一种零偏差无轨列车的制作方法

本发明属于无轨列车的技术领域，具体涉及一种零偏差无轨列车，所述零偏差无轨列车轮辙一致，轮偏差接近零；拐弯半径小，运输能力大，有较长的长度，启动制动平稳。

背景技术：

飞机场、火车站行李运输通常采用无轨列车，现有的无轨列车一般由若干四轮平板车串联成一列，由牵引驱动车牵引行走。其中四轮平板车由车架、固定轮轴、转向轮轴和牵引架组成。

现有的无轨列车存在以下问题：

一、轮偏差

设轴距为b，轮距为2d，转角为a，则：轮偏差为c,

c=（b/sina-d）-（b/tana-d）=b/sina-b/tana

=b（1/sina-1/tana）

=b（1-cona）/sina ······式（1）

从上式中看出：轮偏差c和轴距b成正比，和转角a成反比（即与拐弯半径成反比）；从示意图中看出，四轮平板车串联后，轮偏差会叠加。四轮平板车串联较多时，叠加后的轮偏差会更大。另外，四轮平板车串联时多采用大间隙铰接，这个间隙的积累也会使轮偏差增加。无

轨列车较长或拐弯半径太小时，轮偏差太大，不宜操作控制，并且占用路面太宽。因此，常见的无轨列车（包括城市无轨列车）都较短，且拐弯半径较大，载荷量小。

二、启动与制动

常见无轨列车一般是牵引驱动车集中驱动和制动。虽然列车较短，载荷较小，启动和制动时仍然会出现涌动现象，列车不平稳，易使货物洒落。

三、对路面要求较高

这种无轨列车联接多采用大间隙一个自由度铰接，路面不平整时会有三个车轮着地，一个车轮受力过大。

四、只能一个方向和弯曲行驶，不能倒车。

技术实现要素：

本发明为了解决现有无轨列车的轮偏差大、启动与制动不平稳、拐弯半径大，对路面要求较高，列车不宜太长，载荷不宜太大，单向行驶不能倒车等问题，提供了一种零偏差无轨列车。

本发明采用了如下技术方案：

零偏差无轨列车，包括动拖组合，所述的动拖组合包括依次铰接的驱动炮车和若干普通炮车，铰接用的铰接座包括长宽尺寸一致的一自由度和三自由度铰接座，两种铰接座的排列方式包括：1）、三自由度铰接座·一自由度铰接座·一自由度铰接座并循环或2）、一自由度铰接座·三自由度铰接座并循环或3）、一自由度铰接座·三自由度铰接座·三自由度铰接座并循环，驱动炮车和普通炮车都为两轮车且长宽尺寸一致且质心都在其车架的中心，车架两侧中间安装轮轴及轮胎，轮轴中心到前后铰接座中心距离相等。选用哪种铰接座的排列方式由路面工况、列车长度和用途决定。

若干个动拖组合铰接串联，串联后在无驱动的一端再铰接一台相同的驱动炮车。

零偏差无轨列车首尾两端的炮车上分别设置一套转向机构、一台电气控制箱和一间操作控制室，前后电气控制实现联控。分别操作，互不影响。

两相邻炮车之间还连接有两条拉簧，两条拉簧成八字形对称设置于铰接座两侧，其俩端与相邻炮车车架固定连接，八字形的喇叭口和运行方向一致。

所述的三自由度铰接座包括二链环，二链环中的链环Ⅰ焊接在转轴上，转轴通过锁板可转动式固定于前面的炮车上，二链环中的链环Ⅱ中穿有销轴，销轴两端通过母座Ⅱ固定在后面的炮车上，链环Ⅱ与母座Ⅱ之间设有调节板。

每个炮车的车架两侧的前后两端都安装有橡胶缓冲座。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：零偏差无轨列车轮辙一致，轮偏差为接近零；拐弯半径小，运输能力大，有较长的长度，启动制动平稳。

附图说明

图1为炮车的结构示意图，

图2为图1的侧视图，

图3为驱动炮车示意图，

图4为图3的俯视图，

图5为一个自由度铰接座的结构示意图，

图6为图5的俯视图，

图7为三个自由度铰接座的结构示意图，

图8为图7的俯视图，

图9为本发明的示意图，

图10为图9的俯视图，

图11为两轮平板车轨迹示意图，

图中：1-炮车架，2-橡胶缓冲座，3-轮轴，4-驱动车架，5-车轮，6-变速箱，7-减速电机，8-配重，9-制动器，10-驱动桥，11-传动轴，12-公座，13-母座Ⅰ，14-销轴Ⅰ，15-转轴，16-二链环，17-销轴Ⅱ，18-母座Ⅱ，19-转向机构，20-驱动炮车，21-拉簧，22-普通炮车。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明的组成部分，普通炮车、驱动炮车、一自由度铰接座、三自由度铰接座、转向1机构、拉簧。

1、普通炮车

普通炮车采用两轮平板车，如图1、图2所示，包括车架、橡胶缓冲座和轮轴，轮轴安装在车架的中间，橡胶缓冲座安装在车架两侧的前后两端，控制和缓冲炮车在最小拐弯半径时，炮车之间发生碰撞而产生的破坏和噪音。主要功能是用来解决轨迹一致，轮偏差接近零的问题。

2、驱动炮车

如图3、4，驱动炮车包括车架、车轮、驱动桥、减速电机、断电制动器、变速箱、橡胶缓冲座、配重和传动轴。关键一，外形尺寸同炮车一致，可以和炮车随机更换组合；关键二，配重要使驱动炮车平衡，质心在车架的中心；关键三，整车重量与驱动力匹配；关键四减速电机、制动器电机都留有集中控制端口。

3、转向机构

一般列车较长，掉头占用空间较大，因此一般在列车头尾俩端炮车（一定是最前端或最后端的炮车上）上安装转向机构，司机驾驶。在跟随其它设备行驶又不便于司机驾驶时，可安装无人转向机构。这样列车无需掉头，司机可以选择在俩端驾驶，司机一定要在行驶方向的前端驾驶，列车的行驶方向由前端的转向机构控制，这样便于操作。转向机构都有自定中心的功能，另一端转向机构不影响列车正常行驶。需要说明的是，驱动炮车或普通炮车安装转向机构后，其质心（包括固定载荷）要前移，设定在转向轮轴和驱动轮轴之间，靠近驱动轮轴三分之一处。

4、动力配置，一个驱动炮车是列车的一个驱动单元，可以拖动若干个普通炮车，称为动拖组合，为了防止侧蠕动带来的轮偏差，同时防止普通炮车侧滑，驱动炮车的动力（牵引力）是一定的，因此驱动炮车能够拖动普通炮车的数量由普通炮车自身载荷及路况决定。当路况较差，坡度较大时，行驶阻力就较大，被拖动普通炮车数量就少，动拖组合较短；当路面平坦，路况较好时，行驶阻力就较小，被拖动普通炮车数量就多，动拖组合较长。按照路况的最大行驶阻力选择动拖组合的长度，按照列车要求的长度把若干动拖组合铰接串联起来后，在没有驱动的一端安装一台相同的驱动炮车，特殊情况，这个位置不能安装驱动炮车，可以安装在第二个位置（倒数第二个驱动炮车上）。继续在俩端的驱动炮车（其中一个可能是普通炮车）上分别安装转向机构一套，电气控制箱一台或操作控制室一间，所有驱动炮车的电源线接入电气控制箱或操作控制室，集中控制。动力配置完毕。一、从动力配置来看，增加了一台驱动炮车的动力，但保证了不管列车前后行驶都为牵引行驶工况，便于列车操作。二、从列车的动态分析来看，列车分解为若干驱动单元，减小了启动和制动质量，降低了启动与制动的冲击载荷，便于列车启动与制动，三、从电气控制来看，集中智能控制，依次启动和制动，增加了列车启动与制动的平稳性。

综上所述，零偏差无轨列车动力配置首先根据路况和运输能力等确定驱动单元的动力（功率）及动拖组合的长度；动拖组合串联后再增加一台等功率的驱动单元；实现了多点驱动，集中控制，增加了列车启动与制动的平稳性；保证了列车牵引行驶工况操作的可靠性。（牵引行驶工况时转向机构与驱动单元最近）

5、采用两种铰接座串联

一自由度铰接座：如图5、6，一自由度铰接座由公座、母座Ⅰ和销轴Ⅰ组成，具有一个自由度，关键技术一，在于间隙要小，一般不大于0.5毫米，防止积累误差较大；关键技术二，长宽尺寸和三自由度铰接座一致，可以互换。

三自由度铰接座：如图7、8，三自由度铰接座由转轴、二链环、母座Ⅱ和销轴Ⅱ组成，具有三个自由度。二链环中的链环Ⅰ焊接在转轴上，转轴通过锁板可转动式固定于前面的炮车上，二链环中的链环Ⅱ中穿有销轴，销轴两端通过母座Ⅱ固定在后面的炮车上，链环Ⅱ与母座Ⅱ之间设有调节板。

两种铰接座排列方式优选为：第一系列2·1·1，或第二系列1·2，或第三系1·2·2 ，注：1代表一自由度铰接座；2代表二自由度铰接座。

如图9、10，零偏差无轨列车由驱动炮车、普通炮车、一自由度铰接座、二自由度铰接座、拉簧、转向机构和电气控制等组成。一个驱动炮车可以拖动若干个串联普通炮车，称为动拖组合，一个动拖组合可以拖动多少个普通炮车由路况和运输能力来决定。若干个动拖组合串联起来后，在无驱动的一端再串联一台驱动炮车，整列俩端的驱动炮车上各安装一套转向机构、一台电气控制箱或一间操作控制室。驱动炮车与普通炮车之间、普通炮车与普通炮车之间，通过一自由度和三自由度铰接座联接起来，俩支拉簧成八字形对称安装在铰接座两侧，两端与相邻两炮车车架铰接固定，八字形的喇叭口与行驶方向一致。所有驱动炮车的电源线接入电气控制箱或控制室。

本发明解决了现有的无轨列车存在的一系列问题。

1、解决了轮偏差的问题。其一，本发明的各个炮车通过铰接座联接后，所有固定轮轴，都具有了转向功能，固定轮轴也就成为了转向轮轴，其所起的作用是转向轮轴的作用，轮轴到前后铰接座中心的距离相等，转向性能一致，因此串联炮车的轨迹一致，不受拐弯半径大小影响；（如图11）。根据式（1）可知，b=0时，c=0。其二，缩小了铰接座的间隙（原有间隙约10毫米缩小到0.5毫米）减小了该间隙造成的轮偏差；其三，侧蠕动也会带来轮偏差，如炮车受牵引力行驶时，弯道牵引行驶时，前一个炮车P1对后一个炮车P2的拉力F的方向总是和后一个炮车P2的行驶方向有一个夹角a1，因此，总有一个分力F2垂直于炮车P2的行驶方向，指向圆心，同理，炮车2牵引后一个炮车P3产生的反作用力F'与炮车P2的行驶方向也有一个夹角，因此也总有一个分力F2'垂直于炮车P2的行驶方向，指向圆心。一，如果F2+F2'大于炮车P2与地面的滑动摩擦力时，炮车P2就会侧滑；因此，对于一个动拖组合来说，靠近驱动炮车的第一个普通炮车受力最大，对这个普通炮车受力分析，F2+F2'小于这个普通炮车与地面的滑动摩擦力，则这个动拖组合不会侧滑。二，对于车轮来说，F2和F2'会产生一个方向相反的力臂矩，虽然力臂相等，但F2大于F2'，因此F2产生的扭矩会使炮车P2有一个向内圆行驶的趋势。F2是造成列车行驶侧蠕动和蛇行的主要原因。在铰接座两侧安装俩支拉簧，成八字形，俩端分别与相邻的炮车车架铰接固定，喇叭口与行驶方向一致，弯道牵引行驶时，外边的拉簧伸长，里边的拉簧缩短，拉簧相对伸长的部分产生拉力S,对于炮车P2来说，前后分别受到拉簧拉力S和S',S产生一个分力S2,垂直于炮车P2的行驶方向，远离圆心，S'也产生一个分力S2'，垂直于炮车P2的行驶方向，指向圆心，S2和S2'大小相等，方向相反，对于炮车P2轴向来说，相互抵消，对于行驶方向来说，将各产生一个扭矩并且叠加，使炮车P2有一个远离圆心行驶的趋势。这个扭矩和F2产生的扭矩方向相反，控制拉簧的拉力S及S2，使这俩个扭矩抵消，没有了侧向的力矩，列车侧蠕动和蛇行现象自动消除，使轮偏差趋于零。

同理，如炮车受推力行驶时，弯道推力行驶时，安装八字形拉簧时，喇叭口与行驶方向一致，才能抑制轮偏差和蛇行变化。

不难想象，地面不平整时，会带来炮车偏载，牵引力变化等，这些偏载和变化也会产生一个分力，使炮车侧蠕动和蛇行。对于路面不平整度是一定的，一般小于三米尺高差100毫米时，综合分析，在列车行驶速度较小时，上面所述的这个分力是比较小，且方向杂乱，因此带来的轮偏差和蛇行变化都比较小，不影响列车的控制，因此忽略不计。

综上所述，在铰接座俩侧对称安装拉簧，成八字形，喇叭口与行驶方向一致，拉簧的作用力总是希望列车直线行驶，和偏离直线行驶的作用力方向相反，拉簧的工作拉力和夹角决定这个力的大小。因此总能找到一种合适的拉簧和其安装的夹角，抵消侧蠕动所需的作用力，消除轮偏差。计算方法略。

2、解决了启动与制动不平稳的问题。多点驱动与多点制动，其一，降低了启动与制动的质量，便于启动与制动，其二，集中控制，依次启动与制动，缓解了启动与制动的冲击载荷，消除了涌动现象。

3、解决了不能适应路面不平整的问题。炮车自身机构单元较小，又三自由度铰接座的介入，增加了炮车（或驱动炮车）的自由度，可以上下左右旋转，使车轮受力比较均匀。解决了三轮着地一轮受力较大的问题。

4、解决了无轨列车单向行驶的问题：列车俩端都安装了转向机构和操作控制室，司机可以选择俩端驾驶，解决了无轨列车单向行驶的问题。

5、可以有较长的列车和较大的载荷：1）、解决了列车较长时的控制问题，由前面1、可知，轮偏差接近零，列车较长时，轮迹仍在控制、使用范围之内；2）、解决了启动与制动问题，由前面2、可知，列车较长时只是增加了几个驱动单元，仍然是集中控制，依次启动与制动，不影响列车的正常启动与制动；3）、解决了列车的刚度问题：

列车的刚度：假定把列车放置在一个不平整的路面上，头尾中心分别施加一个沿着炮车纵向相向的外力F，F由小增大，当F达到F₂时无轨列车变形，把F₂称为无轨列车的刚度。F来源：其一列车较长时来源于凹弧路面，其二来源于配套设备，配套设备给列车施加了一个外力，这个外力会和凹弧路面带来的外力叠加。F不在列车控制范围之内，但可以通过反复试验和计算得知F的值。Ftga将破坏炮车的稳定性，tga由路面不平整度、凹弧半径、弯曲半径等决定；列车的长度、重心高度、地面不平整度和铰接自由度等值越大，F₂越小；宽度、重量和摩擦力越大F₂越大，而且列车变形的方向总是沿着铰接座自由的方向。不难看出宽度、质量、重心和路面平整度受使用要求和客观条件限制，但铰接自由度可以认为改变，把列车分为若干小单元分析，在刚度和适应路面能力条件范围内总能优选出合理的铰接方式（A.B.C），使KFtga＜F₂，（列车成立条件，K：稳定系数）。

综上所述，列车的长度主要由其刚度决定，无疑在平坦的路面上列车可以有较大长度；在不平坦的路面上要充分考虑列车的刚度，列车长度较短。列车与其它设备配套使用时，应考虑其它设备的影响，例，和鳞片带式输送机配套使用时，应考虑鳞片带式输送机会给列车施加一个纵向的外力，这个外力会影响列车的刚度。

具体实施例：

例1、在炮车架上增加行李箱或架，便是行李拉运零偏差无轨列车。一般行驶在较好的路面上，路面平整，列车可以较长，一次解决行李转运，改善目前无轨列车多次转运的问题，降低行李转运的运营成本；可以采用电池供电，选择适量的驱动单元，达到节电、环保和安全的目的；置入无人驾驶转向机构，给定运行轨迹信号，实现无人驾驶。

例2、在炮车架上安装料斗或货架，便是货运零偏差无轨列车，此时零偏差无轨列车的长度主要由路况决定，动力可以采用发电机组或电池供电等。在码头、货场、矿山、化工、盐场、冶金等行业进行货物转载。

例3、在蛇形皮带机中构成主要部件，和鳞片式胶带输送机构成蛇形皮带机。蛇形皮带机主要是用来跟随配套设备行驶及连续转载。应根据蛇形皮带机使用工况、鳞片式胶带输送机的技术条件，进行设计零偏差无轨列车。

按鳞片式胶带输送机的技术要求设计零偏差无轨列车，炮车的长度2a，即圆环链导向轮轴距a的二倍，炮车的宽度2b，即支撑架宽度2b，驱动炮车的动力及支撑强度设计包含鳞片式胶带输送机自重及其载荷，列车刚度设计包含鳞片式胶带输送机附加给列车的各种张力。

按蛇形皮带机的使用工况调整零偏差无轨列车，蛇形皮带机尾部受料，头部卸料。对于尾部驱动炮车来说，既要安装鳞片式胶带输送机机尾，又要安装驱动桥，其高度不能满足蛇形皮带机尾部受料的高度要求，或不是理想高度，调整零偏差无轨列车对应尾部的驱动炮车为普通炮车，把驱动炮车安装在其相邻的第二个位置。对于头部驱动炮车来说，高度可以满足使用要求，对应的鳞片式胶带输送机机头自重充当一部分配重。

按照设计要求把零偏差无轨列车和鳞片式胶带输送机组装在一起，头尾安装在零偏差无轨列车俩端的炮车上，支撑架依次安装在中间炮车上，穿入圆环链，固定胶带鳞片，电气控制箱，按照蛇形皮带机使用工况确定供电方式。