降可移动，升时作为闸轨，降时则隐藏在轨道底部；闸轨分主体和附属部件，附属部件可折叠。

5.根据权利要求1中所述的侧动力全驱动近悬浮轨道列车系统，其特征是采用侧动力系统，动力机组由电动机组、驱动轮组和伸缩机组组成，安装在列车悬浮底盘内，电动机安装在伸缩机的两个电机箱内，轴向垂直轨道底面；驱动轮直接安装在电动机的转轴上，其平面与轴向垂直，与弧形壁垂直面垂直；伸缩机固定安装在悬浮底盘中间；电动机及其驱动轮在伸缩机的带动下沿着滑轨适当左右移动，驱动轮与垂直内凹的弧形壁接触或分开；驱动轮在电动机的带动下旋转，与垂直内凹的弧形壁侧向摩擦产生侧向力。

6.根据权利要求2中所述的近悬浮系统，其特征是在列车箱顶部安装升力顶盖，升力顶盖由空气室、锥形通气道、通气道、排气孔、连接弹簧、壳体组成，空气室内部为空，空气室、锥形通气道、通气道、排气孔相通，通气道与列车底层的进气道相通，连接弹璜连接壳体与车箱。

7.根据权利要求5中所述的侧动力系统，其特征是伸缩机由主机、左右对称两个电机箱、电机箱齿夹和滑轨组成，主机上装有进气管、排气管和伸缩舌杆，主机通过伸缩舌杆连接左右两个电机箱；电机箱内安装电动机，驱动轮直接安装在电动机转轴上，其平面与轴向垂直；进气管和排气管与外部高压泵相连；电机箱在伸缩舌杆的带动下可以沿滑轨适当移动，电机箱齿夹随着移动。

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