具有上下双铰盘的车间连接结构及具有其的真空管道列车的制作方法

本发明属于真空管道交通系统，尤其是涉及一种具有上下双铰盘的车间连接结构及包括该车间连接结构的真空管道列车。

背景技术：

在地球表面稠密大气中高速运行的高铁列车，其运行的主要阻力是空气阻力，空气阻力限制了速度的提升，也形成了巨大的能耗。从理论上，为了提升运行速度，降低运行能耗，可将列车运行的轨道置于管道之内，并把管道抽成真空，把列车至于真空管道之内运行，称为“真空管道列车”。

从工程实践角度而言，所谓真空管道内并不是完全的真空状态，管道内仍然存在极低压强的空气，在此极低压强的空气中，人会在十秒左右时间内失去意识，并在几分钟内因为缺氧而致死，所以，真空管道列车车体的客舱内仍然需要保持0.8至1个标准大气压。也就是说，真空管道内运行的列车的各节车体是需要承受0.8-1个大气压的内外压差的。

由于真空管道列车的客舱内为有氧环境，且客舱内的座椅、内饰及乘客行李往往具有可燃性，所以客舱内的存在发生火灾的可能性，与在开放的大气环境中运行的高铁不同，在管道内运行的列车发生火灾时，人员的逃生和疏散极为困难。

如图1和图2所示，目前已经公开的胶囊列车，胶囊列车实际上并不编组成列，或者即使编组成列，各节车厢之间并不联通，即乘客不能由一节车厢进入另一节车厢。

由于胶囊列车实际上并不编组成列，所以不存在车间连接问题。在目前的高速列车领域，与日本新干线、德国ice及中国和谐号动车组不同，如图3所示，法国tgv高铁列车采用铰接技术，即相邻两节车体100共用一个走行部101，走行部的空气弹簧102支撑在其中一节车体100上，另外一节车体100通过设置在车体下侧的铰盘200与该节车体相连接。

如图4-图7所示，为连接相邻两节车体100的铰盘结构200，包括凹盘201、凸盘202、环形橡胶件203、转动轴承、螺栓205组成；所示凹盘201、凸盘202、环形橡胶件203、转动轴承均具有圆锥形的配合面，这样的铰盘结构既能够传递沿铰盘径向的载荷又能够传递垂向载荷。所述凹盘201和凸盘202通过螺栓205连接、铆接或焊接等方式分别固定设置在相邻的两节车体上。所述凹盘201内安装环形橡胶件203，环形橡胶件203的外环2031与凹盘201固定设置在一起。环形橡胶件203的内环2032与转动轴承外圈固定设置在一起，或者直接使用环形橡胶件203的内环2032作为转动轴承的外圈。如图8所示，转动轴承204的内圈与凸盘202固定设置在一起，或者直接使用凸盘202的圆锥形配合面2021作为转动轴承的内圈。如图6所示，螺栓205固定凹盘201和凸盘202上，限制凸盘202的过大的垂向相对运动，起到安全保护作用。如此一来，相邻的两节车体100之间只具有绕竖直方向转动的相对自由度而在其它自由度上只能发生小幅度相对运动，大大增强了两节车体100之间的关联性和整体性，从而大大提高了列车的运行安全性，法国tgv高铁一直是轮轨列车最高试验速度的保持者。

现有高铁列车或胶囊列车的车体结构若直接应用于真空管道列车存在如下问题：

1.若将多节车厢连接在一起，并且车厢之间进行连通的话，由于车厢内外存在大约1个大气压的压差，这个压差会在各节车厢之间形成大约10t的拉伸载荷，此载荷的作用线大约在车间贯通道高度的中心，现有的车间连接只是设置在车厢下侧，载荷不平衡，会导致相邻车厢之间的相对回转运动。

2.胶囊列车不编组成列，或者即使编组成列，各节车厢之间并不联通，当车厢内发生火灾、缺氧等问题时乘客没有逃生和疏散的余地，这是一个极其严重的安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种具有上下两个连接点的车间连接结构，并且上下连接点均采用铰接连接方式。该结构有效的解决了由于真空管道列车内外部气压差导致的各节车厢之间的纵向载荷问题，实现了车厢之间的可靠连接。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种具有上下双铰盘的车间连接结构的真空管道列车。这种列车的各节车厢之间可以相互贯通，乘客可以由一节车厢通过贯通道进入相邻的车厢，当一节车厢内发生火灾、缺氧等问题时，乘客可以经贯通道快速疏散到临近的车厢，大大提高了真空管道列车的安全性；增大了车厢之间的连接强度，大大提高了发生故障时的安全性；增加了列车的整体性，振动幅度变小，有利于提高列车的平稳性和舒适度。

为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：

一种具有上下双铰盘的车间连接结构，包括：

相邻的两节车体之间设置上下两个连接点；

上下连接点均采用铰接连接方式，上连接点称为上铰盘，下连接点称为下铰盘；

所述上铰盘包括外柱盘、内柱盘和第一弹性元件；

所述内柱盘可转动地嵌入在外柱盘之内；且内柱盘和外柱盘之间设置第一弹性元件；

所述外柱盘与左侧车体固定连接，所述内柱盘与右侧车体固定连接；

所述下铰盘包括凹盘、凸盘和第二弹性元件；

所述凸盘可转动地嵌入在凹盘之内；且凸盘和凹盘之间设置第二弹性元件。

所述凹盘与左侧车体固定连接，所述凸盘与右侧车体固定连接。

进一步地，所述外柱盘、内柱盘和第一弹性元件的相互接触面均为圆柱形配合面；所述第一弹性元件包括内圈、外圈和设置在内、外圈之间的弹性材料，所述内柱盘与第一弹性元件的内圈配合连接，所述外柱盘与第一弹性元件的外圈配合连接，所述两个配合连接的其中之一是可以沿轴线y方向(垂向)滑动和绕轴线y方向转动的，而另一个配合连接为固定连接；

所述所述凹盘、凸盘和第二弹性元件的相互接触面均为圆锥形配合面；所述第二弹性元件包括内圈、外圈和设置在内、外圈之间的弹性材料，所述凹盘与第二弹性元件的外圈配合连接，所述凸盘与第二弹性元件的内圈配合连接，所述两个配合连接的其中之一是可以绕轴线y方向(垂向)转动的，而另一个配合连接为固定连接。

进一步地，所述下铰盘设置限位装置，限定凹盘与凸盘之间的沿y轴的相对移动；优选地，所述限位装置为固定于凹盘上端法兰盘上的压盖以及凹盘的底面来实现。

进一步地，所述上铰盘的内柱盘与第一弹性元件的接触圆柱面之间设置轴承；或所述上铰盘的外柱盘与第一弹性元件的接触圆柱面之间轴设置承；优选地，所述轴承包括滚子轴承或滑动轴承。

进一步地，所述下铰盘的凹盘与第二弹性元件的接触圆锥面之间设置轴承；或在下铰盘的凸盘与第二弹性元件的接触圆锥面之间设置轴承；优选地，所述轴承包括滚子轴承或滑动轴承。

进一步地，所述下铰盘设置限位装置，限定凹盘与凸盘之间的沿垂向(y轴)的相对移动。

为解决上述第二个技术问题，本发明一种具有上述上下双铰盘的车间连接结构的真空管道列车，包括首车、若干中间车和尾车；包括首车、若干中间车和尾车；所述首车与中间车之间设置具有上下双铰盘的车间连接结构，所述各节中间车之间设置具有上下双铰盘的车间连接结构，所述中间车与尾车之间也设置具有上下双铰盘的车间连接结构。

进一步地，所述真空管道列车的各节车体上侧设有两条上纵梁，其中中间车的上纵梁延伸出车体两端，分别与上铰盘的外柱盘和内柱盘固定连接，首车或尾车的上纵梁延伸出车体的一端，与上铰盘的外柱盘或内柱盘固定连接；所述各节车体下侧设有两条下纵梁，其中中间车的下纵梁延伸出车体两端，分别与下铰盘的凹盘和凸盘固定连接，首车或尾车的下纵梁延伸出车体的一端，与下铰盘的凹盘或凸盘固定连接。

进一步地，所述上纵梁和下纵梁是贯通的，即从车体的一端延长到车体的另一端，也可以考虑减重的需要而设计成为中间断开的；更优选地，上下纵梁均为贯通的。

进一步地，所述车间连接结构下方设有相邻车体共用的一个走行部。

进一步地，走行部只支撑着固定凹盘(或凸盘)的车体，而固定凸盘(或凹盘)的另一节车体所通过上下铰盘与固定凹盘(或凸盘)的车体相互关联而间接地被走行部支撑。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

1.本发明车体的设置上下两个连接点，有效的解决了由于真空管道列车内外部气压差导致的各节车厢之间的纵向载荷导致的不平衡问题，实现了车厢之间的可靠连接；

2.本发明的上下连接点均采用铰接方式，实现了相邻车体之间的铰接连接，增大了车厢之间的连接强度，极大地提高了列车高速运行时，特别时在发生故障情况下的安全性，有利于大幅度提高列车的运行速度；

3.本发明各节车厢之间实现了可靠连接，车厢之间可以相互贯通，乘客可以由一节车厢通过贯通道进入相邻的车厢。当一节车厢内发生火灾、缺氧等问题时，乘客可以经贯通道快速疏散到临近的车厢，大大提高了真空管道列车的安全性；

4.本发明各节车厢之间采用上下双铰盘进行连接，增加了列车的整体性，相当于增大了车体的惯量，当车体受到由走行部传递上来的轨道激励时振动幅度变小，有利于提高列车的平稳性和舒适度。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有的胶囊车断面示意图；

图2为现有的胶囊车侧视示意图；

图3为现有法国tgv高铁的走行部及两节车厢之间的连接结构示意图；

图4为图3的俯视示意图；

图5为图3中两节车厢之间的连接结构局部放大示意图；

图6为现有凸盘的截面示意图；

图7为现有凹盘的截面示意图；

图8为现有环形橡胶件的截面示意图；

图9为现有车厢之间纵向载荷导致车厢之间相对回转时示意图；

图10为本发明具有上下双铰盘的车间连接结构示意图；

图11为图10的俯视图；

图12为本发明的上铰盘连接状态放大图；

图13为本发明的下铰盘连接状态放大图；

图14为本发明的内柱盘截面示意图；

图15为本发明的第一弹性元件截面示意图；

图16为本发明的外柱盘截面示意图；

图17为本发明的凸盘截面示意图；

图18为本发明的凹盘截面示意图；

图19为本发明的第二弹性元件截面示意图；

图20为本发明具有上下双铰盘连接的真空管道列车结构示意图；

图21为图20的车间连接结构放大示意图；

图22为图21的俯视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图10-12所示，作为本发明的一个方面，本发明一种具有上下双铰盘的车间连接结构300，包括：

相邻的两节车体之间设置上下两个连接点；

上下连接点均采用铰接连接方式，上连接点称为上铰盘310，下连接点称为下铰盘320；

参见图10-图12所示，所述上铰盘310包括外柱盘311、内柱盘312和第一弹性元件313；所述内柱盘312可转动地嵌入在外柱盘311之内；且内柱盘312和外柱盘311之间设置第一弹性元件313；参见图15所示，在本申请中，第一弹性元件313为在内圈3131和外圈3132之间设置有弹性材料3133的结构，优选地，是在使用橡胶材料将内环和外环硫化在一起的结构，业内称之为“橡胶节点”。

参见图14和图16所示，作为本申请的一种优选实施例，本申请中，所述外柱盘311为中空的圆柱形，外柱盘311的下端面设法兰盘3111；所述内柱盘312的外壁3121为中空的圆柱形，在空腔内中部设横向加强连接盘3122，该加强连接盘3122与外壁3121可以通过焊接、或嵌入固定，优选的是一体成型结构。

参见图10-图16所示，作为本申请的一种优选实施例，所述外柱盘311的法兰盘3111通过螺栓314与左侧车体301延伸出的左上连接部302固定连接，所述内柱盘312的横向加强连接盘3122通过螺栓315与右侧车体303延伸出的右上连接部304固定连接，从而将两节车体301、303连接在一起；使得两节车体只能绕竖直方向(图中所示y轴方向)进行相对的自由转动(由于第一弹性元件在各个方向都可以具有弹性变形能力，所以上铰盘实际上可以绕x、z轴进行相对转动，但是幅度很小)，从而便于列车能够通过较小半径的水平曲线。

参见图13所示，所述下铰盘350包括凹盘351、凸盘352和第二弹性元件353；所述凸盘352嵌入在凹盘351的凹槽内；且凸盘352和凹盘351之间设置第二弹性元件353；弹性元件的设置，使得相邻两节车体301、303之间可以沿纵向(图10、11所示x方向)、横向(图11所示z方向)和竖向发生小幅度(不大于几十毫米)的相对位移，也可以绕横向和竖向发生小幅度(约零点几度)的相对转动，以适应列车通过竖直曲线以及缓和曲线。参见图19所示，第二弹性元件353为在内圈3531和外圈3532之间设置有弹性材料3533的结构，优选地，是在使用橡胶材料将内环和外环硫化在一起的结构，业内称之为“橡胶节点”。

参见图17和图18所示，作为本申请优选的实施例，本申请中，所述凹盘351呈上大下小的圆锥筒状，凹盘351的下端面设法兰盘3511；所述凸盘352的外壁3521呈中空的圆锥形，在空腔内中部设横向加强连接盘3522，该加强连接盘3522与外壁3521可以通过焊接、铆接等方式固定，优选的是一体成型结构。

参见图13所示，根据本发明的某些优选实施例，所述凹盘351的法兰盘3511通过螺栓356与左侧车体301延伸出的左下连接部354固定连接，所述凸盘352的横向加强连接盘3522通过螺栓357与右侧车体303延伸出的右下连接部355固定连接，从而将两节车体连接在一起。

参见图12、图14、图15和图16所示，根据本发明的某些优选实施例，所述外柱盘311、内柱盘312和第一弹性元件313的相互接触面为圆柱形配合面；通过将上铰盘310的内柱盘312、第一弹性元件313和外柱盘311的接触面设置为圆柱形，所述上铰盘310只可以传递沿铰盘径向(各直径方向)的载荷，从而消除上下铰盘之间沿竖向的内力。

参见图13、图17、图18和图19所示，根据本发明的某些优选实施例，所述凹盘351、凸盘352和第二弹性元件353的接触面为圆锥形配合面；通过将下铰盘350的凹盘351、第二弹性元件353和凸盘352的之间接触面设置为圆锥形，所述下铰盘350既可以传递沿铰盘径向(各直径方向)的载荷，也可以传递沿铰盘轴向(图10中所示y轴方向)的载荷。

根据本发明的某些实施例，所述车间连接结构300下方设有相邻车体共用的一个走行部400；一节车体可以通过上、下铰盘310、350搭接在相邻节的车体上，而这个相邻的车体则由走行部进行支撑，从而实现了两个车体共用一个走行部400的设计。

参见图18所示，根据本发明的某些实施例，为了避免相邻的两节车体之间产生过大的竖向相对“窜动”，所述下铰盘350的凹盘351上固定设置了限位装置358。

作为本申请优选的实施例，所述限位装置358为下铰盘350上端部固定设置压盖构成以及凹盘的底面。

根据本发明的某些实施例，为了消弱竖向限位装置358与发生机械接触时的冲击力，所述限位装置358上以及凹盘的底面设有缓冲结构359。

作为本申请优选的实施例，所述缓冲结构357包括凹盘的底部和压盖下表面上的硫化橡胶层。

根据本发明的某些实施例，为了确保上铰盘310的内柱盘312与外柱盘311之间能够可靠地绕竖向进行回转运动，所述内柱盘312与第一弹性元件313的接触圆柱面之间设置轴承；或所述上铰盘310的外柱盘311与第一弹性元件313的接触圆柱面之间轴设置承；所述轴承可以是滚子轴承或滑动轴承；本申请中，在内柱盘312的内圆柱面与第一弹性元件313的接触圆柱面之间直接加工处理成滑动轴承的内圈和外圈。

根据本发明的某些实施例，为了确保下铰盘350的凹盘351与凸盘352之间能够可靠地绕竖向进行回转运动，所述凹盘351与第二弹性元件353的接触圆锥面之间设置轴承；或在下铰350盘的凸盘352与第二弹性元件353的接触圆锥面之间设置轴承；所述轴承可以是滚子轴承或滑动轴承；本申请中，在将凸盘352的圆锥面与第二弹性元件353的接触圆锥面之间直接加工处理成滑动轴承的内圈和外圈。

参见图20所示，作为本发明的另一方面，一种具有上述上下双铰盘的车间连接结构的真空管道列车500，包括首车501、若干中间车502和尾车503；所述首车501与中间车502之间设置具有上下双铰盘的车间连接结构300，所述各中间车502(图中只画了一节中间车，实际上中间车可以有多节)之间也设置具有上下双铰盘的车间连接结构300，所述中间车502与尾车503之间也设置具有上下双铰盘的车间连接结构300。

参见图21所示，根据本发明的某些实施例，由于上下铰盘要传递很大的纵向载荷，所述头尾车和中间车的车体上侧设有两条上纵梁504，中间车的上纵梁504延伸出车体的前后两端，分别作为与上铰盘310的外柱盘311和内柱盘312连接的连接部，所述头尾车和中间车的车体上侧设有两条上纵梁504，头尾车的上纵梁504延伸出车体的一端，作为与上铰盘310的外柱盘311或内柱盘312连接的连接部；所述头尾车和中间车的车体下侧设有两条下纵梁505，中间车的下纵梁505延伸出车体的前后两端，分别作为与下铰盘的凹盘351和凸盘352连接的连接部，头尾车的下纵梁505延伸出车体的一端，作为与下铰盘的凹盘351和凸盘352连接的连接部。

根据本发明的某些实施例，所述上纵梁504和下纵梁505是贯通的，即从车体的一端延长到车体的另一端，也可以考虑减重的需要而设计成为中间断开的；更优选地，上下纵梁均为贯通的。

根据本发明的某些实施例，走行部400只支撑着固定凹盘(或凸盘)的车体，而固定凸盘(或凹盘)的另一节车体所通过上下铰盘与固定凹盘(或凸盘)的车体相互关联而间接地受到走行部的支撑作用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。