三轨回转式变轨道岔的制作方法

技术领域

本发明涉及列车及轨道交通技术领域，具体涉及轨道及变轨道岔。

背景技术：

磁悬浮列车的直线驱动电机现有技术是采用直线同步电机或直线异步感应电机。由于实际应用的现实情况要求直线电机与轨道间可以接受的最小间隙至少达到8毫米以上，因而比磁力间隙只有0.5-1毫米的现有旋转电机的效率低很多。

工业上三相异步电机结构简单，维护简单，因而大量普及，但存在明显铁损和铜损，即使采用变频调速控制技术，也存在低速时效率低下的缺陷。永磁同步电机效率较高，但变频同步控制系统较复杂。永磁直流有刷电机效率较高，但电刷易磨损，故障率较高。开关磁阻电机，耐高温性强，但存在较大铁损，因没有永磁体，不能直接用于发电。而优良的高速列车驱动技术既要求电机在任何速度下都能保持很高的驱动效率，又要求在车辆减速时的能量通过电机高效发电而回收能量。上述这些电机虽然有的能够实现这个功能，但美中不足的是，效率较低。

技术实现要素：

技术问题

本发明旨在克服上述技术中存在的不足之处，提供一种变轨装置，所述变轨装置设置于车辆的变轨位置，包括底部设置回转轴的回转轨板，所述回转轨板上设有相互平行的两段直轨和位于两段直轨之间的一段弯轨，所述两段直轨各自连接变轨位置两侧分别位于一条直线上的两个轨道，所述弯轨是一段光滑曲线轨道，所述光滑曲线轨道同时与所述变轨位置两侧的相互平行的两个轨道分别在所述光滑轴线轨道的两个端点位置相切。

技术方案

本发明解决的技术方案是这样实现的：

一种永磁悬浮车路系统，还包括变轨装置，所述变轨装置设置于车辆的变轨位置，包括底部设置回转轴的回转轨板，所述回转轨板上设有相互平行的两段直轨和位于两段直轨之间的一段弯轨，所述两段直轨各自连接变轨位置两侧分别位于一条直线上的两个轨道，所述弯轨是一段光滑曲线轨道，所述光滑曲线轨道同时与所述变轨位置两侧的相互平行的两个轨道分别在所述光滑轴线轨道的两个端点位置相切。

有益效果

本发明的变轨装置具有以下有益效果：

1.这种三轨回转式变轨岔道结构简单，容易实现自动化控制；

2.三轨回转式变轨岔道的直轨道和弯轨道完全分开施工，避免了现有常规轮轨轨道的直轨道与弯轨道交叉建设的错综复杂的交错结构，岔道消除了轨道为容纳轮辕而切割的沟槽，避免了采用楔形尖轨的薄弱环节，可靠性更高。

3.三轨回转式变轨岔道使列车通过的速度可以很高，速度几乎不受变轨的影响。

4.三轨回转式变轨岔道的轨道可以是刚性的，不需要柔性变形，降低了材料对疲劳弯曲性能要求，寿命更长；不会产生很大的弯曲变形力，回转驱动力很小，有利于实现安全节能变轨。

5.这种三轨回转式变轨轨道适用于后面所述的各种轨道的变轨。

6.将所述外螺线转子永磁电机用于磁悬浮列车上由于外螺线定子构成的轨道按不同空间结构排布会形成意想不到的效果，按照四通道结构排布的磁悬浮高速铁路建设方案，将会使建设磁悬浮高速铁路的单位长度成本低于常规轮轨技术的高速铁路的成本成为可能。

7.所述外螺线转子直线永磁驱动机与轨道之间按不同排布方案，组合成不同结构的永磁悬浮轮轨车路系统，包括永磁悬浮轮轨列车、永磁悬浮轮轨汽车、永磁悬浮轮轨公交客车、永磁悬浮轮轨吊轨空中客车、永磁悬浮轮轨吊挂输送机、永磁悬浮轮轨拖动机等。

8.对于新建低速运行的地铁和城际轻轨采用中间驱动轨结构形式驱动，并使永磁悬浮轮轨轨道既可通行永磁悬浮轮轨列车，又可通行常规轮轨列车，并利用上现有的铁路道岔，使建设成本大大降低。

9.对于既有低速运行的地铁和城际轻轨采用轨道上铺设驱动悬浮轨道的结构形式。

10.对于既有线路改造高速磁悬浮轮轨铁路的方案：将现有的钢轨拆除掉，换上钢梁支座，架设螺线定子驱动轨道和导向轨道，成为弹性良好的超高速永磁悬浮轮轨铁路。

附图说明

图1和图2分别是实施例1的永磁悬浮轮轨地铁的横截面结构示意图和立体结构示意图。

图3是单轴驱动永磁悬浮轮轨地铁的岔道的立体结构示意图。

图4和图5分别是图3所示岔道直轨通行及转弯变轨通行的立体结构示意图。

图6是实施例3的单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨通行永磁悬浮轮轨汽车和吊轨永磁悬浮客车的示意图。

图7是实施例4的单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨通行升降永磁悬浮吊轨拖车的结构示意图。

图8和图9分别是本发明的三轨回转道岔在永磁悬浮轮轨高速铁路处于直通状态和变轨状态的立体结构示意图。

图10和图11分别是本发明的三轨回转道岔在永磁悬浮轮轨高速铁路交叉路口处于直通状态和变轨状态的立体结构示意图。

图中，1-外螺线转子，2-螺线定子电枢，3-转子位置感应条，4-螺线块，5-螺线转子骨架，6-螺线转子骨架上的螺线沟槽，7-定子叠片，8-叠片沟槽，9-螺线定子电枢上螺旋形沟槽，10-螺旋线圈，11-端子连接线，12-定子轴，13-轴承，14-轴承转套，15-转子端盖，17A、17B-圆盘永磁体，18-推力轴承，19-周向永磁体，21-连接筋，22-内层螺线转子骨架，23-外层螺线转子骨架，24A、24B-螺旋形薄片，25-圆筒形外套，26-转子轴，27-转子圆盘，28-定子端盖，29-螺堵，30-连接臂，31-万向连轴器，32-螺线定子，33-螺线定子上的螺线条，34-路基，35-钢轨，36-预埋件，37-调整垫板，38-外螺线转子直线永磁驱动机，39-水平筋板，40-竖直筋板，41-Z形悬浮板，42-凹槽，43-永磁悬浮轮轨列车，45-水平托板，46-悬浮永磁体，47-竖向导向轮，48-水平导向轮，49-列车转向架，50-列车钢轮，51-驱动轨道，52-直道驱动轨道，53-岔道的弯道钢轨，54-弯道驱动轨道，55-岔道的直道钢轨，56-滑移轨道，57-直钢轨，58-弯钢轨，59-永磁悬浮客车，60-橡胶轮胎，61-支撑立柱，62-横梁，63-箱梁，64-过渡梁，65-筋板，66-永磁悬浮轮轨汽车，67-“Z”形悬浮轨道，68-卡口台，69-钩台，70-托架，71-竖向托板，72-弯臂，73-“C”形悬浮轨道，74-悬架，75-吊轨永磁悬浮列车，76-万向节连接器，77-环抱托臂，78-托爪，79-转动装置，80-伸缩机构，81-汽车，82-“T”形支架，83-支撑筋板，84-“L”形悬浮板，85-T形导向轨，86-水平支座，87-圆柱断面，88-回转轨道，89-回转轨板，90-回转轴，91-直轨道，92-弯轨道，93-直轨道，94-底盘，95-电刷，96-导电轨，97-受电臂，98-“土”形支架，99-悬浮板，100-侧翼板，101-“工字”导向轨道，102-水平导向钢轨，103-常规轮轨列车，104-“工字”形托板，105-“F”形悬浮轨道，106-绝缘垫板，107-侧面筋板，108-混凝土桥墩，109-钢轨枕，110-矩形筋板，111-导向钢轨，112-“几字”形悬浮板，113-沟槽，114-绝缘垫板，115-铜导电轨，116-轴承座，117-水平横梁，118-矩形支架，119-水平支撑板，121-竖直支撑板，122-钢板，123-四分之一圆柱管道，124-楔形紧固件，125-T形悬浮导轨125，126-楔紧块126，127-固定板。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细介绍。

实施例1：永磁悬浮轮轨地铁列车

如图1、图2所示，在混凝土路基34上建设两条钢轨35，在两条钢轨35的中央位置向下部开设凹槽42，凹槽42的顶部和侧壁设置钢质预埋件36，预埋件36上设置连接螺栓或螺栓孔，根据需要设置调整垫板37，调整垫板37上设置斜面，两个调整垫板37相对移动可调整厚度。外螺线转子直线永磁驱动机38和螺线定子32组成的驱动系统位于两条钢轨的中央位置，外螺线转子永磁电机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置，螺线定子32上下贯通设置开口，成为两个半圆形的螺线定子32，螺线定子32内部是按螺旋线排布的螺线条33，每个螺线定子32外部都设有水平筋板39和竖直筋板40，水平筋板39和竖直筋板40成L形。螺线定子32的底部设置Z形悬浮板41。螺线定子32左右两侧的水平筋板39搭在凹沟槽42肩部的预埋件36上，水平筋板39与预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。竖直筋板40与凹沟槽42竖直侧壁的预埋件36之间设置调整垫板37，再由螺栓和扣件压紧连接。螺线定子32的位置通过调整垫板37精确调整到与外螺线转子永磁电机38同轴并固定在两条钢轨的中央凹沟槽42。

钢轨上面是永磁悬浮轮轨列车43。外螺线转子永磁电机38通过连接臂30固定于永磁悬浮轮轨列车43的底部，所述连接臂30一端固定于车体，另一端铰接或万向联接于所述外螺线转子电机38上。

外螺线转子直线永磁驱动机38与外部带有开口的螺线定子32同轴设置。外螺线转子永磁驱动机38的下部设置水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体，悬浮永磁体46与螺线定子32底部的Z形悬浮板41形成磁性吸引力，组成永磁悬浮系统。水平托板45上设置竖向导向轮47，永磁悬浮系统精密控制水平托板45与Z形悬浮板之间的悬浮间隙。在水平托板45上还设置有水平导向轮48，靠近Z形悬浮板41的导轨面在水平方向导向。永磁悬浮轮轨列车43设置列车转向架49，列车转向架49上的列车钢轮50与钢轨35在竖直方向导向，竖向导向轮47靠在Z形悬浮板底面，在竖直方向辅助导向，共同对外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴定位。外螺线转子直线永磁驱动机38的外螺线转子1通过螺线块4对螺线条33产生的磁性吸引力与螺线定子32之间产生强大的直线驱动力，驱动磁悬浮列车43达到需要的速度。

如图3、图4、图5所示，对于弯道处的轨道，两条钢轨35和原有道岔仍然可以使用。两条钢轨35中间的驱动轨道51在通过岔道位置时，通过直道驱动轨道52会将岔道的弯道钢轨53断开，而通过弯道驱动轨道54会将岔道的直道钢轨55断开，因此需要在被断开的弯道钢轨53和直道钢轨55的位置设置滑移轨道56。滑移轨道56上设置一条直钢轨57和一条弯钢轨58，滑移轨道56底部有滑道，滑移轨道56在滑道内滑动时分别连通弯道钢轨53和直道钢轨55。

如图4所示，列车直通时，滑移轨道56在滑道内滑动时连通了直钢轨57两端的直道钢轨55，而断开弯道钢轨53，同时将直道驱动轨道52的通道让开，而将弯道的驱动轨道的通道遮蔽，列车会通过直道钢轨55。如图5所示，列车变轨时，滑移轨道56在滑道内滑动弯钢轨58连通了两端的弯道钢轨53，而断开直道钢轨55，同时将弯道的驱动轨道的通道让开，而将直道驱动轨道52的通道遮蔽，列车会通过弯轨道58和弯道钢轨53转弯。由于两条钢轨的直钢轨57弯钢轨58平移运动方向相同，恰巧可以实现联动，使列车通过的驱动钢轨露出通道，而将车轮通过的钢轨由滑移轨道56衔接成完整轨道。这种岔道结构比较简单，可靠性高。

这种单轴驱动永磁悬浮轮轨铁路结构方案比较适用于中低速磁悬浮列车，如永磁悬浮轮轨地铁列车、永磁悬浮轮轨轻轨列车。在城市公交干道上也可以铺设这种永磁悬浮轨道，上面可以行驶永磁悬浮轮轨公交电车、上面也可以通行小型的永磁悬浮轮轨汽车。由于车辆的重量的90％-98％都被永磁悬浮系统克服了，因而这种永磁悬浮轮轨地铁列车、轻轨列车、公交电车、汽车的节能效果非常显著。

这种单轴驱动永磁悬浮轮轨铁路方案对于常规轮轨列车和永磁悬浮轮轨列车都兼容，而且这种轨道对于有公路垂直交叉的情况同样适用，即轨道上可以横向通行汽车和货车，也可以通过行人。该方案可以对轨枕是纵向的铁路进行改造，但是对于轨枕是横向的铁路就无法改造了，否则割断轨枕会影响钢轨横向连接强度。新建铁路如采用这种结构需初建时就按纵向铺设轨枕。

实施例3：单轴驱动4通道永磁悬浮高架轻轨

如图6上方所示，在公路的绿化带、中心线或道路两旁的甬道上竖立支撑立柱61，或者是城市规划的线路上竖立支撑立柱61。在立柱的顶端铺设横梁62，横梁62可以在立柱的一侧，也可以横担在立柱61上向两侧伸出。横梁62的侧面架设纵向箱梁63，纵向箱梁63可以是钢筋混凝土构造，也可以是钢梁。纵向箱梁63的顶部连接带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，以便于安装。过渡梁64连接于纵向箱梁63的上部，螺线定子的底部与过渡梁64连接。螺线定子32的开口朝上，螺线定子32的左右两侧设置筋板65，筋板65顶部向外侧延伸的底部设置“Z”形悬浮轨道67，悬浮轨道67的截面形状为平躺的“Z”形，大平面水平设置，短边方向朝下，末端延伸出卡口台68，卡口台68卡入筋板65的台阶上不会脱落，由扣件锁紧。“Z”形的悬浮轨道上表面的中部向上延伸出小“L”形钩台69，“L”形钩台69搭在筋板65上由扣件锁紧。悬浮轨道67水平延伸部分平板作为轨道板可以行驶导向轮。

螺线定子32的上方设置托架70，托架70上由悬架支撑永磁悬浮轮轨汽车66，托架70底部中央位置设置竖向托板71，竖向托板71的底部末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终同轴的位置。托架70的两侧设置向下方延伸的弯臂72，弯臂向内延伸设置水平的水平托板45，水平托板45上设置悬浮永磁体46，悬浮永磁体46位于“Z”形的悬浮轨道67的底部平面下方，悬浮永磁体46与“Z”形的悬浮轨道67产生向上的吸引力，构成悬浮系统。悬浮托板45上设置竖直导向钢轮47，使悬浮永磁体与“Z”形的悬浮轨道67保持一定悬浮间隙。左右两侧的悬浮托板45设置水平导向轮48和竖直导向轮47。水平导向轮48和竖直导向轮47将外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终定位在同轴的位置。

单轴驱动高架永磁悬浮轮轨汽车适合城市内中低速运行，空气阻力小，驱动力不大，噪音低，因为是专线运行，最高时速可达120公里，相当于市内高速公路，运量相当于轻轨运量。

如图6下方所示，横梁上架设纵向箱梁63，纵向箱梁63的底部连接梁带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，以便于安装，过渡梁64连接于纵向箱梁63的底部，螺线定子32的顶部与过渡梁64连接。螺线定子32的下方设置开口，螺线定子可以制作成左右两半结构，螺线定子32的左右两侧设置筋板65，筋板65底部向外侧延伸设有凸台，筋板65的底部设置悬浮轨道73，悬浮轨道73的截面形状为开口向上的“C”形，大平面方向朝下。“C”形的悬浮轨道水平直线部分侧向延伸出平板。“C”形开口的末端向内收缩设有卡口台68，卡口台68可以卡在筋板的凸台上不会脱落，“C”形悬浮轨道73的延伸平板部分可以行驶竖直导向轮，“C”形的悬浮轨道73的底部平面可以产生足够的悬浮力。

螺线定子32的下方设置悬架74，悬架74底部中央位置设置竖向托板71，竖向托板71的顶部末端连接外螺线转子直线永磁驱动机38，外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32同轴设置。竖向托板71上还设置水平的悬浮托板45，悬浮托板45上设置悬浮永磁体46。悬浮永磁体46位于“C”形的悬浮轨道的底部平面下方，悬浮永磁体46与“C”形的悬浮轨道产生向上的吸引力，形成悬浮系统。悬浮托板45上设置竖直导向钢轮47，使永久强磁体与“C”形悬浮轨道73保持一定磁力间隙。悬架74左右两侧设置水平导向轮48和竖直导向轮47，由轴承和主轴支撑。水平导向轮48和竖直导向轮47将外螺线转子直线永磁驱动机38与螺线定子32始终定位在同轴的位置。

吊轨列车75顶部与悬架74底部柔性连接，悬架74底部设置万向节连接器76，万向节连接器76下面吊挂吊轨永磁悬浮列车75，吊轨永磁悬浮列车75在转弯时产生离心力，使吊轨列车向外偏摆倾斜，车内乘客及座椅象飞机转弯一样自然倾斜自动克服离心力而不会产生异常感觉。

本方案充分利用公路上方空间，不会对地面交通产生影响，而且显著节能。与下方的车流方向相同不会产生大的相对速度感，也不会产生交错气流影响。可实现单独信号系统，不受地面信号灯限制，可快速通行，缓解地面交通拥堵，显著节省能源，降低运输成本，降低后期车票票价。

上述的实施例组合在一起，成为高架双向4通道永磁悬浮轮轨轻轨，占地相同，而运量提升一倍，更加有效利用了空间资源。

在城市内我国的行车习惯是靠右侧通行，高架轻轨下面的2个车道也按右侧通行方式，和下面的车流方向相同，不会产生高速错车感，行车阻力也会降低。

高架轻轨上面的2个车道按照世界通行惯例，按左侧通行原则，那么在相同一侧的轨道上下两侧行车方向刚好相反，在一点重合的时间很短，轨道梁的强度不需要很高，另外永磁悬浮技术的磁悬浮轨道是大面承受车身重量，载荷均匀，导向轮轨对轨道的正压力不到常规轮轨的1/10，因而轨道梁的强度要求比常规轮轨铁路的强度低很多，因而轨道造价会进一步降低。

实施例4：升降永磁悬浮吊轨拖车

如图7所示，如实施例3所述的支撑立柱61铺设横梁62，横梁62的侧面架设纵向箱梁63，纵向箱梁63的顶部连接带有开口的螺线定子32。纵向箱梁63与螺线定子32之间还可以设置过渡梁64，过渡梁64下单轴驱动结构同实施例3。所述的悬架74底部设置万向节连接器76，万向节连接器76下面设置环抱托臂77。环抱托臂77的上部与万向节连接器76铰接连接，环抱托臂的中部设有伸缩机构，环抱托臂77下部设置垂直于环抱托臂的托爪78，托爪78表面设有防护胶垫。环抱托臂77接受下方来车的指令，由转动装置79驱动从平放伸展状态徐徐下落，环抱托臂的托爪78从汽车的侧面向汽车底部靠拢至托住汽车底盘为止，自动感知到位后停止并锁定。确认安全后环抱托臂的中部的伸缩机构80随即回缩将汽车81从地面托起到空中。司机从驾驶室发出遥控指令，外螺线转子直线永磁驱动机38启动旋转，带动下面的悬架74和环抱托臂77托着的汽车沿高架永磁悬浮吊轨线路飞速驶向目的地。

这些小型汽车搭乘便车后到达尽可能远的线路，如果转弯变道或接近线路尽头，汽车可以提前启动到与悬架相同的速度，在达到相同速度时驾驶员发出指令关闭外螺线转子直线永磁驱动机38靠惯性滑行，再发出指令下降到地面再收起环抱托臂，随后外螺线转子直线永磁驱动机38及环抱托臂77按自动程序减速停止在制定位置待命。汽车与环抱托臂77分离后恢复常规地面驾驶驶向目的地。

本实施例可以统一规划出公用线路，用于托送现有结构的各种小轿车、吉普车、小型面包车等各种小型机动车。该高架永磁悬浮线路的拖车使用电能驱动，可免除燃油汽车的尾气污染。由于钢轮又比橡胶轮胎滚动摩擦系数低很多，线路采用永磁悬浮技术，克服95％以上车身重量，大大节约包括四轮电动车在内的各种小型机动车的行驶能量，可以大大节约每公里行车费用，而且充分利用空间资源减少堵车问题。

对于像现有的公交客车、大型货车可以架设双轴驱动轨道结构的高架线路。以增强车辆的稳定性和驱动力。必要时采用多个拖车联挂形式托起大型货车。

上述永磁悬浮轮轨高速铁路及公路均可采用以下的三轨回转式变轨装置，现结合附图具体描述如下：

如图8、图9所示，对于不同截面的永磁悬浮轮轨轨道，本发明提供了一种通用的变轨方案，在两条并行的永磁悬浮轮轨轨道需要变轨的位置，将轨道按内圆柱面形状设置出圆柱断面87，圆柱断面87内设置式回转轨道88，回转轨道88底部设置回转轨板89，回转轨板89沿中部的回转轴90转动，回转轨板89上按直轨道91A、91B中间的路径铺设直轨道91，按直轨道93A、93B的中间路径铺设直轨道93，在两条直轨道91和93的中间铺设一条弯轨道92，弯轨道92的母线由两段相互外切的圆弧线组成，切点位于回转轴90处，圆弧两端还可以连接直线段。直轨道91和93以及弯轨道92的横截面与永磁悬浮轮轨轨道的横截面完全相同，直轨道91和弯轨道92的两端为圆柱断面87，与两端的圆柱断面87吻合，回转轨道88在驱动装置的拖动下，带动回转轨板89上的一条弯轨道92和两条直轨道91、93一起回转。直轨道91和93与弯轨道92之间相距一定的距离，以便于永磁悬浮轮轨列车43的弯臂72能够顺利通过。

如图8所示，列车按原来的直轨道91B直行时，回转轨道88在驱动装置的拖动下，回转轨板89上的直轨道91分别与两端的同侧轨道91A、91B衔接，弯轨道92处于中间位置不与任何轨道连接。列车可以按路径91B、91、91A直行通过。

如图9所示，列车需要变轨时，回转轨道88在驱动装置的拖动下，回转轨板89上的弯钢轨92分别与两端的不同轨道91B和93A衔起来连接成一条轨道91B、92和93A，两条直轨道91、93旋转后不与任何轨道连接。列车可以按直轨道91B、弯轨道92、直轨道93A连接成一条轨道变轨通过，从一条轨道91变轨到另一条轨道93上行驶。

如图10、图11所示，这种三轨回转式变轨轨道方案还可以应用在多条轨道难以避免交叉的路面，多条并行轨道交叉时，可以共用一个回转轨道88，变轨方法按前述方式，使任何一对并行轨道既可以按原路直行通过，又可以变轨通过。

这种岔道结构简单，容易实现自动化控制；直轨道和弯轨道完全分开施工，避免了现有常规轮轨轨道的直轨道与弯轨道交叉建设的错综复杂的交错结构，岔道消除了轨道为容纳轮辕而切割的沟槽，避免了采用楔形尖轨的薄弱环节，可靠性更高；线间距也可以做到很小，可以达到5米的线间距；可以实现无缝对接，列车通过的速度可以很高，速度几乎不受变轨的影响。轨道可以是刚性的，不需要柔性变形，降低了材料对疲劳弯曲性能要求，寿命更长；不会产生很大的弯曲变形力，回转驱动力很小，有利于实现安全节能变轨。

这种三轨回转式变轨轨道适用于各种截面轨道的变轨。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。