鉸接細索列車的制作方法
【專利說明】鉸接細索列車
[0001]本申請為申請?zhí)枮?01280072660X的發(fā)明專利申請的分案申請；
[0002]原申請的申請日:2012-12-15 ;
[0003]原申請的申請?zhí)?201280072660X ；
[0004]原申請的名稱:鉸接細索列車。
[0005]關鍵詞:鉸接細索列車，垂直運輸，可持續(xù)的，動態(tài)制動，管道巨型框架。
[0006]垂直式生活:無法改變的事實
[0007]高層建筑物的數(shù)量在過去的30年中增加了兩倍。在1982年，竣工的高層建筑物的數(shù)量為2091，在1992年為3048，在2002年為4306，而在今年，也就是2012年，我們有7409個，并且在世界各地，這個數(shù)量正在快速增長。(摩天大樓城市(Skyscrapercity)，2012)
[0008]在最近的幾十年中，世界經(jīng)歷了前所未有的城市增長。在2008年，世界人口第一次地平均分布在城市和農(nóng)村地區(qū)。世界上多于400個城市擁有超過100萬居民，19個城市超過1000萬居民。發(fā)達國家的城市化率大約74%，而欠發(fā)達國家44%的居民居住在城市地區(qū)。然而在許多欠發(fā)達國家，城市化的發(fā)展迅速。預期到2050年，世界人口的70%將會城市化，并且大部分城市增長將產(chǎn)生在欠發(fā)達國家。(人口資料局(Populat1n ReferenceBureau)，2012)
[0009]在1950年，英國79%的人口住在城市，已經(jīng)是一個很大的數(shù)字，但是該數(shù)字到2030年，將增加到92.2%。在其他地方，在1950至2005年之間，中國的比例從13%增加到40.4%，并且預期到2030年將增加到60.3%。但是，博茨瓦納經(jīng)歷了巨大的流入。明年，預期將有61.2%的人口居住在城市區(qū)域，而回到1950年，僅有2.7%的博茨瓦納人居住在城市。(衛(wèi)報(Guardian)，2012)
[0010]在中國和東南亞，許多巨型城市正在建立，并且摩天大樓的數(shù)量不斷地增加:垂直式生活正在并且將要繼續(xù)成為無法改變的事實。對高效的高層建筑物的節(jié)約能源和空間的需求比以往任何時候都多。鉸接細索列車和管道巨型框架是一種滿足持續(xù)增長需求的解決方案。
【附圖說明】
圖1詳細說明了 10個高層建筑物的基本資料；
圖2示出一系列由一定距離分開的列車的鉸接細索列車以及其在軌道上的上升和下降；
圖3至圖5示出變化的循環(huán)結構；
圖6示出乘客車廂的轉換的動作研究；
圖7示出一個具有長方體車廂和桶形車廂框架的列車；
圖8示出一個具有空氣動力學的列車；
圖9示出單個、偶數(shù)和奇數(shù)循環(huán)結構的傾斜和轉動要求；
圖10示出上升/下降長度范圍內(nèi)下降加速度、下降減速度、上升加速度和上升減速度以及最短時間和最大速度； 圖11示出橫跨在列車間的纜線；
圖12示出三維管道巨型框架；
圖13示出鉸接細索列車的車站的細節(jié)；
圖14示出三個通用形狀和表格示出可用容積率；
圖15不出一個垂直運輸方案；
圖16示出管道巨型框架的結構性能；
圖17示出管道巨型框架提供的各種建筑結構。
[0011 ] 重新思考垂直交通
[0012]摩天大樓是隨著18世紀50年代的升降機和18世紀80年代的電動升降機的發(fā)明而誕生的。在樓層間運輸人和貨物的概念是創(chuàng)新性的并推動摩天大樓的發(fā)展。隨著建筑物的高度發(fā)展，于是提及到升降機的數(shù)量和聚集升降機到中央大廳的概念。銀行升降機提高效率和減少等待時間。升降機的速度隨著時間而增加，但是單獨的箱子置于垂直的豎井中的原始概念始終相同。在高和超高建筑物中，這種垂直運輸?shù)母拍钚枰芏嗌禉C和豎井，并且這種需求減少剩余可租/可售樓層空間的數(shù)量。這個缺點加劇了更長的等待/行進時間和更高的能源消耗。可以看見的是，隨著建筑物的高度的增加，垂直運輸目前的概念需要重新思考。很明顯的是，高和超高建筑物就類似于垂直的城市。在一個水平的城市，擁有住宅、辦公室、酒店、大型購物中心、電影院、醫(yī)院等是很常見的，并且使用公共汽車和地鐵作為一種交通工具是很常見且合乎邏輯的。相同的邏輯和常識可以應用于垂直的城市，并且如果升降機是公共汽車，那么鉸接細索列車就是地鐵。
[0013]以上針對于需要在地面以上的建筑中的垂直交通的討論也適用于需要垂直交通的地面以下的情形，例如，地下采礦作業(yè)和地下的地鐵站。
[0014]鉸接細索列車的概念
[0015]鉸接細索列車(如圖2所示)是一系列隔開一段距離的列車，例如，每隔250米。列車水平置于特定被指定為“車站”的樓層，并且這些車站相互隔開，例如，垂直建筑物或地下豎井高度的每隔250米。列車在車站之間的水平隊列變換到車站之間的垂直隊列，保持乘客處于水平站立姿勢。列車在軌道上上升和下降，從建筑物或者地下豎井的一端迂回前進到另一端。如圖2所示，當上行軌道向右穿行，向上和向左，下行軌道向左穿行，向下和向右。軌道在建筑物的底部和頂部一起過渡，并形成一個循環(huán)。鉸接細索列車同時在所有的上行和下行車站停止，卸下和裝載乘客，然后向上和向下繼續(xù)行進到下一個車站。車站之間的中間樓層配有傳統(tǒng)升降機。循環(huán)結構可以變化(圖3、4和5)并且取決于建筑物和地下豎井的幾何結構。
[0016]列車的概念
[0017]鉸接細索列車是由列車車廂組成的一系列的列車，并且列車車廂包括乘客車廂和車廂框架。鉸接細索列車按照如下設計，即使列車隊列從水平變換到垂直，乘客始終保持站立。這意味著車廂需要在車廂框架中傾斜。進一步地，為了使得在建筑物的頂部和底部以及地下豎井的列車隊列的變換，鉸接細索列車需要按照如此方式行進。
[0018]在建筑物頂部和底部的過渡的運動研究表明，乘客車廂可能圍繞三個軸經(jīng)歷旋轉，傾斜、轉動和偏航(圖6)。動作研究包括:1.)為了使得乘客保持站立，車廂需要傾斜，
2.)為了促使在隊列的彎曲部分的變換，車廂需要轉動和偏航，以及3.)為了促使在隊列的垂直部分的變換，車廂(僅)需要轉動。促進這些動作的概念即是在球形車廂框架中裝載一個立方的(長方體的)形狀的乘客車廂。長方體車廂可以在球形框架中傾斜、轉動以及偏航。
[0019]在隊列的垂直部分實施過渡動作要比彎曲部分看似簡單些。這消除了車廂偏航的需要。在列車車廂之間而不是在車廂中的轉動動作變得有意義。可以通過旋轉列車車廂之間的連接機構來實現(xiàn)。從而產(chǎn)生擁有長方體車廂、桶形車廂框架的列車(圖7)。通過空氣動力學來減少阻力來組成和塑造列車是自然發(fā)展(圖8)。每個車廂有8套輪子并在四個軌道上滾動。
[0020]高度和寬度均為2.2米的列車框架產(chǎn)生基于幾何機構的直徑為3.11米的列車框架，并且展示了總體車廂框架的外直徑為3.5米。也展示了總體框架長度為3.5米，并產(chǎn)生一個方形的列車橫截面。最終的車廂尺寸要匹配建筑物和地下豎井的結構以及需考慮的乘客/貨物的流量。
[0021]運動的策略
[0022]如圖9所示，顯示了單個、偶數(shù)和基數(shù)循環(huán)結構的傾斜和轉動要求。
[0023]加速度和速度的策略
[0024]在垂直邊推薦的最快的加速度為lg。這將會導致在自由落體加速度和上升減速度中出現(xiàn)0g的環(huán)境以及在自由落體減速度和上升加速度中出現(xiàn)2g的環(huán)境(圖10)。加速度大于lg將會把乘客或貨物從地板上分離，必須要加以限制。當采用lg的加速度和減速度時，將需要10.1秒來穿過我們例子中間隔250米的車站，并且列車將達到最高速度為178千米/時。圖10描述了一系列上升/下降長度對應的最短時間和最大速度。很明顯的是，lg的環(huán)境將會超出一些乘客的舒適水平，因此，需要引導研究來確定最大可用加速度。
[0025]例如，列車之間的循環(huán)時間可以大約為250米。預計乘客在車站下車和上車大約使用20秒至30秒。列車也需要大約5秒從車站駛離并在上升/下降加速之前處于垂直位置。這個，加上10秒上升/下降時間，在列車處于高峰使用時段，加起來總共估算的1分鐘循環(huán)時間。在非高峰時段，列車行進和循環(huán)的次數(shù)可以減少。
[0026]驅動/制動齒輪
[0027]鉸接細索列車是一系列通過纜線或一些其他媒介連接在一起的列車。錨索跨越列車，并繞在齒輪上，在齒輪處隊列位置從車站中的水平變換到垂直上升/下降(圖11)。齒輪連接到當制動時捕獲能量和駕駛時為系統(tǒng)提供能量的發(fā)電機/發(fā)動機。
[0028]動態(tài)制動、能量存儲和功率提取
[0029]當下行的有效載荷比上行的有效載荷重時，鉸接細索列車從列車的制動、動態(tài)制動中捕獲能量，并存儲。當上行的有效載荷重比下行的有效載荷重時，存儲的能量將用于加速鉸接細索列車。能量的捕獲和再利用使得鉸接細索列車能夠可持續(xù)。例如，當午飯時間接近，大部分乘客將沿著建筑物向下轉移，用于制動鉸接細索列車的能量將被存儲，并且用于為午飯之后沿著建筑物向上的乘客提供能量。
[0030]原型建筑物
[0031]為了進一步解釋鉸接細索列車，展示了原型建筑物。建筑物的尺寸圖為40米乘以45米，高度為620米，有120層。這個結構在短方向上的細長比為