专利名称：用于个人快速交通系统的道岔系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于载人快速交通系统的道岔系统，该快速交通系统能保证乘客快速地到达目的地，更具体地涉及这样一种用于载人快速交通系统的道岔系统，利用它，在导轨的分岔点及汇道点上不需要任何移动部件就能使小型机动车行驶到所需目的地。
背景技术：
载人快速交通系统(以下称为PRT)是提供乘客在小型载人机动车中直线从起点直达终点的一种公共交通系统。该机动车完全自动行驶并行驶在小重量的架空导轨上，导轨可位于街道内或建筑中。乘客不需与陌生人同乘，因为通常城市旅行团体由三人或更少的组成，该动车备有三个座位。商业上可行的PRT系统的主要技术要求是沿单个导轨的机动车流量应该非常高。为了获得每小时6000个机动车或更大的流量，机动车的运行间隔需要几分之一秒单位的时间。但是单轨式机动车不能满足以上需要，因为机动车在其中行驶的梁的整个区段必须移动到另一路径上以实现换道，而这种导轨上路径的移动需要机动车之间的时间间隔差不多为数秒钟。因为铁道利用移动道岔来转换机车的方向，在取不同的运行路线通过道岔的机车之间，这需要30至45秒的时间。因此，传统的系统具有的缺点在于机车运行时间被延迟及转换到错误方向会产生脱轨。
本发明揭示的方案为了解决以上的问题，本发明的一个目的在于提供用于载人快速交通系统的一种道岔系统，它能对机动车施行换道操作，使其在几分之一秒的单位时间中通过机动车导轨的分岔点或交汇点。
本发明的另一目的是提供用于载人快速交通系统的一种道岔系统，它能使运动的交通机动车从一个行驶路径换道到另一路径，而无需在导轨上有任何移动部件。
为了实现上述目的，提出了一种用于载人快速交通系统的道岔系统，该系统包括导轨，它由主通道及从其分岔与交汇的道岔区段组成，并包括预定的空间用于在其内部安装轨道，位于顶部中央的、以使机动车支承脊通过的纵向缝，运行轨道及用于被电磁换道器起感应的感应轨；小型机动车，它包括插在车在其上运行的导轨内空间中并装有导向轮对的底架，及位于所述导轨顶部与机动车底架相连接的车体部分；及电磁换道装置，它设置在所述机动车底架的预定位置上，对导轨的感应轨起感应以便控制所述小型机动车驶入预定方向。
附图的简要说明
图1是根据本发明的用于载人快速交通系统的道岔系统的切割透视图；图2是表示根据本发明的用于载人快速交通系统的道岔系统中的机动车导轨构架的透视图；图3是沿图中线I-I所取的截面放大图；图4是沿图1中线II-II所取的截面放大图；
图5是仅表示图1中“A”部分的放大透视图；图6是从图5中箭头“B”方向所视的侧面图；图7是表示安装在机动车导轨上的机动车底架的沿图6中线III-III所取的截面放大图；图8是表示安装在机动车导轨上的机动车底架的沿图6中线IV-IV所取的截面放大图；图9是表示安装在机动车导轨上的机动车底架的沿图6中线V-V所取的截面放大图；图10是沿图6中线VI-VI所取的截面放大图；图11是表示线性电动机及用于根据本发明的载人快速交通系统的道岔系统的电磁换道器部分的切割透视图；图12是表示用于根据本发明的载人快速交通系统的道岔系统的供电系统的电路图；及图13A及13B是表示在根据本发明的载人快速交通系统的道岔系统中分岔点及交汇点上机动车运行状态的概图。
实施本发明的最佳方式以下将参照附图来详细描述根据本发明的用于载人快速交通系统的一种道岔系统的优选实施例。
图1是根据本发明的用于载人快速交通系统的道岔系统的剖切透视图，它表示机动车从中通过的机动车导轨的一个道岔部分。
如图1所示，该道岔系统包括一个机动车导轨10，一个沿机动车导轨10自动行进的小型机动车30，该机动车包括在导轨10内部运行的机动车底架40及一个电磁换道部分70，后者能使小型机动车30在机动车导轨10中换道。它们集合在一起形成PRT道岔系统。以下将对每部分的结构作详细说明。
图2是图1中所示的机动车导轨构架的透视图。该动车导轨10以网络的方式被架空地安装在市区中，它由主道10a及从主道10a分岔到预定区域的岔道10b及10c组成。该机动车导轨10是以约25米间隔支承在支柱上的钢箱式桁架结构。纵向结构角钢11a-11d位于四角上，并且它们也用作机动车30的机动车底架40的支承及导向表面。纵向结构及导向角钢11a-11b以1.6米之间隔与侧面框架12相连接。框架12确定了运行表面并牢固地支承着每个纵向导向角钢11a-11d，以致不会发生包括导轨10扭转的任何变形。
机动车底架40在导轨10的箱式框架内部运行，而机动车30的车体借助一个伸到导轨10上方的窄脊支承在底架40上。以下将描述它的详细结构。
导轨10的顶部具有一个连续的窄缝14，车体支承脊将穿过该窄缝。通常缝14会降低箱式结构的扭转刚度。侧面框架12由非常坚固的材料作成，它能使缝的尺寸被固定并能提供合适的抗扭转刚度。导轨10的箱式桁架结构在其侧面被对角抗剪杆件15a支撑，而在底部被交叉抗剪杆件15b支撑，这些抗剪杆件15a及15b与侧面框架相连接。在导轨10顶部的缝14由布置在导轨10顶部中央的纵向角钢件16构成缝边框，它们用来支承以下所述的导轨盖。
图3是沿图1中线I-I所取的截面放大图。导向角钢11a-11d是构成箱式结构的导轨10的结构件。侧面框架12确定了运行表面并提供导轨10的抗扭转刚度。缝14形成在侧面框架12顶部的中央，并被连接在缝边角钢16上的弹性盖条18形成密封，动车30的支承脊穿过这些缝边角钢。使盖13及缝14密封的弹性盖条18安装在具有缝14的角钢件16上。盖13的一边固定在角钢件16上，另一边下折地铰接在导轨10的底部，以便可以进入，对导轨10进行清扫及维修。盖13用于隔离以消除运行时噪音的传播及电磁干拢。在盖13及侧面框架12之间布置着供电电缆19a及控制与通信电缆19b。在导轨10的侧面框架12上安装有通信通道21，用于在机动车30与控制器之间接收及发送所有数据信息。在侧向框架12内部的每侧上设有安装在绝缘体23a上的供电轨23。钢箱结构的感应轨22安装在两供电轨23之间。感应轨22是线性电机的次边部件，用于提供机动车的推进力及制动力。感应轨22具有嵌入在钢箱结构中的与线性电机44对置的铝板24。供电缆19a及控制与通信电缆19b支承在侧面框架12的外部电缆挂架上。
图4是沿图1中线II-II所取的截面放大图，它是表示导轨10的岔道10b及10c的一个横截面图。用于机动车体的支承脊穿过的轨道10中的缝14设在其中两个部分上，即岔道及交汇道上。
图5是表示用于根据本发明的载人快速交通系统的道岔系统的机动车底架的透视图，图6为图5中箭头“B”方向的侧视图。机动车底架40由铝合金作的垂直箱架构成。机动车底架40其前、后侧支承在垂直安装的带有聚氨酯(polyurethane)轮胎的铝合金轮对41上，当轮对在导向角钢11a-11d的磨光及润滑的高镍钢运行表面上运行时，该轮胎将给予平滑的行驶质量。机动车底架40也在前、后、顶部及底部上借助横向安装的带有聚氨酯轮胎的铝合金轮对42及43作为支承，当它们压在导向角钢11a-11d的磨光及润滑的高镍钢运行表面上运行时，将给予平滑的行驶质量。支承及导向轮对41-43在负载下稍有变形，但不足以使底架40与导轨10之间的几何关系在任一轴向上变化大于3mm。
轮对41-43是光滑的，而导轨10的导向角钢11a-11d的运行表面是稍有润滑的，以便减少滚动阻力及轮胎磨耗。对于在轮胎更换前可能的轮胎磨耗直到5mm为止，能对所有支承及导向轮对41-43进行调整。在常规运行条件下，由安装在底架40每侧上的线性感应电机44进行推进及制动。电动机44对侧向安装在导轨10的每侧上的钢箱感应轨22产生感应。感应轨22的铝板24嵌在钢箱结构表面以改进感应电动机的导电性能。线性电动机44以两区段铰接，以便当机动车通过导轨10的急弯部分如岔道区段时减少气隙距离的变化。线性电动机44由阻尼连接体悬浮，它使其与弯道表面相一致。该线性电动机44的一个重要特征是它对感应轨22产生实质上的吸引力。在常规的导轨10中用两个电动机工作，由于两个电动机吸着导轨10的对立侧壁，这两个电动机的吸力趋于彼此抵消。在岔道区段中，在非岔道侧的线性电动机被关断，而岔道侧的线性电动机44使机动车30推进。线性电动机44及导轨10的感应轨22之间的吸引力在机动车通过岔道时有助于将机动车30保持在导轨的侧壁上。当离开岔道区段时，底架40非岔道侧的各个部件重新平滑地与导轨10再恢复配合。
在图6中，标号45表示气隙保持轮，46表示用于电动机控制的可变电压、可变频率(VVVF)的逆变器，47表示与电磁换道器的铰接点，49是串联设置的20-12VDC电池组，50是电池充电器，及52表示控制及通信发送/接收器。
图7是沿图6中安装在机动车导轨上的机动车底架上的线III-III所取的截面放大图。电磁换道器70利用弹性连接件74安装在底架40上。连接件74允许有限的纵向移动及有限的转动，但横向移动可忽略不计。
图7还表示了电磁换道器70的磁轭75，磁轭75的线圈76及上磁轭和下磁轭75之间的连接管77。在底架40上安装了支承机动车车体30的支承脊39，它从缝14中向上伸出，由此底架40及机动车车体30两者结合地在导轨10上运行。
图8是沿图6中安装在机动车导轨上的机动车底架上的线VI-VI所取的截面放大图。用于收集由供电轨23提供的电力并将电力提供给机动车30的集电靴78被连接在PRT机动车底架40上。集电靴78利用在底架40及导轨10之间提供相对移动的连接件79与底架40相连接。集电靴78上的电刷比供电轨23宽，以便适应垂直移动差。标号49表示多个电池，它们还表示在图12中。
图9是沿图6中的机动车底架上的线V-V所取的截面放大图。图中示出线性电动机44及在感应轨22的外缘上运行的气隙维持轮45的位置。
图10是沿图6中线VI-VI所取的截面放大图。在线性电动机44的电枢上安装有紧急/停车制动器59。该紧急/停车制动器59利用液压致动油缸60保持张开，该油缸60操作制动连杆63。在机动车30中完全失电的情况下，制动器59将自动地以设计速率释放，以便产生5米/秒2的减加速度。制动垫61作用在具有粗表面的感应轨22的侧面上。该紧急/停车制动器59被设计得在机动车30通过导轨10的岔道区段时是完全可操作的。当仅在一个感应轨上操作它时，该制动器59能起到完全的作用。当机动车30通过岔道区段时，在机动车30的非附着侧上的制动器59将不被操作。这防止了在岔道的汇道/岔道点上制动器卡塞的任何可能性。当机动车30不在使用时或停在车站上时，在机动车30由线性电动机44完全制停后，制动器59将被使用。以此方式实际上没有制动器的磨耗。
图11是表示用于道岔系统的电磁换道部分的切割透视图。该机动车底架40在每侧上安装了两个电磁换道器70。每个换道器70由两个“U”形的磁轭芯75及绕在“U”形芯中央的铜导线线圈76组成。磁轭芯75在各端部被管状钢连接件77连接起来，以使得两个磁轭芯75作为一个单元工作，但是每个磁轭被单独通电，以使得当一个磁路故障时不影响另一个磁铁的工作。机动车30可使用一个故障的换道磁铁安全的工作，因为该换道磁铁中剩余的磁芯及另外磁铁中的磁芯可产生3000kg的换道吸力。如果两个磁铁芯都有故障，机动车可以降低的速度换道。电磁换道器70的磁轭芯75位于感应轨22的上、下边缘，以使磁通可通过钢箱结构的感应轨22。感应轨的腹板在通过换道器部分处被作成50mm厚，以提供磁通的通路。嵌在感应轨22中的铝感应板24位于换道器70(图5)的磁极面之间，故不会影响换道器70的电磁效率。电磁换道器70的内端安装在线性电动机44的电枢上，并使得换道器70与线性电动机44相铰接。线性电动机44上的气隙保持轮45保证换道器70的板面与感应轨22之间保持约10mm的气隙。线性电动机44的气隙保持轮45在铝感应板24两侧上的感应轨22的钢表面上行走(参见图9)。
图12是表示根据本发明的载人快速交通系统的道岔系统的电力系统的电路图。电力以600V直流提供给导轨10的供电轨23，并被机动车30的集电靴78收集。该600VDC的电力供给到双重VVVF逆变器46，在这里它被变换为三相400V交流电。机动车30的控制计算机62通过改变逆变器46的电压、频率及相位控制VVVF逆变器的特性，以保证线性电动机44在各方面上正确地行进。该600VDC的电源也供给双重变流器63，在这里它被变换成240VDC。该240VD电源被供给到电磁换道器70及紧急/停车制动器59的控制器。该240VDC还供给变流器48，在这里它被变换成12VDC；及供给到一个逆变器46a，在这里它被变换成220VAC。该12VDC电源供给机动车30中的各种装置，包括12V电池充电器50、无线电80、两刷器81、车内灯82、对讲机83及通风机84。220VAC电源供给机动车的各种装置，包括空调器90、加热器/通风器91、开门器92，电视(TV)信息系统93。机动车30携带了20个12V的电池49，它们串联连接以提供240VDC备用电源。这些电池被12V电池充电器50保持满充电。电池将240VDC提供给双重升压单元64，它将240VCD变换成600VDC。在来自导轨10的供电轨23的主600VDC电源中断的情况下，该备用电源投入。电池组49也提供240VDC应急电源给电磁换道器70、紧急/停车制动器59、240VDC/220VAC逆变器46a及240VDC/12VDC变流器48。电池组49具有的容量足够使机动车30行驶5公里，这便足以使机动车到达最近的的维修点。电池组49可以是镍-锌型或镍-金属氢化物型或锂型的，或者是能以低重量提供高电容量的任何其它电源。
图13A及13B是表示在道岔区段中分岔及汇道操作程序的概要图。以下将结合这些附图详细地描述在该道岔系统中在岔道点及汇道点处机动车的换道操作。
<分岔程序>
图13A表示机动车30在导轨10的岔道点上被换道到任一路线的情况。在分岔操作程序中，机动车运行方向是编程在机动车计算机中的，因此机动车30知道在道岔区段S处是向左还是向右转。导轨10设有信号系统，它将向机动车计算机控制器通报导轨的分岔方向。如果在导轨10的直主道10a上行驶的机动车30要转道到右方向，则在换道点P1前方25米的点上使机动车30右侧上的电磁道器70(图中黑色部分)得电，该机动车30便进入到道岔区段S。这就是，当机动车30行驶在主道10a上时，机动车30仅利用右侧的线性电动机44的推进力以高速行驶，以免左侧上的线性电动机的电磁垂直力使感应轨22产生感应。一旦机动车30通过换道点P1时，电流仅被提供在位于机动车右侧上的电磁换道器70中。于是，电磁换道器70产生磁场效应并由此使机动车30保持与导轨10的右方紧密接触。因而，机动车30自动地进入到“右”向(“R”方向)的岔道10c，如图13A中所示。一旦机动车30通过了约5米的平滑缩小到岔道10c中的过渡区段S1及再进入到主道中时，供给到右侧的电磁换道器70的电流即被关断。机动车30仅利用线性电动机44的推进力行驶。每当机动车经过道岔区段的岔道10b及10c时将重复上述的操作。以上仅描述了机动车30转向右侧的岔道的情况，但对于转向左侧的操作的说明将可省略，因为它与右侧的操作相同。
<汇道程序>
图13B表示机动车30在导轨10的汇道点上从两个路径转入的情况。在汇道操作程序中，机动车运行方向被编程在机动车计算机中。导轨10设有信号系统，它将通告汇道导轨的方向。如果机动车30经过右岔道10c的“右”向(“R”方向)进入导轨10的汇道区段S′，在交汇点P2前方约30米的点上使右侧上的电磁换道器70(图中黑色部分)得电。这些电磁换道器70产生磁力，它使机动车保持贴在导轨的右侧上。当机动车30通过导轨10的交汇点P2前方5米处的锥形区段时，机动车30与右侧导轨平滑接触地迅速进入汇道区段S′。一旦进入到汇道区段S′的机动车30通过导轨10的接触表面渐渐缩小的第二过渡区段S′2进入到主通道10a时，提供给右侧上电磁换道器70的电流即被关断，且机动车30仅用线性电动机的推进力快速地沿导轨10行驶。由推进机动车通过道岔的线性电动机产生的垂直吸引力也用于迫使机动车贴在导轨壁上。每当机动车30通过汇道区段时将垂直进行该操作。这里仅描述了机动车30从右侧的岔道10c驶入汇道区段S′的情况，对于从左侧的岔道10b即左向(“L”方向)驶入的操作说明将被省略，因为它与右侧的操作相同。
<故障管理策略>
如果四个电磁换道器70中的一个因故障不能工作，机动车30将继续通过道岔到达乘客的终点站，然后机动车30将被驶向维修点以便修理。如果四个电磁换道器70中的两个因故障不能工作，机动车30将继续驶到最近的站，在该站上将需要使乘客下车。然后该机动车将被直接地导向并驶入维修点以便修理。在完全断电的情况下，机动车可用电池来推进及换道。
工业实用性如上所述，本发明可以使得当机动车通过导轨的道岔区段，也即导轨的分岔点及交汇点时，使机动车完全自动行驶，并利用装在机动车底架上的换道装置在几分之一秒间隔中便可使其驶入预定方向。因而，本发明具有阻止机动车从导轨中脱轨的功能，并且与改变机动车行驶导向的导轨路径的传统装置相比，从一个导轨路径转换到另一个导轨路径的相继机动车之间仅需很小的时间间隔。这种换道能力使得载人快速交通系统技术成为可行的。该PRT可用于运载乘客及各种类型的货物。
权利要求
1.用于载人快速通系统的道岔系统，该系统包括导轨，它由主通道及从其分岔与交汇的道岔区段组成，并包括预定的空间用于在其内部安装轨道，位于顶部中央的、以使机动车支承脊通过的纵向缝，运行轨道，和用于被电磁换道器起感应的感应轨；小型机动车，它包括插在机动车在其上运行的导轨内空间中并装有导向轮对的底架，及位于所述导轨顶与动车底架相连接的车体部分；及电磁换道装置，它设置在所述机动车底架的预定位置上，对所述导轨的感应轨起感应以便控制所述小型机动车驶入预定方向。
2.根据权利要求1所述的道岔系统，其中所述导轨包括水平定位在四角上用于构成运行通道框架的角钢件；侧面框架，它以一定的间隔设置在所述角钢件上，用于坚固地支承所述角钢件，并在它的内部提供安装轨道的空间，它的顶部具有被切开的、以使所述机动车行驶的缝；固定件，它使所述侧面框架及所述角钢件连接起来；及隔离盖，用于盖住所述每个角钢件及侧面框架，但所述缝除外。
3.根据权利要求1或2所述的道岔系统，其中所述导轨包括供电轨，它被安装在所述侧向框架内部的四个位置上，用于对所述小型机动车供电；及两个连续的感应轨，它们被布置在所述供电轨之间，并且在其中嵌有铝板，铝板与线性电动机及电磁换道器相对置，用于被线性推进及制动用电动机起感应，而电磁换道器用于使感应轨的外边缘起感应。
4.根据权利要求3所述的道岔系统，其中所述供电轨还包括一个绝缘体。
5.根据权利要求1或2所述的道岔系统，其中还包括通道，用于使电缆安装在导轨上。
6.根据权利要求2所述的道岔系统，其中还包括用于所述缝的角钢件，它在机动车行驶方向上所述侧面框架两个切断的端部处。
7.根据权利要求2或6所述的道岔系统，其中所述缝还包括用于密封所述盖免于外部物质、如灰尘、碎片、雨及雪进入的弹性盖条。
8.根据权利要求2所述的道岔系统，其中所述盖在其一端固定在所述导轨缝附近，其另一端弯下密封住所述导轨底部后被铰接在所述导轨的底部。
9.根据权利要求1所述的道岔系统，其中所述机动车车体和机动车底架利用从所述底架上伸出到所述导轨缝上方的支承脊结合成一体。
10.根据权利要求2所述的道岔系统，其中所述导向轮对还包括用以使机动车平滑行驶的聚氨酯轮胎，导向轮对布置在所述底架的前、后方并被位于所述导轨每个角上的角钢件引导。
11.根据权利要求1所述的道岔系统，其中所述电磁换道装置包括一个电磁换道器，它由磁芯及绕在该芯上的线圈组成，并至少安装在四个位置上，用于在通电工作时提供对导轨中感应轨的吸引力；及线性电动机，它与所述磁芯相连接，用于对感应轨感应出推进力，以在所述机动车底架上施加推力及制动力，它还整体地包括一个控制器及气隙保持轮。
12.根据权利要求11所述的道岔系统，其中所述气隙保持轮使换道器、线性电动机与感应轨之间保持一定的间隔。
13.根据权利要求11所述的道岔系统，其中所述底架的紧急及停车制动是由安装在线性电动机电枢上的液压制动器执行的，它是与感应轨的顶表面及底表面对置的制动器。
14.根据权利要求1或11所述的道岔系统，其中所述底架还包括电池充电器，以便在紧急的情况下将电力提供给机动车。
15.根据权利要求11所述的道岔系统，其中所述线性电动机控制器是一个逆变器。
16.根据权利要求1或11所述的道岔系统，其中所述电磁换道装置设计成当任何一个单元故障时能独立地工作。
全文摘要
本发明涉及用于载人快速交通系统的道岔系统，该交通系统提供乘客在小型车体单元中直接从起点到终点直达的运行。该换道装置安装在包括主通道及来自于它的岔道及汇道的网络状结构中的一定区域上。用于载人快速交通系统的道岔系统包括导轨(10)，在它内部包括必要的运行轨道；小型机动车(30)，它自动地行驶在导轨上并包括插入在导轨内空间中装有导向轮的机动车底架(40)；及电磁换道装置(70)，它们布置在机动车底架的前、后侧上，并执行换道操作，使得当机动车在直主道上行驶时提供对轨道的吸力，及当机动车进入道岔区段时利用与轨道的紧密接触，控制机动车驶入预定主向。其结果是在本发明提供了在半秒的短时间间隔中的换道而无需在导轨上的移动部件，由此允许大体积机动车的运行，甚至在导轨的道岔区段中机动车也能迅速行驶，由此保证乘客快速地到达目的地。
文档编号E01B25/00GK1129425SQ94193146
公开日1996年8月21日 申请日期1994年9月28日 优先权日1994年6月21日
发明者金仁起 申请人:金仁起