獨立式同步軌道交通的製作方法

2023-12-09 00:41:36 2

專利名稱：獨立式同步軌道交通的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種軌道交通，該軌道交通其網內車廂可實現無交叉路口等待， 無中間站點停靠，全程全速高效運行，能解決目前城市交通擁堵問題。
背景技術：
目前，城市交通主要有公路和地鐵兩種模式。作為公共運輸均存在多站點停靠問題，這導致大量的能源和時間的浪費；更為普遍的公路交通還存在大量的交叉路口等待問題，這又是一個巨大的能源和時間的浪費。在公共運輸上如何大副降低能耗、提高效率、解決擁堵，仍無較好的辦法。
發明內容為了有效解決城市交通擁堵，降低交通能耗，提高交通效率，本實用新型提供了一種新的交通模式和交通理念。以該模式建成的軌道交通網，其網內車廂可實現無交叉路口等待，無中間站點停靠，全程全速高效運行，對於乘員也幾乎沒有上車前的等待問題，且佔地面積遠小於公路的佔地面積。本實用新型所採用的技術方案是採用獨立小車廂和單向小軌道，軌道網內的車廂遵從統一的時鐘節率進行同步運行，車廂由電力驅動，系統程序監控，自動完成全程運行。獨立小車廂(以下簡稱「車廂」)為長、寬、高尺寸小，流線形氣動外形，單次運載量小，運行頻率高，不與其他車廂相連接，可進行單獨運行的獨立車廂。其三維尺寸為長1.6 米，寬1.2米，高1.2米。車廂內設並排兩座位，可搭載1人或2人(為同一目的地站點)； 車廂前後兩輪軸位於底盤中線的主梁上，分別由各自輪軸上的電機(為電動、發電兩用電機)驅動；車廂的制動主要由發電機將車輪轉動的動能轉換成電能來完成，產生的電能儲存於車內蓄電池中；輪軸兩端是兩個承載車廂體的負載杆，負載杆通過減振器和一個外徑 50釐米的推力圓錐滾子軸承與車廂體連接；輪軸中間為電機殼體，殼體內為電機，電機轉軸與鋼輪的中心軸為同一根軸；殼體上方有一圓柱形殼體穩定柱，以殼體穩定柱為中心點， 輪軸可在軌道面隨軌道方向的改變進行自由轉向；殼體上有一延伸至軌道槽內的錐體。錐體上窄下寬，卡於軌道槽內起到防止車廂脫離軌道的作用，正常運行時錐體側面的安全滾輪與軌道內側面間隙2-3毫米；錐體兩側有延伸出的電刷，可從軌道兩個內側面的電源極面導入動力電源驅動輪軸上的電動機；錐體底面上設有兩個位置信號發生器(為嵌入式的獨立永磁鐵，N極向外)、兩個位置感應埠、一組信號發送埠、一個信號接收埠和一個故障信號發送埠，可與軌道進行位置和控制信號的發送和接收。位置信號發生器、位置感應埠、信號發送埠和信號接收埠，均是由磁鐵或感應線圈構成，每一感應線圈由一對引線與系統電路相聯，它們之間的信息交換傳送是通過磁感應實現的。一個錐體的兩個位置感應埠的引線經邏輯或運算電路合成一路後輸入系統。車廂縱向軸線上的前後兩端點外側，各安裝有一個「緩衝極面」，此極面由直流線圈產生磁極，N極向外，可避免前後兩車廂
3發生鋼性碰撞。若通過輪軸延伸杆在車廂底盤前後輪軸上加裝4個普通橡膠輪胎，並在車廂內設置相應的操縱杆及制動器，則此車廂可作為私人車廂進入普通公路運行。單向小軌道的軌道寬度小、每條軌道均為單向運行設計，每一段軌道均由軌道位置信號發生器標示出一段段長度較短的、連續的軌道長度單元，以便於實現對在軌道上運行的車廂的監控。軌道橫截面為「U」形，U形槽口內寬M釐米、外寬30釐米，單側軌道面寬3釐米，軌道高14釐米，底部寬32釐米。軌道兩內側面上安裝有動力電源的兩個極面， 電源極面隨軌道延伸，為車廂提供動力。軌道每隔1. 2米距離有一寬5釐米，厚3. 5釐米的軌道連接段將「U」形軌道兩側立面在底部連接起來，鋪設軌道時可對兩側面做進一步固定。在主軌道上每間隔2個軌道連接段處的軌道連接段上表面兩端，安裝有一對軌道位置信號發生器，即主軌道上每兩對軌道位置信號發生器間隔3. 6米；其他軌道段的位置信號發生器間隔由該處車廂預設速度確定。軌道位置信號發生器是一個永磁鐵，一般為N極向上，當車廂經過時此磁極在車廂錐體上的位置感應埠感應產生一個位置脈衝。部分軌道段(匯入點和分叉點附近)在軌道位置信號發生器邊上還裝有位置感應埠、信號發送埠、信號接收埠和故障信號接收埠，以實現與車廂進行位置信號和控制信號的傳送與接收。所有埠均為線圈構成，並且每一線圈由一對引線連接到相應的匯入點或分叉點，以實現對相關信號的傳送。軌道網內需「十字」交叉的軌道均採用立體交叉形式，兩軌道交叉處在垂直面上保持1. 8米-2. 0米的高度差，兩條軌道在同一平面的相交均為同向的「人」字交叉，其交叉點在這裡稱為「匯入點」(兩個軌道上的車廂經該點匯入到一條軌道上同向運行)或「分叉點」(一個軌道上的車廂經該點分開到兩條軌道上運行)。在轉彎處的軌道， 軌道面設置為向轉彎中心方向傾斜一定角度，其角度值根據轉彎半徑和該處軌道預設速度確定，以最大限度抵消車廂在轉彎時產生的離心力減小軌道對車廂鋼輪內沿以及錐體安全滾輪的壓力。若從一公路附近軌道的適當位置，通過一專用分叉點(稱為「脫網分叉點」)延伸出一條專用軌道(稱為「過渡段軌道」)至普通公路路面，軌道的末端段軌道方向與在該處公路上的行車同向。則私人車廂可經此分叉點脫離軌道網並減速成後進入普通公路運行。這樣，在單向運行的基礎上，還要避開兩車廂在同一時刻通過同一匯入點。這由在網車廂遵從統一時鐘節率同步運行和對車廂運行的適時監控來實現的。把時間分為時長較短的、連續的、一段段等長度的時間單元，其中每一段時間單元均稱之為軌道網的「時鐘單元」。車廂在任一軌道段以該軌道段的預定速率在一個時鐘單元內運行的距離稱之為該軌道段的「長度單元」，當預定速率等於額定速率(在網正常均速運行的速率)時，對應的長度單元也稱為「標準長度單元」。預定速率等於額定速率的軌道稱為「主軌道」。車廂遵從統一的時鐘節率同步運行是指以一個時鐘單元為節率，每一時鐘單元內所有在網正常運行的車廂均運行一個長度單元；並且車廂在任一時鐘單元的任一時亥IJ，均運行至相應軌道長度單元的同一位置上。以軌道位置信號發生器將每一軌道的長度單元在軌道上標示出來，每兩對軌道位置信號發生器之間的軌道距離即對應為該軌道的一個長度單元，一個長度單元的軌道內最多容納一個車廂(長度單元的值與車廂長度值的差為誤差允許距離)。若時鐘單元為0. 18秒，車廂額定速率為每小時72千米，則軌道的標準長度單元為3. 6米。以此計(以下均以此計)，一條軌道每小時最多可運行2萬個車(廂) 次，平均載客3萬人次。[0010] 軌道網中的站點，是車廂運行的始發站和終點站，可設置於軌道的一側、交叉路口的上方、兩條相向軌道的中間上方或其他適當的地方。站點有進出站軌道、站點信息系統、 車廂測試和轉運系統、電源系統、儲車倉、在軌異常車廂導出系統以及相關附屬設施，由1-2 人值守。進站軌道由減速段軌道、環形軌道、停靠槽、活動軌道段以及起連接作用的分叉點構成，連接主軌道和減速段軌道的分叉點稱為「站點分叉點」；出站軌道由發車槽、環形軌道、加速段軌道以及起連接作用的匯入點構成，連接主軌道和加速段軌道的匯入點稱為「站點匯入點」。進出站環形軌道面為上下層分布，進站環形軌道面高出出站環形軌道面4. 5米。 站點信息系統主要功能有1、為車廂提供標準的軌道網時鐘以及系統恢復數據；2、通過讀取站點匯入點的另一來車方向上的車廂位置信息和各發車槽內車廂的請求發車信息，為各發車槽的車廂提供各自的發車時刻；3、掌握站點內車廂數量和各停靠槽、發車槽適時的佔用信息，在必要時關閉(或開啟)站點分叉點，使主軌道的車廂不能(或可以)再進入該站點；4、在掌握站點內車廂數量和進出站點車廂情況並與其他站點進行適時信息交流的基礎上，必要時及時向其他相應站點發送空車廂，這樣可騰出儲車倉車位以容納更多的進站車廂或向車廂不足的站點輸送可用的車廂。車廂測試轉運系統包括轉運滑道、活動軌道段、 活動軌道段儲備區及相關控制設施，其主要功能有1、在活動軌道段上對每一個進站車廂進行性能指標檢測；2、根據檢測結果將活動軌道段上的車廂轉運到儲車倉的待用區或故障區；3、及時在停靠槽的末端補充上新的活動軌道段，以使其他進站車廂繼續進入；4、及時將車廂從儲車倉輸送至發車槽。當車廂進入活動軌道段並被固定後，活動軌道伸出綜合信號插頭與車廂底盤的綜合信號接口相連，開始對車廂進行檢測。檢測內容包含電機(電動機、發電機)性能檢測、錐體埠(位置感應埠、信號發送埠、信號接收埠、位置信號發生器和故障信號發送埠)檢測和車廂系統檢測。檢測時間從檢測插頭與車廂底盤的綜合信號接口相連開始至車廂被轉運進儲車倉前結束。檢測結果通過車內顯示器顯示出來， 並使車門指示燈亮綠燈(正常)或紅燈(故障)；另一方面，根據檢測結果(正常與否)活動軌道段相應地將車廂送入儲車倉的待用區或故障區。電源系統為站點(各系統和設施) 提供所需的各種電源，也為該站點附近的主軌道提供動力電源以及主軌道上匯入點、分叉點和各種埠等所需的電源。儲車倉位於進出站環形軌道內側的圓柱形區域，可存儲400 個車廂，包括待用區(存儲性能合格的車廂)和故障區(存儲需維修的車廂)兩個區，主要功能是存儲進站車廂並及時向各個發車槽提供性能合格的車廂。在軌異常車廂導出系統主要由故障信號接收埠、故障導出分叉點及故障導出軌道組成，主要功能是及時將主軌道中的故障(異常)車廂及時分離出來，確保主軌道暢通。故障信號接收埠在主軌道上每隔100個軌道長度單元安裝一組(3個)，分別於連續三個軌道單元對應的軌道連接段中間位置各安裝一個，在主軌道上每一分叉點前一個長度單元以及故障導出分叉點前一個長度單元均安裝一個；故障導出分叉點在站點分叉點前12個長度單元處和兩個站點中部的主軌道處各設置一個。 位置信號發生器、位置感應埠、信號傳送埠和信號接收埠，在軌道上的主要安裝情況是這樣的1、每隔一個長度單元安裝一對位置信號發生器，在相應的軌道連接段上表面的兩端各安裝一個，一般為磁極N極向上。2、在匯入點(所處的長度單元)兩個來車軌道方向前各60個長度單元內每一個位置信號發生器旁均裝一位置感應埠、信號發送埠和信號接收埠 ；在分叉點前2個長度單元起始點處各安裝一對位置感應埠和一個信號接收埠。匯入點前60個長度單元內的範圍稱為該匯入點的「匯入點監控範圍」，第 60個長度單元起始處的軌道位置信號發生器為前後設置的雙磁極，依次為S極和N極向上， 該位置稱為該匯入點的「監控起始點」。3、在分叉點(所處的長度單元)前第3個長度單元起始處的軌道位置信號發生器為前後設置的雙磁極，依次為N極和S極向上；分叉點(所處的長度單元)起始點處的軌道位置信號發生器為一個S極向上的磁極；若一分叉點前3個長度單元在一匯入點監控範圍內，則應設於該分叉點前第3個長度單元起始處的雙磁極位置信號發生器改設於匯入點的監控起始點處，在接下來的一個長度單元再設雙磁極位置信號發生器(S、N)作為該匯入點的監控起始點。匯入點或分叉點均處於所在長度單元的中間位置，相應地該長度單元稱為「匯入點長度單元」或「分叉點長度單元」；該長度單元的起始位置信號發生器稱為「匯入點位置信號發生器」或「分叉點位置信號發生器」。4、在發車槽與環形軌道相連的匯入點長度單元的起始處的位置信號發生器為雙磁極(S、N)設置。5、在環形軌道至加速段軌道過渡點處的位置信號發生器為雙磁極(N、N)設置。6、在站點匯入點加速段軌道一側的長度單元起始點處的位置信號發生器為雙磁極(Sj)設置。7、在站點分叉點減速段軌道一側的長度單元結束點處的位置信號發生器為的磁極為S極向上。8、在減速段軌道至環形軌道過渡點處的位置信號發生器的磁極為S極向上。9、連接環形軌道與停靠槽的分叉點在停靠槽入口處的位置信號發生器的磁極為S極向上。10、在軌道坡度較大的起始點的軌道位置信號發生器為三磁極設置(上坡為「N、S、S」、「N、S、N」或「N、N、S」 ； 下坡為「3、5、『、「5、15」或「5州州」)；在脫網分叉點前第3個長度單元起始處和過渡段軌道末端0. 3米處的軌道位置信號發生器均為三磁極設置，向上磁極分別是「S、S、S」和 「N、N、N」。站點通過減速段軌道經站點分叉點把車廂從主軌道導出，車廂在減速段軌道運行速度降到額定速度的50%時進入環形軌道，並根據停靠槽的佔用情況(按次序)選擇一個不被佔用的停靠槽進入並再次減速，最後在該停靠槽末端的「活動軌道段」(為車廂測試轉運系統終端)上停下，活動軌道段彈出固定檔板將車廂固定。隨即該活動軌道段載著車廂下降到停靠槽下方2米處的下車位，以便乘員下車。與此同時，一方面，在車廂頂部下降至低於原活動軌道段位置時活動軌道段儲備區的另一活動軌道段自動把該停靠槽活動軌道段的空位補上，以接收下一車廂的進入停靠；另一方面，在車廂被固定開始，活動軌道段通過綜合信號插頭與車廂聯接，自動開始對該車廂的性能進行檢測。待乘員下車後，車廂繼續下降2. 5米，並根據性能檢測結果進入儲車倉的待用區或故障區。當發車槽有空車位時 (有車廂發出)，通過轉運系統從儲車倉的待用區及時向該發車槽補充一個車廂。從車廂進站被固定在活動軌道段上後，車廂的移動始終由活動軌道段承載，只有該車廂再次被使用一車廂從發車槽滑出發車時才與活動軌道段分離，此時該活動軌道段自動轉移至活動軌道段儲備區，等待再次向停靠槽補充使用。從站點駛出的車廂，經加速段軌道加速至額定速率，在適當的時鐘單元通過站點匯入點進入主軌道運行。車廂發車前位於發車槽上，通過綜合信號接口與站點信息系統相聯，在乘員輸入目的地站點後，車廂系統根據已存儲的軌道網信息(各站點間的多條適宜線路)選擇確定一條裡程最短的線路或不繁忙的線路。站點信息系統根據站點匯入點處的時鐘單元佔用情況(匯入點通過各位置感應埠獲得)，統籌安排各發車槽已確定目的地的車廂的發車時刻，車廂在與站點信息系統進行系統時鐘同步和軌道信息校對後根據站點信息系統確定的發車時刻適時啟動發車(活動軌道段在發車時刻到來前收回固定檔板和綜合信號插頭)。車廂先經發車槽加速後進入環形軌道對車速進行校正，再經加速段軌道再次加速，在軌道網某一時鐘單元的開始時刻以額定速率通過站點匯入點進入主軌道運行。當車廂在主軌道運行每經過一對軌道位置信號發生器時，車廂前後錐體上的位置感應埠均感應生成一個位置脈衝，車廂系統對前錐體感應的位置脈衝進行計數(若前錐體位置脈衝出現異常則使用後錐體的位置脈衝，並在使用生成時間上作0. 045秒的提前)。 其計數值應與車廂系統對經過的時鐘單元的個數計數值相一致，否則說明車廂在軌道上的位置落後了或超前了，此時車廂系統根據當前的車速並按程序確定是否要通過調整車速或如何調整車速，以達到調整車廂相對位置的目的。在計得的位置脈衝數和時鐘單元數一致的情況下將適時的位置脈衝信號產生的時間點與對應的時鐘單元的結束點在時間點上進行比對，若二者重合則認為車廂在該長度單元中所處位置準確，否則系統也將按程序對車廂位置進行微調，以達到位置與時鐘同步的目的。車廂運行速度的監測方法有三種一是通過測量車廂經同一軌道位置信號發生器時前後錐體位置感應埠產生的位置脈衝信號的時間差來確定車速的；二是通過測量同一錐體位置感應埠經過相鄰兩對軌道位置信號發生器時產生的位置脈衝信號的時間差(應為一個時鐘單元長度)並對應於相應軌道段車廂的預定速度來確定車速的；三是通過測量電動機的轉速(即鋼輪的轉速)來確定車速的。 車速的調整主要是通過調整電動機的輸入電壓或啟動發電機進行制動來實現的。位置調整優先於速度調整。車廂在運行過程中不斷地進行位置和速度的修正，這樣整體上達到速度和位置與時鐘同步。當車廂運行到一匯入點監控起始點時，一方面，錐體上的位置感應埠從軌道位置信號發生器上感應生成一雙脈衝位置信號「01」，車廂系統收到此信號後開始接收持續 60個時鐘單元時長內信號接收埠產生的控制信號。另一方面，該匯入點通過軌道上的位置感應埠接收該車廂的位置信號「1」，並在必要時向該車廂發送調整位置的控制信號。 匯入點通過位置感應埠接收監控範圍內(兩個來車軌道方向)車廂的位置信息，從而判斷在即將到來的60個時鐘單元內是否會有兩個車廂將在同一時鐘單元經過該匯入點。若有，控制系統將根據各車廂的位置信息向相關車廂發出位置調整指令，以調整各車廂相對位置，避免兩車廂同時經過匯入點的情況發生。位置調整指令為三位二進位脈衝代碼，相應的代碼在適當的時鐘單元經引線傳到適當的長度單元軌道連接段上的信號發送埠，該組代碼分別以相應的電流導通方向在信號發送埠的三個線圈上體現，即不同的電流導通方向在線圈上產生不同的向外磁極。這三個磁極在相關的車廂通過時在車廂錐體的信號接收埠中感應產生一組三位二進位的脈衝，該脈衝即為匯入點發出的位置調整指令。車廂根據信號接收埠收到的指令通過調整車廂速度達到調整車廂相對位置的目的。所有埠產生的二進位代碼均以正負脈衝形式出現，正脈衝即是高電平「1」，負脈衝即是低電平「0」。當車廂進入一匯入點長度單元時，該處軌道位置感應埠從車廂錐體上的位置信號發生器感應生成的位置脈衝信號「 1」被直接傳送到該匯入點的變軌控制器上，作為變軌控制器的變軌操作觸發信號，使變軌控制器在該車廂進入變軌處時完成匯入點的變軌操作或保持原有狀態，以確保該車廂經過匯入點時匯入點處的該車廂軌道方向暢通。當車廂運行到一分叉點前第3個長度單元(該分叉點不處於某匯入點監控範圍) 起始處時，錐體上的位置感應埠從軌道位置信號發生器上感應生成一雙脈衝位置信號「10」。當一分叉點處於一匯入點監控範圍內，車廂運行至此匯入點監控起始點時感應生成一雙脈衝位置信號「 10」。此信號也作為車廂發送分叉點變軌信號的觸發信號，使車廂在進入下一個長度單元時通過錐體信號發送埠持續發出分叉點變軌信號(運行線路確定後其每一分叉點的變軌情況就已確定了)，該變軌信號(與位置脈衝同步)在車廂通過軌道上的信號接收埠時經電磁感應傳遞給分叉點的變軌控制器，使變軌控制器在車廂通過分叉點前準時進行正確的變軌操作。分叉點變軌信號為一組三位二進位衝，正負脈衝分別表示向左和向右變軌。具體含義見下表
權利要求1.獨立式同步軌道交通，其特徵是使用獨立小車廂、單向小軌道、由電力驅動、程序自動控制，遵從統一的時鐘節率進行同步運行。
2.根據權利要求1所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是獨立小車廂為長、寬、高尺寸小，流線形氣動外形，單次運載量小，運行頻率高，不與其他車廂相連接，可進行單獨運行的獨立車廂。
3.根據權利要求1所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是單向小軌道是指軌道寬度小、每條軌道均為單向運行設計，每一段軌道均由軌道位置信號發生器標示出一段段長度較短的、連續的軌道長度單元，以便於實現對在軌道上運行的車廂的監控。
4.根據權利要求3所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是軌道長度單元的長度值是車廂以所處軌道段的預定速度在一個時鐘單元內運行的距離。
5.根據權利要求1所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是遵從統一的時鐘節率運行是指把時間分為一段段長度較短的、連續的、等長度的時鐘單元，以一個時鐘單元為節率， 每一時鐘單元內所有在軌道網內正常運行的車廂均運行一個長度單元。
6.根據權利要求1所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是同步運行是指車廂以遵從統一的時鐘節率運行為基礎，在任一時鐘單元的任一時刻，均運行至相應軌道長度單元的同一位置上。
7.根據權利要求6所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是同步運行是車廂和軌道通過位置信號發生器、位置感應埠、信號發送埠和信號接收埠，對照時鐘對車廂所處的位置和運行速度進行不間斷的監測與控制實現的。
8.根據權利要求7所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是位置信號發生器、位置感應埠、信號發送埠和信號接收埠，是由磁鐵或線圈構成，它們之間的信息交換傳送是通過電磁感應實現的。
9.根據權利要求1所述的獨立式同步軌道交通，其特徵是獨立小車廂通過加裝普通橡膠輪胎和操縱杆可離開軌道網在普通公路網中運行。
專利摘要獨立式同步軌道交通，採用獨立小車廂和單向小軌道，車廂遵從統一的時鐘節率，進行同步、電動、自動控制運行。全程以全速無中停(無路口等待和中途站點停靠)的方式運行。主要用於城市交通，也可用於長途運輸。軌道可鋪設於地下、地面或架空。一條軌道的運載力可達每小時3萬人次，可解決城市交通擁堵問題。
文檔編號B61B1/00GK202219782SQ20112023545
公開日2012年5月16日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者張寧, 林華琴 申請人:張寧, 林華琴