專利名稱：有翼列車及其導航軌道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路與火車方面，具體是一種有翼列車的車廂、電力牽引車、導航軌道、高架枕梁和基墩等配套設(shè)施。
背景技術(shù)：
火車是現(xiàn)代最重要的交通工具之一，其強大的運輸能力是汽車、飛機等不可替代的。傳統(tǒng)火車是一種低速安全火車，從低速度走向高速度，時間很短，但經(jīng)歷了許多技術(shù)過程。安全方面也達到了相當?shù)母叨?；但是為了更好的服?wù)于國家，服務(wù)于人類，優(yōu)選更安全，更環(huán)保、更經(jīng)濟適用的鐵路和機車，是時代進步的需要、是自然的選擇。由于高速列車運行時相對風速可達400Km/h以上，這種高速氣流蘊含有巨大能量，但是高速列車的車廂上面沒有安裝任何翼面，因此，高速氣流的能量在高速列車運行和 制動時都未得到利用，造成能量浪費。雖然，幾年前本人已經(jīng)提出了有翼火車的概念，但是那時沒有形成完整的技術(shù)方案，使得有翼火車僅僅是一個構(gòu)想，沒有具體的實施方案，更談不上大規(guī)模建造和使用了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一個完整的有翼列車的實施方案，具體包括車廂、電力牽引車、導航軌道、高架枕梁和基墩等配套設(shè)施的改進。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種有翼列車，包括電力牽引車和車廂，電力牽引車連接并牽引車廂，所述車廂的頂部、沿列車長度方向均勻布置有若干組翼，該翼為沿水平方向設(shè)置的三角翼，電力牽引車的側(cè)面和頂部沿空氣流動方向設(shè)置有可以收縮的折疊翼。所述電力牽引車后的第一節(jié)車廂為車頭，司機在其中操作。所述電力牽引車所需電能由電軌提供，電力牽引車的前端對應(yīng)電軌設(shè)置有受電裝置，受電裝置包括通過電線相互連接的受電輥輪和微變電裝置，微變電裝置的電力輸出端通過電線向電力牽引車內(nèi)部供電。所述有翼列車的末端連接有助推車，助推車車身為前后兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有風力發(fā)電機，風力發(fā)電機的葉片對應(yīng)迎風面設(shè)置、其產(chǎn)生的電能供助推車運動。所述電力牽引車前端外殼上布置有受電裝置的電線保險柱，助推車末端對應(yīng)保險柱位置設(shè)置有鏟刀。所述導航軌道是三根平行設(shè)置的軌線，對應(yīng)有翼列車的底部設(shè)置有三排車輪，車輪外周面上的中間部位設(shè)置有一圈凹槽、對應(yīng)軌線外表面，使得車輪騎跨在軌線上。 所述有翼列車底部的車輪包括中間的承重輪和兩側(cè)的邊輪，承重輪與輪軸采用彈性連接、兩側(cè)邊輪分別向外偏轉(zhuǎn)30 75°。所述導航軌道設(shè)置在高架路面上。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明的有翼機車及導航軌道是一項超大型綜合性系統(tǒng)技術(shù)工程，增加了飛翼、設(shè)計了“防脫軌”的環(huán)槽滑輪和導軌，其自重輕、摩擦及發(fā)熱十分??；采用輕型材料制造、內(nèi)控安全設(shè)施接近飛機。因此，制造成本比現(xiàn)有高速火車大約會高出I / 10左右，但動力飛車自重輕，慣性沖力小、其本身就多一份安全，運行時自然比普通火車更安全。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
I對地面設(shè)施引響小，并且部分候車廳可建在車站道線下。2全高架鐵道線之下可植綠或栽種農(nóng)作物，這樣，將大大節(jié)省土地資源和投資，并且更環(huán)保。3不引響地面交通。基于此，建“動飛線”匹配‘‘動力飛車’’應(yīng)是今后鐵路交通發(fā)展的上上之選，所需要的就是人們觀念的更新，有了新的觀念，一切也就順理成章了。
從上述理論分析看“有翼火車”空前地實現(xiàn)了與鐵軌的柔性接觸，采用了減重飛翼和安全級的“防脫軌技術(shù)”，在鐵路建設(shè)史上、翻開了鐵路建設(shè)和機車制造理論的新篇章。綜上所述、建設(shè)動力飛車線和制造“動力飛車”是安全的，也是可行的，更是必要的；因為一但實施不僅每年可節(jié)省大量土地資源和投資，而且基本上不破壞生態(tài)環(huán)境，因此早立項、早投資、必將早受益。結(jié)論認為就全國平原，丘林，山區(qū)而言，如按動飛線標準修建新型鐵路，每年可為國家減少千億元(人民幣)凈投資的浪廢，同時；也必將產(chǎn)生更大的綜合經(jīng)濟效益。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2 是本發(fā)明車廂的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明車廂翼的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明導航軌道的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明電力牽引車的結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明受電裝置和微變電裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明助推車的結(jié)構(gòu)示意 圖8是本發(fā)明高架枕梁的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號表不1_車廂翼、2-車廂、3-車頭、4-散熱窗、5-折疊翼、6-電力牽引車、7-受電裝置、8-受電輥輪、9-電軌、10-樁墩、11-枕梁、12-導航軌道、12-1-邊承重軌、12-2-主承重軌、13-車輪、13-1-邊輪、13-2-承重輪、14-輪軸、15-連接板、16-螺釘孔、17-受電裝置連接框、18-前進氣孔、19-齒輪機構(gòu)、20-電動機、21-采光窗、22-微變電裝置、23-負極受電輪、24- L型連接板、25-正極受電輪、26-彈簧、27-前風口、28-助推車翼、
29-后風口、30-鏟刀、31-高架路面、32-風力發(fā)電機、α -邊輪翻轉(zhuǎn)角度。
具體實施例方式如圖I 8所示，本發(fā)明是一種有翼列車，包括電力牽引車6、車頭3和車廂2，電力牽引車6連接并牽引車廂2，本具體實施方式
中，有翼列車是由電力牽引車6+車頭3+車廂2+車尾助推車組成。車廂2的頂部、沿列車長度方向均勻布置有若干組車廂翼1，該車廂翼I為沿水平方向設(shè)置的三角翼。電力牽引車6后的第一節(jié)車廂是車頭3，車頭3的前端呈頭錐狀，車頭3后端呈45°斜面設(shè)置。車頭3內(nèi)設(shè)置有安全控制系統(tǒng)，司機在車頭3內(nèi)操作、控制有翼列車的所有動作，根據(jù)設(shè)定的運行時速和相關(guān)因素(車廂翼I的受力狀況等)來配置電力牽引車6的動力大小。每節(jié)車廂2增設(shè)一組電磁鐵，需要剎車或需要停車時，關(guān)閉動力電源并開起電磁鐵，磁鐵與鐵軌相吸，以達到減速停車目的，設(shè)計電磁鐵為“斷開接通”。注確保電磁牽扯力不損傷軌線為準。電力牽引車6通過高強度的大彈簧連接在車頭3的前端，突發(fā)情況下彈簧連接可起到緩沖作用。電力牽引車6的側(cè)面和頂部沿空氣流動方向設(shè)置有可以收縮的一對折疊翼5，當電力牽引車6需要爬坡上行的時候，該折疊翼5自動展開、可起到“重力助升”的作用。電力牽引車6所需電能由電軌提供，電軌9是凸式電源軌。本具體實施方式
中，設(shè)計電軌9在電力牽引車6的下方，線(負極O線)設(shè)計在軌道平臺上，距有翼列車底部
0.3米；“ + ”線(正極火線)設(shè)計在電力牽引車6左側(cè)2米處，低于軌道平臺I米。另外，正極(火線)還可以設(shè)計在軌道中間，負極(O線)設(shè)計在軌道平臺上；又或者，正極(火線)可設(shè)為地下電纜。電力牽引車6的前端對應(yīng)電軌9設(shè)置有受電裝置7，受電裝置7包括通過電線相互連接的受電輥輪8、微變電裝置22和受電裝置連接框17，微變電裝置22的電力輸出端通過電線和受電裝置連接框17向電力牽引車6內(nèi)部供電。受電輥輪8為彈力接觸，平時不帶電；當電力牽引車6到達相應(yīng)位置時，受電輥輪8接觸授電軌9，使受電裝置7受電。電動機20通過微變電裝置22轉(zhuǎn)換得到380V工作電壓，電力牽引車6接收來自于電軌9的電能。負極受電輪23對應(yīng)設(shè)置在線(負極O線)上、正極受電輪25對應(yīng)設(shè)置在“ + ”線(正極火線)上。注受電裝置7和微變電裝置22是一輛小車式車載連體裝置。車頭3內(nèi)同時設(shè)置有常規(guī)動力系統(tǒng)和航空動力系統(tǒng)，為B型設(shè)計。設(shè)計機車超速時，車頭3最先達到“零”重力。本發(fā)明的有翼列車在線路上運行時速400公里時，總重力等于“零”重力。設(shè)計有翼列車在運行過程中，總重力小于“零”時，航空動力系統(tǒng)自動斷電。有翼列車的末端連接有助推車，助推車通過高強度的大彈簧26 (中間設(shè)伸縮軸)連接在尾部車廂2末端后的十米處，突發(fā)情況下彈簧連接可起到緩沖作用。助推車車身為前后兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，即助推車前端設(shè)置有前風口 27、末端設(shè)置有后風口 29，頂部設(shè)置有助推車翼28。助推車內(nèi)部設(shè)置有航空助推動力，即考慮設(shè)置風力發(fā)電機32，但是，電力牽引車6的供電為首選。風力發(fā)電機32的葉片對應(yīng)迎風面設(shè)置、其產(chǎn)生的電能供助推車運動，有順轉(zhuǎn)助推、逆轉(zhuǎn)時形成逆牽引(逆沖制動)的功能。電力牽引車6前端外殼上布置有受電裝置7的電線保險柱，助推車末端對應(yīng)該電線保險柱位置設(shè)置有鏟刀30。如果后車跟得太緊(接近2000米)，助推車會發(fā)出信號警告后面車輛；甚至于后車如果沒有減速、慢慢逼近時，“安全衛(wèi)士” 一助推車末端的鏟刀30會切斷后車電力牽引車6前端受電裝置7上的電線保險柱，使后車立即減速。注電力牽引車6前端對應(yīng)鏟刀30的位置、設(shè)置有無風阻的小開口，鏟刀30可以方便進入，S卩“電線保險柱”后方為“彈力盾”。導航軌道12是三根平行設(shè)置的鋼軌軌線，具體的是中間的主承重軌12-2(約承擔40%的載荷)和兩側(cè)的邊承重軌12-1。本具體實施方式
中，導航軌道12采用窄軌設(shè)計，兩條邊承重軌12-1之間的寬度小于普通鐵軌的寬度。設(shè)計有翼列車在95%以上的運行路段上，兩側(cè)邊承重軌12-1不承受重量，只由主承重軌12-2承擔有翼列車的全部重量，所以謂之單軌鐵路。對應(yīng)地，有翼列車的底部設(shè)置有三排車輪13，每根輪軸上14上連接有3個車輪13，分別是中間的承重輪13-2和兩側(cè)的邊輪13-1。承重輪13-2與輪軸14采用彈性連接、兩側(cè)邊輪13-1分別向外偏轉(zhuǎn)30 75°，且兩側(cè)邊輪13-1向外偏轉(zhuǎn)的角度α優(yōu)選40 50°，最優(yōu)的偏轉(zhuǎn)角度α為45°。車輪13的外周面上的中間部位設(shè)置有一圈環(huán)狀凹槽、對應(yīng)軌線的外表面，使得車輪13騎跨在軌線上。以上設(shè)計，使得有翼列車在運行過程中，總重力小于或等于30%時、由主承重軌12-2承重，總重力大于30%時、由主承重軌12-2和兩條邊承重軌12_1 二條線軌共同承重。導航軌道12設(shè)置在高架路面31上。當下坡、上坡高低落差100米時，該路段長度應(yīng)達2千米；如落差達300米時、該路段長度應(yīng)達5000 - 10000米，在設(shè)計施工中應(yīng)跟據(jù)具體情況而定。本發(fā)明的推廣實施計劃
第一步選擇適宜場所修建室內(nèi)“初級”實驗線，長度800—1200米，制造小型的有翼列車(二個小車頭3+20節(jié)小車廂2);“小飛車”制造好以后，上線試車，掌握和記錄常規(guī)牽引 力、航空動力牽引力、飛翼提升力等第一手實驗材料。此項目投資約100— 200萬元人民幣。第二步選擇適宜地區(qū)，建設(shè)商用實驗線(新型復線鐵路)，長度約25-50千米，制造二輛(套)以上商用有翼列車，此二項投資約15—一25億元人民幣。建設(shè)成功商用實驗線和制造好商用有翼列車后，用于商業(yè)營運，測試和記錄各種數(shù)據(jù)，改進和完善技術(shù)及安全設(shè)施。第三步把在商用實驗線上取得的成熟技術(shù)、用于建設(shè)遠距導航軌道12和制造標準的有翼列車。理想目標
一但被批準實施、力爭十年左右建成1-2條遠距離標準有翼列車和導航軌道12及其配套項目。十五年以后形成初級路網(wǎng)，原始形態(tài)的老舊鐵路開始分批淘汰，新型鐵路開始進入高速發(fā)展時期。拆除老舊鐵路后，舊鋼軌可以回收利用，部分土地可以恢復耕種農(nóng)作物。實施要素
I有翼列車是采用了 “軌道導航”模式。2為了盡可能走直線，打山洞難免，但有翼列車導航軌道12的隧道長度約只需普鐵線的1/2 - 1/3，因為有翼列車具有可上可下的獨特優(yōu)勢。此為可實施的關(guān)鍵要素之一。3有翼列車是采用輕型材料制造，自重輕、又有飛翼、正常運行(300公里/小時)時、對鐵道線的壓力十分小，比之于傳統(tǒng)火車更俱優(yōu)勢，此為可實施的關(guān)鍵要素之二。安全性能
I有翼列車在載荷運行中，其綜合安全系數(shù)高于現(xiàn)有火車。這是因為有翼列車具有普通火車最頂級的安全動力系統(tǒng)、且其重量(空載質(zhì)量)輕、又采用了安全級的軌道導航“防脫”技術(shù)、安全設(shè)置為永不脫軌，所以安全級別高，此為可實施的關(guān)鍵要素之三。2有翼列車采用直驅(qū)動力+航空動力助推模式，兩邊邊輪13-1即“防脫軌”又“防飛升”、并且起到了承重滑行作用，這樣就明顯地增強了導航軌道12和有翼列車的安全性和實用性，同時也增強了實施要素理論的說服力。此為可行性的要素之四。3主承重輪13-2采用高強度彈簧連接，約95%以上的運行路段中為主承重輪13-2(單輪)承重，因此有翼列車實現(xiàn)了柔性接觸，產(chǎn)生的摩擦熱(負作用)、約只有普通火車的10% ;運行更平穩(wěn)、更安全、更舒適，此為可行性(可實施)的要素理論之五。氣流引響
I動飛車一般時速達400公里，前翼對后翼氣流引響較小，后翼可以梯級調(diào)整傾角和大小，使之在同樣速度下、提升重量基本相等。2設(shè)計時速達100公里時，動飛車運行平衡力達正常。設(shè)置與選材
“動力飛車”與“動力飛車”之間、可選擇增加“永磁排斥”技術(shù)，樁墩一可采用間開式樁墩，枕梁下加特制彈簧墊、可實現(xiàn)雙柔接觸、以消除振波；車箱外殼可以選用植物板和輕金屬等輕型材料制造，但要俱備一定的強度和仞性，部分區(qū)域需用鋼件加固。未來如需要將時 速提升到500 - 600公里/小時、車頭車尾需加裝彈力盾罩(包括永磁排斥裝置)。發(fā)車和換線
I如旅客或貨物很多，可以連發(fā)車，但車距應(yīng)保持在兩千米以上，如接近2000米，后車司機應(yīng)關(guān)閉動力電源減速。2車站出入口換線和機車換道，可選用普通鐵道模式。3客車帶8 —10節(jié)車箱，貨車帶10 —15節(jié)車廂。為了減小慣性沖力、也可選每個車頭帶四節(jié)車廂模式。4列車變道前后2千米處、樁墩和枕梁應(yīng)加強承重力，移動軌為鏈接式。5轉(zhuǎn)換軌道時、機車應(yīng)減速至100公里左右，這時機車重力自動打開鐵路定向變道電機，機車順利進入叉道運行。變道處自動恢復原有形態(tài)。運行控制
在運行過程中總重力小于50 %時，應(yīng)關(guān)閉部分常規(guī)動力，總重力小于30 %時，關(guān)閉全部常規(guī)(直驅(qū))動力、并啟動所有航空動力，使機車保持零重力運行態(tài)勢(80%路線段可以使用這個速度)。價值分析
I全高架“動飛線”平均高度高于普鐵線、造價可能會有增加，但動飛線在柱基、柱墩等方面會大幅節(jié)省造價。2長枕梁——單軌梁(可布三線)鐵道更可節(jié)省造價40%左右。3動飛線的導航軌道12比普鐵線導軌細、約可節(jié)省鋼材15%左右。這是因為有翼列車自身重量輕、靜止狀態(tài)下，約只有普通火車重量的2 / 3以內(nèi)，運行時，總重力會更輕。所以動飛線雖高，卻不會增加造價，反而會大幅降低總線路建設(shè)成本。4江河、山谷架橋成本也會相應(yīng)降低，因為“動飛線”不需要過分強大的承重力。5隧道方面“動力飛車線”與“普鐵線”隧道高度，寬度基本一致。長度方面“動飛線”隧道約只需普鐵線的I / 2 — I / 3，此項可大幅節(jié)省投資。另外；電軌與鐵道枕梁一體，更安全，更節(jié)省投資。舉例說明按“價值分析”估算，以成都一拉薩為例，建設(shè)“動飛線”比建設(shè)“普鐵線”約可節(jié)省靜態(tài)投資500億元(人民幣)以上。約節(jié)省動態(tài)投資1000億元以上。并且在同等施工強度的情況下，可少用二年左右建設(shè)時間、就能完成全線建設(shè)任務(wù)，產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟效益應(yīng)不會低于2000億元人民幣。
權(quán)利要求
1.一種有翼列車，包括電力牽引車和車廂，電力牽引車連接并牽引車廂，其特征在于所述車廂的頂部、沿列車長度方向均勻布置有若干組翼，該翼為沿水平方向設(shè)置的三角翼，電力牽引車的側(cè)面和頂部沿空氣流動方向設(shè)置有可以收縮的折疊翼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述有翼列車，其特征在于所述電力牽引車后的第一節(jié)車廂為車頭，司機在其中操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述有翼列車，其特征在于所述電力牽引車所需電能由電軌提供，電力牽引車的前端對應(yīng)電軌設(shè)置有受電裝置，受電裝置包括通過電線相互連接的受電輥輪和微變電裝置，微變電裝置的電力輸出端通過電線向電力牽引車內(nèi)部供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述有翼列車，其特征在于所述有翼列車的末端連接有助推車，助推>車車身為前后兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有風力發(fā)電機，風力發(fā)電機的葉片對應(yīng)迎風面設(shè)置、其產(chǎn)生的電能供助推車運動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述有翼列車，其特征在于所述電力牽引車前端外殼上布置有受電裝置的電線保險柱，助推車末端對應(yīng)保險柱位置設(shè)置有鏟刀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述有翼列車的導航軌道，其特征在于所述導航軌道是三根平行設(shè)置的軌線，對應(yīng)有翼列車的底部設(shè)置有三排車輪，車輪外周面上的中間部位設(shè)置有一圈凹槽、對應(yīng)軌線外表面，使得車輪騎跨在軌線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述有翼列車的導航軌道，其特征在于所述有翼列車底部的車輪包括中間的承重輪和兩側(cè)的邊輪，承重輪與輪軸采用彈性連接、兩側(cè)邊輪分別向外偏轉(zhuǎn)30 75°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述有翼列車的導航軌道，其特征在于所述導航軌道設(shè)置在高架路面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有翼列車，包括電力牽引車和車廂，電力牽引車連接并牽引車廂，所述車廂的頂部、沿列車長度方向均勻布置有若干組翼，該翼為沿水平方向設(shè)置的三角翼，電力牽引車的側(cè)面和頂部沿空氣流動方向設(shè)置有可以收縮的折疊翼。本發(fā)明的有翼機車及導航軌道是一項超大型綜合性系統(tǒng)技術(shù)工程，增加了飛翼、設(shè)計了“防脫軌”的環(huán)槽滑輪和導軌，其自重輕、摩擦及發(fā)熱十分??；采用輕型材料制造、內(nèi)控安全設(shè)施接近飛機。因此，制造成本比現(xiàn)有高速火車大約會高出1／10左右，但動力飛車自重輕，慣性沖力小、其本身就多一份安全，運行時自然比普通火車更安全。如按動飛線標準修建新型鐵路，每年可為國家減少千億元(人民幣)凈投資的浪廢，同時；也必將產(chǎn)生更大的綜合經(jīng)濟效益。
文檔編號B60L8/00GK102806916SQ20121030458
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者梁茂璧 申請人:梁茂璧