CN111731108A - 超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,包括线路、车辆、超导悬浮与导向系统、直线驱动系统、供电和运行控制系统,其中:所述线路及车辆系统应用了超导磁浮与导向的立体式悬浮方式,并且采用跨座空轨制式,促使轨道梁的高度降低,并内堪入线路中。本发明不但将超导磁浮技术应用于悬浮系统,而且在导向稳定装置中也采用了超导磁浮技术,构成了本发明立体式悬浮的特点;再通过无接触的直线驱动装置牵引与制动,可实现系统全方位的悬浮、导向及运行。本发明的系统较现有轮轨跨座式交通具有无磨损、能耗小,无噪音、安静运行,无污染、洁净环保,双轨设置,车辆运行平稳,车梁内堪、外形美观,多条安全通道,安全可靠等优点。
Description
技术领域
本发明公开了一种超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,属于磁浮轨道交通或新制式空轨交通系统,适用于城市轨道交通领域,也可用于城郊或城际轨道交通。
背景技术
跨座式轨道交通是一种车辆釆用车轮、骑跨在混凝土轨道梁上运行的轨道交通方式,通常修建在高架桥上、单轨运行,所以也被称为跨座式单轨。跨座式轨道交通定位于中小运量,具有线路占地面积小、修建方便,车辆转弯半径小、适用性强等优势,获得众多城市的关注与青睐。但是,传统轮轨跨座式交通系统也存在着诸多缺点:轮轨跨座式车辆依靠车轮支撑车体、导向,并依靠动力车轮驱动车体运行,车轮多为橡胶材质,每辆车上装有24~32组橡胶车轮;车轮与轨道梁之间的摩擦系数较大,轮胎易磨损、须经常换新;车轮运行阻力大,能耗高,速度慢,效率低;胶轮与轨道梁摩擦发热量大、易释放有害气体,磨损产生的粉尘易导致环境污染;另外,车轮引起的噪音问题不容忽视,轮轨跨座式单轨催生的次生环境影响也不得不被关注。
发明内容
针对轮轨跨座式轨道交通系统的上述缺点,本发明提出了一种超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,应用先进的超导磁浮技术,创新性地将超导磁浮装置同时用于悬浮与导向系统中,并采用无接触的线性直线驱动系统提供动力,打造全方位、立体式的磁浮轨道交通与非接触式线性驱动的空轨,优化并升级新型轨道交通制式。较之现有的轮轨跨座式轨道交通,本发明将超导磁浮与空轨交通有机地结合为一体,构建了一种全新的高科技轨道交通系统,可解决现阶段跨座式轨道交通的根本技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,包括线路、车辆系统、超导悬浮系统、直线驱动系统、超导导向系统、供电装置和运行控制系统,其中:
所述线路及车辆系统采用超导型磁浮制式、跨座形式;
所述线路包括桥墩、道床和轨道梁,线路截面呈现双W形结构、两侧为道床、中间为双线轨道梁;
所述车辆系统由至少两节车辆编组,每节车辆配置两套走行装置,所述走行装置包括中转装置、减振机构、纵梁、缓冲装置、门形悬浮架、滑靴和信号器;
所述超导悬浮系统包括顶部永磁轨道和超导磁浮装置,所述顶部永磁轨道铺设于轨道梁的顶部,所述超导磁浮装置安装于走行装置门形悬浮架内部顶端;
所述直线驱动系统包括电机初级装置与电机次级装置,所述电机初级装置连续铺设于道床的内壁两侧,所述电机次级装置安装于走行装置的门形悬浮架外壁两侧,每套走行装置配置四套电机次级装置;
所述超导导向系统由侧面永磁轨道及超导导向磁浮装置组成,侧面永磁轨道连续铺设于线路的轨道梁的两侧,超导导向磁浮装置安装于走行装置门形悬浮架的内部侧面;
所述供电装置沿线路铺设于道床内壁两侧、为直线驱动系统提供电能;
所述运行控制系统安装于线路轨道梁的顶部,沿线路连续铺设,通过扫描检测走行装置上的信号器的位置及状态,对车辆实施全自动控制,每节车辆配置一套信号器。
与现有技术相比,本发明的积极效果是:
本发明采用超导型磁浮制式、跨座形式,并且车辆的走行装置与跨座的轨道梁均内堪入线路中,全线路高架敷设,全封闭线路,构成了一种全新的空轨交通方式;
本发明以消除轮轨跨座式轨道交通固有缺陷为出发点,将超导磁浮技术应用于跨座式空轨领域,杜绝磨耗、磨损、污染与噪音,降低运行阻力与能耗,提高效率与效能。
本发明不但将超导磁浮技术应用于车辆悬浮,而且用于车辆导向中,在技术上根本区别于装用大量支撑轮、动力轮、导向轮与稳定轮的轮轨式空轨,且本发明的系统均为双轨约束,运行稳定性好,乘坐舒适。
超导磁浮与导向的车辆采用直线电机驱动,加减速性能好,爬坡能力强、转弯半径小,线路适应性强。本发明的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统最小转弯半径可达到30m,最大爬坡坡度可达120‰,最高速度可达100km/h。
本发明得益于超导磁浮装置应用于导向系统而获得较大的导向力,使得线路系统的轨道梁横截面的高度可设计为较低高度,最小高度可达300mm;实现低跨座轨道,道床轻量化,并有助于降低车辆重心,系统运行更加稳定。
本发明创新性地将车辆系统的走行装置内堪于线路系统的道床中,使线路抱持车辆,不但可降低车辆运行的风阻与噪音,而且可增强线路总体的防护性,提高车辆运行的安全系数。
本发明还设置了中央生命安全平台与多条检修养护通道,在特殊状况下均可作为乘客紧急疏散、避险逃生的通道,可以解决目前跨座式单轨棘手的乘客安全防灾问题。
本发明的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统可用于运送乘客,也可运输货物;适用城市轨道交通,又可用于城郊、城际交通,甚至可作为山区、矿区及风景区等多种地形环境的交通方式。
本发明以电能为动力,来源广泛,不受制约;超导磁浮跨座式空轨不在轨道沿线排放废气,无轮胎噪音,无污染、零排放,无磨损粉尘,轨道洁净,交通环保,可作为现代城市低碳出行、绿色交通的首选方式。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1为本发明的带有X、Y、Z三向坐标的立体图。
图2为本发明的主视图。
图3为图2的左视图。
图4为本发明的线路的结构示意图。
图5为本发明的线路与车辆系统的结构示意图。
图6为本发明的走行装置的主视图。
图7为图6的俯视图。
图8为图6的左视图。
图9为本发明的悬浮系统、导向系统的受力方向示意图。
具体实施方式
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统主要包括线路1、车辆系统2、超导悬浮系统3、直线驱动系统4、超导导向系统5、供电装置6、运行控制系统7、检修维保通道8、生命安全平台9等,如图1、2、3所示。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的线路1包括桥墩1.1、基座1.2、道床1.3、轨道梁1.4等。线路1全线路为全封闭的高架结构,桥墩1.1为单桥墩,占地面积小,桥墩高度距地面为5m;道床1.3为双向道床,截面呈现双W形结构,两侧为车辆运行的双向轨道梁1.4,中央为生命安全平台9,轨道梁1.4两侧底部为检修维保通道8,共计四条;道床作为多通道的连体组合,通过在X方向上可滑移的基座1.2与桥墩1.1连接,如图4所示。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的车辆系统2由车体2.1、走行装置2.2等组成。车体2.1用于承载乘客或货物,并将两套走行装置2.2连接整合为一体,如图5所示。车辆系统2车长为10~20m、宽2~3m、高为2.2~3.8m。每辆车可乘坐20~200人;车辆2可根据运营需求2~6节灵活编组。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的走行装置2.2主要包括中转装置2.21、减振机构2.22、纵梁2.23、缓冲装置2.24、门形悬浮架2.25、滑靴2.26、信号器2.27等,各部件之间通过栓接或销接连接配合,如图6、7、8所示。中转装置2.21负责承载车体2.1、并将车体2.1与走行装置2.2连接为一体;纵梁2.23销接两套门形悬浮架2.25,并可供门形悬浮架2.25水平相对转动;减振机构2.22与中转装置2.21共同起到承载车辆2.1的作用,并可减少车体2.1运行过程中的振动,使车辆系统2平稳运行;缓冲装置2.24可缓和走行装置2.2在运行过程中的纵向冲动,保障车辆系统2稳定运行;可升降的滑靴2.26可辅助车辆系统2实现机械摩擦制动,并实现车辆系统2驻车,并在车辆系统2非工作状态时支撑整车的重量。每节车辆配置一套信号器。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的悬浮系统3主要由顶部永磁轨道3.1及超导磁浮装置3.2组成,如图5所示。顶部永磁轨道3.1连续铺设于线路1的轨道梁1.4的顶部,用于产生稳定的磁场。超导磁浮装置3.2安装于走行装置2.2门形悬浮架2.25的内部顶端,当超导磁浮装置3.2进入超导状态后,配合顶部永磁轨道3.1产生的磁场作用,使其具有稳定悬浮功能。悬浮系统3采用双轨永磁轨道3.1,磁轨在Y方向上的中心距(轨距)根据需求可设计为400~1200mm。每辆车根据需要可设置24~48套超导磁浮装置。超导悬浮系统3可对车辆系统2提供稳定的、沿Z方向的悬浮力F1+F2,F1与F2的设计数值相等、方向相同,如图9所示。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的直线驱动系统4主要分为电机初级装置4.1及电机次级装置4.2两部分,如图5所示。电机初级装置4.1连续铺设于线路1道床1.3的内壁两侧;电机次级装置4.2安装于走行装置2的门形悬浮架2.25外壁两侧上,每套走行装置2配置四套电机次级装置4.2。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的超导导向系统5由侧面永磁轨道5.1及超导导向磁浮装置5.2组成,如图5所示。侧面永磁轨道5.1连续铺设于线路1的轨道梁1.4的两侧,可分别产生磁场。超导导向磁浮装置5.2安装于走行装置2.2门形悬浮架2.25的内部侧面;与悬浮系统的超导装置原理相同,当超导导向磁浮装置5.2进入超导状态后,配合侧面永磁轨道5.1分别产生的磁场作用,使其具有稳定的导向功能。每辆车根据需求可设置8~32套超导导向磁浮装置5.2。超导导向系统5可对车辆系统2提供在Y方向的导向力F3与F4;导向力F3与F4在数值上基本相等、方向相反,可使车辆系统2与线路1保持一定的间距,实现无接触导向,如图9所示。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的供电系统6沿线路1铺设于道床1.3内壁两侧、为直线驱动系统4提供电能,如图3所示。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的运行控制系统7控制车辆2的启动、加减速及停车。运行控制系统7安装于线路1轨道梁1.4的顶部,沿线路连续铺设;运行控制系统7通过扫描检测走行装置2.2的信号器2.27的位置及状态,对车辆2实施全自动控制,实现无人驾驶、智能化运行,如图3和图8所示。
本发明中的生命安全平台9宽度可设计为1.2~2m,平台高度与车体2.1地板面平齐,方便乘客进出;当线路或车辆出现紧急状况时,生命安全平台9可用于疏散乘客、避险逃生,可有效解决传统跨座式单轨交通遇到危险时脱险方式单一的问题。
超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统的检修养护通道8设置在轨道梁1.4的两侧的凹槽处,供检修人员维修、养护线路及附属设施进。检修养护通道8设置有排水集污装置8.1,可用于清洁道床、保持线路卫生、排水集污等功能。检修养护通道8在道床1.3中为四通道设计,每条通道的宽度可设计为0.6~1.2m、深度1~1.5m,可确保检修人员的行走安全。并且,在特殊情况下,检修养护通道8也可作为紧急避险通道,用于疏散乘客、远离危险,如图4所示。
上述线路及车辆系统全线采用可搭载乘客、托运行李,亦或运输货物。系统的悬浮、导向与驱动均采用无接触、无摩擦、无磨损的磁浮技术,各系统内的相互作用部分之间保持10~30mm的间隙,可实现系统低风阻,无噪音、低耗能的悬浮、导向及运行,是技术领先的现代轨道交通方式。
上述线路及车辆系统采用的超导磁浮装置优选高温超导技术,也可选择低温超导技术。超导磁浮装置可实现无源自平稳悬浮以及自稳定导向功能,无电磁噪音、无辐射,彻底消除轮轨跨座式交通装用大量车轮或轮胎带来的不便以及负面影响。
基于上述超导磁浮装置的应用,本发明将线路系统轨道梁横截面的高度设计为较低高度,最小高度h可达300mm,进而使道床的最小高度H达到1200mm,如图4所示,从技术上改善轮轨跨座式单轨梁动辄1500~2000mm的高度,实现低跨座轨道、道床与线路的轻量化,并且使与轨道梁配合的走行装置结构简化,车辆重心降低,运行更平稳。
上述线路及车辆系统的走行装置内堪于线路系统的道床中,使线路抱持车辆,可降低车辆运行的风阻,抵挡横风的风压,隔离气动噪音,打造完全安静的轨道交通系统。
上述线路及车辆系统的直线驱动装置分布于车辆的两侧,驱动能力强,超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统最大爬坡坡度可达120‰,最高速度可达100km/h;侧向布置的驱动系统可使车辆最小转弯半径达到30m,适用于多建筑物的城市狭窄街道,也适用于多坡道的特殊或复杂区域环境。
上述线路及车辆系统的检修养护通道一改以往跨座式单轨交通检修不便、养护困难、作业危险的弊端,本发明的检修养护通道设置在轨道梁两侧的凹槽底部,方便工作人员安全、高效地对线路及附属设施进行检修作业及维修养护,完成复杂繁琐的检测修理任务。
本发明的生命安全平台采用“多通道并行”的设计模式:包括中央生命安全平台与检修养护通道在紧急状态下作为可供选择的紧急疏散通道,体现了本发明在尊重人身生命安全方面的设计理念,可从根本上跟除目前跨座式单轨逃生通道少、乘客避险途径单一的安全隐患与风险。
Claims (10)
1.一种超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:包括线路、车辆系统、超导悬浮系统、直线驱动系统、超导导向系统、供电装置和运行控制系统,其中:
所述线路及车辆系统采用超导型磁浮制式、跨座形式;
所述线路包括桥墩、道床和轨道梁,线路截面呈现双W形结构、两侧为道床、中间为双线轨道梁;
所述车辆系统由至少两节车辆编组,每节车辆配置两套走行装置,所述走行装置包括中转装置、减振机构、纵梁、缓冲装置、门形悬浮架、滑靴和信号器;
所述超导悬浮系统包括顶部永磁轨道和超导磁浮装置,所述顶部永磁轨道铺设于轨道梁的顶部,所述超导磁浮装置安装于走行装置门形悬浮架内部顶端;
所述直线驱动系统包括电机初级装置与电机次级装置,所述电机初级装置连续铺设于道床的内壁两侧,所述电机次级装置安装于走行装置的门形悬浮架外壁两侧,每套走行装置配置四套电机次级装置;
所述超导导向系统由侧面永磁轨道及超导导向磁浮装置组成,侧面永磁轨道连续铺设于线路的轨道梁的两侧,超导导向磁浮装置安装于走行装置门形悬浮架的内部侧面;
所述供电装置沿线路铺设于道床内壁两侧、为直线驱动系统提供电能;
所述运行控制系统安装于线路轨道梁的顶部,沿线路连续铺设,通过扫描检测走行装置上的信号器的位置及状态,对车辆实施全自动控制,每节车辆配置一套信号器。
2.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述线路全线为高架结构,单桥墩,距地面为5m;所述道床为双通道道床,截面呈现双W形;所述轨道梁最小高度达到300mm,道床的最小总高度达到1200mm。
3.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述线路中央为生命安全平台,轨道梁两侧底部为四通道的检修养护通道。
4.根据权利要求3所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述生命安全平台宽度为1~2m,高度与车体地板面平齐。
5.根据权利要求3所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述检修养护通道的宽度为0.6~1.2m、深度1~1.5m。
6.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:车辆系统车长为10~20m、宽2~3m、高为2.2~3.8m;车辆最小转弯半径达到30m,载客人数为20~200人;车辆可根据运营需求2~6节编组。
7.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述超导悬浮系统采用双轨永磁轨道,磁轨轨距为400~1200mm,每辆车设置24~48套超导磁浮装置。
8.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述车辆系统的走行装置内堪于线路系统的道床中,使线路抱持车辆。
9.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述超导导向系统对车辆系统提供在线路宽度方向的导向力;线路两侧的导向力大小相等、方向相反,每辆车设置8~32套超导导向磁浮装置。
10.根据权利要求1所述的超导磁悬浮与导向的内堪式低跨座空轨交通系统,其特征在于:所述超导磁浮装置和超导导向磁浮装置的工作悬浮高度均为10~30mm。
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