一種高速列車運行系統及其運行方法與流程

2023-05-12 23:35:21 4

本發明涉及高鐵技術領域，尤其涉及一種高速列車運行系統及其運行方法。

背景技術：

高速列車是一種現代高科技軌道交通發展的方向，輪軌技術的高鐵技術做到時速400km/h以後，由於輪軌之間的摩擦力減小就已經沒有更高的發展空間了。實現更高速列車運行速度的方式還能採用磁懸浮系統，它是通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向，再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。目前磁懸浮列車系統，可以分為兩個方向，分別是德國所採用的常導磁吸式（ems）和日本所採用的超導磁斥式（eds）列車。目前最高的車速是日本超導磁斥式（eds）列車，達到了600km/h，而且這一速度還沒有真正的商業化運營。

速度作為人類一直追求的目標，從來只有更高，沒有最高。研發新型的更為先進的交通運輸工具，要想速度再有新的提升，在空氣中採用以上兩種磁懸浮技術已不能滿足要求了。由於基於在大氣當中開發的磁懸浮系統在高速狀態下空氣阻力所消耗的能源所佔的比重越來越高，開發在真空管道中運行的磁懸浮列車系統就成為了熱門學科。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種在真空管道內高速運行，能夠在磁懸浮運動與輪軌運動兩種狀態下進行轉換的高速列車運行系統及其運行方法。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種高速列車運行系統，包括真空管道、行駛於所述真空管道內的高速列車、架設於所述高速列車上方用於所述高速列車做磁懸浮運動的磁懸浮裝置、架設於所述高速列車下方用於所述高速列車做輪軌運動的第二軌道裝置、以及用於輔助高速列車進行轉彎或剎車的輔助裝置；所述輔助裝置包括架設於高速列車上方的第一軌道裝置、與所述第一軌道裝置相配合的第一轉向機構和第一剎車機構、以及與所述第二軌道裝置相配合的第二轉向機構和第二剎車機構；所述高速列車的頂部設置有與所述磁懸浮裝置相配合的懸浮機構，所述高速列車的底部可收展設置有轉向架，所述轉向架與所述第二軌道相配合，所述第一轉向機構和第一剎車機構，以及所述第二轉向機構和第二剎車機構均與所述高速列車的車體緊固。

其中，所述磁懸浮裝置設置為常導型磁懸浮裝置，所述常導型磁懸浮裝置設置為與真空管道的內壁相配合的磁懸浮驅動電機長定子裝置，所述懸浮機構與所述磁懸浮驅動電機長定子裝置上下平行間隔設置於高速列車的頂部，所述懸浮機構為懸浮電磁鐵，所述懸浮電磁鐵與所述高速列車頂部的懸浮減震架相配合。

其中，所述第一軌道裝置為平行間隔架設於所述真空管道內壁的第一導軌和第二導軌，所述第一導軌和第二導軌均與所述高速列車上方的真空管道的內壁緊配，所述磁懸浮裝置及所述懸浮機構分別成組設置於第一導軌和第二導軌的外側。

其中，所述懸浮電磁鐵、所述第一轉向機構、所述第二轉向機構分別與設置於所述高速列車內的電控裝置及蓄電裝置電連接。

其中，所述第二軌道裝置為平行間隔架設於所述真空管道內壁的第三導軌和第四導軌，所述第三導軌和第四導軌均與所述高速列車下方的真空管道的內壁緊配。

其中，所述第一轉向機構與所述第二轉向機構結構相同，所述第一剎車機構與所述第二剎車機構相同，且所述第一轉向機構、所述第二轉向機構、所述第一剎車機構及所述第二剎車機構均沿所述高速列車長度方向可收展設置。

其中，所述第一剎車機構與所述第二剎車機構均包括u型制動夾頭，以及設置於所述u型制動夾頭相對兩內側壁的兩摩擦片；所述第一轉向機構與所述第二轉向機構均包括成對設置的兩條電磁鐵。

其中，所述第一導軌與所述第二導軌之間的真空管道的內壁設置有接觸網，所述接觸網與設置於所述高速列車頂部的受電弓相配合。

一種高速列車運行方法，包括上述所述的高速列車系統，包括如下步驟：

1）所述高速列車從起點站出發，通過轉向架與第二軌道裝置相配合做輪軌運動；

2）當高速列車提速至設定時速時，高速列車在所述磁懸浮裝置及懸浮機構的相互作用下，做磁懸浮運動，且在此過程中，第一轉向機構和第一剎車機構展開後與上方的第一軌道裝置相配合，第二轉向機構和第二剎車機構展開後與下方的第二軌道裝置相配合，之後，設置於所述高速列車底部的轉向架與所述第二軌道裝置分離；

3）當高速列車鄰近停靠站點時，所述轉向架展開與所述第二軌道裝置相接觸做輪軌運動，之後所述磁懸浮裝置與所述懸浮機構分離，第一轉向機構和第二轉向機構，及第一剎車機構和第二剎車機構收起，高速列車以輪軌運動駛入站點或變道、停靠。

本發明的有益效果：本發明提供了一種高速列車運行系統及其運行方法，當高速列車從起點站出發，通過轉向架與第二軌道裝置相配合做輪軌運動；當高速列車提速至設定時速時，高速列車在所述磁懸浮裝置及懸浮機構的相互作用下，並通過第一轉向機構和第二轉向機構，及第一剎車機構和第二剎車機構的輔助，做磁懸浮運動，同時，設置於所述高速列車底部的轉向架與所述第二軌道裝置分離；當高速列車鄰近停靠站點時，所述轉向架展開與所述第二軌道裝置相接觸做輪軌運動，之後所述磁懸浮裝置與所述懸浮機構分離，第一轉向機構和第二轉向機構，及第一剎車機構和第二剎車機構收起，高速列車以輪軌運動駛入站點或變道、停靠。以此結構設計的高速列車，簡化了高速列車的磁懸浮結構，縮小了真空管道空間，且通過磁懸浮運動與輪軌運動相結合的方式，方便了高速列車的停靠和變道，提升了高速列車的可靠性，還有效降低了真空管道和高速列車的生產成本。

附圖說明

圖1是本發明中轉向架與第二軌道裝置配合後做輪軌運動時的截面圖。

圖2是本發明高速列車第一轉向機構與第一軌道裝置相結合，第二轉向機構與第二軌道裝置相結合時做磁懸浮運動時的截面圖。

圖3是本發明高速列車第一剎車機構與第一軌道裝置相結合，第二剎車機構與第二軌道裝置相結合時做減速或剎車運動時的截面圖。

圖4是本發明整條高速列車側面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

結合圖1至圖4所示，本實施例提供了一種高速列車運行系統，包括真空管道1、行駛於所述真空管道內的高速列車2、架設於所述高速列車上方用於所述高速列車做磁懸浮運動的磁懸浮裝置3、架設於所述高速列車下方用於所述高速列車做輪軌運動的第二軌道裝置6、以及用於輔助高速列車進行轉彎或剎車的輔助裝置；所述輔助裝置包括架設於高速列車上方的第一軌道裝置5、與所述第一軌道裝置5相配合的第一轉向機構71和第一剎車機構81、以及與所述第二軌道裝置6相配合的第二轉向機構72和第二剎車機構82；所述高速列車2的頂部設置有與所述磁懸浮裝置3相配合的懸浮機構4，所述高速列車2的底部設置有與所述第二軌道裝置6相配合的轉向架9，所述第一轉向機構71和第一剎車機構81，以及所述第二轉向機構72和第二剎車機構82均與所述高速列車2的車體緊固，所述轉向架可以在所述高速列車與第二軌道之間進行上下收展。

具體的，本實施例中，所述磁懸浮裝置3設置為驅動電磁鐵，所述懸浮機構4設置為與所述驅動電磁鐵上下平行間隔設置的懸浮電磁鐵，所述懸浮電磁鐵與所述高速列車2頂部的懸浮減震架41相配合，所述第一軌道裝置5為平行間隔架設於所述真空管道1內壁的第一導軌51和第二導軌52，所述第一導軌51和第二導軌52均與所述高速列車2上方的真空管道1的內壁緊配，所述磁懸浮裝置3及所述懸浮機構4分別成組設置於第一導軌51和第二導軌52的外側，所述懸浮電磁鐵與設置於所述高速列車2內的電控裝置及蓄電裝置電連接，所述磁懸浮裝置3和所述懸浮機構4為常導型磁懸浮裝置3。

本實施例中，所述第二軌道裝置6為平行間隔架設於所述真空管道1內壁的第三導軌61和第四導軌62，所述第三導軌61和第四導軌62均與所述高速列車2下方的真空管道1的內壁緊配。所述第一轉向機構71與所述第二轉向機構72結構相同，所述第一剎車機構81與所述第二剎車機構82相同，且所述第一轉向機構71、所述第二轉向機構72、所述第一剎車機構81及所述第二剎車機構82均沿所述高速列車2長度方向設置，所述第一轉向機構71與所述第二轉向機構72均包括成對設置的兩條電磁鐵721。

為了方便在磁懸浮運動和輪軌運動之間進行很好的轉換，本實施例中，第一轉向機構71和第一剎車機構81可收展設置於高速列車的車頂，且可以在高速列車與第一軌道裝置5之間上下收展；同樣，第二轉向機構72和第二剎車機構82可收展設置於高速列車的底部，且可以在高速列車與第二軌道裝置6之間上下收展。

採用上述結構設計，利用輪軌技術的轉彎半徑小、結構簡單的特點，適合靠近城市的列車出發階段和到站階段複雜路段；在兩地主要運輸距離的較空曠的地段設置較直的高速軌道，可大大減少磁懸浮的結構，從而大大縮小了高速列車的體積，本實施例中高速列車在磁懸浮運動狀態下，可通過高速列車2內的蓄電裝置和電控裝置對懸浮機構4進行供電和調節，進而與設置在真空管道上的磁懸浮裝置3相互作用，保持磁懸浮裝置3和懸浮機構4之間的間隙保持穩定，使得高速列車底部的轉向架9與第二軌道裝置分離並處於懸浮狀態，進而實現高速無機械摩擦的運動，並通過第一轉向機構71和第二轉向機構72的輔助，使得高速列車能夠在轉彎或直行時不會偏離軌道，且還能夠通過第一剎車機構81和第二剎車機構82的作用，快速穩定可靠的進行緊急制動。

為了有效防止高速列車在磁懸浮狀態下偏離既定軌道，本實施例中在高速列車的頂部設置有第一轉向機構71，與第一軌道裝置相配合；在高速列車的底部設置有第二轉向機構72，與第二軌道裝置相配合；根據需要，第一轉向機構71和第二轉向機構72也可以任選其一。

具體的，本實施例中，所述第一轉向機構71與所述第二轉向機構72結構相同，分別通過成對設置的電磁鐵，通過高速列車2內的蓄電裝置和電控裝置對轉向機構設置的電磁鐵進行供電和調節，使其與第一軌道裝置和第二軌道裝置中的導軌兩側壁間隙保持一致，以此使得高速列車做磁懸浮運動時，不會偏離軌道，與軌道之間不產生機械摩擦。

同時，為了滿足在磁懸浮狀態下的緊急剎車要求，本實施例中，採用類似的設置，在第一軌道裝置和第二軌道裝置中的導軌兩側布置u型制動夾頭，使得制動夾頭相對兩內側壁的兩摩擦片822與導軌兩側壁摩擦，且摩擦產生的熱量還可以通過導軌及時散出，來進一步的對高速列車進行緊急制動。此外，在正常的減速剎車狀態下，還可以通過磁懸浮裝置與懸浮機構之間發電效應來產生反向作用力進行減速剎車，同時還進行電能回收。

本實施例中，高速列車在輪軌運動狀態或低速磁懸浮運動下時，供電方式與傳統高鐵相同，即在所述第一導軌51與所述第二導軌52之間的真空管道1的內壁設置接觸網11，並使得所述接觸網11與設置於所述高速列車2頂部的受電弓21相配合。在此過程中可以對高速列車內的蓄電裝置進行快速充電。

一種高速列車運行方法，包括上述所述的高速列車系統，包括如下步驟：

1）所述高速列車2從起點站出發，通過轉向架9與第二軌道裝置6相配合做輪軌運動；此時與常規列車運動方式相同，在此不做贅述。

2）當高速列車2提速至至設定時速時，高速列車2在所述磁懸浮裝置3及懸浮機構4的相互作用下，做磁懸浮運動，且在此過程中，第一轉向機構71和第一剎車機構81展開後與上方的第一軌道裝置5相配合，第二轉向機構72和第二剎車機構82展開後與下方的第二軌道裝置6相配合，之後，設置於所述高速列車底部的轉向架9與所述第二軌道裝置6分離；

此過程中能夠通過第一轉向機構71和第二轉向機構72的設置，有效保證磁懸浮運動的可靠性，避免高速列車偏離軌道，與軌道之間產生機械摩擦，也為高速列車由磁懸浮運動狀態轉換為輪軌運動狀態時提供了保障；通過第一剎車機構81和第二剎車機構82的設置，能夠有效的對高速列車進行緊急制動，避免意外事故的發生。

3）當高速列車2鄰近停靠站點時，所述轉向架9展開後與所述第二軌道裝置6配合做輪軌運動，所述磁懸浮裝置3與所述懸浮機構4分離，在此過程中，由於速度降低，所述轉向架9與所述第二軌道裝置6起到了有效的導向和驅動以及剎車的作用，就將上述步驟中的第一轉向機構71和第二轉向機構72，第一剎車機構81和第二剎車機構82通過與高速列車相連接的收展機構將其收起，之後通過架設於高速列車底部的轉向架實現常規的輪軌運動，此時高速列車2以輪軌運動駛入站點或變道停靠。。

當高速列車運行速度低於通過接觸網11和受電弓21所允許的最高有效供電速度時，列車由受電弓21與接觸網11電連接給高速列車供電，並給設置在高速列車上的蓄電裝置快速充電；當高速列車運行速度高於通過接觸網和受電弓所允許的最高有效供電速度時，受電弓21與接觸網11自動分離，高速列車由蓄電裝置供電。

採用上述結構設計的高速列車，利用輪軌技術的轉彎半徑小、結構簡單的特點，適合靠近城市的列車出發階段和到站階段複雜路段；在兩地主要運輸距離的較空曠的地段設置較直的高速軌道，可大大減少磁懸浮的結構，從而大大縮小了高速列車的體積，簡化了高速列車的磁懸浮結構，縮小了真空管道空間，降低了真空管道的生產成本；且通過磁懸浮運動與輪軌運動相結合的方式，方便了高速列車的停靠和變道，提高了變道停靠的可靠性；同時，利用雙軌與緊急剎車機構的直接配合，確保列車在高速運行時，能夠隨時進行緊急制動，使列車在高速運行時有可靠的制動安全保障。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。