CN101143589B - 高架单轨列车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高架单轨列车系统，这是一种运行于上下副主单轨道之间的单轨列车和由同设于一根工字型梁两侧的两对主副单轨道构成上下行复线的高架单轨道系统。单轨列车是轻型主副单轨列车，由小断面的窄型车身、板型减震器、直接驱动主轨轮的主轨轮电机、平衡列车的副轮和承重的单列小型主轨轮组成；高架单轨道的主体结构是工字形断面的承载主梁，由工字型梁上翼、水平下翼和中间竖墙构成，上下翼都是根部厚、翼边缘减薄的结构，中间竖墙设有结构孔；由副轨支架臂构成上翼的工字梁，主体部分是倒置的T型主梁，T型梁结构与整体式工字梁的对应部位相同，主单轨铺设在下翼边缘处，副单轨装在上翼边缘处或单轨支架臂顶端，工字型梁两端由T型桥墩支撑；本发明具有低造价、低能耗及低噪音特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于立体交通系统的高架列车及轨道系统。特别涉及一种共设于一根工字型承载主梁上的上下行复线式单轨系统和运行列车的高架单轨列车系统
背景技术
现代交通系统中的高架轨道属于造价低及占地少的一种立体交通形式，优于地铁及地面交通等。但是传统高架轨道结构巨大、粗笨，例如复线式高架城轨的轨道桥宽在7.5米以上，较宽的轨道桥不仅加重了桥体，须使用重型的双柱桥墩，造价高、工期长，同时宽大的桥体自身对周围环境形成遮挡，影响视觉与邻近植被的生长，并直接影响城市景观以及运行的高分贝噪音等。目前，城轨列车设计基本上照抄传统火车的结构，0.9米直径的大车轮、2.8×3.8米断面的大车身和来自传统火车的笨重的底盘-减震机构，其尺寸和重量接近火车。这种过于保守的设计也影响到其造价、运行成本和普及率，也造成实际上的低效、高耗。城轨短途代步的特点，起步停车频繁，粗笨的列车难以兼顾便捷和节能等要求。尽管有多种新型城轨的设想，例如喷气推进悬挂列车等，但仍需解决技术、成本及安全等问题。
发明内容
本发明的目的是利用现有的成熟技术，提出一种结构简单的、尤其满足大都市立体交通要求的高架列车轨道系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高架单轨列车系统，包括：主副单轨列车和高架主副单轨道系统。所述的主副单轨列车由列车车身8、平衡导向架32和车架-底盘系统9组成，列车车身8的主体结构是钢管制成的车厢框架，车厢框架结构的壁厚为45±15毫米，每节车厢长度为14±2.5米、宽度为2.15±0.45米，每节车厢设有46个乘客车门、侧车窗和车厢顶部的通风设施；所述的平衡导向架32长为550±250毫米、宽为135±75毫米，由一对保持列车平衡的副轮13、缓冲滑块、水平导轨槽和缓冲弹簧元件组成，在每节车厢顶部装有两组共计4-6个平衡导向架32，平衡导向架以横向对称于副单轨4的方位固定在车顶上，每个平衡导向架上有一对长方形或凸字形断面的水平导轨槽对称地位于副单轨4下部工作带的两侧，水平导轨槽内设有缓冲滑块和缓冲弹簧元件，缓冲弹簧元件位于缓冲滑块与水平导轨槽顶端壁之间，缓冲滑块的断面形状与水平导轨槽断面相同；副轮轴垂直固定在缓冲滑块顶部；所述的车架-底盘系统9由固定车厢的主车架22、副车架27、主轨轮驱动系统、减震器和刹车分泵机构组成；主车架22是由两根钢管或C形钢制成的梯形车架，副车架27位于主车架22端部的内侧，由副车架中部转向桁梁43上的垂直转向轴机构42与主车架对应的转向桁梁46铰接，副车架在主车架平面内转动，副车架27是断面尺寸(135±45)×(65±15)毫米的矩形钢管制成的长方形框架，长为1650±750毫米、宽为350±120毫米，副车架两侧长度550±250毫米的中段钢管44向下弯曲(75±25)毫米，降低(75±25)毫米的空间便于安装主车架转向桁梁46，使其上表面在车厢底部34，副车架与主车架侧向的间隙有210±135毫米，前后两个副车架距离为9.75±2.75米；每个副车架(27)上装有2-4个单列主轨轮35和主轨轮轴端部的减震器，主轨轮有效直径是250±75毫米，主轨轮35具有双侧轮边凸缘，轮边凸缘的直径是285±75毫米；主轨轮轴固定在主轨轮22轴孔内，主轨轮轴端部的主轨轮轴承压入L型挂架39及U型挂架40上部的轴承孔内；牵引车厢的主轨轮35由主轨轮驱动电机31直接驱动，驱动电机31由其外壳端部的安装法兰盘36直接固定在U型挂架40的外侧壁上，驱动电机轴穿过U型挂架侧壁上的专用通孔经过联轴器直接驱动主轨轮轴，在主轨轮驱动电机31一侧的并对应驱动电机部位的主车架22的侧壁上开设有水平向宽孔45，宽孔45的水平向尺寸是垂直向的(2±0.5)倍，垂直向尺寸是驱动电机垂直尺寸的(1.35±0.25)倍，尺寸较长的驱动电机机体由宽孔45伸出主车架侧壁之外；所述的减震器由减震橡胶板、主车架底部的减震器上板以及主轨轴两端的L型挂架39和U型挂架40的下部水平板部分构成，安有主轨轮轴端的轴承的L型挂架39及U型挂架40的上部侧板部分与下部水平板部分相互垂直，L型挂架39及U型挂架40的下部水平板部分比上部侧板部分纵向加宽(1.25±0.85)倍；减震器30由穿过副车架27和减震器下部的柱形销37作水平向定位；所述的刹车分泵机构29安装在副车架前后，刹车分泵柱塞端部设有制动蹄片38，制动蹄片38直接与主单轨顶面磨擦制动；所述的高架主副单轨道系统由工字型梁3、主副单轨道及桥墩18组成；工字型梁3是具有工字形横截面的承载主梁，有(2.85±0.45)×(2.9±0.35)米的断 面尺寸，由工字梁上翼17、水平向的工字梁下翼10和中间竖墙7构成，上翼17和下翼10都是根部加厚、翼边缘逐渐减薄的结构，竖墙7的断面成上窄下宽的梯形，梯形两斜边的夹角成5.5±3.5度，竖墙7上开设有结构孔24，竖墙7在上翼17根部的壁厚为215±45毫米；上翼17设有对称于中间竖墙的两列通孔20，每个通孔20尺寸为(1.75±0.75)×(0.9±0.25)米，相邻通孔20间留有0.45±0.25米的间隔6；工字型梁3端部26的顶部28处设有可校正工字型梁的连结板安装槽23并由工字梁连结板19嵌入安装槽23内连结，安装槽23和连结板19均有梯形断面；工字型梁3上设有上、下行复线的主副单轨道，即在工字型梁左右两侧各有一对副单轨4和主单轨14分属在工字型梁3上的上、下行复线的各自线路，副单轨4和主单轨14均安装在翼边缘上，上翼17边缘的侧面与底面是副单轨安装面2，主单轨安装面15在下翼10边缘，下翼10的上表面12与中间竖墙7下部之间是弧形连结面25，下翼边缘的平均厚度是中间竖墙7腰部壁厚的(0.75±0.3)倍；所述的高架主副单轨道系统由主单轨14和副单轨4组成，分别安装在工字型梁3上翼17边缘的副单轨安装面(2)和下翼10边缘的主单轨安装面(15)，副单轨4是断面成T型的轨道，主单轨14是工字型断面的轨道；所述的桥墩18为T型结构桥墩。
上述技术方案中，所述的每组内部相邻平衡导向架32间距有750±250毫米。
上述技术方案中，所述的副轮25直径是160±70毫米。
上述技术方案中，所述的减震橡胶板、减震器上板和L型挂架39以及U型挂架40的下部水平板部分的面积尺寸为(250±75)×(85±15)平方毫米。
上述技术方案中，所述的制动蹄片38磨擦面的面积为(60±15)×(50±20)平方毫米。
上述技术方案中，所述的工字型梁3长度有45±15米。
上述技术方案中，所述的中间竖墙7上开设的结构孔24尺寸为(3.50±1.50)×(1.65±0.35)米。
上述技术方案中，所述的下翼10在主单轨安装面15处的厚度是110-180毫米，主单轨安装面15低于邻近侧面3.5-10毫米。
以工字梁为承载主梁，在一条工字型梁上设有上、下行复线，即工字型梁左右两侧各有一对副主单轨分别属于上、下行复线各自线路的副主单轨道列车系统，是一种与传统城铁相比低能耗、低运行和建造成本、短施工期并具有比传统高架列车更少占 地及对周围环境更少遮挡的高效轨道列车系统。单轨系统由于运行阻力小，能耗将降低30％以上，可代替市郊的大部分公共交通系统，特别是大都市公共交通。并有更快的运行速度、更低的运行费用及乘车便利性。高架单轨列车系统由于使用大量的成熟技术和列车运行上下副主单轨之间并通过上下的副主轮的限制作用、上下副主单轨用膨胀螺栓穿过轨道基部安装孔来固定的方法及刚性极高的工字型主梁等具体技术措施将由于列车自身造成脱轨的可能性降到最低点，因而具备优于传统高架列车的很高的可靠性。
其优点在于：
1.采用成熟技术和整体工字型(T型)主梁，成本低、见效快、可靠性高；
2.40米以上的长梁，有效减少桥墩数；
3.结构简洁，施工期短、成本低、见效快；
4.采用了阻力(矩)较小的单列小主轮及单轨承重结构，能耗低、噪音低；
5.由于列车限制在上下主副轨道之间运行，行驶安全可靠；
6.采用单梁、单桥墩结构，有效地减少高架轨道的占地面积及环境影响；
7.单列多个小主轮为一组和主轨直接装在工字梁翼缘上，因此震动及噪音较小；
8.由于使用大量的、成熟的传统技术，易于建造及实现商业运行。
附图说明
图1高架单轨列车系统结构的断面图，右边在主单轨道之间的是列车车身8的断面图，21是副轨固定螺栓，33是列车车厢上半部；
图2是单轨列车的车架-底盘系统9中的一个副车架27及主单轨14结构视图；
图3是工字梁3结构的立体视图，11是工字梁的底面；
图4是单轨列车的车架-底盘系统9的正视图；
图5是倒置的T型断面的承载主梁1在垂直于轨道方向的结构断面图，图中仅标出一个副轨的支架臂5，16是单轨支架臂的安装面，41是副轨支架臂固定螺栓；
图6是工字梁连结板19的立体视图；
图7是包括一个副车架27、主单轨14及局部主车架22的车架-底盘系统9的 立体视图。
图面说明：
1 T型断面的承载主梁 2 副单轨安装面 3 工字型梁 4 副单轨
5 副轨支架臂 6 上翼开孔间的间隔 7 中间竖墙
8 列车车身 9 车架-底盘系统 10 工字梁下翼
11 工字梁的底面 12 下翼的上表面 13 副轮
14 主单轨 15 主单轨安装面 16 单轨支架臂的安装面
17 工字梁上翼 18 T型桥墩 19 工字梁连结板
20 上翼的通孔 21 副轨固定螺栓 22 主车架
23 连结板安装槽 24 中间竖墙7的结构孔 25 弧形连结面
26 工字梁的端部 27 副车架 28 工字梁端部的顶部
29 刹车分泵机构 30 减震器 31 主轨轮驱动电机
32 平衡导向架 33 列车车箱上半部 34 车厢底部
35 主轨轮 36 驱动电机安装法兰盘 37 柱形销
38 制动蹄片 39 L型挂架 40 U型挂架
41 副轨支架臂固定螺栓 42 垂直转轴机构 43 副车架中部转向桁梁
44 中段钢管 45 水平向宽孔 46 主车架转向桁梁
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。
采用车厢长13.5米、宽度2.2米，车厢壁厚50毫米的轻型客车厢设计方案，设有4个乘客车门8个侧面车窗和3个车厢顶部通风窗，平衡导向架32长600毫米、宽185毫米，在每节车厢顶部装有6个平衡导向架32，平衡导向架上有断面尺寸(90×50)毫米的导轨槽，导轨槽内的缓冲滑块长150毫米，弹簧元件工作范围15毫米，缓冲滑块顶部的副轮直径160毫米；梯形主车架22由两根断面尺寸(210×75)毫米的矩形断面的C形钢制成，副车架27距主车架22端部2.5米，副车架27由断面尺寸(140×65)毫米的矩形钢管制成，成长方形框架的副车架27长1.7米、宽0.4米，副车架中段长0.6米的两侧钢管向下弯曲60毫米，降低60毫米的空间使主车架 转向桁梁46的上表面低于车箱底部34，由装有垂直于主车架平面的垂直转轴机构42和转向磨擦环副机构的桁梁与主车架相铰连，副、主车架侧向的间隙有100毫米，前后两个副车架距离8.5米；每个副车架27上装4个单列主轨轮35和在8个主轮轴端部的减震器，轮边凸缘直径290毫米，主轨轮在中央轮缘处的有效直径240毫米，在直径70毫米主轮轴端部有主轮轴承压入到L型挂架39及U型挂架40上部的轴承孔内；8KW的主轨轮驱动电机31外壳直径135毫米、长320毫米，主车架侧壁上开的水平向宽孔45的水平向尺寸250毫米，垂直向尺寸是160毫米；减震橡胶板水平向尺寸250×75毫米，制动蹄片38磨擦制动的磨擦面面积(65×40)毫米。
混凝土工字型梁3的长度40米，横截面结构尺寸(2.95×2.9)米，单桥墩18的数量减少到25根。每根工字梁的自重约135吨，梯形横截面的中部竖墙7的上部墙厚度190毫米、下部厚度280毫米。为减少梁的侧向风压及列车风阻，中间竖墙7上开设的结构孔24的垂直向尺寸有1.5米、孔长约为孔高的1.5倍，孔间距有0.65米。轨道梁下翼10根部厚度320毫米，下翼10在两侧主轨安装面15的厚度为130毫米，主轨安装面15低于邻近侧面5毫米，上翼17和下翼10都是根部加厚、翼边缘逐渐减薄的结构，上翼17整体成向上及两侧弯曲伸展，根部厚度为200毫米，翼边缘厚度120毫米，上翼17的开孔20，尺寸为(1.85×0.95)米，相邻开孔间留有0.5米的间隔6，梁3顶部的端部连结板安装槽23长750毫米、宽度75毫米、深65毫米，安装面15处的厚度是125毫米。
T形梁1的副轨支架臂5是铸钢件，T型横截面，整体成曲率半径3.5米的弯曲状，根部断面尺度为：190×220毫米，小端断面尺度为：130毫米×110毫米，副轨支架臂5的结构壁厚12毫米，5的间距为1.85米。
主轨14可使用22公斤/米的轻轨，其头宽50.8毫米、腰厚10.7毫米，底部有安装孔便于穿过固定螺栓。主轨间的连接与通常轻轨接头连接方式相同。副轨4的断面结构类似为T形，水平向安装的固定螺栓穿过副轨4的安装孔。
Claims (8)
1.一种高架单轨列车系统，包括：主副单轨列车和高架主副单轨道系统，其特征在于，所述的主副单轨列车由列车车身(8)、平衡导向架(32)和车架-底盘系统(9)组成，列车车身(8)的主体结构是钢管制成的车厢框架，车厢框架结构的壁厚为45±15毫米，每节车厢长度为14±2.5米、宽度为2.15±0.45米，每节车厢设有4-6个乘客车门、侧车窗和车厢顶部的通风设施；所述的平衡导向架(32)长为550±250毫米、宽为135±75毫米，由一对保持列车平衡的副轮(13)、缓冲滑块、水平导轨槽和缓冲弹簧元件组成，在每节车厢顶部装有两组共计4-6个平衡导向架(32)，平衡导向架以横向对称于副单轨(4)的方位固定在车顶上，每个平衡导向架上有一对长方形或凸字形断面的水平导轨槽对称地位于副单轨(4)下部工作带的两侧，水平导轨槽内设有缓冲滑块和缓冲弹簧元件，缓冲弹簧元件位于缓冲滑块与水平导轨槽顶端壁之间，缓冲滑块的断面形状与水平导轨槽断面相同；副轮轴垂直固定在缓冲滑块顶部；所述的车架-底盘系统(9)由固定车厢的主车架(22)、副车架(27)、主轨轮驱动系统、减震器和刹车分泵机构组成；主车架(22)是由两根钢管或C形钢制成的梯形车架，副车架(27)位于主车架(22)端部的内侧，由副车架中部转向桁梁(43)上的垂直转向轴机构(42)与主车架对应的转向桁梁(46)铰接，副车架在主车架平面内转动，副车架(27)是断面尺寸(135±45)×(65±15)毫米的矩形钢管制成的长方形框架，长为1650±750毫米、宽为350±120毫米，副车架两侧长度为550±250毫米的中段钢管(44)向下弯曲(75±25)毫米，降低(75±25)毫米的空间便于安装主车架转向桁梁(46)，使其上表面在车厢底部(34)，副车架与主车架侧向的间隙有210±135毫米，前后两个副车架距离为9.75±2.75米；每个副车架(27)上装有2-4个单列主轨轮(35)和主轨轮轴端部的减震器，主轨轮有效直径是250±75毫米，主轨轮(35)具有双侧轮边凸缘，轮边凸缘的直径是285±75毫米；主轨轮轴固定在主轨轮(35)轴孔内，主轨轮轴端部的主轨轮轴承压入L型挂架(39)及U型挂架(40)上部的轴承孔内；牵引车厢的主轨轮(35)由主轨轮驱动电机(31)直接驱动，驱动电机(31)由其外壳端部的安装法兰盘(36)直接固定在U型挂架(40)的外侧壁上，驱动电机轴穿过U型挂架(40)侧壁上的专用通孔经过联轴器直接驱动主轨轮轴，在主轨轮驱动电机(31)一侧的并对应驱动电机部位的主车架(22)的侧壁上开设有水平向宽孔(45)，宽孔(45)的水平向尺寸是垂直向的(2±0.5)倍，垂直向尺寸是驱动电机垂直尺寸的(1.35±0.25)倍，尺寸较长的驱动电机机体由宽孔(45)伸出主车架侧壁之外；所述的减震器由减震橡胶板、主车架底部的减震器上板以及主轨轮轴两端的L型挂架(39)和U型挂架(40)的下部水平板部分构成，安有主轨轮轴端的轴承的L型挂架(39)及U型挂架(40)的上部侧板部分与下部水平板部分相互垂直，L型挂架(39)及U型挂架(40)的下部水平板部分比上部侧板部分纵向加宽(1.25±0.85)倍；减震器(30)由穿过副车架(27)和减震器下部的柱形销(37)作水平向定位；所述的刹车分泵机构(29)安装在副车架前后，刹车分泵柱塞端部设有制动蹄片(38)，制动蹄片(38)直接与主单轨顶面磨擦制动；所述的高架主副单轨道系统由工字型梁(3)、主副单轨道及桥墩(18)组成；工字型梁(3)是具有工字形横截面的承载主梁，有(2.85±0.45)×(2.9±0.35)米的断面尺寸，由工字梁上翼(17)、水平向的工字梁下翼(10)和中间竖墙(7)构成，上翼(17)和下翼(10)都是根部加厚、翼边缘逐渐减薄的结构，竖墙(7)的断面成上窄下宽的梯形，梯形两斜边的夹角成5.5±3.5度，竖墙(7)上开设有结构孔(24)，竖墙(7)在上翼(17)根部的壁厚为215±45毫米；上翼(17)设有对称于中间竖墙(7)的两列通孔(20)，每个通孔(20)尺寸为(1.75±0.75)×(0.9±0.25)米，相邻通孔(20)间留有0.45±0.25米的间隔(6)；工字型梁(3)端部(26)的顶部(28)处设有可校正工字型梁的连结板安装槽(23)并由工字梁连结板(19)嵌入安装槽(23)内连结，安装槽(23)和连结板(19)均有梯形断面；工字型梁(3)上设有上、下行复线的主副单轨道，即在工字型梁左右两侧各有一对副单轨(4)和主单轨(14)分属在工字型梁(3)上的上、下行复线的各自线路，副单轨(4)和主单轨(14)均安装在翼边缘上，上翼(17)边缘的侧面与底面是副单轨安装面(2)，主单轨安装面(15)在下翼(10)边缘，下翼(10)的上表面(12)与中间竖墙(7)下部之间是弧形连结面(25)，下翼(10)边缘的平均厚度是中间竖墙(7)腰部壁厚的(0.75±0.3)倍；所述的主副单轨道由主单轨(14)和副单轨(4)组成，分别安装在工字型梁(3)上翼(17)边缘的副单轨安装面(2)和下翼(10)边缘的主单轨安装面(15)处，副单轨(4)是断面成T型的轨道，主单轨(14)是工字型断面的轨道；所述的桥墩(18)为T型结构桥墩。
2.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，每组内部相邻平衡导向架(32)间距有750±250毫米。
3.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，副轮(13)直径是160±70毫米。
4.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，减震橡胶板、减震器上板以及L型挂架(39)和U型挂架(40)的下部水平板部分的面积尺寸为(250±75)×(85±15)平方毫米。
5.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，制动蹄片(38)磨擦面的面积为(60±15)×(50±20)平方毫米。
6.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，工字型梁(3)长度有45±15米。
7.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，中间竖墙(7)上开设的结构孔(24)尺寸为(3.50±1.50)×(1.65±0.35)米。
8.根据权利要求1所述的高架单轨列车系统，其技术特征在于，下翼(10)在主单轨安装面(15)处的厚度是110-180毫米，主单轨安装面(15)低于邻近侧面3.5-10毫米。
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