用于個人快速交通系統的道岔系統的制作方法

專利名稱：用于個人快速交通系統的道岔系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于載人快速交通系統的道岔系統，該快速交通系統能保證乘客快速地到達目的地，更具體地涉及這樣一種用于載人快速交通系統的道岔系統，利用它，在導軌的分岔點及匯道點上不需要任何移動部件就能使小型機動車行駛到所需目的地。
背景技術：
載人快速交通系統(以下稱為PRT)是提供乘客在小型載人機動車中直線從起點直達終點的一種公共交通系統。該機動車完全自動行駛并行駛在小重量的架空導軌上，導軌可位于街道內或建筑中。乘客不需與陌生人同乘，因為通常城市旅行團體由三人或更少的組成，該動車備有三個座位。商業上可行的PRT系統的主要技術要求是沿單個導軌的機動車流量應該非常高。為了獲得每小時6000個機動車或更大的流量，機動車的運行間隔需要幾分之一秒單位的時間。但是單軌式機動車不能滿足以上需要，因為機動車在其中行駛的梁的整個區段必須移動到另一路徑上以實現換道，而這種導軌上路徑的移動需要機動車之間的時間間隔差不多為數秒鐘。因為鐵道利用移動道岔來轉換機車的方向，在取不同的運行路線通過道岔的機車之間，這需要30至45秒的時間。因此，傳統的系統具有的缺點在于機車運行時間被延遲及轉換到錯誤方向會產生脫軌。
本發明揭示的方案為了解決以上的問題，本發明的一個目的在于提供用于載人快速交通系統的一種道岔系統，它能對機動車施行換道操作，使其在幾分之一秒的單位時間中通過機動車導軌的分岔點或交匯點。
本發明的另一目的是提供用于載人快速交通系統的一種道岔系統，它能使運動的交通機動車從一個行駛路徑換道到另一路徑，而無需在導軌上有任何移動部件。
為了實現上述目的，提出了一種用于載人快速交通系統的道岔系統，該系統包括導軌，它由主通道及從其分岔與交匯的道岔區段組成，并包括預定的空間用于在其內部安裝軌道，位于頂部中央的、以使機動車支承脊通過的縱向縫，運行軌道及用于被電磁換道器起感應的感應軌；小型機動車，它包括插在車在其上運行的導軌內空間中并裝有導向輪對的底架，及位于所述導軌頂部與機動車底架相連接的車體部分；及電磁換道裝置，它設置在所述機動車底架的預定位置上，對導軌的感應軌起感應以便控制所述小型機動車駛入預定方向。
附圖的簡要說明

圖1是根據本發明的用于載人快速交通系統的道岔系統的切割透視圖；圖2是表示根據本發明的用于載人快速交通系統的道岔系統中的機動車導軌構架的透視圖；圖3是沿圖中線I-I所取的截面放大圖；圖4是沿圖1中線II-II所取的截面放大圖；
圖5是僅表示圖1中“A”部分的放大透視圖；圖6是從圖5中箭頭“B”方向所視的側面圖；圖7是表示安裝在機動車導軌上的機動車底架的沿圖6中線III-III所取的截面放大圖；圖8是表示安裝在機動車導軌上的機動車底架的沿圖6中線IV-IV所取的截面放大圖；圖9是表示安裝在機動車導軌上的機動車底架的沿圖6中線V-V所取的截面放大圖；圖10是沿圖6中線VI-VI所取的截面放大圖；圖11是表示線性電動機及用于根據本發明的載人快速交通系統的道岔系統的電磁換道器部分的切割透視圖；圖12是表示用于根據本發明的載人快速交通系統的道岔系統的供電系統的電路圖；及圖13A及13B是表示在根據本發明的載人快速交通系統的道岔系統中分岔點及交匯點上機動車運行狀態的概圖。
實施本發明的最佳方式以下將參照附圖來詳細描述根據本發明的用于載人快速交通系統的一種道岔系統的優選實施例。
圖1是根據本發明的用于載人快速交通系統的道岔系統的剖切透視圖，它表示機動車從中通過的機動車導軌的一個道岔部分。
如圖1所示，該道岔系統包括一個機動車導軌10，一個沿機動車導軌10自動行進的小型機動車30，該機動車包括在導軌10內部運行的機動車底架40及一個電磁換道部分70，后者能使小型機動車30在機動車導軌10中換道。它們集合在一起形成PRT道岔系統。以下將對每部分的結構作詳細說明。
圖2是圖1中所示的機動車導軌構架的透視圖。該動車導軌10以網絡的方式被架空地安裝在市區中，它由主道10a及從主道10a分岔到預定區域的岔道10b及10c組成。該機動車導軌10是以約25米間隔支承在支柱上的鋼箱式桁架結構。縱向結構角鋼11a-11d位于四角上，并且它們也用作機動車30的機動車底架40的支承及導向表面。縱向結構及導向角鋼11a-11b以1.6米之間隔與側面框架12相連接。框架12確定了運行表面并牢固地支承著每個縱向導向角鋼11a-11d，以致不會發生包括導軌10扭轉的任何變形。
機動車底架40在導軌10的箱式框架內部運行，而機動車30的車體借助一個伸到導軌10上方的窄脊支承在底架40上。以下將描述它的詳細結構。
導軌10的頂部具有一個連續的窄縫14，車體支承脊將穿過該窄縫。通常縫14會降低箱式結構的扭轉剛度。側面框架12由非常堅固的材料作成，它能使縫的尺寸被固定并能提供合適的抗扭轉剛度。導軌10的箱式桁架結構在其側面被對角抗剪桿件15a支撐，而在底部被交叉抗剪桿件15b支撐，這些抗剪桿件15a及15b與側面框架相連接。在導軌10頂部的縫14由布置在導軌10頂部中央的縱向角鋼件16構成縫邊框，它們用來支承以下所述的導軌蓋。
圖3是沿圖1中線I-I所取的截面放大圖。導向角鋼11a-11d是構成箱式結構的導軌10的結構件。側面框架12確定了運行表面并提供導軌10的抗扭轉剛度。縫14形成在側面框架12頂部的中央，并被連接在縫邊角鋼16上的彈性蓋條18形成密封，動車30的支承脊穿過這些縫邊角鋼。使蓋13及縫14密封的彈性蓋條18安裝在具有縫14的角鋼件16上。蓋13的一邊固定在角鋼件16上，另一邊下折地鉸接在導軌10的底部，以便可以進入，對導軌10進行清掃及維修。蓋13用于隔離以消除運行時噪音的傳播及電磁干攏。在蓋13及側面框架12之間布置著供電電纜19a及控制與通信電纜19b。在導軌10的側面框架12上安裝有通信通道21，用于在機動車30與控制器之間接收及發送所有數據信息。在側向框架12內部的每側上設有安裝在絕緣體23a上的供電軌23。鋼箱結構的感應軌22安裝在兩供電軌23之間。感應軌22是線性電機的次邊部件，用于提供機動車的推進力及制動力。感應軌22具有嵌入在鋼箱結構中的與線性電機44對置的鋁板24。供電纜19a及控制與通信電纜19b支承在側面框架12的外部電纜掛架上。
圖4是沿圖1中線II-II所取的截面放大圖，它是表示導軌10的岔道10b及10c的一個橫截面圖。用于機動車體的支承脊穿過的軌道10中的縫14設在其中兩個部分上，即岔道及交匯道上。
圖5是表示用于根據本發明的載人快速交通系統的道岔系統的機動車底架的透視圖，圖6為圖5中箭頭“B”方向的側視圖。機動車底架40由鋁合金作的垂直箱架構成。機動車底架40其前、后側支承在垂直安裝的帶有聚氨酯(polyurethane)輪胎的鋁合金輪對41上，當輪對在導向角鋼11a-11d的磨光及潤滑的高鎳鋼運行表面上運行時，該輪胎將給予平滑的行駛質量。機動車底架40也在前、后、頂部及底部上借助橫向安裝的帶有聚氨酯輪胎的鋁合金輪對42及43作為支承，當它們壓在導向角鋼11a-11d的磨光及潤滑的高鎳鋼運行表面上運行時，將給予平滑的行駛質量。支承及導向輪對41-43在負載下稍有變形，但不足以使底架40與導軌10之間的幾何關系在任一軸向上變化大于3mm。
輪對41-43是光滑的，而導軌10的導向角鋼11a-11d的運行表面是稍有潤滑的，以便減少滾動阻力及輪胎磨耗。對于在輪胎更換前可能的輪胎磨耗直到5mm為止，能對所有支承及導向輪對41-43進行調整。在常規運行條件下，由安裝在底架40每側上的線性感應電機44進行推進及制動。電動機44對側向安裝在導軌10的每側上的鋼箱感應軌22產生感應。感應軌22的鋁板24嵌在鋼箱結構表面以改進感應電動機的導電性能。線性電動機44以兩區段鉸接，以便當機動車通過導軌10的急彎部分如岔道區段時減少氣隙距離的變化。線性電動機44由阻尼連接體懸浮，它使其與彎道表面相一致。該線性電動機44的一個重要特征是它對感應軌22產生實質上的吸引力。在常規的導軌10中用兩個電動機工作，由于兩個電動機吸著導軌10的對立側壁，這兩個電動機的吸力趨于彼此抵消。在岔道區段中，在非岔道側的線性電動機被關斷，而岔道側的線性電動機44使機動車30推進。線性電動機44及導軌10的感應軌22之間的吸引力在機動車通過岔道時有助于將機動車30保持在導軌的側壁上。當離開岔道區段時，底架40非岔道側的各個部件重新平滑地與導軌10再恢復配合。
在圖6中，標號45表示氣隙保持輪，46表示用于電動機控制的可變電壓、可變頻率(VVVF)的逆變器，47表示與電磁換道器的鉸接點，49是串聯設置的20-12VDC電池組，50是電池充電器，及52表示控制及通信發送/接收器。
圖7是沿圖6中安裝在機動車導軌上的機動車底架上的線III-III所取的截面放大圖。電磁換道器70利用彈性連接件74安裝在底架40上。連接件74允許有限的縱向移動及有限的轉動，但橫向移動可忽略不計。
圖7還表示了電磁換道器70的磁軛75，磁軛75的線圈76及上磁軛和下磁軛75之間的連接管77。在底架40上安裝了支承機動車車體30的支承脊39，它從縫14中向上伸出，由此底架40及機動車車體30兩者結合地在導軌10上運行。
圖8是沿圖6中安裝在機動車導軌上的機動車底架上的線VI-VI所取的截面放大圖。用于收集由供電軌23提供的電力并將電力提供給機動車30的集電靴78被連接在PRT機動車底架40上。集電靴78利用在底架40及導軌10之間提供相對移動的連接件79與底架40相連接。集電靴78上的電刷比供電軌23寬，以便適應垂直移動差。標號49表示多個電池，它們還表示在圖12中。
圖9是沿圖6中的機動車底架上的線V-V所取的截面放大圖。圖中示出線性電動機44及在感應軌22的外緣上運行的氣隙維持輪45的位置。
圖10是沿圖6中線VI-VI所取的截面放大圖。在線性電動機44的電樞上安裝有緊急/停車制動器59。該緊急/停車制動器59利用液壓致動油缸60保持張開，該油缸60操作制動連桿63。在機動車30中完全失電的情況下，制動器59將自動地以設計速率釋放，以便產生5米/秒2的減加速度。制動墊61作用在具有粗表面的感應軌22的側面上。該緊急/停車制動器59被設計得在機動車30通過導軌10的岔道區段時是完全可操作的。當僅在一個感應軌上操作它時，該制動器59能起到完全的作用。當機動車30通過岔道區段時，在機動車30的非附著側上的制動器59將不被操作。這防止了在岔道的匯道/岔道點上制動器卡塞的任何可能性。當機動車30不在使用時或停在車站上時，在機動車30由線性電動機44完全制停后，制動器59將被使用。以此方式實際上沒有制動器的磨耗。
圖11是表示用于道岔系統的電磁換道部分的切割透視圖。該機動車底架40在每側上安裝了兩個電磁換道器70。每個換道器70由兩個“U”形的磁軛芯75及繞在“U”形芯中央的銅導線線圈76組成。磁軛芯75在各端部被管狀鋼連接件77連接起來，以使得兩個磁軛芯75作為一個單元工作，但是每個磁軛被單獨通電，以使得當一個磁路故障時不影響另一個磁鐵的工作。機動車30可使用一個故障的換道磁鐵安全的工作，因為該換道磁鐵中剩余的磁芯及另外磁鐵中的磁芯可產生3000kg的換道吸力。如果兩個磁鐵芯都有故障，機動車可以降低的速度換道。電磁換道器70的磁軛芯75位于感應軌22的上、下邊緣，以使磁通可通過鋼箱結構的感應軌22。感應軌的腹板在通過換道器部分處被作成50mm厚，以提供磁通的通路。嵌在感應軌22中的鋁感應板24位于換道器70(圖5)的磁極面之間，故不會影響換道器70的電磁效率。電磁換道器70的內端安裝在線性電動機44的電樞上，并使得換道器70與線性電動機44相鉸接。線性電動機44上的氣隙保持輪45保證換道器70的板面與感應軌22之間保持約10mm的氣隙。線性電動機44的氣隙保持輪45在鋁感應板24兩側上的感應軌22的鋼表面上行走(參見圖9)。
圖12是表示根據本發明的載人快速交通系統的道岔系統的電力系統的電路圖。電力以600V直流提供給導軌10的供電軌23，并被機動車30的集電靴78收集。該600VDC的電力供給到雙重VVVF逆變器46，在這里它被變換為三相400V交流電。機動車30的控制計算機62通過改變逆變器46的電壓、頻率及相位控制VVVF逆變器的特性，以保證線性電動機44在各方面上正確地行進。該600VDC的電源也供給雙重變流器63，在這里它被變換成240VDC。該240VD電源被供給到電磁換道器70及緊急/停車制動器59的控制器。該240VDC還供給變流器48，在這里它被變換成12VDC；及供給到一個逆變器46a，在這里它被變換成220VAC。該12VDC電源供給機動車30中的各種裝置，包括12V電池充電器50、無線電80、兩刷器81、車內燈82、對講機83及通風機84。220VAC電源供給機動車的各種裝置，包括空調器90、加熱器/通風器91、開門器92，電視(TV)信息系統93。機動車30攜帶了20個12V的電池49，它們串聯連接以提供240VDC備用電源。這些電池被12V電池充電器50保持滿充電。電池將240VDC提供給雙重升壓單元64，它將240VCD變換成600VDC。在來自導軌10的供電軌23的主600VDC電源中斷的情況下，該備用電源投入。電池組49也提供240VDC應急電源給電磁換道器70、緊急/停車制動器59、240VDC/220VAC逆變器46a及240VDC/12VDC變流器48。電池組49具有的容量足夠使機動車30行駛5公里，這便足以使機動車到達最近的的維修點。電池組49可以是鎳-鋅型或鎳-金屬氫化物型或鋰型的，或者是能以低重量提供高電容量的任何其它電源。
圖13A及13B是表示在道岔區段中分岔及匯道操作程序的概要圖。以下將結合這些附圖詳細地描述在該道岔系統中在岔道點及匯道點處機動車的換道操作。
<分岔程序>
圖13A表示機動車30在導軌10的岔道點上被換道到任一路線的情況。在分岔操作程序中，機動車運行方向是編程在機動車計算機中的，因此機動車30知道在道岔區段S處是向左還是向右轉。導軌10設有信號系統，它將向機動車計算機控制器通報導軌的分岔方向。如果在導軌10的直主道10a上行駛的機動車30要轉道到右方向，則在換道點P1前方25米的點上使機動車30右側上的電磁道器70(圖中黑色部分)得電，該機動車30便進入到道岔區段S。這就是，當機動車30行駛在主道10a上時，機動車30僅利用右側的線性電動機44的推進力以高速行駛，以免左側上的線性電動機的電磁垂直力使感應軌22產生感應。一旦機動車30通過換道點P1時，電流僅被提供在位于機動車右側上的電磁換道器70中。于是，電磁換道器70產生磁場效應并由此使機動車30保持與導軌10的右方緊密接觸。因而，機動車30自動地進入到“右”向(“R”方向)的岔道10c，如圖13A中所示。一旦機動車30通過了約5米的平滑縮小到岔道10c中的過渡區段S1及再進入到主道中時，供給到右側的電磁換道器70的電流即被關斷。機動車30僅利用線性電動機44的推進力行駛。每當機動車經過道岔區段的岔道10b及10c時將重復上述的操作。以上僅描述了機動車30轉向右側的岔道的情況，但對于轉向左側的操作的說明將可省略，因為它與右側的操作相同。
<匯道程序>
圖13B表示機動車30在導軌10的匯道點上從兩個路徑轉入的情況。在匯道操作程序中，機動車運行方向被編程在機動車計算機中。導軌10設有信號系統，它將通告匯道導軌的方向。如果機動車30經過右岔道10c的“右”向(“R”方向)進入導軌10的匯道區段S′，在交匯點P2前方約30米的點上使右側上的電磁換道器70(圖中黑色部分)得電。這些電磁換道器70產生磁力，它使機動車保持貼在導軌的右側上。當機動車30通過導軌10的交匯點P2前方5米處的錐形區段時，機動車30與右側導軌平滑接觸地迅速進入匯道區段S′。一旦進入到匯道區段S′的機動車30通過導軌10的接觸表面漸漸縮小的第二過渡區段S′2進入到主通道10a時，提供給右側上電磁換道器70的電流即被關斷，且機動車30僅用線性電動機的推進力快速地沿導軌10行駛。由推進機動車通過道岔的線性電動機產生的垂直吸引力也用于迫使機動車貼在導軌壁上。每當機動車30通過匯道區段時將垂直進行該操作。這里僅描述了機動車30從右側的岔道10c駛入匯道區段S′的情況，對于從左側的岔道10b即左向(“L”方向)駛入的操作說明將被省略，因為它與右側的操作相同。
<故障管理策略>
如果四個電磁換道器70中的一個因故障不能工作，機動車30將繼續通過道岔到達乘客的終點站，然后機動車30將被駛向維修點以便修理。如果四個電磁換道器70中的兩個因故障不能工作，機動車30將繼續駛到最近的站，在該站上將需要使乘客下車。然后該機動車將被直接地導向并駛入維修點以便修理。在完全斷電的情況下，機動車可用電池來推進及換道。
工業實用性如上所述，本發明可以使得當機動車通過導軌的道岔區段，也即導軌的分岔點及交匯點時，使機動車完全自動行駛，并利用裝在機動車底架上的換道裝置在幾分之一秒間隔中便可使其駛入預定方向。因而，本發明具有阻止機動車從導軌中脫軌的功能，并且與改變機動車行駛導向的導軌路徑的傳統裝置相比，從一個導軌路徑轉換到另一個導軌路徑的相繼機動車之間僅需很小的時間間隔。這種換道能力使得載人快速交通系統技術成為可行的。該PRT可用于運載乘客及各種類型的貨物。
權利要求
1.用于載人快速通系統的道岔系統，該系統包括導軌，它由主通道及從其分岔與交匯的道岔區段組成，并包括預定的空間用于在其內部安裝軌道，位于頂部中央的、以使機動車支承脊通過的縱向縫，運行軌道，和用于被電磁換道器起感應的感應軌；小型機動車，它包括插在機動車在其上運行的導軌內空間中并裝有導向輪對的底架，及位于所述導軌頂與動車底架相連接的車體部分；及電磁換道裝置，它設置在所述機動車底架的預定位置上，對所述導軌的感應軌起感應以便控制所述小型機動車駛入預定方向。
2.根據權利要求1所述的道岔系統，其中所述導軌包括水平定位在四角上用于構成運行通道框架的角鋼件；側面框架，它以一定的間隔設置在所述角鋼件上，用于堅固地支承所述角鋼件，并在它的內部提供安裝軌道的空間，它的頂部具有被切開的、以使所述機動車行駛的縫；固定件，它使所述側面框架及所述角鋼件連接起來；及隔離蓋，用于蓋住所述每個角鋼件及側面框架，但所述縫除外。
3.根據權利要求1或2所述的道岔系統，其中所述導軌包括供電軌，它被安裝在所述側向框架內部的四個位置上，用于對所述小型機動車供電；及兩個連續的感應軌，它們被布置在所述供電軌之間，并且在其中嵌有鋁板，鋁板與線性電動機及電磁換道器相對置，用于被線性推進及制動用電動機起感應，而電磁換道器用于使感應軌的外邊緣起感應。
4.根據權利要求3所述的道岔系統，其中所述供電軌還包括一個絕緣體。
5.根據權利要求1或2所述的道岔系統，其中還包括通道，用于使電纜安裝在導軌上。
6.根據權利要求2所述的道岔系統，其中還包括用于所述縫的角鋼件，它在機動車行駛方向上所述側面框架兩個切斷的端部處。
7.根據權利要求2或6所述的道岔系統，其中所述縫還包括用于密封所述蓋免于外部物質、如灰塵、碎片、雨及雪進入的彈性蓋條。
8.根據權利要求2所述的道岔系統，其中所述蓋在其一端固定在所述導軌縫附近，其另一端彎下密封住所述導軌底部后被鉸接在所述導軌的底部。
9.根據權利要求1所述的道岔系統，其中所述機動車車體和機動車底架利用從所述底架上伸出到所述導軌縫上方的支承脊結合成一體。
10.根據權利要求2所述的道岔系統，其中所述導向輪對還包括用以使機動車平滑行駛的聚氨酯輪胎，導向輪對布置在所述底架的前、后方并被位于所述導軌每個角上的角鋼件引導。
11.根據權利要求1所述的道岔系統，其中所述電磁換道裝置包括一個電磁換道器，它由磁芯及繞在該芯上的線圈組成，并至少安裝在四個位置上，用于在通電工作時提供對導軌中感應軌的吸引力；及線性電動機，它與所述磁芯相連接，用于對感應軌感應出推進力，以在所述機動車底架上施加推力及制動力，它還整體地包括一個控制器及氣隙保持輪。
12.根據權利要求11所述的道岔系統，其中所述氣隙保持輪使換道器、線性電動機與感應軌之間保持一定的間隔。
13.根據權利要求11所述的道岔系統，其中所述底架的緊急及停車制動是由安裝在線性電動機電樞上的液壓制動器執行的，它是與感應軌的頂表面及底表面對置的制動器。
14.根據權利要求1或11所述的道岔系統，其中所述底架還包括電池充電器，以便在緊急的情況下將電力提供給機動車。
15.根據權利要求11所述的道岔系統，其中所述線性電動機控制器是一個逆變器。
16.根據權利要求1或11所述的道岔系統，其中所述電磁換道裝置設計成當任何一個單元故障時能獨立地工作。
全文摘要
本發明涉及用于載人快速交通系統的道岔系統，該交通系統提供乘客在小型車體單元中直接從起點到終點直達的運行。該換道裝置安裝在包括主通道及來自于它的岔道及匯道的網絡狀結構中的一定區域上。用于載人快速交通系統的道岔系統包括導軌(10)，在它內部包括必要的運行軌道；小型機動車(30)，它自動地行駛在導軌上并包括插入在導軌內空間中裝有導向輪的機動車底架(40)；及電磁換道裝置(70)，它們布置在機動車底架的前、后側上，并執行換道操作，使得當機動車在直主道上行駛時提供對軌道的吸力，及當機動車進入道岔區段時利用與軌道的緊密接觸，控制機動車駛入預定主向。其結果是在本發明提供了在半秒的短時間間隔中的換道而無需在導軌上的移動部件，由此允許大體積機動車的運行，甚至在導軌的道岔區段中機動車也能迅速行駛，由此保證乘客快速地到達目的地。
文檔編號E01B25/00GK1129425SQ94193146
公開日1996年8月21日 申請日期1994年9月28日 優先權日1994年6月21日
發明者金仁起 申請人:金仁起