CN109436016A - 沿途不停站的智能化高速铁路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了高速铁路系统一种全新的设计方案。当行驶在主干线轨道上的高速列车驶近某车站时，客货列车开始起动、逐渐加速，直至与高速列车同步，通过对位、定位，锁紧，客货列车同高速列车连结，依靠上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置，完成自动化上下客货，然后客货列车逐渐减速并驶进车站下客下货。本发明实现了全程智能化控制，解决了提速同停站减速的矛盾，大大缩短全程时间，显著提高运行效率和全线运输量，还解决了高速铁路沿线设站数量受限制的难题，突出强化了高速铁路对于所在广大地区的辐射带动作用，提供了迄今为止全世界所没有的高速铁路系统更加合理的全新布局，有可能形成另外一种全新的高速铁路系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种当代世界高速铁路系统最新的总体设计方案。
背景技术
高速铁路反映一个国家的经济实力；说明其在牵引动力、线路结构、运行控制和运输管理等方面的综合水平。高铁促进了经济发展和城市化进程，带来了很大的的经济效益和社会效益。
1985年，联合国把高速铁路的时速定义为：客运专线350km/h；客货混线 250km/h.
当代世界，各国加速发展高速铁路，纷纷加大研究力度竞相提速。如今，高速铁路的速度和运行效率，已经成为衡量一个国家高速铁路发展水平的重要标志。
(一)为了提速，各国技术不断创新，首先从制约速度的角度进行研究。
制约列车速度的硬因素是：
1.动力运转性能；
2.粘着性能；
3.制动性能；
4.运行平稳性；
5.集电性能；
6.列车控制.
制约列车速度的软因素是：
1.舒适度；
2.环境标准；
3.成本.
(二)针对上诉制约因素，各国加紧研究提速的技术措施。包括：
1.粘着性能的改善；
2.制动性能和行车保安系统的改善；
3.提高列车走行的安全性和平稳性的研究；
4.提高对曲线和道岔通过速度的研究；
5.提高动力性能和改善集电性能的研究；
6.在提高速度的同时，最大限度降低成本和保护环境的研究。
(三)在世界各国纷纷加紧提高高速铁路时速的同时，一个矛盾却黯然升起愈演愈烈：
那就是沿途停站问题。
高速列车每停一站，首先就有停站时间损失；另外还有停站前后的逐渐减速和逐渐加速时间损失(为了列车的运行平稳和安全，这个损失必不可少)；而且，列车越是提速，这个由高速逐渐降下来直至速度为零，以及由零逐渐增加至高速的时间，就消耗得越多；也就是说，高速铁路越是提速，停站的损失就越突出(停站造成运行效率的降低这个比重也就越大)。
这个沿途停站的问题，已经随着高铁的进一步发展.显得日益突出日益严重！怎麽办？那就尽量减少沿线所设车站的数量吧。但是，那又从根本上违背了建设高铁的初衷。建设高铁的目的，不仅仅只是为了给始发站、终点站等一部分城市带来好处，而是要让整个高铁沿线都能受益！还要辐射到高铁所在的周边地区；我们建设一条高铁，就是要为高铁所在的这片广大地区带来经济繁荣和人民幸福。
本发明就是针对这个突出的矛盾和问题，提出了一个全新的高速铁路系统设计方案。
这个系统，既能实现高速列车的全程全速行驶，沿途不停站；又能确保沿途车站都能按需要上下客货；还能实现高速铁路沿线设置车站数量可以不受限制。
(四)本发明有别于某些专利技术。譬如专利号97108441.6专利名称：追车，甩车高速铁路运输系统。也是研究中途不停站的高铁系统。但其所用方法却完全不同。该发明使用追车适时进入主干线轨道并加速，直至同高速列车对接，从而实现“上客”；又利用高速列车抛下甩车以实现“下客”。该发明专利以高铁沿途不停站为目的，尽管方案不同，肯定还是具有不少的优越性。但如果这种上下客的方法，都要在主干线轨道上来完成，就必然会造成整个铁路系统调度控制上极大的复杂性，对于设计高效、安全的系统十分不利。而本发明上下客货的方法，是由主干线以外的车站系统来完成。这就确保了整个高速铁路系统主干线轨道可以进行高速、无干扰、无障碍设计。有了这样一条不需高速列车中途停靠，而又没有任何车辆进入干扰的主干线轨道，将为这种高速铁路系统的设计提供高效、简化、安全、控制容易、管理方便、调度灵活的设计条件。
本发明专利提供了迄今为止全球所没有的高速铁路系统更加合理的全新设计方案，有可能形成另外一种崭新的高速铁路系统。谨以此献给蓬蓬勃勃、日新月异、正濶步走向世界的我国高铁事业！
发明内容
(一)本发明的基本内容
本发明提供了高速铁路系统一种全新的设计方案。
高速列车沿途不停站，上下客货的任务，依靠主干线之外的客货列车来完成。
客货列车行驶在客货列车轨道上，客货列车轨道位于主干线轨道的一侧；客货列车轨道同主干线轨道平行等距。
当行驶在主干线轨道上的高速列车驶近某车站时，客货列车(满载着准备上车的客货)开始起动、逐渐加速，直至与高速列车同步并列，通过对位、定位，锁紧，客货列车同高速列车的相关车箱实现刚性连结，通过上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置，实现迅速安全的上下客货(上车客货进入高速列车；下车客货进入客货列车)，客货列车同高速列车解除连结，满载着下车客货的客货列车逐渐减速并驶进车站，完成下客下货。
(二)本发明涉及的若干技术问题
1.关于同步。
在上下客货前，首先要实现客货列车与高速列车的同步，这一点，在现今的高铁系统并不难。因为，列车的速度控制、测速和定位早已是列车运行控制及列车追踪运行的关键技术，列车定位常用轴端传感器脉冲、GPS全球卫星定位、轨道电路定位法等方法来实现。另外，无人机在空间的精确同步控制技术亦可借鉴。
2.关于对位、定位和锁紧。
这是指上下客货阶段，在客货列车与高速列车上下客货车厢两者之间实现对位、定位和锁紧。
对位的作用是引到定位；定位的作用是确保两者在锁紧之前有确定的相对位置；锁紧必须牢固可靠，以达到两者的刚性连结。但是，由于两者(客货列车与高速列车上下客货车厢)分别运行在各自的轨道上，现在既实现了两者的锁紧和刚性连结，在设计上，就要避免其中可能的相互干涉，为此，应该让客货列车的车体可以允许获得一定的浮动(纵向和横向的浮动)。
3.关于密封。
在客货列车与高速列车准备连结、实现连接、直至脱开连接的全过程中，必须自始至终确保密封。否则会造成车厢内压力的变化，据国外测定：
当列车速度为200km/h时，空气压力变化为(+3.2)-(-4.9)kPa；当速度为280km/h时，压力将会变化为(+3.9)-(-5.9)kPa。这时，旅客就会有“耳感不适”的现象，甚至极度不安。
再有，当两车厢同时打开车门、上下客货时，必须是处于密封状态。因此，密封应该首先由锁紧机构来完成。当锁紧机构达到刚性紧固时，就应该同时完成密封。所以，为确保密封，动作程序应为：紧固两车厢(实现密封)，打开车门，完成上下客货，关闭两边车门，解除两车厢的连结(解除密封)。
4.关于空气阻力。
同主干线轨道上的高速列车一样，客货列车，以及它在与高速列车连结的过程中，都要在技术设计中，根据列车空气动力学，充分研究降低空气阻力的问题。
5.关于客货列车。
(A)客货列车应具有牵引动力，应配置能达到高速的电力牵引或内燃电传动牵引(后者是在有困难的地区设站时采用)。
(B)客货列车可以视设计客货流量增加车厢数量，增加的车厢可以不带动力。客货列车应具有安全可靠的制动系统；客货列车应具有动车组的配置，包括确保旅客方便舒适的车内设施。
(C)客货列车还应配置客货列车上下客货系统。
客货列车上下客货系统由液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置、对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置组成。
液压站及其液压系统，同机械系统密切配合，实现上下客货的全部顺序动作；
客货列车上下客货系统所包含的液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置、对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置，应能在设定的极短时间段之内，准确平稳安全快速地完成自动上下客货的任务。
6.关于客货列车轨道和车站。
(A)客货列车轨道。
客货列车轨道同客货列车一样，都是本发明之专属。客货列车轨道的设计应当选用同主干线轨道一样的无砟轨道(有砟轨道在有困难的地区设站时采用)。
(B)客货列车轨道上下客货部分工作轨道。
客货列车轨道上下客货部分工作轨道，是指在实现上下客货阶段的那一段客货列车轨道。
客货列车轨道上下客货部分工作轨道的理论长度L，按下式计算
式中
L-客货列车轨道上下客货部分工作轨道的理论长度(km)；
t-本站设计上下客货最长时间(min)；
v-高速列车时速(km/h)
按上式计算出的L值，是本车站为完成上下客货所需的轨道长度，还要乘以一个大于1的系数，用以计入客货列车在上下客货前后所需逐渐加速和逐渐减速的距离，才能得出客货列车轨道上下客货部分工作轨道的实际长度(这个系数要根据车站列车速度、轨道情况和地理条件等具体因素确定)。
客货列车轨道上下客货部分工作轨道，是实现高速列车在一个车站顺利完成平稳安全快速上下客货任务的一段关键轨道，它必须像主干线轨道那样，具有足够的高平顺性和高稳定性，以及足够的强度和耐久性。
在安装阶段，要确保客货列车轨道上下客货部分工作轨道，与相应的主干线轨道实现平行等距。
(C)关于客货列车轨道和车站的设置。
客货列车轨道和车站的设置，应视客货流量、车站地理环境、车站规模、所在城市交通条件及要求等因素而定。
车站如果是设置在高铁轨道附近，则客货列车轨道设置为直线往复、直线带环形；车站也可以设置在城区(这会给旅客带来方便)，这时，客货列车轨道将根据车站与上下客货处之间的最近距离来设置。
7.关于液压站。
(A)液压站的任务，是为客货列车上下客货系统，提供强力高效可调可控的液压动力，用以推动和配合对位装置、定位装置、锁紧装置、自动开关车门装置、上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置，快速准确完成上下客货任务。
(B)液压站应按所设计的液压系统来建立。
客货列车上下客货系统对于上下客货的要求，是设计液压系统的依据。
液压站应包括液压泵、控制压力、流量和流向的各种控制阀、液压执行机构液压缸、液压马达，以及辅助元件、辅助器材等。若有必要，还可配置液压伺服系统等，以实现更高级别的控制。
液压系统的调压回路，应确保液压系统工作压力平稳、从而确保各种机械装置动作平稳，达到所必需的输送力和推送力；液压系统的调速回路应当确保各种机械装置的顺序动作准确快速，确保实现动作程序安全联锁；包括液压系统的其它回路的设计在内，整个液压系统都应当达到使所有的液压执行机构均能同各种机械装置有效配合，精确完成设计要求上下客货的全部顺序动作。(这里所说的各种机械装置，是指对位装置、定位装置、锁紧装置、自动开关车门装置、上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置)。
(C)为了保证上下车旅客和货物的安全和顺利输送，液压系统应确保上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置的正常运行，其推动力和运行速度应能满足设计要求并能按需要进行调节；液压系统还应具有程序动作联锁和过载保护性能。
8.关于高速列车上下客货车厢。
高速铁路系统为了完成全线沿途车站上下客货的任务，高速列车应当设置上下客货车厢。
高速列车上下客货车厢不设动力；
高速列车上下客货车厢应配置高速列车上下客货系统；
同客货列车一样，高速列车上下客货车厢的上下客货系统由液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置、对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置组成。
液压站及其液压系统，同机械系统密切配合，实现上下客货的全部顺序动作；
高速列车上下客货系统所包含的液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置，对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置，应能在设定的极短时间段之内，准确平稳安全快速地完成上下客货的任务。
9.关于上下客货系统的机械装置。
此类装置同时设置于行驶在客货列车轨道的客货列车、和行驶在主干线轨道的高速列车(上下客货车厢)上。
(A)对位装置、定位装置、锁紧装置
对位装置的作用，是引导定位；
定位装置的作用，是确保客货列车与高速列车上下客货车厢两者在锁紧之前保持确定的相对位置；
锁紧装置的作用，是在定位的基础上，实现客货列车与高速列车上下客货车厢之间的刚性连结。
锁紧装置应在锁紧的同时实现密封
(B)自动开关车门装置。
自动开关车门装置的任务是，按要求准时打开两边(客货列车与高速列车上下客货车厢)的车门，让客货快速通过；当上下客货完成后，按要求准时关闭两边车厢的车门；自动开关车门装置车门关闭后的密封设施和材料，应当同一般高速铁路系统一样，要确保密封精度。自动开关车门装置由液压推动，要达到推动平滑、开关动作可靠、准时、到位。
(C)上下旅客自动步进装置。
上下旅客自动步进装置的作用，是平稳准确安全地实现快速自动上下旅客。
上下旅客自动步进装置由液压缸直线驱动，实现上下车旅客的平移。这可提高上下车旅客行动的快速平稳性，缩短有效时间，确保安全。还能实现开、停、速度调节的自动控制。
在经济条件稍差的车站，上下旅客自动步进装置也可由机械驱动(一些机场和地铁车站就是使用的这种平面电动扶梯；其传动依靠齿轮齿条)。
上下旅客自动步进装置要求大推力、高效，要求极短时间段内完成输送任务。上下旅客自动步进装置采用自动控制的机械液压装置，可以确保动作程序准确。
(D)货物自动推送装置。
货物自动推送装置依靠液压系统，实现大功率、强推力、大载荷的货物输送 (仍然由液压缸直线驱动)；液压系统还可实现货物推送的平稳快速、过载保护；还能实现开、停、速度调节的自动控制。
货物自动推送装置采用自动控制的机械液压装置，可以确保动作程序准确。
(E)过载保护。
上下客货系统的机械装置，全都要具备过载保护功能。这种由机-液-电组成的过载保护系统，可以有效实现过载保护。在出现任何超负荷、超载、卡、堵等等突发情况时，液压系统的压力、流量参数随即发生变化，过载保护装置立即发出信号，通过智能控制系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序(人工智能系统远超人类，查障排障准确迅速)。
(F)程序动作联锁。
每一次完成上下客货的动作过程，都包含了许多分过程，虽然每个分过程动作时间极短(一次上下客货的总时间也只有约2分钟)，但每个分动作都必须严格按照设定程序依次进行。
程序动作联锁(互锁)，就是为了确保设计动作程序严格依次进行。比如，确认车厢锁紧之后，两边车门才可以打开；确认上下客货全部完成之后，两边车门才可以关闭；确认两边车门完全关闭后，客货列车与高速列车之间的锁紧 (刚性连结)才准许解除等等。依靠由机-液-电组成的程序动作联锁，就能确保每上一动作确认完成之后，其下一个动作程序才可以开始。
10.关于智能化控制的高速铁路系统。
本发明的沿途不停站的高速铁路系统，实行全程智能化控制。
当代，各国都非常重视建设安全高效的高速铁路控制系统。北美采用 ARES和ATCS系统，欧洲是ERTMS/ETCS系统，日本新干线采用ATC系统。我国则采用CTCS-2、CTCS-3系统。比如，北美的ARES系统，它采用全球卫星定位接收器和车载计算机，通过无线通信与地面控制中心连接起来，实现对列车的智能控制。
各国也很重视对区间运行过程进行控制的列车运行控制系统。
本发明的特征，是要实现沿途车站上下客货系统的全程智能化控制。
上下客货系统的全程智能化控制，主要通过对系统各部分特别是敏感部位的电、液、机信号，利用传感器进行数据采集和特征提取，按照不同部件在不同时间和不同状态的不同特性，根据现场运行同设计动作程序的对比，监控上下客货全过程。本发明的人工智能控制，凭借其“视觉”、“听觉”、“嗅觉”、“触觉”获得信息和数据，对故障做出判断，确定故障部位和原因并及时排除。
11.关于全线车站的布局设置。
本发明沿途不停站的智能化高速铁路系统，比起迄今为止我国和世界各国，还具有一个颠复性的优越性。
(A)为了带动沿线广大地区的经济发展，高铁沿线(全线)所设车站就要越多越好。但是，每增加一个车站，就要增加停留时间，影响高速列车高速运行的连续性，降低系统运行效率。
高速，是高铁系统的基本特征。可是，停站，要把轨道上飞速行驶的列车速度凑减下来直至为零，还要停着上下客货。这，对于我们人类，是一种多麽不协调的运动体系啊！
(B)提速，本是高速铁路系统发展任务的重中之重。如果不是高铁，停站带来的运行效率损失的比例会相对较小。但在当前，在世界各国高铁争相提速的情况下，越提速，它同停站的矛盾也就越突出。或者说，沿途停站，已经日益严重地制约着全世界高速铁路事业的进一步发展。
(C)为此，除起点、终点站外，高铁系统往往只能在沿途选出一些有影响力的城市来设置车站(据了解，不少城市事先纷纷强烈要求高铁设站，可惜都无法满足)，这就限制了高铁对于国民经济巨大作用的发挥。这个遗憾，对于要把提高广大人民群众的福祉作为根本目的的我国来讲，是难以接受的、是很无奈的。
(D)有幸的是，这里，本发明不但可以解决、由于沿途停站严重降低高速铁路系统运行效率的问题，还解决了沿途停站越多对高铁发展的制约就越大这个世界难题。
(E)也就是说，本发明有一个突出的优越性是：高速铁路系统沿途设站受限制的问题，可以得到根本性的解决。本发明的高速铁路系统，全线沿途设置车站数量可以不受限制。
12.旅客专线和货运专线。
本发明专利，也适用于分别设置旅客专线和货运专线的高速铁路系统。
13.本发明专利，也适用于(高速)磁悬浮铁路系统。
(三)本发明的有益效果。
1.缩短全程运行时间，提高运行效率，显著提高经济效益。
下面以沪昆高铁为例。
全线开通：2016年12月28日；
设计时速：350千米/小时(运营时速300千米/小时)；
线路长度：2252千米；
途经车站：53个；
全程时间：11小时15分。
分析比较：假如这条沪昆高铁，按照本发明的设计，沿途不停站。那么，全线 2252千米，就照其运营时速300千米/小时计算，全程时间仅为7 小时30分钟；
结论：沿途不停站可以节省全程时间共3小时45分钟。提高效率：33.3％.
(这里，是按其运营时速300千米/小时来计算。实际上，由于每停一站都要逐渐减速和逐渐加速，如果这几十个站都不停车、列车全程全速运行的话，其运营时速理应超过300千米/小时，因此，所节省的全程时间还应该更多)。
2.显著提高社会效益。
全程时间的节约，还给广大群众的出行和货物运输带来极大的方便，从而产生了极为显著的社会效益。在“时间就是金钱，效率就是生命”的当今，其意义是不可能单单用数字来计算的(比如，或许就因为缩短时间，抢救及时，挽救了一个人是生命)。
3.解除了制约高铁发展的瓶颈。
现代高铁，全世界竞争日趋激烈，提出要建：更快高铁。
须知，在高速的今天，越提速，沿途停站造成的损失占比就越大；沿途停站已经对现行高铁的再提速工程、更高速工程，形成日益难缠的制约。而倘若采纳了本发明的高铁系统，就会把高铁提速从这种制约中完全解放出来，有利于今后高速铁路的提速研究能够放手发展。
4.主干线上只有单一的高速列车运行。
本发明的上下客货，客货列车只是在客货列车轨道上运行。再没有高速列车之外的任何列车进入主干线轨道。因此本发明实现了高速铁路主干线轨道上始终仅仅只有一列列高速列车在连续依次全速行驶，不受任何车辆以及不受沿途停站的干扰。这就使主干线轨道的设计，达到最为安全、精简、和高效；减化了全线的调度和管理；更有利于实现全程智能化控制。
5.提高运输量。
提高经济效益的另一方面，是提高运输量。很明显，如果每列车的全程时间能缩短3个半小时，那就可以增加全天的发车的数量，增加每天的车次班次，从而就大大提高了整个系统的运输量。这将带来更加不菲的经济效益(为提高运输量，现代高铁，每发一列车的最低间隔时间，已经压缩至4分钟；日本为 3.5分钟)。
6.沿途设站受限制的问题，可以得到根本性的解决。
本发明的高速铁路系统，全线沿途设置车站的数量，可以不受限制。
中小城镇、经济落后地区、边远地区，都能设站。
还有一种情况，新兴地区、已经具备经济地理等条件的地区，也能在已建成通车的高铁线上申请新增设站。这些优点，对于数亿人口正在走向全面脱贫致富的我国来讲，很合国情；这个优势，对于我国边远和少数民族地区的经济发展、对于社会稳定、对于促进民族团结和巩固边防，意义更是十分重大。
这一点，对于世界，特别是对于那些经济落后或者经济发展不平衡以及地域辽阔的国家，意义尤其不小。
附图说明
附图1.当高速列车即将驶近本站时，满载着准备上车客货的客货列车3得到指令，在客货列车轨道2上，准时启动，逐渐加速；
附图2.当客货列车3的速度达到设定的高速时，刚好与行驶在主干线轨道1上的高速列车4实现同步。(接着，两车锁紧，完成上下客货，两车解除锁紧)；
附图3.当客货列车3同高速列车4解除锁紧后，满载着下车客货的客货列车3，逐渐减速，(驶进车站，下客下货)。
附图4.上下客货系统液压站液压系统图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的具体实施方式(包括技术方案、技术特征) 进行清础、准确和完整的描述。
本发明提出了高速铁路系统全新的设计方案，提供了迄今为止全球所没有的高速铁路系统更加合理的全新布局，有可能形成另外一种全新的高速铁路系统。
(一)客货列车与高速列车实现同步。
当高速列车即将驶近本站时，满载着准备上车客货的客货列车得到指令，在客货列车轨道上，准时启动，逐渐加速，当客货列车的速度达到设定的高速时，刚好与行驶在主干线轨道上的高速列车客货车厢实现同步。
这里提到的准时、刚好、同步，全都是按照设计程序一步一步精准实现。
在现今的高速铁路系统，列车的速度控制、测速、定位及同步等等这些成熟技术，早已是列车运行控制及列车追踪运行的关键技术，列车的定位及同步，常用轴端传感器脉冲、GPS全球卫星定位、轨道电路定位法等方法来实现。
(二)在客货列车与高速列车之间实现上下客货。
当行进在客货列车轨道的客货列车与行进在主干线轨道上的高速列车实现同步时，对位、定位和锁紧机构依次顺序动作，实现高速列车客货车厢与客货列车的准确定位和刚性连结。
要实现两者(两者，是指高速列车客货车厢与客货列车。以下同)之间的刚性连结，首先必须实现两者之间精确的机械定位，才能确保定位的完全准确，也才能在两者准确定位的基础之上，完成锁紧动作，实现两者的刚性连结。
而为了顺利实现定位，首现要实现两者的对位.因为两者不仅有前进运动，它们各自还有振动，对位装置能够起到引导定位的作用。
下面开始对本发明的具体实施方式(包括技术方案、技术特征)进行清础、准确和完整的描述。
1.对位装置.
本发明高速列车客货车厢与客货列车的对位装置有两种：光电对位和机械对位.；
光电对位是利用光电效应的物理原理，来实现高速列车客货车厢与客货列车两者之间的对位，(当两者光电信号的距离增大时，通过光电传感器向高铁系统的智能控制系统传输信号，控制两者的速度以减小此距离，直到减少至零距离)。
机械对位是在光电对位的基础上，采用对位锥对位。利用对位锥同对位锥孔的逐渐找正来实现对位。对位锥的对位移动动作，由液压系统的对位油缸驱动控制。对位锥的作用是对位，是用来引导定位柱实现准确定位，因此，由对位油缸驱动控制的对位锥，应具一定柔性(弹性)，使它不会对定位柱的定位造成额外干扰。
2.定位装置。
定位装置按照机械定位的“六点定位”法则，采取一面两销(柱)定位(既能限制6个自由度确保准确定位，又能防止过定位)。
定位装置的定位，是在光电对位和机械对位的基础上，依靠高速列车客货车厢与客货列车两者的定位面及其两个定位柱同定位孔的配合，来实现准确定位。
两个定位柱(一个定位柱和一个削边定位柱)的定位移动动作，由液压系统的定位油缸驱动控制。
也就是说，为了确保准确定位，定位柱的定位动作由对位装置来引导；而定位柱的移动，则是由液压系统的定位油缸来完成。
3.锁紧装置。
锁紧装置由液压系统的液压马达驱动，通过减速机构，带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构，实现两者(客货列车与高速列车客货车厢)的锁紧。
当需要解锁(解除锁紧)时，液压马达获得反向旋转的指令，通过减速机构，带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构反向旋转，两者解除锁紧。
另外，由于两者(客货列车与高速列车的客货车厢)分别运行在各自的轨道上，现在既要实现两者的锁紧和刚性连结，在设计上，就要避免其中可能的相互干涉，为此，应该让客货列车的车体可以允许获得一定的浮动(纵向和横向的浮动)。
4.密封装置。
密封装置的任务，是要确保两者(客货列车与高速列车的客货车厢)之间，在锁紧之后，在上下客货的全过程实现密封；还要确保当两者分开之后，在它们各自的自动开关车门装置实现密封.
本发明的密封装置，同近代高速铁路系统的密封装置，并无本质区别。
同近代的高速铁路系统一样，本发明的密封装置，车厢与车厢之间的密封以及开关车门装置的密封，都是采用橡胶密封。但是，近代的高速铁路系统，车厢与车厢之间的密封，由于列车在转弯时车厢与车厢之间有相对转动，对密封装置的要求也就更高些，这时的密封装置由立胶囊组成、横胶囊组成、渡板组成和缓冲装置组成等四部分构成。其开关车门装置的密封，则是靠车门关闭形成的一定压力来压紧橡胶密封装置实现密封。
同理，本发明的密封装置，由于密封部分之间在密封后并无相对运动，因此，仍然是靠两者结合或者压紧形成的一定压力来压紧橡胶密封装置实现密封。也就是说，当两者(客货列车与高速列车的客货车厢)之间实现了锁紧，也就同时实现了密封；当两者解除了锁紧，也就同时解除了密封。同样，当自动开关车门装置处于关闭时，也就同时实现了密封，当车门打开时，也就同时解除了密封。
橡胶密封具有良好的纵向、横向和垂向的柔韧性，能一直确保密封质量。
5.自动开关车门装置。
自动开关车门装置开合的指令由控制系统下达，车门的移动动作由液压系统中、自动开关车门液压回路的自动开关车门油缸来完成；车门开合的方向，由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；每当车门开合到位时，位移传感器立即发出信号，接着开启系统的下一动作程序。当车门在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序。
6.上下旅客自动步进装置。
上下旅客自动步进装置的任务是，快速安全输送上下车的旅客。
上下旅客自动步进装置的移动平台，供旅客停留。这个移动平台的移动，是由液压系统中、上下旅客自动步进装置液压回路的上下旅客自动步进装置油缸来驱动控制；移动平台的移动速度由回路中的单向节流阀调节确定；移动平台的移动方向，则由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；当移动平台在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序。
7.货物自动推送装置
货物自动推送装置的任务是，快速安全输送上下车的货物。
货物自动推送装置的移动平台，供货物堆放。这个移动平台的移动，是由液压系统中、货物自动推送装置液压回路的货物自动推送装置油缸来驱动控制；移动平台的移动速度由回路中的单向节流阀调节确定；移动平台的移动方向，则由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；当移动平台在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序。
货物自动推送装置和上下旅客自动步进装置，设置一定数量的机器手，用作货物堆放和排障。
8.液压站.。
液压站的任务是，为客货列车上下客货系统提供强力高效可调可控的液压动力，用以推动和控制对位装置、定位装置、锁紧装置、自动开关车门装置、上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置，快速准确完成上下客货任务。
液压站应按所设计的液压系统来建立。
本发明对于上下客货系统所要完成全部动作程序的要求，是设计液压系统的依据。
附图4，是上下客货系统的液压系统图(液压系统原理图)。
在附图4中：1、2为滤油器；3为定量泵；4为变量泵；5、6为溢流阀； 7、8、9、10、11、12为三位四通电磁换向阀；13、14为单向节流阀；15为上下旅客自动步进装置油缸；16为货物自动推送装置油缸；17为锁紧装置液压马达；18为自动开关车门装置油缸；19为定位油缸；20为对位油缸。
下面按照液压系统图，说明如何实现上下客货系统的全部程序动作。
当客货列车与行进在主干线轨道上的高速列车通过高速铁路控制系统实现同步之后，光电传感器接着开始找正对位，完成光电对位并发出信号，三位四通电磁换向阀12的电磁铁11YA通电，使阀12切换至左位，泵3的压力油(油压依靠溢流阀5调节和稳定。下同)经阀12进入对位油缸20的无杆腔，有杆腔的回油经阀12流回油箱，对位油缸20的活塞杆带动对位锥前移找正对位，对位锥同对位锥孔逐渐找正对位，并最后完成机械对位；光电传感器发出对位完成信号，三位四通电磁换向阀11的电磁铁9YA通电，使阀11切换至左位，泵3的压力油经阀11进入定位油缸19的无杆腔，有杆腔的回油经阀11流回油箱，定位油缸19的活塞杆带动定位柱和削边定位柱进入定位孔，完成定位；当定位位置完全达到要求，实现了准确的机械定位(定位柱完全到位)时，位置传感器发出信号，三位四通电磁换向阀9的电磁铁5YA通电，使阀9切换至左位，变量泵4的压力油(油压依靠溢流阀6调节和稳定。下同)经阀9进入锁紧装置液压马达17，回油经阀9流回油箱，液压马达带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构，实现两者(客货列车与高速列车客货车厢)的锁紧；(改变变量泵的排量，即可调节液压马达的转速)；当两者锁紧后，压力增大，压力传感器发出信号，三位四通电磁换向阀10的电磁铁7YA通电，使阀10切换至左位，泵3的压力油经阀10进入自动开关车门装置油缸18的无杆腔，有杆腔的回油经阀10流回油箱，自动开关车门装置油缸18的活塞杆带动车门移动(打开车门)；当车门打开位置到位，位置传感器发出信号，三位四通电磁换向阀7的电磁铁1YA通电，使阀7切换至左位，泵3的压力油经阀7和单向节流阀13(单向节流阀13用来调节上下旅客自动步进装置移动平台的移动速度)进入上下旅客自动步进装置油缸15的无杆腔，有杆腔的回油经阀7流回油箱，上下旅客自动步进装置油缸15的活塞杆推动上下旅客自动步进装置的移动平台移动(输送旅客上下车)；当上下旅客自动步进装置移动平台移动到位，位置传感器发出信号，三位四通电磁换向阀8的电磁铁3YA通电，使阀8切换至左位，泵3的压力油经阀8和单向节流阀14(单向节流阀14用来调节货物自动推送装置移动平台的移动速度)进入货物自动推送装置油缸16无杆腔，有杆腔的回油经阀8流回油箱，货物自动推送装置油缸16的活塞杆推动货物自动推送装置的移动平台移动(推送货物上下车)；当货物自动推送装置的移动平台移动到位，位置传感器发出信号，与此同时，光电传感器确认两边车厢已完全完成上下客货、确认车门和通道已无任何客货并发出信号，当此两个信号同时接通后，三位四通电磁换向阀10的电磁铁8YA通电，使阀10切换至右位，泵3的压力油经阀10进入自动开关车门装置油缸18的有杆腔，无杆腔的回油经阀10流回油箱，自动开关车门装置油缸18的活塞杆带动车门反向移动(关闭车门)；当车门关闭确认到位，位置传感器发出信号，三位四通电磁换向阀9的电磁铁6YA通电，使阀9切换至右位，变量泵4的压力油经阀9进入锁紧装置液压马达17，回油经阀9流回油箱，液压马达带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构反转退出，两者(客货列车与高速列车的客货车厢)解除锁紧；当快速螺栓紧固机构反转退出到位，位置传感器发出信号，整个高速铁路控制系统发出解除锁紧指令，高速列车仍然以始终不变的高速在主干线轨道上继续行驶，满载着下车客货的客货列车逐渐减速并驶进车站，下客下货。
本发明沿途不停站的智能化高速铁路系统，实现上下客货的全部自动动作程序如下：
同步-对位-定位-锁紧-打开车门-上下客货-关闭车门-解除锁紧-进站(下客下货)。
Claims (10)
1.一种沿途不停站的智能化高速铁路系统
高速列车沿途不停站，上下客货的任务，依靠主干线之外的客货列车来完成；客货列车行驶在客货列车轨道上，客货列车轨道位于主干线轨道的一侧；客货列车轨道同主干线轨道平行等距；当行驶在主干线轨道上的高速列车驶近某车站时，客货列车(满载着准备上车的客货)开始起动、逐渐加速，直至与高速列车同步，通过对位、定位，锁紧，客货列车同高速列车的相关车厢实现刚性连结，通过上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置，实现迅速安全的上下客货(上车客货进入高速列车；下车客货进入客货列车)，客货列车同高速列车解除连结，满载着下车客货的客货列车逐渐减速并驶进车站，完成下客下货；上下客货的全过程实现全程智能控制。
2.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
客货列车与高速列车上下客货车厢
客货列车 客货列车应具有牵引动力，应配置能达到高速的电力牵引或内燃电传动牵引；客货列车可以视设计客货流量增加车厢数量，增加的车厢可不带动力；客货列车还应具有安全可靠的制动系统；客货列车应具有动车组的配置，包括确保旅客方便舒适的车内设施；客货列车应配置上下客货系统，客货列车上下客货系统由液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置、对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置组成；客货列车依靠上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置自动完成上下客货；
高速列车上下客货车厢 高速列车应当设置上下客货车厢；高速列车上下客货车厢不设动力；高速列车上下客货车厢应配置上下客货系统；高速列车上下客货系统由液压站、上下旅客自动步进装置、货物自动推送装置、对位装置、定位装置、锁紧装置和自动开关车门装置组成；高速列车上下客货车厢应留有足够空间，便于客货停留和通过；高速列车上下客货车厢依靠上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置自动完成上下客货。
3.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
客货列车轨道和车站；主干线轨道；
客货列车轨道和车站 客货列车轨道和车站的设置，应视客货流量、车站地理环境、车站规模、所在城市交通条件及要求等因素而定，车站如果是设置在高铁轨道附近，则客货列车轨道设置为直线往复、直线带环形；车站也可以设置在城区(这会给旅客带来方便)，这时，客货列车轨道将根据车站与上下客货处之间的最近距离来设置；
客货列车轨道的设计应当选用同主干线轨道一样的无砟轨道；
客货列车轨道上下客货部分工作轨道，是指在实现上下客货阶段的那一段客货列车轨道；
客货列车轨道上下客货部分工作轨道的理论长度L，按下式计算
式中
L-客货列车轨道上下客货部分工作轨道的理论长度(km)；
t-本站设计上下客货最长时间(min)；
v-高速列车时速(km/h)
按上式计算出的L值，是本车站为完成上下客货所需的轨道长度，还要乘以一个大于1的系数，用以计入客货列车在上下客货前后所需逐渐加速和逐渐减速的距离，才能得出客货列车轨道上下客货部分工作轨道的实际长度(这个系数要根据车站列车速度、轨道情况和车站地理条件等具体因素确定)；
客货列车轨道上下客货部分工作轨道，是实现高速列车在一个车站顺利完成平稳安全快速上下客货任务的一段关键轨道，它必须像主干线轨道那样，具有足够的高平顺性和高稳定性，以及足够的强度和耐久性；安装阶段，要确保客货列车轨道上下客货部分工作轨道，与相应的主干线轨道实现平行等距；
主干线轨道本发明的一个重要特征，是主干线轨道上只有单一的高速列车运行；
本发明实现了高速铁路主干线轨道上始终仅仅只有高速列车的全速全程行驶，不受别的车辆以及不受沿途停站的任何干扰；这就使主干线轨道的设计，达到最为安全、精简、和高效；减化了全线的调度和管理；有利于实现全线的智能控制。
4.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
液压站 液压站为客货列车上下客货系统，提供强力高效可调可控的液压动力，用以推动和配合对位装置、定位装置、锁紧装置、自动开关车门装置、上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置，快速准确完成上下客货任务；液压站应按所设计的液压系统来建立；客货列车上下客货系统对于上下客货的要求，是设计液压系统的依据；
液压站应包括液压泵、控制压力、流量及流向的各种控制阀、液压执行机构液压缸和液压马达，以及辅助元件、辅助器材等；若有必要，还可配置液压伺服系统等，以实现更高级别的控制；
液压系统的调压回路，应确保液压系统工作压力平稳，从而确保各种机械装置动作平稳，达到所必需的输送力和推送力；液压系统的调速回路应当确保各种机械装置的顺序动作准确快速，确保实现动作程序安全联锁；包括对液压系统的其它回路的设计在内，整个液压系统都应当达到使所有的液压执行机构均能同各种机械装置有效配合，精确完成设计要求上下客货的全部顺序动作；并应具有程序动作联锁和过载保护性能(这里所说的各种机械装置，是指对位装置、定位装置、锁紧装置、自动开关车门装置、上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置)；
液压系统应确保上下旅客自动步进装置和货物自动推送装置的正常运行，其推动力和运行速度应能满足设计要求并能按需要进行调节。
5.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
对位装置 定位装置 锁紧装置
对位装置
对位装置的作用是引导定位；
本发明高速列车客货车厢与客货列车的对位装置有两种：光电对位和机械对位.；
光电对位是利用光电效应的物理原理，来实现高速列车客货车厢与客货列车两者之间的对位(当两者光电信号的距离增大时，通过光电传感器向高铁系统的智能控制系统传输信号，控制两者的速度以减小此距离，直到减小至零距离)；
机械对位是在光电对位的基础上，采用对位锥对位，利用对位锥同对位锥孔的逐渐找正来实现对位；对位锥的对位移动动作，由液压系统的对位油缸控制；对位锥的对位作用，是用来引导定位柱实现准确定位，因此，由对位油缸驱动控制的对位锥，应具一定柔性(弹性)，使它不会对定位柱的定位造成额外干扰；
定位装置
定位装置的作用，是确保客货列车与高速列车上下客货车厢两者在锁紧之前保持确定的相对位置；
定位装置按照机械定位的“六点定位”法则，采取一面两销(柱)定位(既能限制6个自由度确保准确定位，又能防止过定位)；
定位装置的定位，是在光电对位和机械对位的基础上，依靠高速列车客货车厢与客货列车两者的定位面及其两个定位柱同定位孔的配合，来实现准确定位；
两个定位柱(一个定位柱和一个削边定位柱)的定位移动动作，由液压系统的定位油缸驱动控制；
也就是说，为了确保准确定位，定位柱的定位动作由对位装置来引导；而定位柱的移动，则是由液压系统的定位油缸来完成；
锁紧装置
锁紧装置的作用，是在定位的基础上，实现客货列车与高速列车上下客货车厢之间的刚性连结；
锁紧装置由液压系统的液压马达驱动，通过减速机构，带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构，实现两者(客货列车与高速列车客货车厢)的锁紧；
当需要解锁(解除锁紧)时，液压马达获得反向旋转的指令，通过减速机构，带动带强力锁紧垫圈的快速螺栓紧固机构反向旋转，两者解除锁紧；
另外，由于两者(客货列车与高速列车的客货车厢)分别运行在各自的轨道上，现在既要实现两者的锁紧和刚性连结，在设计上，就要避免其中可能的相互干涉，为此，应该让客货列车的车体可以允许获得一定的浮动(纵向和横向的浮动)。
6.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
自动开关车门装置
自动开关车门装置应达到开合平滑、快速、准确、可靠；
自动开关车门装置开合的指令由控制系统下达，车门的移动动作由液压系统中、自动开关车门液压回路的自动开关车门油缸来完成；车门开合的方向，由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；每当车门开合到位时，位移传感器立即发出信号，接着开启系统的的下一动作程序；
当车门在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序。
7.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是
上下旅客自动步进装置
上下旅客自动步进装置的任务是，快速安全输送上下车的旅客；
上下旅客自动步进装置的移动平台，供旅客停留，这个移动平台的移动，是由液压系统中，上下旅客自动步进装置液压回路的上下旅客自动步进装置油缸来驱动控制；移动平台的移动速度由回路中的单向节流阀调节确定；移动平台的移动方向，则由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；当移动平台在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序。
8.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
货物自动推送装置
货物自动推送装置的任务是，快速安全输送上下车的货物；
货物自动推送装置的移动平台，供货物堆放，这个移动平台的移动，是由液压系统中，货物自动推送装置液压回路的货物自动推送装置油缸来驱动控制；移动平台的移动速度由回路中的单向节流阀调节确定；移动平台的移动方向，则由操纵控制此回路中的三位四通换向阀来实现；当移动平台在移动中出现任何意外卡、堵时，液压系统压力突变，压力传感器立即发出信号，人工智能系统代替人脑迅速作出判断，并指令机器手立即排障，恢复动作程序；
货物自动推送装置和上下旅客自动步进装置，设置一定数量的机器手，用作货物堆放和排障。
9.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
本发明沿途不停站的智能化高速铁路系统，还有一个重要的技术特征是，
高速铁路系统全线设站可以不受限制；
中小城镇、甚至边远地区，只要经济条件、地理条件许可，都能设站；
还有一种情况，新兴地区、已经具备条件地区，也能在已建成通车的高铁线上新增设站；
这个优点，对于数亿人口正在走向全面脱贫致富的我国来讲，很合国情；这个优势，对于我国边远和少数民族地区的经济发展、对于社会稳定、对于促进民族团结和巩固边防，意义更是十分重大；
这一点，对于世界，特别是对于那些经济发展不平衡、地域辽阔的国家，意义尤其不小；
本发明专利也适用于分别设置客运专线和货运专线的高速铁路系统；
本发明专利也适用于(高速)磁悬浮铁路系统。
10.根据权利要求1所述的沿途不停站的智能化高速铁路系统，其特征是：
智能化控制本发明的一个重要特征，是要实现沿途车站上下客货系统的全程智能化控制；
上下客货系统的全程智能化控制，主要通过对系统各部分特别是敏感部位的电、液、机信号，利用传感器进行数据采集和特征提取，按照不同部件在不同时间和不同状态的不同特性，根据现场运行同设计动作程序的对比，监控上下客货全过程；本发明的人工智能控制，凭借其“视觉”、“听觉”、“嗅觉”、“触觉”获得信息和数据，对故障做出判断，确定故障部位和原因并及时排除；
本发明(沿途不停站的智能化高速铁路系统)实现上下客货的全部自动动作程序如下：
同步-对位-定位-锁紧-打开车门-上下客货-关闭车门-解除锁紧-进站(下客下货)。
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| CN110293991A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-01 | 韩嘉雯 | 一种分离式列车不停车乘客接驳站系统 |
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