气垫列车结构的制作方法

本发明涉及气垫列车结构。

背景技术：

铁路交通运输由于运输量大和高效在世界多数国家有着极重要地位，在我国更是起着经济大动脉的作用。我国现有约13万公里铁路，其中高铁近3万公里，复兴号时速达350公里。浦东的磁悬浮列车是目前世界磁悬浮领域唯一商业运行的例子。

铁路交通已有约两百年历史，从最初的蒸汽机牵引发展到内燃机和电力牵引，目前电气化已成为主流趋势。牵引方式也从机车的集中动力向动车型分散动力方向发展。目前世界绝大多数列车都是轮轨式的。为了节能和降低应力，人们总是希望车子越轻越好，可是随着车速的提高，空气阻力急剧加大，就须要更大的牵引力，为了避免车轮打滑，就必须加大车辆的重量，这个矛盾在列车时速超过四五百公里时凸显出来，成为轮轨列车发展制约因素。

由于上述原因，工程师们探索非轮轨式列车技术。从上世纪以来法、德、日、中等国对磁悬浮列车做了大量研发工作，磁悬浮列车十分复杂昂贵，至今还没有进入规模实用阶段。

同样原因，法、英、日等国也尝试气垫列车的研究。上世纪60年代在法国修建了专用气垫列车道路试车运行。气垫列车结构思路基本和气垫船相似，车辆悬浮空中离路面几毫米，由航空螺旋桨推进。由于耗能大、噪声大等原因，试验以放弃告终。气垫列车技术受到冷落。

近年中国专利文献cn202193082u公开了一种气垫火车专利，它的构成要点是：有充气管向火车车厢底部充气，底部围有一圈橡胶挡气板，只留底部一面作为出气用，这样形成托举车厢的气垫。该专利的不足之处在于,橡胶挡气板离地面至少半米以上，不能起密封作用，不可能形成有压力的气垫。

中国专利文献cn202559193u公开了一种气垫火车车道专利。它的构成要点是：在两根铁轨之间用水泥铺成一个平整的底面，在底面的上端铺一层耐磨的橡胶。该专利的不足之处在于，它未指出该道路所对应的气垫火车是什么样子，因为迄今世界上还没有气垫火车，以前试验过的气垫列车也是不和路面接触的。

中国专利文献cn205801095u气垫列车专利。它的构成要点是：铺设一种有槽型轨道的高架轨道装置，有许多风机、送风管道和风门从轨道底部向上送风，车辆底部和槽型轨道间形成气垫。该专利的不足之处在于，没有考虑一节车厢通过风门的时间大约不到0.2秒，要在这么短的时间内完成打开风门、充入足够的压力气体和关闭风门三个动作，实为不可能。

中国专利文献cn201033564y一种两侧密封低压气垫列车专利。它的构成要点是：利用磁悬浮装置或其与车轮的配合来保持车体的平衡；固定在轨道两侧的软密封件从侧面进行密封。该专利的不足之处在于，列车的速度达到每秒好几十米或上百米，侧面密封件将会因剧烈摩擦而损坏，或因剧烈发热而烧毁。且每节车厢是一个20多米长的直线刚性物体，在转弯时，侧面将会和曲线铁路的密封件憋死。

虽然上述专利并不成熟，但我们可以看出近年人们又开始关注气垫列车的趋势，气垫列车有独特的优势，值得我们继续研究开发。

技术实现要素：

本发明的主要目的之一在于提供一种气垫列车结构，其气垫装置的漏气量极小，供气能耗极小，气垫托举车辆，减少行车能耗和降低相关部件的应力，车辆不必腾空。

本发明的主要目的之二在于提供一种气垫列车结构，能够和现有的铁路运输系统兼容，使现有的铁路运输系统得到提升。

本发明的主要目的之三在于提供一种气垫列车结构，使动车型列车的牵引力，不受车辆重量的影响，气垫的托举能力得到充分发挥。

为了实现至少以上一个目的，本发明提供一种气垫列车结构，包括气垫罩和气垫道路，气垫罩周侧具有可带动罩口上下伸缩的伸缩部，伸缩部上下伸缩以适应车厢底面与气垫道路的间距变化，气垫罩的罩口上具有有密封件，罩口内固接有多个用以支承罩口的滚轮机构，滚轮机构支承罩口使密封件与气垫道路结合构成对于气垫罩内部的密封。

在上述气垫列车结构中，气垫罩的罩口上具有密封件，密封件与气垫道路接触，极大地减少了气垫罩内压力空气的漏泄。罩口内固接有多个用以支承罩口的滚轮机构，滚轮承受了罩口部件的重量，本身又磨损很慢，因而密封件和路面之间轻微接触，受力极小，只会随着滚轮慢慢磨损，直到它们同时更换。

上述气垫列车结构还具有如下优化结构：

还包括配合的平轮牵引装置和沿气垫道路铺设的轨道，所述的平轮牵引装置包括一对动力平轮和平轮夹紧液压缸，动力平轮夹紧液压缸使成对的平轮夹紧于轨道的两侧，动力平轮在轨道两侧行进带动气垫列车行进。随着车辆速度的提高，空气阻力成平方增加，须要加大车辆重量才不致车轮打滑。夹紧液压缸提供的平轮对轨道的夹紧力由液压系统提供，可根据所需的车辆牵引力调整，平轮牵引装置使牵引力不受车辆重量影响，气垫装置的功效得以充分发挥。

上述平轮牵引装置还进一步包括内框架、中间框架和外框架，动力平轮包括电机和平轮，电机传动带动平轮转动，电机和平轮安装在内框架内，由平轮升降机构提升或下降，内框架由中间框架导向在外框架内作升降或水平移动，外框架固定在车厢底部。

伸缩部优选采用柔性伸缩部或嵌套伸缩部。

气垫列车还安装有罩口升降机构，一般罩口升降机构采用液压缸，液压缸的活塞杆通过连接件带动罩口上下伸缩。在列车通过铁路交叉口时，须要将罩口提起，避免罩口和轨道碰撞。

所述的气垫罩由压力气源供气，压力约在10千帕数量级，供气足则压力高，气垫对车辆的托举力也就越大，托举力可以达到数十吨。各节车辆的气垫罩供气。

所述的气垫罩优选设置于车厢底部的中间或两侧。

密封件下表面具有减少漏气的迷宫槽。

所述的气垫道路为刚性材质路面，路面平滑，没有凹凸起伏，路面和轨道顶部平行。

在列车车头设置有吹除气垫道路路面尘土的吹扫装置。吹扫装置可以防止尘土等细小颗粒物嵌入气垫罩密封件和气垫道路之间，造成划伤。

密封件的下表面最初与滚轮机构中的滚轮最低点在同一水平面，密封件在气垫道路上摩擦损耗后形成的间隙密封。

本发明可以被广泛的应用到各种场合。

如可以用于现有轮轨车辆，在其车厢底部安装气垫装置。由于气垫的托力，减轻了车辆的轴重，列车所需牵引力降低，达到节能效果，车辆相关部件和铁路受力减轻，延长寿命、降低维修成本。由于和现有铁路系统具有兼容性，可为我国广大的常速客车、货车进一步提速创造条件，也可以应用在城市轨道交通。

又如，也可以在轮轨车辆上安装气垫装置和平轮牵引装置，形成新型动车型列车。由于牵引力不受车辆重量影响，有了气垫作用，对铁路冲击减轻，可以使高铁速度进一步提高。

再如，可以在无轮轨车辆上安装气垫装置和平轮牵引装置。在某些需要采用磁悬浮列车的场合，此应用方式可以作为一种替代方案。它有极明显的成本优势，采用了较简单、成熟的技术，又没有电磁辐射等问题，具有很大的竞争力。

附图说明

图1为气垫装置的第一种结构示意图。

图2为图1的a-a面剖视图。

图3为气垫装置的第二种结构示意图。

图4为图3的a-a面剖视图。

图5为平轮牵引装置的结构示意图。

图6为图5的a-a面剖视图。

图7为图5的b-b面剖视图。

图8为平轮牵引装置中各框架关系示意图。

图9为列车应用例1各要件位置示意图。

图10为列车应用例2各要件位置示意图。

图11为列车应用例3各要件位置示意图。

图中：100.车厢，200.气垫道路，300.气垫装置，301.上罩体，302.下罩体，303.密封件，304.连接件，306.柔性伸缩部，308.连接柱，400.滚轮机构，401.滚轮轮轴，402.滚轮轴承，403.滚轮，405.弹性连接件，500.平轮装置，501.外框架，502.中间框架，503.内框架，504.平轮轴，505.从动齿轮，506.轴承507.平轮，508.主动齿轮，509.电机，510.夹紧液压缸，511.弹簧，512.横梁，513.平轮升降机构，514.导向滑槽，600.压力气源，601.供气管，700.罩口升降机构，701.液压源，702.液压管，703.液压缸，800.列车轨道，900.转向架。

具体实施方式

现结合附图对前述发明内容和应用例做进一步说明。附图只是示意图，但相信相关的专业技术人员在看了说明后，能够理解和设计本发明所描述的结构。

实施例1：第一种气垫装置。

如图1所示结构示意图，此处是轮轨气垫列车的横截面图。在常规的列车轨道800之间铺设所述的气垫道路200，在列车车厢100底部的中部，两个转向架900（参见图9）之间设置所述的气垫罩300（参见图9），气垫装置300包括嵌套的上罩体301和下罩体302，上、下罩体之间可以相互滑动伸缩。上、下罩体的侧壁紧贴，其间也可以加装密封防止漏气。下罩体302在列车长度方向上由若干相同段组成，各段之间由弹性连接件405连接，可以微小变形，使每个滚轮403都能可靠接触气垫道路200。在滚轮机构400中，滚轮403通过滚轮轮轴401安装于下罩体302上，滚轮403与滚轮轮轴401之间装有滚轮轴承402，下罩体302的两侧设置有罩口升降机构700，通过连接件带动下罩体302上下伸缩移动。下罩体302的罩口部位装有可拆卸的密封件303，密封件303的下表面和滚轮403的轮缘最低点在同一水平面上，同时与气垫道路200接触，密封件303的下表面最初与滚轮机构400中的滚轮最低点在同一水平面，密封件303在气垫道路上摩擦损耗后可以形成间隙密封，由于间隙密封的缝隙很小，漏气的量很少。进一步的，密封件303的下表面设置有迷宫槽，减少空气的漏泄。滚轮一般磨损很小，当滚轮403磨损至与密封件303处于同一平面，此时密封件303又轻微磨损形成间隙密封。

气垫装置300由压力气源600通过供气管601供给带压力的空气。压力空气形成气垫，对上罩体301的顶面施加向上的托举力，托举力有数十吨，可分担车辆的大部分重量。压力气源600的供气压力，由设在列车车头内的控制中心进行调节。

实施例2：第二种气垫装置。

如图3所示结构示意图，此处是轮轨车辆的横截面。气垫装置300和气垫道路200设置在常规的列车轨道800的两侧，气垫装置的罩体上具有柔性伸缩部306，滚轮机构的连接件304固定在柔性伸缩部306的下端，形成罩口，罩口上装有可拆卸的密封件303，密封件303下表面设置有迷宫槽，减少空气的漏泄。密封件303的下表面和滚轮403轮缘的最低点在同一水平面上，同时与气垫道路200接触。气垫装置的罩体内设置有液压缸703，液压缸703的活塞杆与连接件304连接，用以升降罩口。液压源701设置在气垫罩外，通过液压管703与液压缸连通。气垫装置300由压力源600通过供气管601供给带压力的空气。压力的调节和实施例1是一样的。

本实施例采用了两路气垫装置和气垫道路，可以较实施例1获得更大的气垫面积，且可在列车遇到侧向风或转弯时，用使两边托力不同的方法，产生一个扶正力矩，来提高车辆抗倾覆性能。但实施例2的成本比实施例1较高。

实施例1和实施例2的气垫装置基本原理是一样的，可互换使用。

实施例3：平轮牵引装置。

如图5和图6所示结构示意图，牵引装置的外框架501固定在车厢100底部，有一对平轮507在水平方向夹紧轨道800，当平轮507旋转时，由轮、轨之间的滚动摩擦力带动车辆行驶。平轮507由平轮轴504和相应的轴承506支持，电机509通过主动齿轮508和从动齿轮505带动旋转（也可以采用电机直接驱动）构成动力平轮，上述部件均安装在内框架503内。两平轮507的夹紧力由一对夹紧液压缸510提供，柱塞压住两内框架503，使其水平移动靠拢，两平轮507夹紧轨道800.水平移动是由内框架503和中间框架502的导向滑槽514保证的。弹簧511用于平轮507不工作时，使两平轮少许松开。中间框架502嵌入外框架501，可作上下移动。在列车通过交叉铁道时，平轮升降机构513的液压缸通过横梁512将中间框架502提起，使平轮507升起避免碰撞交叉轨道。

为了进一步说清楚电机、平轮等平移和升降如何实现，可参照图8。两中间框架502的外长度之和等于外框架501的内长度，装配时，两中间框架502的导向滑槽514突起部分插入内框架503的导向滑槽凹入部分，当两中间滑槽靠拢后，向上装入外框架501中。

上述三个实施例所采用的液压系统和气垫供气系统，都由列车车头的控制中心控制。它们的构造属一般工程专业知识，图中没有列出。

在带有滚轮的气垫装置和平轮牵引装置两项发明技术的基础上，通过和车辆不同的组合方式，可以创造出各种新型列车应用方式：

应用例1：

如图9所示，对现有的轮轨车辆，在其车厢100底部加装气垫装置300，轨道800两侧铺设气垫道路200。

此方案适用于现有中、低速度的客车（如绿皮车）和货车的改造，达到节能、降低应力和提速的效果。

应用例2：

如图10所示，对轮轨车辆（包括动车、高铁），在其车厢100底部安装气垫装置300和平轮牵引装置500，轨道800两侧铺设气垫道路200。也可以在轨道800之间另铺设一条专用轨道，供平轮牵引装置500使用。

此方案适用于把无动力车辆改变为有气垫减轻车重的动车，也适合于动车、高铁以及城市轨道交通车辆，既减轻车重又加大牵引功率，为动车和高铁进一步提高速度创造条件。

应用例3：

如图11所示，在无轮轨车辆的车厢100底部安装气垫装置300和平轮牵引装置500。在两条气垫道路200的中间铺设一条专用轨道。

此方案因气垫作用的面积较大，同样气垫压力，可提供更大的托举力，气垫可以完全承当车辆的重量，使车辆“无重”行驶，达到磁悬浮列车的目的。在列车出现故障时，也可以由众多的滚轮承受车辆重量，将车辆缓慢拖离现场。在须要采用磁悬浮列车的场合，由于气垫列车方式具有明显的价格优势，是一种有竞争力的选项。