CN102806916B - 有翼列车及其导航轨道 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有翼列车，包括电力牵引车和车厢，电力牵引车连接并牵引车厢，所述车厢的顶部、沿列车长度方向均匀布置有若干组翼，该翼为沿水平方向设置的三角翼，电力牵引车的侧面和顶部沿空气流动方向设置有可以收缩的折叠翼。本发明的有翼机车及导航轨道是一项超大型综合性系统技术工程，增加了飞翼、设计了“防脱轨”的环槽滑轮和导轨，其自重轻、摩擦及发热十分小；采用轻型材料制造、内控安全设施接近飞机。因此，制造成本比现有高速火车大约会高出1／10左右，但动力飞车自重轻，惯性冲力小、其本身就多一份安全，运行时自然比普通火车更安全。如按动飞线标准修建新型铁路，每年可为国家减少千亿元（人民币）净投资的浪废，同时；也必将产生更大的综合经济效益。

Description

有翼列车及其导航轨道

技术领域

 本发明涉及铁路与火车方面，具体是一种有翼列车的车厢、电力牵引车、导航轨道、高架枕梁和基墩等配套设施。

背景技术

火车是现代最重要的交通工具之一，其强大的运输能力是汽车、飞机等不可替代的。传统火车是一种低速安全火车，从低速度走向高速度，时间很短，但经历了许多技术过程。安全方面也达到了相当的高度；但是：为了更好的服务于国家，服务于人类，优选更安全，更环保、更经济适用的铁路和机车，是时代进步的需要、是自然的选择。

由于高速列车运行时相对风速可达400Km/h以上，这种高速气流蕴含有巨大能量，但是高速列车的车厢上面没有安装任何翼面，因此，高速气流的能量在高速列车运行和制动时都未得到利用，造成能量浪费。虽然，几年前本人已经提出了有翼火车的概念，但是那时没有形成完整的技术方案，使得有翼火车仅仅是一个构想，没有具体的实施方案，更谈不上大规模建造和使用了。

发明内容

本发明的目的在于：提供一个完整的有翼列车的实施方案，具体包括车厢、电力牵引车、导航轨道、高架枕梁和基墩等配套设施的改进。

本发明所采用的技术方案是：

一种有翼列车，包括电力牵引车和车厢，电力牵引车连接并牵引车厢，所述车厢的顶部、沿列车长度方向均匀布置有若干组翼，该翼为沿水平方向设置的三角翼，电力牵引车的侧面和顶部沿空气流动方向设置有可以收缩的折叠翼。

所述电力牵引车后的第一节车厢为车头，司机在其中操作。

所述电力牵引车所需电能由电轨提供，电力牵引车的前端对应电轨设置有受电装置，受电装置包括通过电线相互连接的受电辊轮和微变电装置，微变电装置的电力输出端通过电线向电力牵引车内部供电。

所述有翼列车的末端连接有助推车，助推车车身为前后两端开口的筒状结构，内部设置有风力发电机，风力发电机的叶片对应迎风面设置、其产生的电能供助推车运动。

所述电力牵引车前端外壳上布置有受电装置的电线保险柱，助推车末端对应保险柱位置设置有铲刀。

所述导航轨道是三根平行设置的轨线，对应有翼列车的底部设置有三排车轮，车轮外周面上的中间部位设置有一圈凹槽、对应轨线外表面，使得车轮骑跨在轨线上。

所述有翼列车底部的车轮包括中间的承重轮和两侧的边轮，承重轮与轮轴采用弹性连接、两侧边轮分别向外偏转30～75°。

所述导航轨道设置在高架路面上。

本发明产生的有益效果是：

本发明的有翼机车及导航轨道是一项超大型综合性系统技术工程，增加了飞翼、设计了“防脱轨”的环槽滑轮和导轨，其自重轻、摩擦及发热十分小；采用轻型材料制造、内控安全设施接近飞机。因此，制造成本比现有高速火车大约会高出1／10左右，但动力飞车自重轻，惯性冲力小、其本身就多一份安全，运行时自然比普通火车更安全。

本发明具有以下优点：

1对地面设施引响小，并且部分候车厅可建在车站道线下。

2全高架铁道线之下可植绿或栽种农作物，这样，将大大节省土地资源和投资，并且更环保。

3不引响地面交通。基于此，建“动飞线”匹配‘‘动力飞车’’应是今后铁路交通发展的上上之选，所需要的就是人们观念的更新，有了新的观念，一切也就顺理成章了。

从上述理论分析看：“有翼火车”空前地实现了与铁轨的柔性接触，采用了减重飞翼和安全级的“防脱轨技术”，在铁路建设史上、翻开了铁路建设和机车制造理论的新篇章。综上所述、建设动力飞车线和制造“动力飞车”是安全的，也是可行的，更是必要的；因为一但实施不仅每年可节省大量土地资源和投资，而且基本上不破坏生态环境，因此早立项、早投资、必将早受益。结论认为：就全国平原，丘林，山区而言，如按动飞线标准修建新型铁路，每年可为国家减少千亿元（人民币）净投资的浪废，同时；也必将产生更大的综合经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2    是本发明车厢的结构示意图；

图３是本发明车厢翼的结构示意图；

图4是本发明导航轨道的结构示意图；

图5是本发明电力牵引车的结构示意图；

图6是本发明受电装置和微变电装置的结构示意图；

图7是本发明助推车的结构示意图；

图8是本发明高架枕梁的结构示意图。

图中标号表示：1-车厢翼、2-车厢、3-车头、4-散热窗、5-折叠翼、6-电力牵引车、7-受电装置、8-受电辊轮、9-电轨、10-桩墩、11-枕梁、12-导航轨道、12-1-边承重轨、12-2-主承重轨、13-车轮、13-1-边轮、13-2-承重轮、14-轮轴、15-连接板、16-螺钉孔、17-受电装置连接框、18-前进气孔、19-齿轮机构、20-电动机、21-采光窗、22-微变电装置、23-负极受电轮、24- L型连接板、25-正极受电轮、26-弹簧、27-前风口、28-助推车翼、29-后风口、30-铲刀、31-高架路面、32-风力发电机、α-边轮翻转角度。

具体实施方式

如图1～8所示，本发明是一种有翼列车，包括电力牵引车6、车头3和车厢2，电力牵引车6连接并牵引车厢2，本具体实施方式中，有翼列车是由电力牵引车6+车头3+车厢2+车尾助推车组成。

车厢2的顶部、沿列车长度方向均匀布置有若干组车厢翼1，该车厢翼1为沿水平方向设置的三角翼。电力牵引车6后的第一节车厢是车头3，车头3的前端呈头锥状，车头3后端呈45°斜面设置。车头3内设置有安全控制系统，司机在车头3内操作、控制有翼列车的所有动作，根据设定的运行时速和相关因素（车厢翼1的受力状况等）来配置电力牵引车6的动力大小。每节车厢2增设一组电磁铁，需要刹车或需要停车时，关闭动力电源并开起电磁铁，磁铁与铁轨相吸，以达到减速停车目的，设计电磁铁为“断开接通”。 注：确保电磁牵扯力不损伤轨线为准。

电力牵引车6通过高强度的大弹簧连接在车头3的前端，突发情况下弹簧连接可起到缓冲作用。电力牵引车6的侧面和顶部沿空气流动方向设置有可以收缩的一对折叠翼5，当电力牵引车6需要爬坡上行的时候，该折叠翼5自动展开、可起到“重力助升”的作用。

电力牵引车6所需电能由电轨提供，电轨9是凸式电源轨。本具体实施方式中，设计电轨9在电力牵引车6的下方，“-”线(负极0线)设计在轨道平台上，距有翼列车底部0.3米；“+”线(正极火线)设计在电力牵引车6左侧2米处，低于轨道平台1米。另外，正极(火线)还可以设计在轨道中间,负极(0线)设计在轨道平台上；又或者，正极(火线)可设为地下电缆。

电力牵引车6的前端对应电轨9设置有受电装置7，受电装置7包括通过电线相互连接的受电辊轮8、微变电装置22和受电装置连接框17，微变电装置22的电力输出端通过电线和受电装置连接框17向电力牵引车6内部供电。受电辊轮8为弹力接触,平时不带电；当电力牵引车6到达相应位置时, 受电辊轮8接触授电轨9, 使受电装置7受电。电动机20通过微变电装置22转换得到380V工作电压，电力牵引车6接收来自于电轨9的电能。负极受电轮23对应设置在“-”线(负极0线)上、正极受电轮25对应设置在“+”线(正极火线)上。注：受电装置7和微变电装置22是一辆小车式车载连体装置。

车头3内同时设置有常规动力系统和航空动力系统，为B型设计。设计机车超速时，车头3最先达到“零”重力。本发明的有翼列车在线路上运行时速400公里时，总重力等于“零”重力。设计有翼列车在运行过程中，总重力小于“零”时，航空动力系统自动断电。

有翼列车的末端连接有助推车，助推车通过高强度的大弹簧26（中间设伸缩轴）连接在尾部车厢2末端后的十米处，突发情况下弹簧连接可起到缓冲作用。助推车车身为前后两端开口的筒状结构，即助推车前端设置有前风口27、末端设置有后风口29，顶部设置有助推车翼28。助推车内部设置有航空助推动力，即考虑设置风力发电机32，但是，电力牵引车6的供电为首选。风力发电机32的叶片对应迎风面设置、其产生的电能供助推车运动，有顺转助推、逆转时形成逆牵引（逆冲制动）的功能。

电力牵引车6前端外壳上布置有受电装置7的电线保险柱，助推车末端对应该电线保险柱位置设置有铲刀30。如果后车跟得太紧（接近2000米），助推车会发出信号警告后面车辆；甚至于后车如果没有减速、慢慢逼近时，“安全卫士”—— 助推车末端的铲刀30会切断后车电力牵引车6前端受电装置7上的电线保险柱，使后车立即减速。注：电力牵引车6前端对应铲刀30的位置、设置有无风阻的小开口，铲刀30可以方便进入，即“电线保险柱”后方为“弹力盾 ”。 

导航轨道12是三根平行设置的钢轨轨线，具体的是：中间的主承重轨12-2(约承担40％的载荷)和两侧的边承重轨12-1。本具体实施方式中，导航轨道12采用窄轨设计，两条边承重轨12-1之间的宽度小于普通铁轨的宽度。设计有翼列车在95％以上的运行路段上，两侧边承重轨12-1不承受重量，只由主承重轨12-2承担有翼列车的全部重量，所以：谓之单轨铁路。对应地，有翼列车的底部设置有三排车轮13，每根轮轴上14上连接有3个车轮13，分别是中间的承重轮13-2和两侧的边轮13-1。承重轮13-2与轮轴14采用弹性连接、两侧边轮13-1分别向外偏转30～75°，且两侧边轮13-1向外偏转的角度α优选40～50°，最优的偏转角度α为45°。车轮13的外周面上的中间部位设置有一圈环状凹槽、对应轨线的外表面，使得车轮13骑跨在轨线上。以上设计，使得有翼列车在运行过程中，总重力小于或等于30％时、由主承重轨12-2承重,总重力大于30％时、由主承重轨12-2和两条边承重轨12-1三条线轨共同承重。

导航轨道12设置在高架路面31上。当下坡、上坡高低落差100米时，该路段长度应达2千米；如落差达300米时、该路段长度应达5000－10000米，在设计施工中应跟据具体情况而定。

本发明的推广实施计划： 

第一步：选择适宜场所修建室内“初级”实验线，长度800—1200米，制造小型的有翼列车（二个小车头3+20节小车厢2）；“小飞车”制造好以后，上线试车，掌握和记录常规牵引力、航空动力牵引力、飞翼提升力等第一手实验材料。此项目投资约100—200万元人民币。

第二步：选择适宜地区，建设商用实验线（新型复线铁路），长度约25--50千米，制造二辆（套）以上商用有翼列车，此二项投资约15----25亿元人民币。建设成功商用实验线和制造好商用有翼列车后，用于商业营运，测试和记录各种数据，改进和完善技术及安全设施。

第三步：把在商用实验线上取得的成熟技术、用于建设远距导航轨道12和制造标准的有翼列车。

理想目标：

一但被批准实施、力争十年左右建成1--2条远距离标准有翼列车和导航轨道12及其配套项目。十五年以后形成初级路网，原始形态的老旧铁路开始分批淘汰，新型铁路开始进入高速发展时期。拆除老旧铁路后，旧钢轨可以回收利用，部分土地可以恢复耕种农作物。

实施要素：

1有翼列车是采用了“轨道导航”模式。 

2为了尽可能走直线，打山洞难免，但有翼列车导航轨道12的隧道长度约只需普铁线的1/2－1/3，因为有翼列车具有可上可下的独特优势。此为可实施的关键要素之一。

3有翼列车是采用轻型材料制造，自重轻、又有飞翼、正常运行（300公里/小时）时、对铁道线的压力十分小，比之于传统火车更俱优势，此为可实施的关键要素之二。

安全性能：

1有翼列车在载荷运行中，其综合安全系数高于现有火车。这是因为有翼列车具有普通火车最顶级的安全动力系统、且其重量（空载质量）轻、又采用了安全级的轨道导航“防脱”技术、安全设置为永不脱轨，所以安全级别高，此为可实施的关键要素之三。

2有翼列车采用直驱动力+航空动力助推模式， 两边边轮13-1即“防脱轨”又“防飞升”、并且起到了承重滑行作用，这样就明显地增强了导航轨道12和有翼列车的安全性和实用性，同时也增强了实施要素理论的说服力。此为可行性的要素之四。

3主承重轮13-2采用高强度弹簧连接，约95％以上的运行路段中为主承重轮13-2（单轮）承重，因此：有翼列车实现了柔性接触，产生的摩擦热(负作用）、约只有普通火车的10％；运行更平稳、更安全、更舒适，此为可行性（可实施）的要素理论之五。

气流引响:

1动飞车一般时速达400公里，前翼对后翼气流引响较小，后翼可以梯级调整倾角和大小，使之在同样速度下、提升重量基本相等。

2设计时速达100公里时，动飞车运行平衡力达正常。

设置与选材：

“动力飞车”与“动力飞车”之间、可选择增加 “永磁排斥”技术，桩墩－可采用间开式桩墩，枕梁下加特制弹簧垫、可实现双柔接触、以消除振波；车箱外壳可以选用植物板和轻金属等轻型材料制造，但要俱备一定的强度和仞性，部分区域需用钢件加固。未来如需要将时速提升到500－600公里/小时、车头车尾需加装弹力盾罩(包括永磁排斥装置）。

发车和换线：

1 如旅客或货物很多，可以连发车，但车距应保持在两千米以上，如接近2000米，后车司机应关闭动力电源减速。

2 车站出入口换线和机车换道，可选用普通铁道模式。

3客车带8—10节车箱，货车带10—15节车厢。为了减小惯性冲力、也可选每个车头带四节车厢模式。

4 列车变道前后2千米处、桩墩和枕梁应加强承重力，移动轨为链接式。

5转换轨道时、机车应减速至100公里左右，这时机车重力自动打开铁路定向变道电机，机车顺利进入叉道运行。变道处自动恢复原有形态。

运行控制 ：

在运行过程中总重力小于50％时，应关闭部分常规动力，总重力小于30％时，关闭全部常规（直驱）动力 、并启动所有航空动力，使机车保持零重力运行态势（80％路线段可以使用这个速度）。

价值分析 ：

1全高架“动飞线”平均高度高于普铁线、造价可能会有增加，但动飞线在柱基、柱墩等方面会大幅节省造价。

2长枕梁——单轨梁（可布三线）铁道更可节省造价40％左右。

3动飞线的导航轨道12比普铁线导轨细、约可节省钢材15％左右。 这是因为有翼列车自身重量轻、静止状态下，约只有普通火车重量的2／3以内，运行时，总重力会更轻。所以：动飞线虽高，却不会增加造价，反而会大幅降低总线路建设成本。

4江河、山谷架桥成本也会相应降低，因为“动飞线”不需要过分强大的承重力。

5 隧道方面：“动力飞车线”与“普铁线”隧道高度，宽度基本一致。长度方面：“动飞线”隧道约只需普铁线的1／2－1／3，此项可大幅节省投资。另外；电轨与铁道枕梁一体，更安全，更节省投资。

举例说明：按“价值分析”估算，以成都－拉萨为例，建设“动飞线 ”比建设“普铁线”约可节省静态投资500亿元（人民币）以上。约节省动态投资1000亿元以上。并且在同等施工强度的情况下，可少用二年左右建设时间、就能完成全线建设任务，产生的综合经济效益应不会低于2000亿元人民币。

Claims (7)

1. 一种有翼列车，包括电力牵引车和车厢，电力牵引车连接并牵引车厢，其特征在于：所述车厢的顶部、沿列车长度方向均匀布置有若干组翼，该翼为沿水平方向设置的三角翼，电力牵引车的侧面和顶部沿空气流动方向设置有可以收缩的折叠翼；所述有翼列车的末端连接有助推车，助推车车身为前后两端开口的筒状结构，内部设置有风力发电机，风力发电机的叶片对应迎风面设置、其产生的电能供助推车运动。

2.根据权利要求1所述有翼列车，其特征在于：所述电力牵引车后的第一节车厢为车头，司机在其中操作。

3.根据权利要求1所述有翼列车，其特征在于：所述电力牵引车所需电能由电轨提供，电力牵引车的前端对应电轨设置有受电装置，受电装置包括通过电线相互连接的受电辊轮和微变电装置，微变电装置的电力输出端通过电线向电力牵引车内部供电。

4.根据权利要求3所述有翼列车，其特征在于：所述电力牵引车前端外壳上布置有受电装置的电线保险柱，助推车末端对应保险柱位置设置有铲刀。

5.根据权利要求1所述有翼列车，其特征在于：所述有翼列车的底部设置有三排车轮，对应的导航轨道是三根平行设置的轨线，车轮外周面上的中间部位设置有一圈凹槽、对应轨线外表面，使得车轮骑跨在轨线上。

6.根据权利要求5所述有翼列车，其特征在于：所述有翼列车底部的车轮包括中间的承重轮和两侧的边轮，承重轮与轮轴采用弹性连接、两侧边轮分别向外偏转30～75°。

7.根据权利要求5所述有翼列车，其特征在于：所述导航轨道设置在高架路面上。