专利名称：主、副单轨高架列车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本的主、副单轨高架列车系统。其特点在于使用了实际上的主、副单排轨道轮系统。
背景技术：
传统的双轨高架列车的车身外形接近一般的公共汽车，箱形车身的宽度也接近一般的公共汽车宽度，由于高架列车不会有塞车现象等，加之钢轨的平滑稳定性，通常，其内部大部分为立席，仅有2列座椅。因此，对于配合主、副单轨高架轨道系统的高架单轨窄车身列车，由于其运行车速大于传统的双钢轨高架列车，乘客车内停留时间更短，因而可仅设一列座椅。此外，为保持自身稳定，传统的双轨高速列车增加其自重很重要。然而，过高的车速和自重会使滚动阻力及加速功耗增大。特别是传统列车的哪些风阻系数很大的双轨车轮的底盘系统，使发动机输出的功率主要消耗在克服由引起的风阻和车轮的滚动阻力上，因此减小风阻系数、滚动阻力以及列车自重对高速列车尤其重要。对于目前广泛使用的地下轨道列车，不仅有造价高、施工期长等缺点，还有由于列车在狭窄的地下隧道中运行时实际上是推着其前面的空气运行的，运行阻力很大，因此很难将其速度提高得很快。这很像一个活塞在长长的缸筒内运动的情形。
发明内容
本发明的目的是利用现有的成熟技术，配合一种新型的单轨轨道系统对城市客运列车进行改革，使之成为性能独特，结构简单、轻便，风阻系数小，低能耗、低运行成本的高速运输工具。在一定程度上能代替大城市及市郊大部分行程在一百公里内的客运工作。可代替大部分公共交通运输系统，特别是公共汽车及地铁的运输工作。并可使旅行及运输费用大幅度降低。没有平面交叉的障碍会大幅度减少运输费用和时间。轻车身、低运行阻力即低能耗加上电动机驱动单轨列车的方式，使其成为真正意义上的低能耗环保型公共交通系统。其能耗是传统公共汽车的五分之一以下。这在石油燃料价格日渐增高的今天似乎尤其重要。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
单轨列车的行驶系统由装在每节车身(车厢)下部的4至6个主动轮和装在顶部的4个平衡副轮组成。主、副轮均分成两组装在每节车厢的前后两端并在通过车身纵向中心线的垂直面内。副轮成单列沿车顶上的副轨纵向设置、主要起保持车身平衡稳定的作用；由电动机驱动的单列主轮沿车下部的主轨运行，为列车的驱动轮。副轮无动力装置。整个列车通过主、副车轮被约束限定在上下主、副钢轨之间，其安全性比传统列车大大增加。除车轮外，在车箱前后两端的平衡副轮处还装有防脱轨安全装置。
本发明的高架单轨列车结构通常由几节车厢组成一列，采用仅装有单列座椅的外形较窄的呈箱形车箱，每节车厢长度约15米、宽度约1.7米，每节车厢有3至4个车门。列车本身，每节车身装有下部的4-6个主轮及顶部的4-6个副轮及2-4个钳型防脱轨装置。主、副轮均装在通过车身纵向中心线的垂直面内。副轮呈单列沿副钢轨纵向设置在车顶上，由向上的弹性力压在副轨上，主要起保持车身平衡稳定的作用；亦成单列的主轮沿车身下面的单主轨运行，起支撑车身、传递动力的作用，每个主轮上装有驱动电动机，副轮无动力装置。整个列车通过主、副车轮被约束限定在上下主、副钢轨之间，其安全性比传统列车大大增加。除车轮外，在车箱前后两端的平衡副轮处还各装有一至二套钳型防脱轨安全装置。
由于使用了结构简单的电动机直接驱动车轮，并采用单位长度较轻的窄车箱结构的车身。单轨、1.65米的窄车身结构及单轨轨道使得轨道梁结构的宽度大大变窄，这样不仅减轻了梁重，节省了原材料及费用等，也有效地降低了梁结构对周围环境景观的影响，减小了对视觉的影响。
由于车身下部的单排主轮在没有传统的枕木铺设的连续基础的轨道上运行，再加之高架单轨列车的较轻的窄车身，因此，几乎完全不同于通常的列车需要大型底盘减震系统，取而代之的是结构尺度很小且垂直向减震尺度范围在1-2厘米量级的橡胶弹簧。这样一来整个车身底盘系统仅有尺寸很小的约四分之一的主轮外露于车箱外壳的底部，其余部分全部包裹在车箱外壳内。同样，车箱顶上的单列副轮及列车的钳型防脱轨装置的部分或大部分也包裹在车箱外壳内。总的来说列车风阻系数几乎全部由车箱的几何形状决定。
其优点在于1.由于结构比传统的轨道列车系统简单，并几乎完全采用了目前十分成熟的技术，因而具有较高可靠性及安全性；2.由于采用成熟的技术，单轨，窄结构，自重较轻，因而比传统的列车能耗低、运行成本低，尤其是高速运行时；3.由于使用了实际的单轨道系统及结构简单的单轨辅助性平衡系统且外形尺寸均较小，单列金属车轮在钢轨上运行时阻力很小，行驶系统外露尺寸亦较小，因而列车整体风阻系数较传统的双轨列车系统亦大大减小，高速运行时能耗较低，可实现真正的高速低成本；4.由于工字型混凝土轨道梁的下部均高于地面约四米以上，因而其实际上成为不受一般恶劣天气影响的全天候新型城市客运列车交通系统。5.由于车身下部的主动轮可采用简单、轻便的橡胶弹簧减震结构，仅有最大十五毫米的减震弹性变化范围，整个车箱底盘系统的尺寸及重量与笨重的常规列车相比大大减小，可达常规的列车的五分之一以下，加上较窄、较轻的车厢，这样一来，与普通城轨列车车箱相比，整个车箱结构的外形尺寸特别是重量会下降50％以上，使主、副单轨高架列车成为真正的轻轨列车。
这也是一种大城市区域的新型交通系统，由于其轨道的立体特点、较长的载客车箱及接近于钢性的、几乎没有弹性的底盘，其轨道的转弯半径很大。因此，通常可采用沿直线轨道运行的方式。这样一来，对于规划比较整齐的大城市区域，如其街道、道路成井字网格状均匀分布时，可使用较少的相互垂直的公交线路即可完全覆盖整个区域。对于一个长、宽各15公里的数百万人口的大城市区域，可仅设置20-30条主、副单轨高架列车线路就可以完全取缔其它公共交通系统。
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
附图是本发明的结构示意图。
图1是主、副单轨高架列车系统结构在垂直于轨道轴线方向的截面图，与目前使用的普通城轨列车结构相似，没有专门的动力车头系统，每节车箱均有自己的动力装置，车箱下部的主轮都是驱动列车的主动轮。其中1是同时装有上、下行复线两对主、副轨道的单根工字型断面混凝土轨道梁结构，4是装在工字型轨道梁顶部的副轨道，8是载客车箱，13是主动轮，6是辅助轮，5是装在列车车箱顶部的钳型防脱轨装置，14是下部的主轨，3是8顶部的斜面，11是车箱内部两侧的侧壁凸出软垫，12是车箱座位，7是车箱的前后窗，16是车箱地板上对应主轮位置的凸出部分，26是车箱底部的两根纵向主梁，28是车箱底部的外层，25是车轮13的电机右外壳，39是车箱两侧的车窗，18是工字型混凝土轨道梁系统的支柱；图2是主、副单轨高架列车载客车箱的截面图，载客车箱长度约为15米，外部尺寸为1.7米宽、2.35米高，内部尺寸为1.6米宽、1.85米高，为保持较窄的列车宽度，载客车箱的壁厚约为45毫米，24是车箱地板，36是位于车箱顶部的两根矩形截面纵梁，25是主动轮驱动电机外壳，44是主动轮轴两端的减震器；
图3是主、副单轨高架列车载客车箱顶部辅助轮6附近结构的截面图，29是装在列车车箱顶部、两个相邻辅助轮6之间的钳型防脱轨装置5的中间L型部件31的顶端，30是31的固定用定位销，9是将5固定在横梁35上的螺栓，34是横梁35上的工艺孔，35的两端焊接在上部纵梁36上，2是车箱内顶部，15是车箱顶部水平部分的外壳，与车箱顶部两侧倾斜部分3的夹角约150度；图4是主、副单轨高架列车载客车箱底部纵向主梁26截面处邻近主轮的结构示意图，20是安装在主轮内部驱动电机的左侧外壳，23是装在主动轮13一侧的碟型刹车盘片，32是刹车蹄片，21是安装在26上的钳型刹车装置，43是片形橡胶减震器与26的安装基部，40是主动轮13与主轨接触的轮缘，44、45分别是条形橡胶减震器的条形橡胶片和装在主轮轴46上的橡胶减震器下部托架结构，33是44的定位销，27是安装橡胶减震器在主动轮轴46上半圆轴卡箍，22是装在主动轮壳25内驱动电机部分；图5是主、副单轨高架列车载客车箱顶部辅助轮6附近结构的侧视图，图中38是5的U型固定部件，31是辅助轮6之间的钳型防脱轨装置5的中间L型部件，30是5上各种安装孔的局部剖视图，辅助轮6通过其支撑摆动臂62安装在横梁35的侧面上，58是摆动臂62的支撑弹簧，66是辅助轮6的半剖面侧视图；图6是钳型防脱轨装置5的俯视图，图中37是U型固定部件38的安装基部19上的安装孔；图7是主、副单轨高架列车载客车箱底部的主轮13附近结构的侧视截面图，47是26上的工艺孔，48是焊接在26上的减震器安装处的局部加强板，41是安装减震器于26上的螺栓，42减震器下部托架的固定螺栓，13是主轮的局部侧视图；图8是主、副单轨高架列车载客车箱顶部辅助轮6局部结构的侧视图，图中54是62的安装底部，61、63是安装螺栓，56是固定辅助轮6轴的半圆轴卡箍，64是摆动臂62上辅助轮6轴的半圆形安装座，57、65是支撑弹簧58两端处的安装定位圆槽的侧视半剖面图，59是摆动臂62上的安装弹簧58的突出支架部分；图9是主、副单轨高架列车载客车箱顶部辅助轮6局部结构的顶视图，5是36的断面图形，52是35上的底部工艺孔，53是摆动臂62的枢轴，55是辅助轮6的轮轴，60是辅助轮6的半圆形轮缘；
图10是主、副单轨高架列车载客车箱的侧视图，49是车箱联结部件，50是车门。
具体实施方式
与通常的列车或汽车车厢的设计及工艺类似，可采用工艺成熟的薄壁大客车车厢的方案。壁厚度45至50毫米，车厢的骨架结构由客车车厢专用2至2.5毫米薄壁扁方钢管焊接形成车厢框架，除顶部设置有两根矩形截面的纵梁36和两根相距较近的、矩形截面的底部纵梁26外，其框架结构、工艺与普通薄壁大客车车厢相似。车厢的骨架结构的外覆盖层也与普通薄壁大客车车厢外层相似为薄钢板或其它材料的薄板覆盖，车厢内表面可采用类似客车车厢的装饰工艺。因此，车厢的单位长度自重也接近普通薄壁中型大客车车厢自重。这四根纵梁36、26的壁厚度约为4至5毫米，断面尺度约为220×160毫米。载客车箱长度约为15米，车箱本体的外部尺寸为1.7米宽、2.35米高，内部尺寸为1.6米宽、1.85米高，设有宽度约1.3米的3至4个滑动启闭型车门50，车门间距为4.5米，车厢每侧设有8至10个车窗，车窗分为上下两部分，其中，高度占整个车窗四分之一的上部分可开启以通风、换气。
装在车厢两端下部的、有驱动电机动力装置的六个主动轮13与车厢上部的四-六个辅助轮6均位于车厢中央纵向垂直平分面上，车厢前后两端的车轮距离为9±2米，其中，主动轮13的最大直径约330毫米，全宽度约250毫米，平衡副轮6的直径约250毫米，为减小来自车厢上部、由平衡副轮6在副轨上滚动产生的强烈噪音，可采用其它硬度较低材料的副轮。钳型防脱轨装置5的关键部件-中间L型部件31的最大宽度为150±50毫米，29处的厚度约25毫米。每个平衡副轮6相对于副轨施加的向上弹性压力约150±100公斤。
箱形车身外形的横断面成多边形，顶部与底部均呈梯形，并各自朝上、下方向凸起15、28形成斜边分别为3、17的梯形，以便将上、下部纵梁36、26，车轮6、13的部分，动力装置22等包裹在车身外壳内。
装在车厢两端下部的车箱联结部件49应安装在下部纵梁26的两端上。
权利要求1.一种在高架单轨道上运行的主、副单轨高架列车由箱形车身、主动轮及平衡副轮组成，其技术特征在于，窄型箱式车身的前后两部分的顶部和底部均装有单排的车轮，包括车身下部的6-8个驱动主动轮(13)和顶部的4-6个平衡副轮(6)。
2.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，箱形车身外形的横断面成多边形，顶部与底部均呈梯形，并各自朝上、下方向凸起(15)、(28)形成斜边分别为(3)、(17)的梯形。
3.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，箱形车身上、下部各装有位于车箱顶部两根相距650±200毫米的上部纵梁(36)和位于车箱底部的两根相距750±250毫米的下部纵梁(26)。
4.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，以车箱顶部的两根上部纵梁(36)为基础安装的关键部件为L形结构(31)的钳型防脱轨装置(5)设置在车身顶部直径275±90毫米的平衡副轮(6)附近。
5.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，与钢轨接触的驱动主动轮(13)的轮缘(40)断面的两侧边缘与轮缘中间部分的夹角为100±10度。
6.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，车身顶部平衡副轮(6)与副钢轨接触的轮缘面的断面主要部分成半圆形，轮缘面其余部分的内侧边缘环带为两个对称的圆锥面。
7.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，车身顶部平衡副轮(6)通过其支撑摆动臂(62)的安装在横梁(35)的侧面上
8.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，每个平衡副轮(6)对副轨的正向压力为150±100公斤。
9.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，车箱顶部安装的钳型防脱轨装置(5)的L形结构(31)顶端(29)之间的间隙宽度为副轨(4)在此处部分宽度的2±0.65。
10.根据权利要求1所述的主、副单轨高架列车系统，其技术特征在于，主轮(13)一侧固定着制动盘(23)，另一侧形成主动轮内置驱动电机的突出外壳部分(25)。
专利摘要本实用新型涉及一种低运行成本的新型主、副单轨高架列车系统。其特点在于使用了一种可在结构简单的单根工字型混凝土轨道梁的左右两侧同时铺设有上下行复线式的主、副单轨道上运行的单排主轮列车系统。除车身底部两端安装有一列6个驱动主动轮外、在车身前后两端顶部还采用了单排副轮辅助平衡系统、钳型防脱轨安全装置并采用了薄壁、窄型箱式车身结构。
文档编号B61B13/04GK2651100SQ0328020
公开日2004年10月27日 申请日期2003年9月16日 优先权日2003年9月16日
发明者董伟 申请人:艾乔乔