阅读说明：本技术 一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统 (Bearing, driving and braking three-separation rail transit system ) 是由 张耀平 李胜善 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统,模块I和模块II分别包括丝杠往复运动机构、可开关磁场磁体、变距定距滚轮、机构连接架,车轮只承担承重功能,丝杠往复运动机构承担驱动功能,可开关磁场的磁体承担移步定位和制动功能,从而实现轨道交通系统的承载、驱动、制动功能三分离。轨道永磁制动器直接吸住轨道进行制动,避免擦伤车轮事故发生,不怕雨雪危害。聚四氟乙烯轮踏面没有噪音,行走阻力低于钢轮。上吸磁力可平衡掉90％压在车轮上的车辆重量,使运行阻力进一步减少。本发明的一分三轨道交通系统噪音小、运行阻力小、爬坡能力强、功耗低,使轨行车辆性能极大提升,也使轨道交通行走机构发展获得重大突破。(The invention discloses a bearing, driving and braking three-separation rail transit system, wherein a module I and a module II respectively comprise a screw rod reciprocating mechanism, a magnetic body capable of switching magnetic fields, a variable-distance and fixed-distance roller and a mechanism connecting frame, wheels only bear the bearing function, the screw rod reciprocating mechanism bears the driving function, and the magnetic body capable of switching the magnetic fields bears the stepping positioning and braking functions, so that the bearing, driving and braking functions of the rail transit system are separated. The permanent magnet brake of the track directly absorbs the track to brake, thereby avoiding the accident of scratching the wheels and being afraid of the damage of rain and snow. The tread of the polytetrafluoroethylene wheel has no noise, and the walking resistance is lower than that of a steel wheel. The upward magnetic force can balance 90% of the weight of the vehicle pressed on the wheel, so that the running resistance is further reduced. The one-to-three rail transit system has the advantages of low noise, small running resistance, strong climbing capability and low power consumption, greatly improves the performance of rail vehicles, and also makes great breakthrough in the development of rail transit traveling mechanisms.)

一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统

技术领域

本发明属于机械运动技术领域，涉及轨道交通技术，具体为一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统。

背景技术

传统的轨道交通系统，如普通铁路、高铁、地铁、跨座式单轨、悬吊式PRT，都是通过车轮旋转实现车辆的前进和持续运行，其特征是，其前进运动都依赖于轮缘踏面跟轨面之间的滚动摩擦。相应地，其制动也是通过轮缘踏面跟轨面之间的摩擦阻力而实现。优点是，轮轨技术结构简单、技术成熟，滚动阻力较小，使得车辆运行效率较高。缺点是，由于轮轨之间摩擦阻力较小，以致轨道交通车辆的爬坡能力较小，通常轨道交通的线路坡度不能大于30‰；在遇到雨雪天气时，车轮容易打滑，影响行车安全。

同时，基于轮轨模式的轨道交通刹车制动也依赖于车轮和轨面之间的摩擦阻力，由于该摩擦阻力较小，所以轨道交通的制动距离一般较大，无法实现短距离紧急制动。上述传统轨道交通的车轮制动是直接制动车轮，靠车轮与轨道间的摩擦力使车轮停止转动达到制动目的。可是在雨天，或紧急制动时，易将车轮抱死，使车轮在轨道上无滚动滑行，造成车轮的擦伤，这种制动方式还容易造成轨面磨耗与损伤，从而铁路车轮、钢轨不得不定期大修和更换。一些轨道交通的闸瓦抱轮制动方式还使车轮和闸瓦同时磨损，以致于闸瓦需要定期更换，车轮需要定期修复。

上述传统轨道交通车辆的车轮同时具有三个功能，即承重、驱动、制动。承重功能要求车轮结构材料强度大，所以大多数轨道交通车轮是用钢材制造的，这种车轮在钢制轨道上运行必然产生相当大的噪声，成了传统轨道交通车辆的又一个弊病。驱动功能要求车轮与轨道之间有比较大的摩擦系数，而钢轮钢轨之间只有0.15的摩擦系数，所以只能爬小于30‰的坡道。如果用橡胶轮在钢轨上运行，最多也只能爬10％的坡道，满足不了多山地区的需求。由于传统轨道交通的车辆爬坡能力较小，以致无法更灵活、更广泛地应用于地形陡峭地带。因此，现有轨道交通的车轮集三种功能于一身带来的结果是，无法在进一步提升性能方面取得突破。

为了克服传统轮轨模式轨道交通将承重、驱动、制动功能集于车轮一身，且仅仅依靠滚动摩擦行驶，爬坡能力较小的不足，有必要探索和创造新的技术。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统。

为了达到上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统，包括轨道1、运行模块I和运行模块II，所述的运行模块I包括丝杠往复运动机构、磁体、滚轮和机架，所述的丝杠往复运动机构由驱动电机、丝杠和滑块组成，所述的滑块套接在丝杠上，所述的丝杠的两端连接有驱动电机，所述的驱动电机固定在机架上，所述的磁体固定在滑块的顶部，在磁体的两端连接有滚轮，磁体和滚轮位于轨道的底部，所述的运行模块II结构与运行模块I相同，运行模块I和运行模块II的机架之间通过连接块固定连接构成运动单元U，在运动单元U上通过机架设置有车辆。

所述的轨道为槽钢制作的槽形轨道，底面具有良好的导磁性，两条轨道通过轨撑连接固定，所述的轨撑与架设在桥梁或铺设在基础上的支撑固定。

进一步地，钢制轨道断面是“L”型或“工”字型。

所述的车辆的车轮通过轮轴与机架活动连接，车轮位于轨道的上部。

进一步的，对于较长的车辆采用多个运动单元U进行承载。

所述的磁体为可开关永磁磁体装置，包括壳体、步进电机、中心转动永磁体和永磁连块，所述的中心转动永磁***于相对设置的两个永磁连块之间，所述的步进电机与中心转动永磁体连接，两个永磁连块之间存在间隙，两个永磁连块底部通过钢板固定，在钢板的底部设置有液压驱动机构，液压驱动机构固定在壳体的底部。

磁体顶面与轨道底面相对，磁体顶面磁场可打开或关闭，从而打开或关闭磁体与钢制轨道底面之间的吸力。磁体顶面磁场的打开或关闭通过转动中心转动永磁体实现，中心转动永磁体的转动由步进电机实施。当磁体跟轨道要吸合时，步进电机启动，带动中心转动永磁体旋转，使其磁极对接软铁永磁连块，从而使磁体上表面产生磁力，实现对钢制轨道的吸引。通过液压驱动机构，使包含中心转动永磁体和永磁连块的磁体上下移动，对磁体表面跟钢制轨道底面之间的距离进行调节，从而控制磁体跟钢制轨道之间的吸力大小。

进一步的，磁体也可以是电磁铁装置，通过控制电流来产生或关闭磁力。

本发明所述的滚轮用来支撑磁体，保证磁体在相对轨道运动过程中跟轨道底面之间保持一定间隙，以免磁体在非必要时跟轨道底面接触与摩擦。在运行过程中，运行模块和运行模块的磁体时而靠近，时而远离，磁体交替吸合或脱离，此动作实际上是由滚轮实施的变距定距操作而完成。

本发明中车轮用于承担承重功能，丝杠往复运动机构用于承担驱动功能，可开关磁场的磁体承担移步定位和制动功能，从而实现轨道交通系统的承载、驱动、制动功能的三分离。

本发明所述滑块实质上是一种丝杠螺母，随着丝杠交替正反转而作往复运动。滑块跟磁体固定连接，从而带动磁体相对于丝杠作往复运动。

本发明中车轮通过轮轴跟机架连接，其功能是承载车辆以及运动单元U的重量。由于车轮只承担车辆的重量滚动运行，表面没有对摩擦力的需求，因此可以选用摩擦系数很低的材料，如聚四氟乙烯，制成聚四氟乙烯轮踏面。

本发明的有益效果为：

给出一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统，由于永磁体吸力强大，用本案的设置与方法进行车辆驱动，可以使车辆爬六十度陡坡，比传统靠轮轨之间的摩擦力驱动的轨道交通系统爬坡能力提高五倍，使其在山区有很大的市场。由永磁开关机构步进电机、中心转动永磁体、永磁连块组成磁体，本质上构成一种轨道永磁制动器，直接吸住轨道进行制动，紧急制动时不会抱死车轮，避免擦伤车轮的事故发生。不怕雨雪的危害，不会发生雨雪天行驶能力下降的问题，能可靠高效的制动车辆。

另外由永磁开关机构步进电机、中心转动永磁体和永磁连块组合在一起，磁体顶面与轨道之间保持1～2mm的距离，形成带滚轮的永磁上吸式悬吊装置，上吸磁力可平衡掉90％压在车轮上的车辆重量，使运行阻力进一步减少。

聚四氟乙烯的摩擦系数是0.04，是钢轮0.16的四分之一，是橡胶轮0.8的二十分之一，这样的车轮没有噪音，而且行走阻力低于钢轮。其运行阻力可以比现行最普遍流行的高铁系统降低二分之一，使钢轮钢轨的滚动阻力系数由千分之六，降到千分之三，滚动噪音由90分贝降到60分贝，成为噪音小、运行阻力小、功耗低的行走机构，使轨道交通行走机构发展获得重大突破。

附图说明

图1为本发明交通系统上承式结构示意图；

图2为本发明运行模块的结构示意图；

图3为本发明运动单元U的结构示意图；

图4为本发明交通系统的断面结构示意图；

图5为本发明交通系统适用于长车体的结构示意图；

图6为本发明磁体的结构示意图；

图7为本发明磁体的断面结构图；

图8为本发明交通系统悬挂式结构示意图；

图9为本发明悬挂式交通系统的断面结构示意图；

图中：1、轨道，11、轨撑，12、支撑，2、车辆，31、驱动电机，32、丝杠，33、滑块，4、磁体，41、步进电机，42、中心转动永磁体，43、永磁连块，44、液压驱动机构，5、滚轮，6、机架，7、连接块，8、车轮，81、轮踏面，9、轮轴。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～4所示，本实施例提供了一种承载、驱动、制动三分离轨道交通系统，包括轨道1、车辆2、运行模块I和运行模块II，该交通系统为上承式，即车辆2在轨道1的上方。运行模块I和运行模块II的结构相同，包括丝杠32往复运动机构、磁体4、滚轮5和机架6，其中磁体4固定在丝杠32往复运动机构上，滚轮5设置在磁体4的两端，机架6与丝杠32往复运动机构的两端固定，磁体4和滚轮5位于轨道1的底部。轨道1是一种由槽钢制作的槽形轨道1，底面具有良好的导磁性，左右两条钢制轨道1通过轨撑11连接固定，轨撑11跟架设在桥梁或铺设在基础上的支撑12连接，从而轨撑11跟轨道1一起被固定在桥梁或路基上。钢制轨道1断面可以为“L”形或“工”字形。

其中丝杠32往复运动机构由驱动电机31、丝杠32和滑块33组成，滑块33套接在丝杠32上，丝杠32的两端连接有驱动电机31，驱动电机31固定在机架6上，滑块33与磁体4固定连接，且磁体4位于滑块33的顶部。滑块33本质上是一种丝杠32螺母，随着丝杠32交替正反转而作往复运动。滑块33跟磁体4固定连接，从而带动磁体4相对于丝杠32作往复运动。

运行模块I和运行模块II的机架6之间通过连接块7固定连接构成运动单元U，在运动单元U上通过机架6设置有车辆2。车轮8只承担承重功能，丝杠32往复运动机构承担驱动功能，可开关磁场的磁体4承担移步定位和制动功能，从而实现轨道1交通系统的承载、驱动、制动功能的三分离。

如图5所示，对于较长的车辆2，则采用多个运动单元U进行承载。

如图6和7所示，磁体4是一种类似于磁性表座原理的可开关永磁磁体4装置，包括壳体、步进电机41、中心转动永磁体42、永磁连块43(软铁)。中心转动永磁体42位于相对设置的两个永磁连块43之间，两个永磁连块43之间之间存在间隙，步进电机41与中心转动永磁体42连接，两个永磁连块43底部通过钢板固定，在钢板的底部设置有液压驱动机构44，液压驱动机构44固定在壳体的底部，永磁连块43在液压驱动机构44的作用下可在壳体内上下移动，从而达到吸附轨道1和远离轨道1的目的，在壳体的两端的分别固定有滚轮5，滚轮5与轨道接触设置。磁体4顶面与轨道1底面相对，磁体4顶面磁场可打开或关闭，从而打开或关闭磁体4与钢制轨道1底面之间的吸力。磁体4顶面磁场的打开或关闭通过转动中心转动永磁体42实现，中心转动永磁体42的转动由步进电机41实施。

当磁体4跟轨道1要吸合时，步进电机41启动，带动中心转动永磁体42旋转，使中心转动永磁体42的磁极对接软铁永磁连块43，从而使磁体4上表面产生磁力，实现对钢制轨道1的吸引。通过液压驱动机构44，使包含中心转动永磁体42和永磁连块43的磁体4上下移动，对磁体4表面跟钢制轨道1底面之间的距离进行调节，从而控制磁体4跟钢制轨道1之间的吸力大小。

优选的，磁体4也可以是电磁铁装置，通过控制电流来产生或关闭磁力，而不需要步进电机41和中心转动永磁体42。

滚轮5设置在轨道1下面，用来支撑磁体4，保证磁体4在相对轨道1运动过程中跟轨道1底面之间保持一定间隙，如1～2mm，以免磁体4在非必要时跟轨道1底面接触摩擦。在运行过程中，运行模块I和运行模块II的磁体4时而靠近，时而远离，不断交替进行，此动作实际上是由滚轮5实施的变距定距操作而完成。

车轮8设置在车辆2的底部，通过轮轴9固定在机架6的顶部，其功能是承载车辆2以及运动单元U的重量。由于车轮8只承担车辆2的重量滚动运行，表面没有对摩擦力的需求，所以可选用摩擦系数很低的材料，如聚四氟乙烯，制成聚四氟乙烯轮踏面81。如采用“工”字形钢轨，轮踏面81则采用如现有传统铁路车辆2带有凸缘的轮踏面81形式。

该上承式轨道1交通系统通过丝杠32往复运动机构和可开关磁场磁体4组成磁吸式步进驱动装置。磁体4的作用是吸合钢制轨道1，使滑块33相对于轨道1静止不动。运行模块I和运行模块II的磁体4交替吸合或脱离，即运行模块I的磁体4处于吸合状态时，运行模块II的磁体4则处于脱离状态(磁体4不对轨道1产生吸力)，滑块33相对于丝杠32作往复运动，从而实现运动单元U以及车辆2连续前进行驶。车辆2行进过程中，I、II两组模块的“滑块33+磁体4”相对于轨道1或停止或向前移动，交替进行，形成步进运动状态。当运行模块I的“滑块33+磁体4”吸住轨道1(相对于轨道1停止)，运行模块II的“滑块33+磁体4”由脱离轨道1向前移动，且其相对轨道1向前移动的速度大于运动单元U的前进速度。

其具体的运行过程如下：

步骤1：运行模块I的磁体4吸合轨道1，滑块33相对轨道1静止不动，丝杠32正转，丝杠32相对于滑块33向前运动，直至丝杠32后端抵近滑块33无法继续行进为止。同时，运行模块II的磁体4磁场关闭，跟轨道1之间无吸力，处于脱离状态，丝杠32反转，滑块33在丝杠32上向前行进，直至滑块33抵近丝杠32前端无法继续滑动为止。在运行模块I的丝杠32的前进运动带动下，运行模块I连同运行模块II组成的运动单元U(除模块I的磁体4和滑块33外)以及车辆2向前行驶。

步骤2：运行模块I的磁体4磁场关闭并与轨道1脱离接触，丝杠32反转，滑块33在丝杠32上向前行进，直至滑块33抵近丝杠32前端无法继续滑动为止。同时，运行模块II的磁体4吸合轨道1，滑块33相对轨道1静止不动，丝杠32正转，丝杠32相对于滑块33向前行进，直至丝杠32后端抵近滑块33无法继续行进为止。在运行模块II的丝杠32的前进运动带动下，运行模块II连同运行模块I组成的运动单元U(除模块II的磁体4和滑块33外)以及车辆2向前行驶。

上述步骤1、步骤2连续交替操作，则实现车辆2沿轨道1前进行驶。

需要停车或制动时，运行模块I和运行模块II的驱动电机31停止工作，丝杠32停止转动，所有磁体4磁场打开，并与轨道1吸合，则可使车辆2停止运动。

当车辆2需要后退行驶时，执行上述步骤的逆操作即可。

实施例2

如图8、图9所示，采用钢构框架结构，使轨道1连同支撑12通过设置在上部的梁体固定在框架上，车辆2悬挂在运动单元U下面行驶，则形成一种承载、驱动、制动三分离悬挂式轨道1交通系统。

具体的，该交通系统为悬挂式，即车辆2在轨道1的下方。运行模块I和运行模块II的结构相同，包括丝杠32往复运动机构、磁体4、滚轮5和机架6，其中磁体4固定在丝杠32往复运动机构上，滚轮5设置在磁体4的两端，机架6与丝杠32往复运动机构的两端固定，磁体4和滚轮5位于轨道1的底部。轨道1是一种由槽钢制作的槽形轨道1，底面具有良好的导磁性，左右两条钢制轨道1通过轨撑11连接固定，轨道1通过支架架设在桥梁或路基上。钢制轨道1断面可以为“L”形或“工”字形。丝杠32往复运动机构由驱动电机31、丝杠32和滑块33组成，滑块33套接在丝杠32上，丝杠32的两端连接有驱动电机31，驱动电机31固定在机架6上，滑块33与磁体4固定连接，且磁体4位于滑块33的顶部。

运行模块I和运行模块II的机架6之间通过连接块7固定连接构成运动单元U，在运动单元U通过机架6固定有车辆2，车辆2固定在机架6的底部。车轮8通过轮轴9固定在机架6的顶部，位于轨道1的上部，其功能是承载车辆2以及运动单元U的重量。

该悬挂式交通系统运行原理与实施例1上承式交通系统相同，其不同之处仅在于车辆2的安装位置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。