本发明涉及一种无接触网的能够实时在轨进行列车之间动态对接与分离的磁浮快速客运系统。
背景技术：
高铁和磁浮列车目前在全球发展方兴未艾，但是其自身仍然存在许多不足：
一是供电方面，高铁需要接触网供电，而磁浮列车也需要陆地供电，这不仅需要很大的投资，而且带来很高的维护成本与可靠性影响。
二是高速不能提高运力。按照现在的列车运行模式，速度与安全间距成反比关系，速度越高，安全间距就越大，故不能提高运力，高速只有在增加发车密度、缩小列车间距才能提高单位时间通过铁路截面的旅客，也就是运力。如果仅仅满足个人高速要求，不能提高运力而且能耗高、成本高，是得不偿失的。列车在露天空气中运行，速度提升一点，列车在行驶中的阻力就会增加很多，就需要更大的牵引功率，因为水平移动一个物体所需要的牵引功率等于物体受到的阻力总和与速度的积，即p＝rv＝av+bv^2+cv^3。公式中a代表车轮与路轨的滚动摩擦系数；b代表列车行驶吸入空气阻力系数；c代表列车行驶空气动力阻力系数。
三是旅客直达便捷性问题，目前列车不管是不是所有旅客都要在将进站的车站下车，必须整个列车都一站一站的启停，不仅浪费旅客中途时间，而且列车能源浪费很大，还要建设庞大的车站和长长的进出站线路，全部过程还占用许多主干线通过时间。
四是高速轮轨列车产生的共振，对轨道的稳定性要求很高，尤其是强度和精度，这就让高铁基础建设成本剧增。
五是列车与沿途各城市内部轨道之间衔接交互问题，现有列车系统自成一体，城市的地铁和轻轨、磁浮列车不能进入主干线运行，需要旅客下车换乘， 不能从城市内部轨道任何车站上车中间不停车就完成在轨实时动态换乘，直达自己目的地城市内部轨道线路上的车站，便捷性不足。
技术实现要素：
根据以上现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种以磁浮列车为旅客载运工具，按照空间站与宇宙飞船之间在三维、宇宙速度条件下进行交换的原理，实现列车之间在一维、低速这样非常可靠、安全条件下的对接与分离，在轨实时完成上下车旅客的交换，从而保证旅客在列车经济运行速度下也达到高铁的速度效果，同时节省每次主列车都进出站带来的时间、能源、庞大的车站和配套费用。同时用智能调度与监控模块、超级电容与石墨烯电池组的供电模块和为实现磁浮列车实时在轨进行列车之间动态对接与分离的横移站台及超大容量、超高电压、瞬时大电流充放电的超级电容充电桩，通过采集列车关键部位传感器信号，结合上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心和前后列车的上下行列车编码、位置、速度、加速度等数据，实现列车的进出站过程控制、间距保持同步控制、对接与分离过渡过程控制、在轨旅客上下车交换过程监控、主列车(从起点枢纽站到终点枢纽站全程不停车)与渡车(在沿途各车站与主列车之间进行摆渡的动车，类似宇宙飞船，将旅客、给养、主列车需要补充的电能、水等通过对接以后传送给主列车，并将主列车的下车旅客、卸载物给渡车)无接触网运行，节省庞大的列车沿途供电设施费用。以磁浮列车取代轮轨列车，不仅消除轮轨对轨道损害，而且投资小、工期短、运营与维护成本低，启动、制动时平稳，爬坡力好，还具有小半径曲线通过的能力，通过自行设计的横移站台消除了磁浮列车抱轨而无法如轮轨列车那样转轨的障碍。为使列车在轨经常性的对接与分离及保持间距的运行过程中既便于列车可靠、平缓完成对接与分离，又减少列车空气阻力，在列车头尾自行设计了空气缓冲柱塞钩缓和类似敞篷车那样可收放的整流罩。可编程微控制器集控模块、驱动与制动模块和常规列车辅助系统对列车在轨动态对接与分离过程进行控制、前后列车间距同步控制、进出站过程控制等一系列启动、运行、充电、制 动及利用超级电容实现列车悬停、快速启动、制动及能源回收利用、无级调速等进行实时监控，构成便捷高效、安全可靠、低碳环保的陆地大运力客运系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无接触网的能够实时在轨进行列车之间动态对接与分离的磁浮智能列车快速客运系统，具体由四个部分组成：一是快速客运列车部分，包括主列车和渡车，二是液压横移站台部分，三是列车运行集中调度控制部分，四是线路部分。其中主列车类似空间站，从枢纽站到终点站全程不停站(在起点站时主列车后面挂渡车)，始终保持经济运行速度，无接触网运行所需电力及旅客上下车和卸载完全通过沿途对接的渡车完成；渡车类似宇宙飞船，完成沿途车站与主列车之间的物资、电力及旅客上下车和排泄物卸载，渡车依靠自身的超级电容和石墨烯电池供电系统实现无接触网供电运行，既可在主干线运行又可以在城市内部轨道线路运行，依靠横移站台进行切换，城市内部轨道站间距2公里，可以是复线也可以是单线，如果客流量比较小，可以采用上下行错时方式，即在上行时，所有上行渡车都从横移站台切换进入轨道运行；此时下行渡车处于刚刚进站状态，并在横移站台上旅客上下车的同时进行快速充电，每个车站停留一分钟左右；当上行渡车进站停车的同时，横移站台将下行渡车切换入轨道，并一起将上行渡车横移出轨道，然后下行渡车开始运行，如此周而复始。当渡车在城市内部线路将旅客送达并接收出城旅客最后到主干线的横移站台时，开始进行快速充电和物资装载。下行的渡车停在下行站台，上行渡车停车在上行站台，准备与过往的主列车对接。当主列车一通过站台，渡车立即被横移进入主干线，并启动加速追挂主列车，距离主列车百米时，渡车头部和主列车尾部收起整流罩，同时伸出空气缓冲柱塞钩缓，渡车头部与主列车尾部挂接后，密封套吸合，隔门打开，旅客交流，渡车给主列车快速充电，交换卸载物等，此时主列车和渡车一起按照经济速度运行。当距离下一站还有5公里时，渡车与主列车分离，各自收回空气缓冲柱塞钩缓并伸出整流罩，主列车按照经济速度运行；渡车依靠惯性自然减速并与主列车拉开距离(这个间距保证前面 渡车安全可靠完成进入主干线与主列车对接过程)，并停车在刚刚出站的渡车原来停车的横移站台位置，然后被横移站台切换出主干线，同时接入城市内部轨道，和上述过程一样，在此城市跑一圈，回到另外一侧站台，等待对接返回自己城市的主列车。
由可编程微控制器集控模块(行车电脑μp)、驱动与制动模块和常规列车综合辅助系统等，具有对列车在轨动态对接与分离过程进行控制、前后列车间距同步控制、进出站过程控制等一系列启动、运行、充电、制动及利用超级电容实现列车悬停、快速启动、制动及能源回收利用、无级调速等进行实时监控等功能。借助移动通信和定位系统并采集沿途各个站点和列车关键部位传感器、制动及刹车传感器信号，结合上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心和前后列车的上下行列车编码、位置、速度、加速度等数据，实现列车的进出站过程控制、间距保持同步控制、对接与分离过渡过程控制、在轨旅客上下车交换过程监控、主列车与渡车无接触网运行的控制。
磁浮列车切换轨道进出站，是通过位于主干线上的具有双线的磁浮轨排的横移站台液压系统，在渡车与主列车分离并减速、停车在站台线段时，站台立即由液压系统将渡车横移出主干线，渡车横移到位即接通充电桩，由超大容量、超高电压、瞬时大电流充放电的充电桩对渡车进行快速充电，然后出站进入城市内部轨道线路；同时横移站台将平行的另外一线接入主干线，恢复主干线；渡车出站时反向操作，即当主列车一通过，立即通过液压系统将城市内部轨道返回的已经准备好对接主列车的渡车切换进主干线，然后启动加速追挂刚刚过去的主列车，与主列车分离的后面的渡车接着进站停车在刚刚出站的渡车在横移站台的停车位置，横移站台再度将新进站渡车移出主干线，同时恢复主干线。
配置具备快速充电性能的超级电容作为补充电力的的蓄能装置，当充电电压高于电池充电电压，输出电流数值随电池电压改变，超级电容每次工作时间大约几十秒钟，工作区域在充电、起动、加速爬坡及石墨烯电池组欠压时，提供补充能源，占总电量20-40％，超级电容与石墨烯电池共同输出电能，保证列 车能源供给的稳定性，保证列车无接触网供电运行，动力性能不因电压变化而造成动力下降。
以磁浮列车取代轮轨列车来消除轮轨对轨道损害，实现投资小、工期短、运营与维护成本低、列车启动和制动平稳、爬坡力强、转弯半径小的目的；通过自行设计的横移站台消除磁浮列车抱轨无法如轮轨列车那样转轨的障碍，达到列车可靠、准确、迅速、平稳进出主干线目的。为使列车在轨经常性的对接与分离及保持间距的运行过程中既便于列车可靠、平缓完成对接与分离，又减少列车空气阻力，在列车头尾自行设计了空气缓冲柱塞钩缓和类似敞篷车那样可收放的整流罩。
本发明的有益效果是：主列车和渡车以磁浮列车为载运工具，在轨不停车实现旅客、给养、电能、卸载物的交换，不仅保障列车可靠、安全对接与分离和旅客不停站完成上下车换乘，省去主列车每次进出站带来的时间、能源、庞大的车站和人员与物资、卸载物交换及配套费用，而且，站台也不用很大，加上采用超大容量、超高电压、瞬时大电流充放电的超级电容与石墨烯电池组供电模块、充电桩及可切换过轨的横移液压站台实现列车快速充电和无接触网运行，节省庞大的车站与列车沿途供电设施费用；列车头尾采用空气缓冲柱塞钩缓和类似敞篷车那样可收放的整流罩，实现列车平缓对接与分离及小风阻运行，既满足旅客如坐高铁的省时要求，又节能直达，成为便捷高效、安全可靠、低碳环保的陆地大运力客运系统。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。也是摘要附图
图中：1.主列车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓，2.下行主列车本体，3.主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓，4.渡车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓，5.下行渡车本体，6.渡车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓，7.大容量、超高压、大电流充电电网，8.磁浮列车主干线，9.配置充电系统的上线智能磁浮列车运行 集中调度控制中心，10.与城市轨道对接的下行站台轨排，11.配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台，12.与主干线对接的下行站台轨排，13.主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统，14.渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统，15.城市轨道下行拟接入主干线渡车，16.上行主列车本体，17.城市轨道上行已入主干线渡车，18与上行主列车分离后正在进站渡车，19.配置快速充电系统的液压横移双线轨排的上行站台，20.与主干线对接的上行站台轨排，与城市轨道对接的上行站台轨排21。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
如图1所示，一种无接触网实时在轨进行列车之间动态对接与分离的磁浮快速客运系统，由四个部分构成，即：主列车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓1、主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓、主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13、上(下)行主列车本体16(2)构成主列车部分；渡车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓4、渡车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓6、渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14、下行渡车本体5和城市轨道下行接入主干线渡车15及城市轨道上行已入主干线渡车17、与上行主列车分离后正进站渡车18构成渡车部分；大容量、超高压、大电流充电电网7、配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9、配置快速充电系统的液压横移双线轨排的上(下)行站台19(11)构成液压横移站台部分；磁浮列车主干线8、与城市轨道对接的上(下)行站台轨排21(10)、与主干线对接的上(下)行站台轨排20(12)构成线路部分。
实施例2
以下行的磁浮快速客运列车运行过程为例：当始发枢纽站的由处于整流罩伸出而钩缓收回状态的主列车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓1、整流罩和钩缓都处于收回状态的主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓3、主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13、下行主列车本体2构成的主列车准备发车时，后面已对接整流罩和钩缓都处于收回状态的渡车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓4、整流罩伸出而钩缓收回状态的渡车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓6、渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14、城市轨道下行接入主干线渡车15构成的渡车。在接到配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9的发车指令后，上述两车一起启动，并按照经济速度向下一站运行，此时完全依靠自身的超级电容和石墨烯电池供电系统实现无接触网供电运行，主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13通过采集沿途各个站点和列车关键部位传感器信号，借助移动通信和定位系统并结合配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9指令和前后列车通过移动通信系统定时发出的上下行列车编码、位置、速度、加速度等数据，监控列车同步保持安全间距；当距离配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11还有5公里时，主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13向渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14发送分离指令，各自进入分离过程控制程序，主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓3的钩缓释放脱钩，并伸出整流罩，然后继续按照经济速度运行；渡车头整流罩和空气缓冲柱塞钩缓4的钩缓释放脱钩，整流罩伸出，在渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14监控下按照惯性减速运行。在主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13监控到主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓3经过了配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11时，向配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9发送信号，配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中 调度控制中心9给配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11切换线路指令，在液压系统推动下，处于与城市轨道对接的下行站台轨排10上的城市轨道下行拟接入主干线渡车15被移入主干线，然后在渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14监控下启动加速追挂程序，在距离主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓3还有100米时，收回整流罩，伸出钩缓，同时主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13指令主列车尾整流罩和空气缓冲柱塞钩缓3收回整流罩并伸出钩缓，前后钩缓钩联的同时，渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14发出加速指令使双方密封套吸合，隔门打开，旅客及物资交流，并给主列车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统13快速充电。而由整流罩伸出和钩缓收回状态的渡车头(尾)整流罩和空气缓冲柱塞钩缓4、6和渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14与下行渡车本体5构成的渡车惯性减速进入配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11上的与城市轨道对接的下行站台轨排10并停车，停车后渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14向配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9发送到站信号，配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9给配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11发切换线路指令，与城市轨道对接的下行站台轨排10和与主干线对接的下行站台轨排12又切换回原位，下行渡车本体5等构成的渡车经在配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11上的快速充电和旅客及物资交换后，在渡车智能测控模块与超级电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14监控下驶入城市内部轨道。
实施例3
城市内部轨道站间距2公里，可以是复线也可以是单线，如果客流量比较小，可以采用上下行错时方式。当下行渡车本体5在渡车智能测控模块与超级 电容和石墨烯电池供电模块及列车综合辅助系统14监控下驶入城市内部轨道后，配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9发下行指令给各个配置快速充电系统的液压横移双线轨排的下行站台11，所有下行渡车都从横移站台切换进入轨道运行，而此时所有上行渡车处于刚刚进站状态并在横移站台上下旅客和快速充电。每个渡车在站台停留一分钟左右；当下行渡车运行并已进站停车的同时，配置充电系统的上线智能磁浮列车运行集中调度控制中心9发送指令给横移站台，将上行渡车切换入轨道，并一起将下行渡车横移出轨道，然后上行渡车开始运行，如此周而复始。当渡车本体5在城市内部线路将旅客送达并接收出城旅客最后到配置快速充电系统的液压横移双线轨排的上行站台19的与城市轨道对接的上行站台轨排21上面时，开始进行快速充电和旅客上下车及物资装载，并做好与过往的上行主列车对接返回自己的城市，过程与城市轨道下行接入主干线渡车15追挂下行主列车本体2一样。