本发明属于真空管道交通技术领域，具体涉及一种具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统技术与方案。
背景技术：
高速铁路、磁悬浮列车因受到空气阻力、气动噪声、气动振动等制约，很难进一步提高速度。同时飞机和汽车除受空气阻力影响外，其能耗高、碳排放量大，将来发展会受到限制。真空管道交通由管道、车辆、供电、通讯、驱动与控制、真空泵组、真空计量、监控系统等部分组成，运行时管道内抽成一定真空，然后车辆在其中行驶。真空管道高速交通可以克服上述缺点，是一种能达到超高速度，且能耗很低、环境影响很小的交通模式，可望从根本上解决人类交通所面临的困境。
在海峡通道建设领域，跨海大桥、海底隧道已得到广泛应用，施工技术成熟。跨海大桥需要高出海平面的桥墩支撑，适合近岸浅海；海底隧道能适应较深海域，但工程造价高，施工风险和运营风险大。另外，沉管隧道结构庞大，要求河床或海床平缓，不能有大起伏，只适合短距离浅水域，不适合距离较长及水深较大的海域；悬浮隧道是被理论界看好的跨海交通新模式，目前没有现实应用，预计建设成本低于跨海大桥、海底隧道，对海域的适应性很强，但建设成本仍然较高、施工难度较高。
近年来全世界越来越受到关注的真空管道交通，断面小、结构轻型、集成度好，当作为跨海通道方案在海底建设时，成本低于跨海大桥、海底隧道、悬浮隧道。在施工技术方面，已经普遍实施的海底输油管道建设经验可提供良好的参照与借鉴。
海底环境对真空管道具有特殊优越性，例如海水可以为真空管道降温、提供恒温环境，还可为管道提供均匀浮力，抵消管道自身重力作用，降低结构强度要求，减少工程费用，因此海底真空管道作为真空管道交通先行先试工程具有可行性、可能性。海底真空管道的基本形式为，在海床上修建固定墩台，然后通过水下施工方法，把真空管道管段按要求的精度架设在墩台(管墩)上，再用水下密封连接方法把所有管道固定连接。
海峡、海湾的特点是，跨度、水深通常大于江河湖泊，但小于海洋。对大多数海峡、海湾通道来说，低成本、早日建成和投入使用比超高速更为重要。如中国台湾海峡通道，并不期望达到超音速，只要能比高铁、汽车速度略高，或者相当；在满足运输能力要求的前提下，只要建设成本低于海底隧道、跨海大桥、沉管隧道和磁悬浮真空管道，即能成为优选方案。
在地面高速交通中，已有的高铁运营速度已经接近400km/h，已有的磁悬浮列车运营速度已经超过500km/h。那么地面真空管道交通速度必须大于600km/h才有意义，因此地面真空管道交通中的运行车辆必须是磁悬浮。跨越海峡的海底真空管道不追求很高速度，100～600km/h即能满足需求。
技术实现要素：
本发明解决的问题在于提供一种具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，车辆及管道内结构简单，能有效降低跨越海峡海底真空管道交通建设与运营成本。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，包括设立在海床上的管墩，管墩之间架设有管道，管道底部铺设有光滑的轨板，侧面设有侧导向轨；车辆底部设有在轨板上滚动行驶的车轮，车辆两侧均设有与侧导向轨相匹配的侧导向轮，侧导向轮为车辆行驶提供导向作用力；车辆包括气密性客舱，其内设置有生命保障系统；
所述的管道内顶部还设置接触电网，车辆上顶部设置授电弓，授电弓与接触电网相接触，从接触电网取电为车辆行驶提供动力电能。
在管道底部的轨板之间还设置有直线电机定子，在车辆底部设置有与直线电机定子相匹配的直线电机动子；
所述的车辆上还搭载有提供动力的车载蓄电池。
在车辆设计速度大于500km/h时，采用直线电机定子与直线电机动子相作用的直线电机驱动模式。
所述的车轮采用橡胶实心轮胎或具有减震设置的全钢轮胎，车轮在平整且光滑的轨板上滚动行驶。
所述的管墩上并排铺设有双管道，一个管道内只供一个方向的车辆行驶，管道两侧均设有侧导向轨，车辆的侧导向轮运行在两侧的侧导向轨之间。
所述的车辆的断面为圆形、椭圆形或矩形；车辆采用弹性减震车架，车轮为全钢材制造。
所述的管墩上铺设单管道，一个管道内供两个方向的车辆行驶；管道中间设有支撑栅栏，支撑栅栏上端、下端分别跟管道顶部、管道底部相连接；支撑栅栏两侧均设有内导向轨，车辆的侧导向轮运行在侧导向轨与内导向轨之间。
所述的管道的断面为椭圆形，断面椭圆长轴为5～6m，短轴为3～4m。
所述的侧导向轮设置在车辆的车厢两侧，或者设置在车辆3的车架上；
侧导向轨设置在车辆管道内两侧对应的位置。
所述的管道为双方向双管道架设或双方向单管道架设；
采用双方向双管道时，管道断面为圆形，管道断面直径为2.2～3.2m；
采用双方向单管道时，管道断面为圆形、椭圆形或者矩形；当采用椭圆形时椭圆长轴为5～6m，短轴为3～4m。
本发明的有益效果是：
本发明提供的具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，为海峡通道海底真空管道交通给出具有侧导向轮的轮式车辆方案，管道内不需要铺设轨道，车辆及管道内结构简单，能有效降低跨越海峡海底真空管道交通建设与运营成本；本发明采用了轨道交通和道路车辆相结合的技术模式，即行走部车轮类似道路车辆，采用弹性和减震良好的橡胶轮胎，或者设置柔性踏面，车轮在平面形状且光滑的轨板上滚动行驶；另设置侧导向轮为车辆行驶提供导向作用力。本发明避免了轨道交通和道路车辆复杂、昂贵的导向系统，充分利用管道的结构特征为车辆设置导向机构，利用技术成熟、低成本的轮式车辆方案，为跨越海峡和海湾给出了低成本、易实施的海底真空管道交通系统技术方案。
本发明提供的具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，采用双方向双管道平铺方案或采用双方向单管道方案；在双向双管道模式下，管道内两侧都设置侧导向轨；在双向单管道模式下，管道内两侧设置侧导向轨，中央设置内导向轨，该内导向轨通过支撑栅栏连接与固定。除了导向功能，侧导向轨还能为车辆客舱提供加强作用力，防止舱体失稳；内导向轨能有效防止相向行驶车辆相撞。本发明给出的单管道双向方案不仅使管道内空间宽敞，降低阻塞比及车辆行驶时的气动阻力，其内导向轨结构还有利于消除不同方向行驶车辆相撞可能性，减小相向行驶车辆之间必要的安全距离，在保证阻塞比较低情况下，使管道断面最小化。
本发明为克服跨海大桥、海底隧道、磁悬浮真空管道建设难度大、费用高的不足，使海峡、海湾通道以较低成本，较容易实施的技术早日建成和投入应用。本发明不仅为海峡通道海底真空管道交通提供更优越的技术方案，也有利于促进真空管道交通早日实现。本发明给出的技术方案不仅适用于海峡、海湾通道海底真空管道交通，也适用于海岛之间的连接、跨越适当水深环境的江河湖泊等。
附图说明
图1为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统断面示意图，图中所示为双方向双管道方案。
图2为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道断面示意图，其中一个管道内只供一个方向车辆行驶。
图3为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道断面示意图，其中一个管道内只供一个方向车辆行驶，采用通过接触电网及授电弓从电网取电的技术方案。
图4为图3的a-a剖视图。
图5为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道断面图，其中一个管道内只供一个方向车辆行驶，采用直线电机驱动技术方案。
图6为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道断面图，其中一个管道内只供一个方向车辆行驶，导向轮设置在车辆3的车架上，侧导向轨位于管道下部。
图7为具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道断面图，其中管道为椭圆断面，一个管道内供双方向车辆行驶。
图8为图7的b-b剖视图。
图中1为管墩；2为管道；3为车辆，31为车轮，32为导向轮，33为授电弓；4为轨板；5为侧导向轨；6为接触电网；71为直线电机定子，72为直线电机动子；8为内导向轨；9为支撑栅栏。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参见图1-图8，一种具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，包括设立在海床上的管墩1，管墩1之间架设有管道2，管道2底部铺设有光滑的轨板4，侧面设有侧导向轨5；车辆3底部设有在轨板4上滚动行驶的车轮31，车辆3两侧均设有与侧导向轨5相匹配的侧导向轮32，侧导向轮32为车辆3行驶提供导向作用力；车辆3包括气密性客舱，其内设置有生命保障系统；
所述的管道2内顶部还设置接触电网6，车辆3上顶部设置授电弓33，授电弓33与接触电网6相接触，从接触电网6取电为车辆3行驶提供动力电能。
在管道2底部于的轨板4之间还设置有直线电机定子71，在车辆3底部设置有与直线电机定子71相匹配的直线电机动子72；所述的车辆3上还搭载有车载蓄电池。
所述的车轮31采用橡胶实心轮胎或具有减震设置的全钢轮胎，车轮31在平整且光滑的轨板4上滚动行驶。
所述的管墩1上并排铺设有双管道，一个管道2内只供一个方向的车辆3行驶，管道2两侧均设有侧导向轨5，车辆3的侧导向轮32运行在两侧的侧导向轨5之间。
所述的管墩1上铺设单管道，一个管道2内供两个方向的车辆3行驶；管道2中间设有支撑栅栏9，支撑栅栏9上端、下端分别跟管道顶部、管道底部相连接；支撑栅栏9两侧均设有内导向轨8，车辆3的侧导向轮32运行在侧导向轨5与内导向轨8之间。
下面对本发明涉及的管墩1，管道2，车辆3，车轮31，侧导向轮32，轨板4，侧导向轨5，接触电网6，内导向轨8和支撑栅栏9作进一步的介绍说明。
所述的管墩1修建在海床上，除了具有抵抗洋流作用力的横向稳定性，还需要具有垂向抗压、抗拔功能。已有的海底输油、输气管道一般都是直接在海床上铺设，而海底真空管道要求十分平直，因此不适合直接铺设在海床上。需要在海床上修筑管墩，在管墩上再架设管道，可保证管道的直线精度，也便于在安装、维修时进行精确定位与调整。
所述的管道2架设在管墩1上，采用双方向双管道平铺方案，如图1所示，管道断面直径2.2～3.2m。
也可采用双方向单管道方案，管道断面可为椭圆形(如图7)、圆形或者矩形。当为双方向单管道椭圆形断面时，断面椭圆长轴5～6m，短轴3～4m。
所述的管道2管壁可采用如专利“适用于真空管道交通的钢混凝土复合结构管道”(cn201020540727.6)所述的复合结构，优点是既提高管道抗压强度，又增加管道配重，以平衡海水对管道的上浮作用力。
所述的车辆3具有气密性客舱，内部设置生命保障系统。车辆断面为圆形(如图2)或矩形，包括车轮31、导向轮32；车轮31具有橡胶实心轮胎(随着新材料技术的发展，现在的橡胶轮胎磨损已经很小，在光滑的轨板上磨损更小)
管道2内不设置具有引导功能的支承钢轨，只设置轨板4；车辆3的圆形断面直径1.5～2m，单节车辆长度6～15m，可单节独立行驶，也可编列运行。供编列运行的车辆3包括具有流线形车头/车尾的头车/尾车，和无流线形车头/车尾的中间车辆两种。车辆3通过设置接触电网6和授电弓33从电网取电，为车辆行驶提供动力电能，也可由车载蓄电池提供动力，如图3、图4所示。
当设计速度大于500km/h时(当速度500-1000km/h时为亚音速，对真空管道来说仍然是低速)，也可采用直线电机驱动模式，这时无需考虑滚动粘着力，直线电机长定子71布置在管道2下部，直线电机动子72布置在车辆下面，如图5所示。
当为双方向双管道设置时，所述的侧导向轨5设置在管道内两侧，跟位于车厢的导向轮32位置相对应，如图2所示。其优点是，侧导向轨5可通过导向轮32给车厢施加作用力，防止车厢在内压作用下发生失稳翘曲。
所述的导向轮32也可设置在车架上，对应的侧导向轨5设置在车辆3下部车架对应的管道内两侧适当位置，如图6所示。其优点是可使管道内结构件集中布置，降低车辆重心。
当为双方向单管道设置时，管道内两侧设置侧导向轨5，管道断面中间位置设置内导向轨8，如图7、图8所示。内导向轨8通过支撑栅栏9连接固定。
管道内装置的安装次序是，先安装轨板4，也可在工厂内跟管道2一起整体铸造；内导向轨8最后安装，以避免其影响管道2内其他安装工序的顺利进行。
下面给出具体的实施例。
实施例1：双向双管道海底真空管道系统。
如图1、图2所示，一种具有侧导向轮的轮式车辆海底真空管道交通系统，具体为双向双管道海底真空管道系统，即一个管道2内只供一个方向车辆3行驶，包括管墩1、管道2、车辆3、车轮31、导向轮32、轨板4、侧导向轨5。管道内的车辆不采用轮轨列车的轨道交通模式，不依靠钢轨进行导向；也不采用道路车辆模式，不依靠方向盘和前端车轮导向；而是采用了轨道交通和道路车辆相结合的技术模式，即行走部车轮类似道路车辆，采用弹性和减震良好的橡胶轮胎，或者设置柔性踏面，车轮在平面形状且光滑的轨板4上滚动行驶；另设置侧导向轮5为车辆行驶提供导向作用力。
为了减少车辆3运行阻力和降低车轮31磨耗，也可采用类似高铁列车的弹性减震车架技术方案，此时车轮31为全钢材制造。
施工建设时，应用海底基础施工技术，先在海床上修建管墩1，再用海底管道铺设技术在管墩1上架设管道2。采用双方向双管道平铺方案，如图1所示，管道断面直径2.2～3.2m。车辆3由车载蓄电池提供动力；也可通过在管道内设置接触电网6和车辆3上设置授电弓33从电网取电，为车辆3行驶提供动力电能，如图3、图4所示。
当设计速度大于500km/h时，采用直线电机驱动模式，在管道2下部设置直线电机长定子71，在车辆3下面设置直线电机动子72，如图5所示。
为使管道2内结构件集中布置，降低车辆3重心，在车架上设置导向轮32，在车辆3下部车架对应的管道2内下部两侧适当位置设置侧导向轨5，如图6所示。
实施例2：双向单管道海底真空管道系统。
如图7、图8所示，一种具有侧导向轨5和内导向轨8的轮式车辆海底真空管道交通系统，具体为双向单管道海底真空管道系统，即一个管道2内供两个方向车辆3行驶，包括管墩1、管道2、车辆3、车轮31、导向轮32、轨板4、侧导向轨5、内导向轨8和支撑栅栏9。
所述的内导向轨8通过支撑栅栏9固定，支撑栅栏9上端与下端分别跟管道顶和管道底连接，固定在管道中央，要求既能承受轴向拉伸作用力，又能承受轴向压力。支撑栅栏9除对内导向轨8起固定作用外，还能对管道2管壁稳定发挥加强作用。
管道内部件的安装次序是，先安装轨板4，或者在工厂内制造管道2时，同时完成轨板4安装或铸造；管道内其他设施设备安装完毕后，最后安装支撑栅栏9以及内导向轨8。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。