專利名稱：強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地鐵軌道技術(shù)領(lǐng)域，確切地說是強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道。
背景技術(shù)：
目前公知的地鐵客車速度一般難以超越40km/h_50km/h的局限，即使依靠發(fā)動機的大功率輸加快提速，也由于站點密集車站間距小，速度剛被提起尚未達到理想狀態(tài)便不得不開始減速、制動、停車，以便上下乘客。其結(jié)果不僅運行遲緩，還白白浪費大量能源，而車上乘客則始終承受著客車不斷啟動、剎車所產(chǎn)生的慣力的困擾，沒座位的乘客更是前仰后合，左右擺動，踉踉蹌蹌，站立不穩(wěn)。為應對這些問題，地鐵客車一般都加大了發(fā)動機的功率并完善其制動系統(tǒng)，同時 還通過增加運行客車數(shù)量的方法緩解乘客待車時間長的難題，但乘客乘坐地鐵的時間并沒減少，乘車的舒適感沒得到改善，虛耗的能源不減反增，而增加運行客車的數(shù)量并加大其功率則地加大了運營成本。至于依靠過分減少地鐵乘降站點數(shù)量來增加速度的方法，則由于其不可避免地減少了乘客數(shù)量，降低了地鐵在城市運輸中的職能和功效，以及有悖設置城市地鐵的宗旨，因而也是不可取的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，它能有效解決地鐵客車運行速度低、乘客舒適感差、浪費能源以及運營成本高等諸多問題。為解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明的技術(shù)方案是強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，即利用地鐵運行隧道在建設時可以向更深層的地下掘進等條件，通過設定地鐵車站軌道的高程與客車運行隧道軌道的高程存在一定落差，使地鐵客車在位于高處的車站時具有勢能，行進至低處的運行隧道時其勢能又轉(zhuǎn)化為客車以更高速運行為表現(xiàn)形式的動能，從而在不改變列車發(fā)動機輸出功率的情況下加大了啟動加速度和行進中的速度；當客車進入下一個位于高處的車站停車時，其動能又轉(zhuǎn)化為勢能，不需強力剎車便起到制動作用。地鐵軌道這種幫助客車啟動、制動和高速行進的構(gòu)造伴隨著整個地鐵線路，在水平方向上呈現(xiàn)為類似正、余弦的波紋曲線，車站位于谷峰，行進隧道位于谷底。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果(I)強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道在不消耗任何能量的前提下，僅憑自身的構(gòu)造便對客車產(chǎn)生加速、減速和高速行進的作用，最消耗能量的啟動和制動環(huán)節(jié)被弱化，客車所消耗的能量主要用于克服列車運行時產(chǎn)生的摩擦力和空氣阻力，從而大幅度降低了地鐵客車在運行中的能耗。(2)與在其它軌道上運行的客車在啟動和剎車時產(chǎn)生前、后方向的慣力相比，在強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道上運行的客車加速和減速時所產(chǎn)生的慣力則主要變?yōu)樯稀⑾路较虻?，即主要表現(xiàn)為失重和超重，乘客的感覺就像乘電梯上下樓一樣，不覺中客車已經(jīng)達到高速，不覺中高速的客車已經(jīng)停下，其舒適感明顯增強，減少了疲勞度。(3)強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道對客車產(chǎn)生加速、減速和高速運行的作用大量節(jié)省了乘客的乘車、候車時間。(4)強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道可以使城市各個地鐵線路之間交叉穿行、互不影響，因而可以設置更多的地鐵線路，可以使城市地鐵網(wǎng)更加豐富、完美，可以使人們的出行更加方便、快捷、順暢，可以使部分貨物運輸列入地鐵序列，可以使城市的很多功能挪移至地下運轉(zhuǎn)和發(fā)揮，可以使人們生活、學習和工作的地面環(huán)境更加幽美、恬靜和舒適。(5)強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，可以使車站建設在較高的位置，甚至可以完全建設在地面上，減少了施工難度和成本，更方便人們乘坐城市地鐵客車。


圖I為地鐵軌道構(gòu)造示意圖；圖2為地鐵軌道交叉穿行示意具體實施方案附圖標記含義地鐵車站I、地鐵下降上升區(qū)間隧道2、地鐵行進隧道3。選擇乘降車站與客車行進隧道線路之間高程落差的方法不考慮地鐵客車在運行中產(chǎn)生的摩擦力和空氣阻力以及克服該些阻力所消耗的能量等因素，單純根據(jù)機械能守恒定律，可計算出以下理論數(shù)據(jù)作為選擇時的參考值行進速度40km/h50km/h 60km/h 70km/h 80km/h 90km/h lOOkm/h高程落差6.40m10. OOm 14.40m 19.60m 25.60m 32.40m 40. OOm以上高程落差項下所具有的勢能能夠產(chǎn)生行進速度項下所具有的動能，反之亦然。也就是說，理論上，排除客車克服摩擦力和空氣阻力所做的功，僅憑借著乘降車站與其行進隧道線路之間存在著的高程落差，遵守著機械能守恒定律，通過勢能與動能的互相轉(zhuǎn)化，客車就能從前面車站到達后面的車站；當客車進入下一個車站為乘客上下車而停車時，剛好動能又轉(zhuǎn)化為勢能，循環(huán)往復，簡直就是無用功的零消耗運輸。實際運用時不必、也無法做到無用功的零消耗，啟動和制動的依次進行是地鐵客車不可或缺的必要的操作程序；車站與其前方行進隧道的高程落差具有的勢能小于其行進速度具有的動能時，客車發(fā)動機提供的能量彌補了其不足；客車行進速度具有的動能大于其隧道與前方車站的高程落差所具有的勢能時，客車克服摩擦力和空氣阻力以及剎車所消耗的能量抵銷了未轉(zhuǎn)化為勢能的動能。行進速度的選擇。綜合該地鐵線路客運量、每列地鐵客車載客量、投入運行的客車數(shù)量、乘降站點密度、客車的功率、軌道及設施的技術(shù)質(zhì)量水平等各種因素進行計算和選擇。對一般城市而言，選擇80km/h左右為宜；高程落差的選擇。選定行進速度后，根據(jù)以上行進速度與高程落差的對應關(guān)系查到相應的高程落差范圍，再考慮客車的啟動、制動對勢能與動能相互轉(zhuǎn)化的影響，隧道向更深層地下掘進的施工成本和地質(zhì)條件限制，以及軌道在下降、上升區(qū)間的長度和坡度等相關(guān)因素計算和選擇選定高程落差的具體大小。行進速度為80km/h左右時，可以選擇20m左右的高程落差。軌道在下降、上升區(qū)間的長度和坡度。雖坡度越大，對客車的加、減速的作用越明顯，但必須考慮下降、上升區(qū)間軌道的長度和坡度成反比并受到高程落差的限制等因素，另夕卜，平面與坡面用圓切線連接形成的凸面和凹面必須平緩并適合客車順暢通過。
軌道在通過車站時其方向是水平的，但進站上行和出站下行使車站軌道的前方和后方是向下彎曲的，月臺地面隨軌道的彎曲而起伏，不管乘客在月臺什么方位上車，其月臺該處的高度與客車該處車門的高度相適應；軌道在客車出站方向向下彎曲較早，甚至客車在停車時車頭就已部分停在軌道下降的坡上，便于客車剛開始啟動時便受到軌道的助力。車站可以建設在較高的位置，甚至可以完全建設在地面上，行進隧道的位置也相應提高，減少了施工難度和成本，更方便人們乘坐城市地鐵客車。兩個以上地鐵線路之間需交叉穿行時，既可用其行進隧道從另一線路車站的下方穿過，也可利用相對較高或較低的情形，從另一線路行進隧道的上方或下方通過。強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道以省時節(jié)能為主要選項，一組以80km/h速度行進的重60t的地鐵客車通過30個乘降車站，一次往返節(jié)省的能量在理論上相當于使60個60t的地鐵客車達到80km/h速度所需的能量E = 60X1/2 · mv2 =60 X 1/2 X 60t X (80km/h)2 = 8· 8 X 100000000kg · m/s2 · m = 8. 8 X 100000kj，即 88 萬千焦，節(jié)省了 244度電，按I升柴油可產(chǎn)生3. 2度電的標準，相當于節(jié)省了 76升柴油。
權(quán)利要求
1.ー種強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，利用地鐵行進隧道在建設時可以向更深層的地下掘進等條件，通過設定地鐵車站軌道的高程與客車行進隧道軌道的高程存在一定落差，使地鐵客車在位于高處的車站時具有勢能，行進至低處的行進隧道時其勢能又轉(zhuǎn)化為客車以更高速行進為表現(xiàn)形式的動能，從而在不改變客車發(fā)動機輸出功率的情況下加大了啟動加速度和行進中的速度；當客車進入下ー個位于高處的車站停車時，其動能又轉(zhuǎn)化為勢能，不需強力剎車便起到制動作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于在不消耗任何能量的前提下，僅憑其自身的構(gòu)造便對客車產(chǎn)生加速、減速和高速運行的作用，最消耗能量的啟動和制動環(huán)節(jié)被弱化，客車所消耗的能量主要用于克服客車運行時產(chǎn)生的摩擦力和空氣阻力，從而大幅度降低了地鐵客車在運行中的能耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于高程落差項下所具有的勢能與行進速度項下所具有的動能基本相當，可以完全相互轉(zhuǎn)化，但選擇時兩者不必完全一致，還應考慮客車在啟動加速時提供的能量，在克服摩擦力和空氣阻カ以及剎車所消耗的能量等多種因素。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于軌道在下降、上升區(qū)間的長度和坡度的選擇應考慮下降、上升區(qū)間軌道的長度和坡度成反比并受到高程落差的限制等因素，以及平面與坡面用圓切線連接形成的凸面和凹面時必須平緩并適合客車順暢通過。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于軌道在通過車站時其方向是水平的，但進站上行和出站下行使車站軌道的前方和后方是向下彎曲的，月臺地面隨軌道的彎曲而起伏，不管乘客在月臺什么方位上車，其月臺該處的高度與客車在該處車門的高度相適應；軌道在客車出站方向向下彎曲較早，甚至客車在停車時車頭就已部分停在軌道下降的坡上，便于客車剛開始啟動時便受到軌道的助力。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于車站可以建設在較高的位置，甚至可以完全建設在地面上，行進隧道的位置也相應提高，減少了施工難度和成本，更方便人們乘坐城市地鐵客車。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，其特征在于兩個以上地鐵線路之間需交叉穿行時，既可用其行進隧道從另ー線路車站的下方穿過，也可利用相對較高或較低的情形，從另ー線路行進隧道的上方或下方通過。
全文摘要
本發(fā)明提供一種強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道，通過設定地鐵車站軌道的高程與地鐵客車行進隧道軌道的高程存在一定落差，使地鐵軌道在不消耗任何能量的前提下，僅憑其自身的構(gòu)造便對客車產(chǎn)生加速、減速和高速運行的作用，從而大幅度降低了地鐵客車在運行中的能耗，同時提高了乘客的舒適感，節(jié)省了時間。強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道可以讓兩個以上地鐵線路之間交叉穿行，彼此不受影響。強加減速弱慣力，助動、高速、節(jié)能型地鐵軌道改變了地鐵車站必須與地鐵行進隧道位于同一平面的限制，可以建設在較高的位置，甚至完全可以建設在地面上。
文檔編號B61B1/00GK102658821SQ20121015697
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者單景州 申請人:單景州