一種空中公交車的車體及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種空中公交車的車體，還涉及一種空中公交車車體的設(shè)計(jì)方法，在車體自重盡可能小的同時(shí)使車體具有足夠的剛度和強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)、舒適的空中公交車，并且造價(jià)遠(yuǎn)低于地鐵、懸掛式空中列車。
[0002]術(shù)語(yǔ)“空中公交車”在網(wǎng)絡(luò)上也稱空中巴士、高架公交車、高架巴士、立體快巴、巴鐵、陸地空客、超級(jí)有軌電車等等。
技術(shù)背景
[0003]懸掛式空中列車已經(jīng)探討了百年，雖然技術(shù)上沒有太大障礙，但由于造價(jià)高昂、運(yùn)營(yíng)成本高、遮擋城市視線等原因，一直都缺乏投資吸引力。于是，發(fā)明家們又開始另辟蹊徑。
[0004]2010年，美國(guó)高架高速巴士集團(tuán)準(zhǔn)備打造在擁堵道路上空行進(jìn)的巨型立體快巴，但著手實(shí)施后，設(shè)計(jì)師們遇到了一系列無(wú)法克服的技術(shù)困難，至今還沒有公布可商用的技術(shù)方案。
[0005]與雙層巴士(底層中設(shè)有許多支柱)不同，立體快巴的橫截面為開口的矩形，其下部通道內(nèi)要通暢過車，在兩側(cè)壁與上頂板之間難于設(shè)置橫向加強(qiáng)筋(梁)或垂直支柱，因此，其強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性要比橫截面為閉合矩形的地鐵車廂、城市輕軌車廂和巴士車廂弱許多。為了達(dá)到足夠的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性，確保其上部乘客以及其周圍其他的交通參與者的安全，立體快巴必須采用厚重的金屬材料，使得立體快巴的自重會(huì)大幅超過目前的公交車自重(10噸左右，大型公交車15噸左右)。
[0006]如果立體快巴像龍門吊車，運(yùn)行噪音會(huì)非常大，乘客的感受是天車司機(jī)，乘坐舒適度會(huì)比較差，而且軌道基礎(chǔ)的造價(jià)將高得難以接受，車輛運(yùn)營(yíng)就不再節(jié)能，車輛制動(dòng)距離就會(huì)過長(zhǎng)，在兩個(gè)紅綠燈之間(一般600-800米的距離)可能還沒有達(dá)到運(yùn)營(yíng)速度就必須減速了，從而會(huì)使得項(xiàng)目失去競(jìng)爭(zhēng)力和投資吸引力。
[0007]2015年7月22日，類似的發(fā)明專利申請(qǐng)CN104786852A和CN104786853A被公開。
[0008]然而，同樣存在一些明顯的技術(shù)難題:
[0009]I)車輪上方的兩側(cè)支架頭重腳輕，難以具有足夠的剛度，側(cè)墻受到風(fēng)力作用容易發(fā)生車體橫向失穩(wěn)。如果在這樣的結(jié)構(gòu)下具有足夠的剛度，車體的重量就會(huì)很大，如上所述，會(huì)使得項(xiàng)目失去競(jìng)爭(zhēng)力和投資吸引力。
[0010]2)車廂的結(jié)構(gòu)難以具有足夠的強(qiáng)度。如果在這樣的結(jié)構(gòu)下具有足夠的強(qiáng)度，如上所述，同樣會(huì)使得項(xiàng)目失去競(jìng)爭(zhēng)力和投資吸引力。
[0011 ] 3)車輛的重心在高空，難以保證車輛的平穩(wěn)性。
[0012]4)車輪懸掛系統(tǒng)難以保證減振性能，舒適性難以保證，乘客會(huì)很不舒服。在這樣的結(jié)構(gòu)下，如果使得車輛具有足夠的穩(wěn)定性、舒適性，那么車輪的懸掛系統(tǒng)就只能變軟，而這又使得車輛沒有足夠的安全性。
[0013]5)如果采用鋼輪，既不能達(dá)到正常運(yùn)營(yíng)速度，也難以避免脫軌事故的經(jīng)常發(fā)生。
[0014]6)如果采用橡膠輪，既不能達(dá)到正常運(yùn)營(yíng)速度，也難保證轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全性。
[0015]在治理交通擁堵的努力中，如果把發(fā)明家的奇思妙想變成現(xiàn)實(shí)，至少車體本身必須做到投資效益好、運(yùn)行平穩(wěn)舒適、安全可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的提供一種空中公交車的車體及其設(shè)計(jì)方法，其在車體自重盡可能小的同時(shí)使車體具有足夠的剛度和強(qiáng)度;運(yùn)行安全、平穩(wěn)、舒適;造價(jià)低于地鐵、懸掛式空中列車;和/或，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好、安全性強(qiáng)、乘客舒適性高。
[0017]為此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種空中公交車的車體，其特征在于，包括至少一個(gè)車體構(gòu)架和車廂，車廂部件是獨(dú)立于車體構(gòu)架的部件;該車廂懸掛和/或坐落在所述至少一個(gè)車體構(gòu)架上，車廂部件的重心低于車體構(gòu)架的吊軸或支座;在車廂與車體構(gòu)架之間設(shè)有垂向、橫向、縱向的阻尼器。
[0018]優(yōu)選地，車體構(gòu)架橫向的兩側(cè)設(shè)有從下至上內(nèi)傾的側(cè)柱，該側(cè)柱包括支腿部和車廂保護(hù)部;車體構(gòu)架的頂部包括從外側(cè)至縱向中心線逐漸升高的傾斜梁或弧形拱梁，兩段傾斜梁的連接點(diǎn)或弧形拱梁的頂點(diǎn)處設(shè)有位于車體縱向中心線的吊軸或支座;在支腿部上部和車廂支撐橫梁端部之間，設(shè)置加強(qiáng)板或加強(qiáng)桿;在兩側(cè)支腿部的頂部之間設(shè)有車廂支撐橫梁;兩段傾斜梁的低端或弧形拱梁的兩端點(diǎn)之間設(shè)有車體構(gòu)架頂部橫梁;和/或，車體構(gòu)架的至少一個(gè)橫截面內(nèi)被設(shè)有用于提高橫向穩(wěn)定性的加強(qiáng)桿。
[0019]優(yōu)選地，一個(gè)車廂同時(shí)懸掛和/或坐落兩個(gè)或多個(gè)車體構(gòu)架上，相鄰的車體構(gòu)架相互通過車鉤和柔性鉸鏈聯(lián)接;和/或，車體的至少一部分采用高強(qiáng)度的復(fù)合材料、碳纖維材料、鋁合金材料或航空材料制成。
[0020]優(yōu)選地，車廂頂部橫梁的中部設(shè)有掛鉤，該掛鉤掛在吊軸上或坐落在支座上;車廂底部設(shè)有貫穿各車廂支撐橫梁中點(diǎn)的牽引梁，車鉤連接在牽引梁上;車廂底部橫梁通過阻尼器坐落在車廂支撐橫梁上;車廂側(cè)柱通過阻尼器抵靠在側(cè)柱的車廂保護(hù)部上;車廂角部的側(cè)柱通過阻尼器抵靠在車體角部的車廂保護(hù)部上;和/或，阻尼器由彈簧和阻尼組成。
[0021]優(yōu)選地，側(cè)柱的支腿部采用工字鋼、槽鋼或其組合，和/或，側(cè)柱的支腿部全長(zhǎng)補(bǔ)強(qiáng);或者，側(cè)柱的支腿部為桁架結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，在空中公交車的車體的兩側(cè)，設(shè)有一系列沿縱向排列的側(cè)柱;縱向最前方和最后方的側(cè)柱從下至上縱向內(nèi)傾和/或橫向內(nèi)傾;和/或相鄰的兩根側(cè)柱的支腿部之間，設(shè)有用于提高結(jié)構(gòu)縱向穩(wěn)定性的加強(qiáng)桿，例如相互交叉的加強(qiáng)桿。
[0023]優(yōu)選地，每根車廂頂部橫梁的中部都設(shè)有掛鉤;每根車體頂部的頂點(diǎn)都設(shè)有吊軸或支座;車廂在車體輪廓的內(nèi)側(cè)或外側(cè);一個(gè)車廂同時(shí)懸掛和/或坐落兩個(gè)或多個(gè)車體構(gòu)架上;和/或，車廂自重偏離牽弓I梁對(duì)稱地作用在車廂支撐橫梁上。
[0024]優(yōu)選地，支腿部是由工字鋼及其兩側(cè)的槽鋼組成的具有矩形橫截面的方柱，該方柱的兩側(cè)設(shè)有補(bǔ)強(qiáng)板，工字鋼、槽鋼、補(bǔ)強(qiáng)板的底端部設(shè)有方柱及其兩側(cè)補(bǔ)強(qiáng)板的端板，補(bǔ)強(qiáng)板的外側(cè)設(shè)有輪座板，輪座板的底部設(shè)有倒U形的輪軸座。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種空中公交車車體的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，將車體分成一個(gè)車廂和至少一個(gè)車體構(gòu)架;使車廂部件成為獨(dú)立于車體構(gòu)架的部件;一個(gè)車廂懸掛和/或坐落在至少一個(gè)車體構(gòu)架上，車廂部件的重心低于車體構(gòu)架的吊軸或支座，使得車廂自重的一部分由吊軸承擔(dān)，另外一部分由車廂支撐橫梁承擔(dān)；吊軸或支座設(shè)置在車體構(gòu)架頂部由兩段傾斜梁組成的三角形的頂點(diǎn)或弧形拱梁的頂點(diǎn)，整個(gè)車廂的自重分散至車體構(gòu)架上；在車廂與每個(gè)車體構(gòu)架之間設(shè)有垂向、橫向、縱向的彈性約束和阻尼約束，相鄰的車體構(gòu)架相互通過車鉤和柔性鉸鏈聯(lián)接。
[0026]優(yōu)選地，在車廂與車體之間的空隙內(nèi)填充保溫材料，從而便于車廂內(nèi)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng);車廂在車體輪廓的內(nèi)側(cè)或外側(cè);一個(gè)車廂同時(shí)懸掛和/或坐落兩個(gè)或多個(gè)車體構(gòu)架上；和/或，車廂自重偏離牽弓I梁對(duì)稱地作用在車廂支撐橫梁上。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，車廂的重量可均勻地通過車體構(gòu)架傳遞至地面，每根梁或柱都不需要特別笨重，因此，可在確保剛度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上使得車體重量最小化。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，車廂不再是車體的一個(gè)局部，而是車體構(gòu)架下的獨(dú)立垂吊箱體，這樣，車輛的重心不再是剛性結(jié)構(gòu)的高懸位置，而是變?yōu)橄鄬?duì)于控制點(diǎn)的低沉位置，為控制車廂的平穩(wěn)性和舒適性打下了重要基礎(chǔ)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，車廂與車體構(gòu)架之間設(shè)有垂向、橫向、縱向的彈性約束和阻尼約束，使得任何來(lái)自風(fēng)力、地面或軌道的激擾都會(huì)在傳遞至車廂之前幾乎完全衰減，這樣，車輛的平穩(wěn)性和舒適性得到了保證，運(yùn)行噪音大幅度減??；另外，任何來(lái)自風(fēng)力、地面或軌道的激擾都不會(huì)形成共振，使得車輛的安全性得到了提高。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)車廂可以同時(shí)配置兩個(gè)或多個(gè)相互串聯(lián)的車體構(gòu)架，每個(gè)車體構(gòu)架的縱向長(zhǎng)度縮短，兩個(gè)相鄰的車體構(gòu)架之間允許相對(duì)的橫向擺動(dòng)，從而可以減小轉(zhuǎn)彎半徑，提高車體的轉(zhuǎn)彎性能，即曲線通過性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是根據(jù)本發(fā)明的空中公交車車體一個(gè)實(shí)施例的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2是如圖1所示的空中公交車車體的縱向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3是根據(jù)本發(fā)明的空中公交車車體另外一個(gè)實(shí)施例的橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖4是根據(jù)本發(fā)明的空中公交車車體的支腿部下部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖5是根據(jù)本發(fā)明的空中公交車車體的進(jìn)一步實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖6是根據(jù)本發(fā)明的空中