CN102658821A

CN102658821A - 强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道

Info

Publication number: CN102658821A
Application number: CN2012101569754A
Authority: CN
Inventors: 单景州
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明提供一种强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，通过设定地铁车站轨道的高程与地铁客车行进隧道轨道的高程存在一定落差，使地铁轨道在不消耗任何能量的前提下，仅凭其自身的构造便对客车产生加速、减速和高速运行的作用，从而大幅度降低了地铁客车在运行中的能耗，同时提高了乘客的舒适感，节省了时间。强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道可以让两个以上地铁线路之间交叉穿行，彼此不受影响。强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道改变了地铁车站必须与地铁行进隧道位于同一平面的限制，可以建设在较高的位置，甚至完全可以建设在地面上。

Description

强加减速弱惯力,助动、高速、节能型地铁轨道

技术领域

本发明涉及地铁轨道技术领域，确切地说是强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道。

背景技术

目前公知的地铁客车速度一般难以超越40km/h-50km/h的局限，即使依靠发动机的大功率输加快提速，也由于站点密集车站间距小，速度刚被提起尚未达到理想状态便不得不开始减速、制动、停车，以便上下乘客。其结果不仅运行迟缓，还白白浪费大量能源，而车上乘客则始终承受着客车不断启动、刹车所产生的惯力的困扰，没座位的乘客更是前仰后合，左右摆动，踉踉跄跄，站立不稳。

为应对这些问题，地铁客车一般都加大了发动机的功率并完善其制动系统，同时还通过增加运行客车数量的方法缓解乘客待车时间长的难题，但乘客乘坐地铁的时间并没减少，乘车的舒适感没得到改善，虚耗的能源不减反增，而增加运行客车的数量并加大其功率则地加大了运营成本。至于依靠过分减少地铁乘降站点数量来增加速度的方法，则由于其不可避免地减少了乘客数量，降低了地铁在城市运输中的职能和功效，以及有悖设置城市地铁的宗旨，因而也是不可取的。

发明内容

本发明提供了强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，它能有效解决地铁客车运行速度低、乘客舒适感差、浪费能源以及运营成本高等诸多问题。

为解决上述技术难题，本发明的技术方案是：强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，即利用地铁运行隧道在建设时可以向更深层的地下掘进等条件，通过设定地铁车站轨道的高程与客车运行隧道轨道的高程存在一定落差，使地铁客车在位于高处的车站时具有势能，行进至低处的运行隧道时其势能又转化为客车以更高速运行为表现形式的动能，从而在不改变列车发动机输出功率的情况下加大了启动加速度和行进中的速度；当客车进入下一个位于高处的车站停车时，其动能又转化为势能，不需强力刹车便起到制动作用。地铁轨道这种帮助客车启动、制动和高速行进的构造伴随着整个地铁线路，在水平方向上呈现为类似正、余弦的波纹曲线，车站位于谷峰，行进隧道位于谷底。

本发明具有的优点和积极效果：

(1)强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道在不消耗任何能量的前提下，仅凭自身的构造便对客车产生加速、减速和高速行进的作用，最消耗能量的启动和制动环节被弱化，客车所消耗的能量主要用于克服列车运行时产生的摩擦力和空气阻力，从而大幅度降低了地铁客车在运行中的能耗。

(2)与在其它轨道上运行的客车在启动和刹车时产生前、后方向的惯力相比，在强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道上运行的客车加速和减速时所产生的惯力则主要变为上、下方向的，即主要表现为失重和超重，乘客的感觉就像乘电梯上下楼一样，不觉中客车已经达到高速，不觉中高速的客车已经停下，其舒适感明显增强，减少了疲劳度。

(3)强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道对客车产生加速、减速和高速运行的作用大量节省了乘客的乘车、候车时间。

(4)强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道可以使城市各个地铁线路之间交叉穿行、互不影响，因而可以设置更多的地铁线路，可以使城市地铁网更加丰富、完美，可以使人们的出行更加方便、快捷、顺畅，可以使部分货物运输列入地铁序列，可以使城市的很多功能挪移至地下运转和发挥，可以使人们生活、学习和工作的地面环境更加幽美、恬静和舒适。

(5)强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，可以使车站建设在较高的位置，甚至可以完全建设在地面上，减少了施工难度和成本，更方便人们乘坐城市地铁客车。

附图说明

图1为地铁轨道构造示意图；

图2为地铁轨道交叉穿行示意图；

具体实施方案

附图标记含义：地铁车站1、地铁下降上升区间隧道2、地铁行进隧道3。

选择乘降车站与客车行进隧道线路之间高程落差的方法：不考虑地铁客车在运行中产生的摩擦力和空气阻力以及克服该些阻力所消耗的能量等因素，单纯根据机械能守恒定律，可计算出以下理论数据作为选择时的参考值：

行进速度：40km/h 50km/h 60km/h 70km/h 80km/h 90km/h 100km/h

高程落差：6.40m 10.00m 14.40m 19.60m 25.60m 32.40m 40.00m

以上高程落差项下所具有的势能能够产生行进速度项下所具有的动能，反之亦然。也就是说，理论上，排除客车克服摩擦力和空气阻力所做的功，仅凭借着乘降车站与其行进隧道线路之间存在着的高程落差，遵守着机械能守恒定律，通过势能与动能的互相转化，客车就能从前面车站到达后面的车站；当客车进入下一个车站为乘客上下车而停车时，刚好动能又转化为势能，循环往复，简直就是无用功的零消耗运输。

实际运用时不必、也无法做到无用功的零消耗，启动和制动的依次进行是地铁客车不可或缺的必要的操作程序；车站与其前方行进隧道的高程落差具有的势能小于其行进速度具有的动能时，客车发动机提供的能量弥补了其不足；客车行进速度具有的动能大于其隧道与前方车站的高程落差所具有的势能时，客车克服摩擦力和空气阻力以及刹车所消耗的能量抵销了未转化为势能的动能。

行进速度的选择。综合该地铁线路客运量、每列地铁客车载客量、投入运行的客车数量、乘降站点密度、客车的功率、轨道及设施的技术质量水平等各种因素进行计算和选择。对一般城市而言，选择80km/h左右为宜；

高程落差的选择。选定行进速度后，根据以上行进速度与高程落差的对应关系查到相应的高程落差范围，再考虑客车的启动、制动对势能与动能相互转化的影响，隧道向更深层地下掘进的施工成本和地质条件限制，以及轨道在下降、上升区间的长度和坡度等相关因素计算和选择选定高程落差的具体大小。行进速度为80km/h左右时，可以选择20m左右的高程落差。

轨道在下降、上升区间的长度和坡度。虽坡度越大，对客车的加、减速的作用越明显，但必须考虑下降、上升区间轨道的长度和坡度成反比并受到高程落差的限制等因素，另外，平面与坡面用圆切线连接形成的凸面和凹面必须平缓并适合客车顺畅通过。

轨道在通过车站时其方向是水平的，但进站上行和出站下行使车站轨道的前方和后方是向下弯曲的，月台地面随轨道的弯曲而起伏，不管乘客在月台什么方位上车，其月台该处的高度与客车该处车门的高度相适应；轨道在客车出站方向向下弯曲较早，甚至客车在停车时车头就已部分停在轨道下降的坡上，便于客车刚开始启动时便受到轨道的助力。

车站可以建设在较高的位置，甚至可以完全建设在地面上，行进隧道的位置也相应提高，减少了施工难度和成本，更方便人们乘坐城市地铁客车。

两个以上地铁线路之间需交叉穿行时，既可用其行进隧道从另一线路车站的下方穿过，也可利用相对较高或较低的情形，从另一线路行进隧道的上方或下方通过。

强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道以省时节能为主要选项，一组以80km/h速度行进的重60t的地铁客车通过30个乘降车站，一次往返节省的能量在理论上相当于使60个60t的地铁客车达到80km/h速度所需的能量：E＝60×1/2·mv²＝60×1/2×60t×(80km/h)²＝8.8×100000000kg·m/s²·m＝8.8×100000kj，即88万千焦，节省了244度电，按1升柴油可产生3.2度电的标准，相当于节省了76升柴油。

Claims

1.一种强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，利用地铁行进隧道在建设时可以向更深层的地下掘进等条件，通过设定地铁车站轨道的高程与客车行进隧道轨道的高程存在一定落差，使地铁客车在位于高处的车站时具有势能，行进至低处的行进隧道时其势能又转化为客车以更高速行进为表现形式的动能，从而在不改变客车发动机输出功率的情况下加大了启动加速度和行进中的速度；当客车进入下一个位于高处的车站停车时，其动能又转化为势能，不需强力刹车便起到制动作用。

2.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：在不消耗任何能量的前提下，仅凭其自身的构造便对客车产生加速、减速和高速运行的作用，最消耗能量的启动和制动环节被弱化，客车所消耗的能量主要用于克服客车运行时产生的摩擦力和空气阻力，从而大幅度降低了地铁客车在运行中的能耗。

3.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：高程落差项下所具有的势能与行进速度项下所具有的动能基本相当，可以完全相互转化，但选择时两者不必完全一致，还应考虑客车在启动加速时提供的能量，在克服摩擦力和空气阻力以及刹车所消耗的能量等多种因素。

4.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：轨道在下降、上升区间的长度和坡度的选择应考虑下降、上升区间轨道的长度和坡度成反比并受到高程落差的限制等因素，以及平面与坡面用圆切线连接形成的凸面和凹面时必须平缓并适合客车顺畅通过。

5.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：轨道在通过车站时其方向是水平的，但进站上行和出站下行使车站轨道的前方和后方是向下弯曲的，月台地面随轨道的弯曲而起伏，不管乘客在月台什么方位上车，其月台该处的高度与客车在该处车门的高度相适应；轨道在客车出站方向向下弯曲较早，甚至客车在停车时车头就已部分停在轨道下降的坡上，便于客车刚开始启动时便受到轨道的助力。

6.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：车站可以建设在较高的位置，甚至可以完全建设在地面上，行进隧道的位置也相应提高，减少了施工难度和成本，更方便人们乘坐城市地铁客车。

7.根据权利要求1所述的强加减速弱惯力，助动、高速、节能型地铁轨道，其特征在于：两个以上地铁线路之间需交叉穿行时，既可用其行进隧道从另一线路车站的下方穿过，也可利用相对较高或较低的情形，从另一线路行进隧道的上方或下方通过。