CN103264704A - 一种单轨气垫式超高速电飞车 - Google Patents

Abstract

一种单轨气垫式超高速电飞车，包括汲气电车头、车辆连接器、诸多中间车辆、护气电车尾。汲气电车头、诸多中间车辆、护气电车尾均依靠车辆连接器首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。通过对气垫技术中最新裙边材料突破性成果的运用，解决宽气垫长久耐用难题，让气流阻力变浮力，加之“压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组”的独创设计，列车主要牵引力的获取改变为水平转动的“一体化左右水平夹行轮组”提供，列车主要牵引力基本上与列车自身重量无关。在保持跨座式单轨铁路优点同时改掉以往气垫技术的不足——难控制、稳定性差、噪声大、牵引力能耗高等。提供一种快捷、高效、安全、环保、低成本的现代新型交通运输工具。

Description

一种单轨气垫式超高速电飞车

技术领域

本发明涉及一种单轨电车，特别是涉及一种气垫式单轨电车。

背景技术

虽然人类已拥有了各种各样的现代交通运输工具, 但人类对运输的快捷、高效、安全、环保、低成本的追求从未停止过。目前比较成熟的超高速技术主要是磁悬浮技术, 然而在其造价极为昂贵的同时, 磁悬浮仍存在着待进一步改进的高难技术问题。国际上也曾有过许多国家专门研究过气垫车技术，前苏联采用和气垫船类似的气垫原理, 进行气垫车的研制,由于稳定性问题难以解决停止了研制；法国、英国和德国则采用喷气发动机的高压喷气, 使带滚轮的车体底部和两个铁轮之间形成高压气垫, 于是车体悬浮, 并在喷气发动机的推动下, 快速运行，它在研制过程中遇到了两个问题, 一个是大尺寸高压气垫运行不稳定, 另一个是供给气垫压缩空气的喷气发动机和产生推力的喷气发动机两者的噪声污染难以解决, 于是纷纷下马。美国人70 年代曾提出带翼“气垫车”设想, 它在一个带车轮的箱子两边安装短翼, 短翼带攻角, 把它放在一个槽内, 靠发动机的推力来产生升力和前进动力, 花了不少钱, 做了大量实验, 稳定性问题难以解决, 没有继续下去。90 年代日本人继承美国人的带翼“气垫车”思想, 并进行工程化, 使用一种叫“地翼(WIG) ”的技术, 车前和车后分别有一对短翼, 翼尖附有垂直稳定鳍, 平面路轨两边有围墙。最后国际上仅剩日本一家继续研制带翼“飞行列车”, 为了解决稳定性, 计划在2020 年实现时速500 公里, 座位335 个。在我国, 已有授权的专利“气浮车”, 是将现有火车的车辆底盘, 滚轴, 滚轮, 弹簧等去掉, 换成气道连通的长方形底盘, 在底盘上安装四个通气腿, 尾部安装正反向推力螺旋桨, 放在铁轨上。在低压小流量压缩空气作用下, 车的腿依靠气膜而悬浮, 然而这种气悬浮车的研制也基本处于停顿状态。国内目前还有人提出运用高速风机与磁悬浮相结合的思想, 却因在现有技术上没有根本性的改进, 仍不具备新的研究价值。然而为最终实现人类对现代运输工具的快捷、高效、安全、环保、低成本的梦想, 本发明人秉承已发表的“对超高速接触式宽气垫悬浮卡轨电车的探索”论文为基础，经过近六年不停的改进实验，充分汲取气垫船裙边材料在近几年重大突破性成果，参照运用跨座式单轨铁路车辆的如下诸多优点：（1）采用橡胶轮胎，降低了噪音；列车采用电力牵引，无废气产生；而且由于是直流电源供电，不产生电磁波, 所以对沿线的环境和居民生活影响很小。（2）轨道梁的梁宽很小，支柱结构细长，占地面积很小，可以建在道路的中央分隔带和较狭窄街道上，走行轮的摩擦系数较大，列车爬坡能力强，车辆轴距小，能通过较小的曲线半径，因而适应地形能力强，可以在建筑物密集和地形起伏大、坡陡弯急的地方建造。（3）车辆运行速度快、加减速性能好，三种轮胎都配有钢制备用轮胎，充分保障了系统的运营安全。（4）标准轨道梁可以在工厂预制，现场拼装，从而缩短建设工期；牵引电网接触导线刚性布置在轨道梁的侧壁，也比架空接触网和第三轨受电方式施工简便，工期短。（5）同时车辆的供电装置设在轨道梁上，没有架空接触网，给行人的压抑感也小。（6）系统的运行采用全封闭模式，与其它交通形式不相互干扰，因此单轨列车运行稳定、安全、正点。为努力探索克服跨座式单轨铁路的二个主要缺点：（1）跨座式单轨铁路能耗较大的缺点，究其主要原因是由于走行轮胎和轨道梁之间的摩擦系数较大, 因而能源消耗较大。于是发明人提出了本发明专利“一种单轨气垫式超高速电飞车”。本发明通过对气垫技术中最新裙边材料突破性成果的运用，解决宽气垫长久耐用难题，让气流阻力变浮力，做到让摩擦阻力降到最小的同时又能附带产生前进的牵引力。加之“压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组”的独创设计，列车主要牵引力的获取改变为水平转动的“一体化左右水平夹行轮组”提供，列车主要牵引力基本上与列车自身重量无关。在列车获取空气浮力依靠悬浮效果试图脱离地面降低摩擦阻力的同时又能从地面获取前进的推力，而不同于飞机的浮力与前进的推力全靠空气，故取名“电飞车”。在降低能源消耗的同时，又保证超高速。（2）针对跨座式单轨铁路道岔结构复杂， 搬动比较费时, 因而限制了列车运行间隔的另一缺点，同一发明人提出了另一孪生发明专利 “一种采用升降并行式道岔的单轨电车轨道”，道岔结构极其简单，道岔变更时间不超过一分钟。

发明内容

本发明的目的是利用气垫效果有效克服跨座式单轨铁路能耗较大的缺点，在保持跨座式单轨铁路优点同时改掉以往气垫技术的不足——难控制、稳定性差、噪声大、牵引力能耗高等。提供一种快捷、高效、安全、环保、低成本的现代新型交通运输工具。让气垫、电能、单轨、夹行轮等技术简易巧妙地结合在一起，充分发挥各自优点，最大程度上限制各自不足。

本发明一种单轨气垫式超高速电飞车的技术方案是：包括汲气电车头、车辆连接器、诸多中间车辆、护气电车尾。其中汲气电车头有电车头两侧受电弓、电车头牵引电机、防护网、汲气电风机、电车头前挡板、电车头前裙边、电车头两侧挡板、电车头两侧裙边、电车头转向架、电车头厢体。中间车辆有车辆两侧受电弓、车辆牵引电机、车辆转向架、车辆两侧挡板、车辆两侧裙边、车辆厢体。护气电车尾有电车尾受电弓、电车尾牵引电机、电车尾转向架、电车尾两侧挡板、电车尾两侧裙边、电车尾后裙边、电车尾后挡板、电车尾厢体。电车头转向架有转向架基座、齿轮箱、带压力感应弹簧轴座、上左右水平夹行轮、下左右水平夹行轮、两侧稳定轮。其特征在于：所述的汲气电车头、诸多中间车辆、护气电车尾均依靠车辆连接器首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。汲气电风机、电车头前挡板、电车头前裙边、电车头两侧挡板、电车头两侧裙边、电车头厢体底板、车辆两侧挡板、车辆两侧裙边、车辆厢体底板、电车尾两侧挡板、电车尾两侧裙边、电车尾后裙边、电车尾后挡板、电车尾厢体底板、车辆连接器与连体地板及电飞车轨道共同在电列车底部围成一个以汲气电风机处为气流主要入口各裙边与连体地板、轨道之间缝隙为气流主要出口的长条型可以对电列车产生气悬浮作用的气腔。在汲气电车头中，防护网在列车最前端，电车头两侧受电弓与电车头牵引电机、汲气电风机相通；在电车头转向架中，转向架基座是所有转向架上其它部件的依附体，坚固高强度难变型，上端与电车头厢体相连，下端牢牢夹住电飞车轨道，一个转向架至少装配有四个上左右水平夹行轮、四个下左右水平夹行轮、四个稳定轮；八个水平夹行轮（即压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组）通过带压力感应弹簧轴座可以被紧紧压在电飞车轨道两侧，而且左右水平夹行轮夹住轨道的压力可依据牵引力大小需求来调节；四个稳定轮分别垂直装配在转向架基座上端的两侧，可垂直运行在电飞车轨道的轨道面；齿轮箱连接至少十二个轮子与驱动电机，让所有轮子协同转动。中间车辆分有驱车辆转向架与无驱车辆转向架二种选择，选择有驱车辆转向架，则车辆两侧受电弓、车辆牵引电机、车辆转向架与汲气电车头中的电车头两侧受电弓、电车头牵引电机、电车头转向架类同；选择另一种无驱车辆转向架，车辆上不装配车辆两侧受电弓、车辆牵引电机，并且车辆转向架内的水平夹行轮不再加压，这样车辆转向架是无驱车辆转向架。护气电车尾的电车尾受电弓、电车尾牵引电机、电车尾转向架、电车尾两侧挡板、电车尾两侧裙边等与中间车辆相应部件类同，只是在普通中间车辆的基础上加装了电车尾后裙边与电车尾后挡板作为整个电飞车的尾部。

本发明公开了一种单轨气垫式超高速电飞车，其特点是在汲气电车头中，电车头牵引电机、汲气风机通过电车头两侧受电弓从电飞车轨道两侧正负极接触线获取直流电源，其中电车头牵引电机通过电车头转向架驱动上左右水平夹行轮、下左右水平夹行轮、两侧稳定轮产生电车主要前进牵引力；由于八个水平夹行轮（即压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组）通过带压力感应弹簧轴座可以被紧紧压在电飞车轨道两侧，而且左右水平夹行轮夹住轨道的压力可依据牵引力大小需求来调节，因此电飞车强劲牵引力的获取稳定可靠，夹行轮与稳定轮从（左右上）三个方向紧紧抱住电飞车轨道的同时均可采用橡胶轮胎，并且整个电车在轨面上的高度不高，重心也比较靠近轨道面中心位置，在实现超高速的情况下，电车运行平稳且低噪声，基本上不受气悬浮及电车自身重量的影响。而汲气电风机高速转动将电车前进方向的前端空气快速汲入电车头厢体底板之下，并产生部分的辅助前进牵引力，由于电车自身超高速前进，列车前端空气由于惯性会顺着通道被导入电车头厢体底板之下，这样汲气电风机不会消耗过多的电能，主要还是调节电车底部产生气悬浮效果的气腔内气压的作用，噪声可控；虽然各裙边与连体地板及电飞车轨道间的缝隙为气流主要出口，但缝隙长且有一定的气密性，噪声同样可控。防护网在电车头的最前端将过滤空气中较粗的杂物。由于汲气电风机、电车头前挡板、电车头前裙边、电车头两侧挡板、电车头两侧裙边、电车头厢体底板、车辆两侧挡板、车辆两侧裙边、车辆厢体底板、电车尾两侧挡板、电车尾两侧裙边、电车尾后裙边、电车尾后挡板、电车尾厢体底板、车辆连接器与连体地板及电飞车轨道共同在电列车底部围成一个以汲气电风机处为气流主要入口，各裙边与连体地板、轨道之间缝隙为气流主要出口的长条型可以对电列车产生气悬浮作用的气腔，特别是在电车高速运行时，强劲的车底气压作用将形成气垫车的效果，大大减少电车重量对轨道的压力，从而减少电车前进的磨擦阻力。利用气垫效果有效克服跨座式单轨铁路能耗较大的缺点，在保持跨座式单轨铁路优点同时改掉以往气垫技术的不足——难控制、稳定性差、噪声大、牵引力能耗高等，满足人类对运输工具的快捷、高效、安全、环保、低成本的追求，实现本发明的目的。

附图说明

图1是本发明的第一实施例（有驱车辆转向架）的结构示意图。

图2是第一实施例中汲气电车头4的 A-A方向（有轨道2）的剖面示意图。

图3是第一实施例中汲气电车头4的 A-A方向（没有轨道2）的剖面示意图。

图4是第一实施例中中间车辆6的 B-B方向剖面示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种单轨电车，特别是涉及一种气垫式单轨电车。如图1－图4所示：包括汲气电车头4、车辆连接器5、诸多中间车辆6、护气电车尾7。其中汲气电车头4有电车头两侧受电弓40、电车头牵引电机41、防护网42、汲气电风机43、电车头前挡板44、电车头前裙边45、电车头两侧挡板46、电车头两侧裙边47、电车头转向架48、电车头厢体49（电车头厢体底板491）。中间车辆6有车辆两侧受电弓60、车辆牵引电机61、车辆转向架62、车辆两侧挡板63、车辆两侧裙边64、车辆厢体65（车辆厢体底板651）。护气电车尾7有电车尾受电弓70、电车尾牵引电机71、电车尾转向架72、电车尾两侧挡板73、电车尾两侧裙边74、电车尾后裙边75、电车尾后挡板76、电车尾厢体77（电车尾厢体底板771）。电车头转向架48有转向架基座480、齿轮箱481、带压力感应弹簧轴座482、上左右水平夹行轮483、下左右水平夹行轮484、两侧稳定轮485。

本发明其特征在于：所述的汲气电车头4、诸多中间车辆6、护气电车尾7均依靠车辆连接器5首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。汲气电风机43、电车头前挡板44、电车头前裙边45、电车头两侧挡板46、电车头两侧裙边47、电车头厢体底板491、车辆两侧挡板63、车辆两侧裙边64、车辆厢体底板651、电车尾两侧挡板73、电车尾两侧裙边74、电车尾后裙边75、电车尾后挡板76、电车尾厢体底板771、车辆连接器5与连体地板1及电飞车轨道2共同在电列车底部围成一个以汲气电风机43处为气流主要入口各裙边与连体地板、轨道之间缝隙为气流主要出口的长条型可以对电列车产生气悬浮作用的气腔。在汲气电车头4中，防护网42在列车最前端，电车头两侧受电弓40与电车头牵引电机41、汲气电风机43相通；在电车头转向架48中，转向架基座480是所有转向架上其它部件的依附体，坚固高强度难变型，上端与电车头厢体49相连，下端牢牢夹住电飞车轨道2，一个转向架至少装配有四个上左右水平夹行轮483、四个下左右水平夹行轮484、四个稳定轮485；八个水平夹行轮（即压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组）通过带压力感应弹簧轴座482可以被紧紧压在电飞车轨道2两侧，而且左右水平夹行轮夹住轨道的压力可依据牵引力大小需求来调节；四个稳定轮485分别垂直装配在转向架基座480上端的两侧，可垂直运行在电飞车轨道2的轨道面；齿轮箱481连接至少十二个轮子与驱动电机，让所有轮子协同转动。中间车辆6分有驱车辆转向架与无驱车辆转向架二种选择，选择有驱车辆转向架，则车辆两侧受电弓60、车辆牵引电机61、车辆转向架62与汲气电车头4中的电车头两侧受电弓40、电车头牵引电机41、电车头转向架48类同；选择另一种无驱车辆转向架，车辆上不装配车辆两侧受电弓60、车辆牵引电机61，并且车辆转向架62内的水平夹行轮不再加压，这样车辆转向架62是无驱车辆转向架。护气电车尾7的电车尾受电弓70、电车尾牵引电机71、电车尾转向架72、电车尾两侧挡板73、电车尾两侧裙边74等与中间车辆6相应部件类同，只是在普通中间车辆6的基础上加装了电车尾后裙边75与电车尾后挡板76作为整个电飞车的尾部。

本发明的特点是：在汲气电车头4中，电车头牵引电机41、汲气风机43通过电车头两侧受电弓40从电飞车轨道2两侧正负极接触线获取直流电源，其中电车头牵引电机41通过电车头转向架48驱动上左右水平夹行轮483、下左右水平夹行轮484、两侧稳定轮485产生电车主要前进牵引力；由于八个水平夹行轮（即压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组）通过带压力感应弹簧轴座482可以被紧紧压在电飞车轨道2两侧，而且左右水平夹行轮夹住轨道的压力可依据牵引力大小需求来调节，因此电飞车强劲牵引力的获取稳定可靠，夹行轮与稳定轮从（左右上）三个方向紧紧抱住电飞车轨道2的同时均可采用橡胶轮胎，在实现超高速的情况下，电车运行平稳且低噪声，基本上不受气悬浮及电车自身重量的影响。而汲气电风机43高速转动将电车前进方向的前端空气3快速汲入电车头厢体底板491之下，并产生部分的辅助前进牵引力，由于电车自身超高速前进，列车前端空气3由于惯性会顺着通道被导入电车头厢体底板491之下，这样汲气电风机43不会消耗过多的电能，主要还是调节电车底部产生气悬浮效果的气腔内气压的作用，噪声可控；虽然各裙边与连体地板1及电飞车轨道2间的缝隙为气流主要出口，但缝隙长且有一定的气密性，噪声同样可控。防护网42在电车头的最前端将过滤空气中较粗的杂物。由于汲气电风机43、电车头前挡板44、电车头前裙边45、电车头两侧挡板46、电车头两侧裙边47、电车头厢体底板491、车辆两侧挡板63、车辆两侧裙边64、车辆厢体底板651、电车尾两侧挡板73、电车尾两侧裙边74、电车尾后裙边75、电车尾后挡板76、电车尾厢体底板771、车辆连接器5与连体地板1及电飞车轨道2共同在电列车底部围成一个以汲气电风机43处为气流主要入口，各裙边与连体地板、轨道之间缝隙为气流主要出口的长条型可以对电列车产生气悬浮作用的气腔，特别是在电车高速运行时，强劲的车底气压作用将形成气垫车的效果，大大减少电车重量对轨道的压力，从而减少电车前进的磨擦阻力。利用气垫效果有效克服跨座式单轨铁路能耗较大的缺点，实现本发明的目的，满足人类对运输工具的快捷、高效、安全、环保、低成本的追求。

本发明的第一实施例（有驱车辆转向架方式）：汲气电车头4、诸多中间车辆6（部分车辆采用有驱车辆转向架）、护气电车尾7均依靠车辆连接器5首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。由于中间车辆部分采用了有驱车辆转向架，部分车辆可独立产生牵引力独立运行，整个电车牵引力分布更均匀、既能产生巨大合力实现超高速、又能运行更平稳、噪声更低、电车的支解与合体也更方便；不过成本、能耗会略有增高，各动力的协同控制难度增大。

本发明的第二实施例（无驱车辆转向架方式）：汲气电车头4、诸多中间车辆6（全部车辆采用无驱车辆转向架）、护气电车尾7均依靠车辆连接器5首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。由于中间车辆全部采用了无驱车辆转向架，每节车辆均不能提供牵引力，整个电车牵引力全部集中在电车头，动力好控制，结构简单，成本与能耗可以有效降低，不过加速时间长、最大电车牵引力将受到限制，电车的支解与合体要有专用设备与场所。

Claims (3)

1.一种单轨气垫式超高速电飞车,包括汲气电车头（4）、车辆连接器（5）、诸多中间车辆（6）、护气电车尾（7）； 其特征在于所述的汲气电车头（4）、诸多中间车辆（6）、护气电车尾（7）均依靠车辆连接器（5）首尾相连接，串成一辆有几十节的电列车。

2.如权利要求1 所述的一种单轨气垫式超高速电飞车，其特征在于：所述为汲气电车头（4）具有电车头两侧受电弓（40）、电车头牵引电机（41）、防护网（42）、汲气电风机（43）、电车头前挡板（44）、电车头前裙边（45）、电车头两侧挡板（46）、电车头两侧裙边（47）、电车头转向架（48）、电车头厢体（49），防护网（42）在列车最前端，电车头两侧受电弓（40）与电车头牵引电机（41）、汲气电风机（43）相通；所述为中间车辆（6）具有车辆两侧受电弓（60）、车辆牵引电机（61）、车辆转向架（62）、车辆两侧挡板（63）、车辆两侧裙边（64）、车辆厢体（65）；所述为护气电车尾（7）具有电车尾受电弓（70）、电车尾牵引电机（71）、电车尾转向架（72）、电车尾两侧挡板（73）、电车尾两侧裙边（74）、电车尾后裙边（75）、电车尾后挡板（76）、电车尾厢体（77）等，护气电车尾（7）的电车尾受电弓（70）、电车尾牵引电机（71）、电车尾转向架（72）、电车尾两侧挡板（73）、电车尾两侧裙边（74）等与中间车辆（6）相应部件类同，只是在普通中间车辆（6）的基础上加装了电车尾后裙边（75）与电车尾后挡板（76）作为整个电飞车的尾部；汲气电风机（43）、电车头前挡板（44）、电车头前裙边（45）、电车头两侧挡板（46）、电车头两侧裙边（47）、电车头厢体底板（491）、车辆两侧挡板（63）、车辆两侧裙边（64）、车辆厢体底板（651）、电车尾两侧挡板（73）、电车尾两侧裙边（74）、电车尾后裙边（75）、电车尾后挡板（76）、电车尾厢体底板（771）、车辆连接器（5）与连体地板（1）及电飞车轨道（2）共同在电列车底部围成一个以汲气电风机（43）处为气流主要入口各裙边与连体地板、轨道之间缝隙为气流主要出口的长条型可以对电列车产生气悬浮作用的气腔。

3.如权利要求2 所述的汲气电车头（4），其特征在于：所述的电车头转向架（48）具有转向架基座（480）、齿轮箱（481）、带压力感应弹簧轴座（482）、上左右水平夹行轮（483）、下左右水平夹行轮（484）、两侧稳定轮（485），在电车头转向架（48）中，转向架基座（480）是所有转向架上其它部件的依附体，坚固高强度难变型，上端与电车头厢体（49）相连，下端牢牢夹住电飞车轨道（2），一个转向架至少装配有四个上左右水平夹行轮（483）、四个下左右水平夹行轮（484）、四个稳定轮（485）；八个水平夹行轮（即压力可调、转向、导向走行一体化左右水平夹行轮组）通过带压力感应弹簧轴座（482）可以被紧紧压在电飞车轨道（2）两侧，而且左右水平夹行轮夹住轨道的压力可依据牵引力大小需求来调节；四个稳定轮（485）分别垂直装配在转向架基座（480）上端的两侧，可垂直运行在电飞车轨道（2）的轨道面；齿轮箱（481）连接至少十二个轮子与驱动电机，让所有轮子协同转动；中间车辆（6）分有驱车辆转向架与无驱车辆转向架二种选择，选择有驱车辆转向架，则车辆两侧受电弓（60）、车辆牵引电机（61）、车辆转向架（62）与汲气电车头（4）中的电车头两侧受电弓（40）、电车头牵引电机（41）、电车头转向架（48）类同；选择另一种无驱车辆转向架，车辆上不装配车辆两侧受电弓（60）、车辆牵引电机（61），并且车辆转向架（62）内的水平夹行轮不再加压，这样车辆转向架（62）是无驱车辆转向架。

Images