一种高速列车运行系统及其运行方法与流程

本发明涉及高铁技术领域，尤其涉及一种高速列车运行系统及其运行方法。

背景技术：

高速列车是一种现代高科技轨道交通发展的方向，轮轨技术的高铁技术做到时速400km/h以后，由于轮轨之间的摩擦力减小就已经没有更高的发展空间了。实现更高速列车运行速度的方式还能采用磁悬浮系统，它是通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。目前磁悬浮列车系统，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导磁吸式（ems）和日本所采用的超导磁斥式（eds）列车。目前最高的车速是日本超导磁斥式（eds）列车，达到了600km/h，而且这一速度还没有真正的商业化运营。

速度作为人类一直追求的目标，从来只有更高，没有最高。研发新型的更为先进的交通运输工具，要想速度再有新的提升，在空气中采用以上两种磁悬浮技术已不能满足要求了。由于基于在大气当中开发的磁悬浮系统在高速状态下空气阻力所消耗的能源所占的比重越来越高，开发在真空管道中运行的磁悬浮列车系统就成为了热门学科。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在真空管道内高速运行，能够在磁悬浮运动与轮轨运动两种状态下进行转换的高速列车运行系统及其运行方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种高速列车运行系统，包括真空管道、行驶于所述真空管道内的高速列车、架设于所述高速列车上方用于所述高速列车做磁悬浮运动的磁悬浮装置、架设于所述高速列车下方用于所述高速列车做轮轨运动的第二轨道装置、以及用于辅助高速列车进行转弯或刹车的辅助装置；所述辅助装置包括架设于高速列车上方的第一轨道装置、与所述第一轨道装置相配合的第一转向机构和第一刹车机构、以及与所述第二轨道装置相配合的第二转向机构和第二刹车机构；所述高速列车的顶部设置有与所述磁悬浮装置相配合的悬浮机构，所述高速列车的底部可收展设置有转向架，所述转向架与所述第二轨道相配合，所述第一转向机构和第一刹车机构，以及所述第二转向机构和第二刹车机构均与所述高速列车的车体紧固。

其中，所述磁悬浮装置设置为常导型磁悬浮装置，所述常导型磁悬浮装置设置为与真空管道的内壁相配合的磁悬浮驱动电机长定子装置，所述悬浮机构与所述磁悬浮驱动电机长定子装置上下平行间隔设置于高速列车的顶部，所述悬浮机构为悬浮电磁铁，所述悬浮电磁铁与所述高速列车顶部的悬浮减震架相配合。

其中，所述第一轨道装置为平行间隔架设于所述真空管道内壁的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和第二导轨均与所述高速列车上方的真空管道的内壁紧配，所述磁悬浮装置及所述悬浮机构分别成组设置于第一导轨和第二导轨的外侧。

其中，所述悬浮电磁铁、所述第一转向机构、所述第二转向机构分别与设置于所述高速列车内的电控装置及蓄电装置电连接。

其中，所述第二轨道装置为平行间隔架设于所述真空管道内壁的第三导轨和第四导轨，所述第三导轨和第四导轨均与所述高速列车下方的真空管道的内壁紧配。

其中，所述第一转向机构与所述第二转向机构结构相同，所述第一刹车机构与所述第二刹车机构相同，且所述第一转向机构、所述第二转向机构、所述第一刹车机构及所述第二刹车机构均沿所述高速列车长度方向可收展设置。

其中，所述第一刹车机构与所述第二刹车机构均包括u型制动夹头，以及设置于所述u型制动夹头相对两内侧壁的两摩擦片；所述第一转向机构与所述第二转向机构均包括成对设置的两条电磁铁。

其中，所述第一导轨与所述第二导轨之间的真空管道的内壁设置有接触网，所述接触网与设置于所述高速列车顶部的受电弓相配合。

一种高速列车运行方法，包括上述所述的高速列车系统，包括如下步骤：

1）所述高速列车从起点站出发，通过转向架与第二轨道装置相配合做轮轨运动；

2）当高速列车提速至设定时速时，高速列车在所述磁悬浮装置及悬浮机构的相互作用下，做磁悬浮运动，且在此过程中，第一转向机构和第一刹车机构展开后与上方的第一轨道装置相配合，第二转向机构和第二刹车机构展开后与下方的第二轨道装置相配合，之后，设置于所述高速列车底部的转向架与所述第二轨道装置分离；

3）当高速列车邻近停靠站点时，所述转向架展开与所述第二轨道装置相接触做轮轨运动，之后所述磁悬浮装置与所述悬浮机构分离，第一转向机构和第二转向机构，及第一刹车机构和第二刹车机构收起，高速列车以轮轨运动驶入站点或变道、停靠。

本发明的有益效果：本发明提供了一种高速列车运行系统及其运行方法，当高速列车从起点站出发，通过转向架与第二轨道装置相配合做轮轨运动；当高速列车提速至设定时速时，高速列车在所述磁悬浮装置及悬浮机构的相互作用下，并通过第一转向机构和第二转向机构，及第一刹车机构和第二刹车机构的辅助，做磁悬浮运动，同时，设置于所述高速列车底部的转向架与所述第二轨道装置分离；当高速列车邻近停靠站点时，所述转向架展开与所述第二轨道装置相接触做轮轨运动，之后所述磁悬浮装置与所述悬浮机构分离，第一转向机构和第二转向机构，及第一刹车机构和第二刹车机构收起，高速列车以轮轨运动驶入站点或变道、停靠。以此结构设计的高速列车，简化了高速列车的磁悬浮结构，缩小了真空管道空间，且通过磁悬浮运动与轮轨运动相结合的方式，方便了高速列车的停靠和变道，提升了高速列车的可靠性，还有效降低了真空管道和高速列车的生产成本。

附图说明

图1是本发明中转向架与第二轨道装置配合后做轮轨运动时的截面图。

图2是本发明高速列车第一转向机构与第一轨道装置相结合，第二转向机构与第二轨道装置相结合时做磁悬浮运动时的截面图。

图3是本发明高速列车第一刹车机构与第一轨道装置相结合，第二刹车机构与第二轨道装置相结合时做减速或刹车运动时的截面图。

图4是本发明整条高速列车侧面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

结合图1至图4所示，本实施例提供了一种高速列车运行系统，包括真空管道1、行驶于所述真空管道内的高速列车2、架设于所述高速列车上方用于所述高速列车做磁悬浮运动的磁悬浮装置3、架设于所述高速列车下方用于所述高速列车做轮轨运动的第二轨道装置6、以及用于辅助高速列车进行转弯或刹车的辅助装置；所述辅助装置包括架设于高速列车上方的第一轨道装置5、与所述第一轨道装置5相配合的第一转向机构71和第一刹车机构81、以及与所述第二轨道装置6相配合的第二转向机构72和第二刹车机构82；所述高速列车2的顶部设置有与所述磁悬浮装置3相配合的悬浮机构4，所述高速列车2的底部设置有与所述第二轨道装置6相配合的转向架9，所述第一转向机构71和第一刹车机构81，以及所述第二转向机构72和第二刹车机构82均与所述高速列车2的车体紧固，所述转向架可以在所述高速列车与第二轨道之间进行上下收展。

具体的，本实施例中，所述磁悬浮装置3设置为驱动电磁铁，所述悬浮机构4设置为与所述驱动电磁铁上下平行间隔设置的悬浮电磁铁，所述悬浮电磁铁与所述高速列车2顶部的悬浮减震架41相配合，所述第一轨道装置5为平行间隔架设于所述真空管道1内壁的第一导轨51和第二导轨52，所述第一导轨51和第二导轨52均与所述高速列车2上方的真空管道1的内壁紧配，所述磁悬浮装置3及所述悬浮机构4分别成组设置于第一导轨51和第二导轨52的外侧，所述悬浮电磁铁与设置于所述高速列车2内的电控装置及蓄电装置电连接，所述磁悬浮装置3和所述悬浮机构4为常导型磁悬浮装置3。

本实施例中，所述第二轨道装置6为平行间隔架设于所述真空管道1内壁的第三导轨61和第四导轨62，所述第三导轨61和第四导轨62均与所述高速列车2下方的真空管道1的内壁紧配。所述第一转向机构71与所述第二转向机构72结构相同，所述第一刹车机构81与所述第二刹车机构82相同，且所述第一转向机构71、所述第二转向机构72、所述第一刹车机构81及所述第二刹车机构82均沿所述高速列车2长度方向设置，所述第一转向机构71与所述第二转向机构72均包括成对设置的两条电磁铁721。

为了方便在磁悬浮运动和轮轨运动之间进行很好的转换，本实施例中，第一转向机构71和第一刹车机构81可收展设置于高速列车的车顶，且可以在高速列车与第一轨道装置5之间上下收展；同样，第二转向机构72和第二刹车机构82可收展设置于高速列车的底部，且可以在高速列车与第二轨道装置6之间上下收展。

采用上述结构设计，利用轮轨技术的转弯半径小、结构简单的特点，适合靠近城市的列车出发阶段和到站阶段复杂路段；在两地主要运输距离的较空旷的地段设置较直的高速轨道，可大大减少磁悬浮的结构，从而大大缩小了高速列车的体积，本实施例中高速列车在磁悬浮运动状态下，可通过高速列车2内的蓄电装置和电控装置对悬浮机构4进行供电和调节，进而与设置在真空管道上的磁悬浮装置3相互作用，保持磁悬浮装置3和悬浮机构4之间的间隙保持稳定，使得高速列车底部的转向架9与第二轨道装置分离并处于悬浮状态，进而实现高速无机械摩擦的运动，并通过第一转向机构71和第二转向机构72的辅助，使得高速列车能够在转弯或直行时不会偏离轨道，且还能够通过第一刹车机构81和第二刹车机构82的作用，快速稳定可靠的进行紧急制动。

为了有效防止高速列车在磁悬浮状态下偏离既定轨道，本实施例中在高速列车的顶部设置有第一转向机构71，与第一轨道装置相配合；在高速列车的底部设置有第二转向机构72，与第二轨道装置相配合；根据需要，第一转向机构71和第二转向机构72也可以任选其一。

具体的，本实施例中，所述第一转向机构71与所述第二转向机构72结构相同，分别通过成对设置的电磁铁，通过高速列车2内的蓄电装置和电控装置对转向机构设置的电磁铁进行供电和调节，使其与第一轨道装置和第二轨道装置中的导轨两侧壁间隙保持一致，以此使得高速列车做磁悬浮运动时，不会偏离轨道，与轨道之间不产生机械摩擦。

同时，为了满足在磁悬浮状态下的紧急刹车要求，本实施例中，采用类似的设置，在第一轨道装置和第二轨道装置中的导轨两侧布置u型制动夹头，使得制动夹头相对两内侧壁的两摩擦片822与导轨两侧壁摩擦，且摩擦产生的热量还可以通过导轨及时散出，来进一步的对高速列车进行紧急制动。此外，在正常的减速刹车状态下，还可以通过磁悬浮装置与悬浮机构之间发电效应来产生反向作用力进行减速刹车，同时还进行电能回收。

本实施例中，高速列车在轮轨运动状态或低速磁悬浮运动下时，供电方式与传统高铁相同，即在所述第一导轨51与所述第二导轨52之间的真空管道1的内壁设置接触网11，并使得所述接触网11与设置于所述高速列车2顶部的受电弓21相配合。在此过程中可以对高速列车内的蓄电装置进行快速充电。

一种高速列车运行方法，包括上述所述的高速列车系统，包括如下步骤：

1）所述高速列车2从起点站出发，通过转向架9与第二轨道装置6相配合做轮轨运动；此时与常规列车运动方式相同，在此不做赘述。

2）当高速列车2提速至至设定时速时，高速列车2在所述磁悬浮装置3及悬浮机构4的相互作用下，做磁悬浮运动，且在此过程中，第一转向机构71和第一刹车机构81展开后与上方的第一轨道装置5相配合，第二转向机构72和第二刹车机构82展开后与下方的第二轨道装置6相配合，之后，设置于所述高速列车底部的转向架9与所述第二轨道装置6分离；

此过程中能够通过第一转向机构71和第二转向机构72的设置，有效保证磁悬浮运动的可靠性，避免高速列车偏离轨道，与轨道之间产生机械摩擦，也为高速列车由磁悬浮运动状态转换为轮轨运动状态时提供了保障；通过第一刹车机构81和第二刹车机构82的设置，能够有效的对高速列车进行紧急制动，避免意外事故的发生。

3）当高速列车2邻近停靠站点时，所述转向架9展开后与所述第二轨道装置6配合做轮轨运动，所述磁悬浮装置3与所述悬浮机构4分离，在此过程中，由于速度降低，所述转向架9与所述第二轨道装置6起到了有效的导向和驱动以及刹车的作用，就将上述步骤中的第一转向机构71和第二转向机构72，第一刹车机构81和第二刹车机构82通过与高速列车相连接的收展机构将其收起，之后通过架设于高速列车底部的转向架实现常规的轮轨运动，此时高速列车2以轮轨运动驶入站点或变道停靠。。

当高速列车运行速度低于通过接触网11和受电弓21所允许的最高有效供电速度时，列车由受电弓21与接触网11电连接给高速列车供电，并给设置在高速列车上的蓄电装置快速充电；当高速列车运行速度高于通过接触网和受电弓所允许的最高有效供电速度时，受电弓21与接触网11自动分离，高速列车由蓄电装置供电。

采用上述结构设计的高速列车，利用轮轨技术的转弯半径小、结构简单的特点，适合靠近城市的列车出发阶段和到站阶段复杂路段；在两地主要运输距离的较空旷的地段设置较直的高速轨道，可大大减少磁悬浮的结构，从而大大缩小了高速列车的体积，简化了高速列车的磁悬浮结构，缩小了真空管道空间，降低了真空管道的生产成本；且通过磁悬浮运动与轮轨运动相结合的方式，方便了高速列车的停靠和变道，提高了变道停靠的可靠性；同时，利用双轨与紧急刹车机构的直接配合，确保列车在高速运行时，能够随时进行紧急制动，使列车在高速运行时有可靠的制动安全保障。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。