悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路 以及列车车架转换装置 技术领域
本发明悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路以及列车车架转换装置属于交通基础设施和交通工具领域。
技术背景
当前国际上的高速铁路有磁悬浮高速铁路和轮轨式高速铁路。上海由德国建造的磁悬浮铁路时速达430公里。但造价也特别昂贵，每公里投资人民币3亿元。
发明内容
传统铁路由于速度较慢，已不太适应当代经济高速发展的需要。21世纪应该是高速铁路大发展的世纪。但是，高速铁路要大发展，必须大幅度降低造价，否则大发展是困难的。本发明的目的是试图发明一种全新的造价又特别低廉的高速铁路。
本发明的名称是悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路以及列车车架转换装置。悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路两者结构相同。前者是重型铁路，适用于长途客货运输；后者是轻型铁路，适用于城市公共交通。悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路是包括悬空轨道和倒挂列车两部分组成。因轨道架在高出地面近十米或十多米的低空，故称悬空轨道。又由于挂在轨道上的列车是倒置的，即车架在上，车厢居于车架的下方，故称倒挂列车。具体是将车辆横轴两端的车轮架在轨道上，车厢挂在横轴上。如果将传统列车的车厢比作“天”，车架比作“地”，倒挂列车可以说是对传统列车翻“天”覆“地”的变革。
悬空轨道是由深埋地下的钢筋混凝土轨道桩、连接前后两轨道桩的钢筋混凝土纵梁、架在前后两轨道桩上的钢筋混凝土主梁、镶嵌在钢筋混凝土主梁上的钢轨固定装置、连接左右两轨道桩的三道钢筋混凝土横梁、上端连接钢筋混凝土主梁下端连接轨道桩与纵梁结合处的钢筋混凝土斜撑支柱以及铺设在钢筋混凝土主梁上地钢轨等组成。钢筋混凝土纵梁高出地面4.5米，它既对轨道桩起稳定作用，又是铁路的安全护梁。第一道横梁埋在地下，略低于地面；第二道横梁应高出地面四米多；第三道横梁连接左右两轨道桩的顶部。轨道桩自下而上是一个整体，因结构不同，又可分为三段：第一段埋在地下，截面呈圆形；第二段是主梁以下至地面，截面呈横铺的“凸”字型，“凸”字的下半部架设钢筋混凝土主梁，上半部向上延伸，应高出车架一米左右，是第三段，截面呈圆形。
为了降低车轮单位面积对轨道的压力，也为了便于组装车厢，既需要车轮多，又需要车横轴多，因此一辆车不仅前后各装两对车轮，中部要再装几对车轮。倒挂车两轮间距必须大于车厢宽度，否则车轮就挂不到轨道上。
倒挂列车的一部分是倒挂车，倒挂车是由车横轴、装在横轴两端的车轮、焊接在一对横轴之上的压轴钢板、焊接在压轴钢板之上的弹簧、焊接在弹簧上的压簧钢板、焊接在压簧钢板之上的多条三角钢以及用长圆钢制做的两个长方形钢套，两钢套上套三角钢左右两端，下套车厢托底钢左右两端。在多个托底钢上以钢套两个边的圆钢为车壁的骨架制做车厢。钢套将车架和车厢连接成一辆整车，由于车架在上是一辆倒挂车。多辆倒挂车组成倒挂列车。
机车是铁路的重要组成部分。悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路均可使用传统的轮式机车，为了提高机车的速度也可使用螺旋桨机车。由于受轨距的制约，桨叶半径较短，是一个不小的缺陷，螺旋桨只能起铺助作用。一台机车可装一小一大两发动机，小发动机居前，驱动螺旋桨旋转，大发动机靠后，驱动车轮旋转。还可使用双螺旋桨机车，前发动机驱动牵引型螺旋桨旋转，后发动机驱动后推型螺旋桨旋转。将牵引型螺旋桨装在机车后面，推动机车前进，即为后推型螺旋桨。
传统列车机车发动机在车轮上方，能直接驱动车轮旋转。倒挂列车机车发动机位于车轮下方，车轮下有钢轨和铺钢轨的主梁，受其影响，机车不能直接驱动车轮旋转。间接驱动的方法之一是采用双轮一体轮。并排两个直径等长的车轮，用十多根约30厘米长的圆钢，在两轮半径的1/2处，将两轮环状焊接成为一体，装在横轴的一端。其一为外侧轮，称轨道轮，另一为内侧轮，称机动轮。横轴另一端同样要装双轮一体轮。当位于下方的发动机驱动机动轮旋转时，机动轮每旋转一圈，轨道轮就在轨道上运行一圈。为了便于发动机驱动机动轮旋转，机车车厢应尽可能做得更宽。有了双轮一体轮，倒挂列车的机车就不难制造了。
倒挂列车在高速运行中，车轮和钢轨头相碰震动较大。北京新建的城铁，钢轨头已经很少，但仍未完全消失。为了从根本上解决这个问题，可采用复合式钢轨接头。钢轨一端的接头只有左半叶，缺少右半叶；另一端的接头只有右半叶，缺少左半叶。一条钢轨接头的左半叶，正好和另一条钢轨接头的右半叶相合。在接头处，轨面略低几毫米，有向下的慢坡，也有向上的慢坡，慢坡尽头与轨面平。车轮通过复合式钢轨接头不会和钢轨头相碰。
悬挂式高速铁路车站和城市悬挂式铁路总站均有多条股道。列车从一条股道进入另一条股道采用可移动轨道。每条轨道的中间部分是固定轨道，两端各有一小段是可移动轨道，由可移动支架支撑，支架装轮子，用电力驱动，可在坚硬的地面上行驶。两可移动轨道接头处装接头固定装置。固定轨道接头与可移动轨道接头分别为半月型接头和半圆型接头。
悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路均可建造为上下两层，上层供上行列车行驶，下层供下行列车行驶。只需将钢筋混凝土轨道桩建造得更深、更粗、更高，在轨道桩上部增建上层钢筋混凝土主梁，在主梁铺钢轨，再增建一道钢筋混凝土横梁，即可加挂上层倒挂列车。若建双向双层悬挂式高速铁路，双向下层分别供上行和下行货运列车行驶，双向上层分别供上行和下行客运列车行驶。
为了便于传统铁路向悬挂式高速铁路过渡，两种铁路客货车厢的大小最好相等。由于悬挂式高速铁路轨距大于车厢宽度，必须为悬挂式高速铁路确定轨距。这是件大事，一经确定，长久不变。城市悬挂式铁路轨距和车厢大小不一定全国统一，可否自行确定。
城市悬挂式铁路不仅适用于城市市郊，而且可以进入部分市区，还可进入中心区边沿地带。进入市区的悬挂式铁路应建在宽阔街道两侧上方，例如慢车道的上方。轨道桩可以起隔离墩的作用。车站应在街道两旁征地建造。但车站站台应建在人行道上方。由车站到站台应建天桥。城市悬挂式铁路应高于人行过街天桥。
悬挂式高速铁路若能成功，就会出现传统铁路向悬挂式高速铁路过渡。如果悬挂式高速铁路不能和传统铁路组成统一的铁路网，是很不利的。解决这一难题的方法是采用列车车架转换装置。这种列车车架转换装置包括倒挂列车转换用车架、传统列车转换用车架、倒挂列车和传统列车两用车厢以及可升降轨道等组成。倒挂列车转换用车架是用一定厚度和宽度的长条钢制做的由四个边组成的两钢套将倒挂车车架的两端从三角钢到横轴全部套住，再在钢套底部的四个角各焊接类似撞锁锁孔的电动结合器锁孔构成。(电动结合器锁可锁两扣)。传统列车转换用车架是将传统车免去其车厢，代之以深约40厘米左右的车槽，车槽上口宽，底部面积略大于两用车厢底部面积。在槽底，每隔30-40里米，装一条宽高各为10厘米左右的钢条，钢条之间装弹簧。货车则免去钢条和弹簧。另在车槽两壁高约30厘米处掘壁装配电动结合器锁构成。倒挂列车和传统列车两用车厢是将倒挂车车厢做成与车架不相连的独立车厢，先在车厢顶部周边装配与车架电动结合器锁孔相对应的数目相等类似撞锁锁舌的电动结合器锁，再在车厢两壁高约近30厘米处制作与车槽电动结合器锁相对应的数量相等的结合器锁孔，即构成两用车厢。
具体实施车架转换时，倒挂列车转换用车架和两用车厢应先结合为一体。若向传统列车转换用车架上转换，要将传统列车转换用车架驶往可升降轨道上，再将倒挂列车驶往可升降轨道的上方。先要操纵可升降轨道前后移动再徐徐上升，使两用车厢进入车槽槽口并适时停止升降，此时先开启倒挂车车架电动结合器锁，将锁舌拉回锁内，两用车厢即和倒挂列车转换用车架分离并降入传统车槽内，此时传统车槽壁上的电动结合器锁和两用车厢锁孔相对，将电动结合器锁锁死，车架转换即告完成。当两用车厢再向倒挂列车转换用车架转换时，传统列车转换用车架及车架上的两用车厢先要驶进可升降轨道上，再将倒挂列车转换用车架驶往可升降轨道上方，此时操纵可升降轨道使其前后移动和徐徐上升，直至结合器锁舌撞进结合器锁孔，此时电动结合器锁只锁上了一扣，再锁上第二扣，然后将可升降轨道降回原处，车架转换即告完成。
什么是高速铁路？悬挂式铁路有条件成为高速铁路吗？
一般说时速超过300公里的铁路可以称为高速铁路。高速铁路起码要具备两个主要条件：一是要有高速度的机车及适于高速运行的客货车车厢；二是要能确保高速运行的安全。前者容易做到，一时不能制造，可向别国购买；确保安全则很难做到。因此，只要能确保高速运行的安全，就基本上具备了高速铁路的条件。倒挂列车位居轨道的下方，重心是个负数，它克服了传统铁路提速的最大障碍，列车绝对不可能从轨道上方脱轨、倾覆，又由于车轮卡在轨道上，列车又不可能从两轨道之间掉落下来，应该是特别安全的。如果能将悬挂式铁路框架即一桩二纵三横一斜撑建造得固若金汤，能通行时速300公里以上的列车，悬挂式铁路就可称为高速铁路了。
悬挂式高速铁路和其它高速铁路相比较有哪些优势呢？
1、悬挂式高速铁路造价特别低廉，该铁路所需原材料是钢材、水泥、沙子、石子等，这些东西价格低，所建的铁路投资当然甚少；悬挂式铁路占用土地甚少，能节省大量征地费；悬挂式铁路易于施工，工期短，能节省一大笔工程款。总之，悬挂式高速铁路造价低廉，每公里造价可能仅为磁悬浮铁路每公里造价的几十分子之一，最高也不会超过十分之一。
2、悬挂式铁路占用土地少，可节省国土。磁悬浮和轮轨式铁路均需要全立交全封闭，要占用大量土地，悬挂式铁路主要是车站和轨道桩占用少量土地，和磁悬浮轮轨式相比，能节省大量国土，纵梁和横梁也仅仅遮挡一点阳光。铁路框架内的耕地仍可耕种。国土是最宝贵的资源，国土是万源之本。没有国土，哪里会有油气资源；没有国土，哪里会有水资源。古今中外，多数战争是为了争夺国土。可见节省国土是何等重要。节省国土所产生的社会效益和经济效益是不能用金钱衡量的。
3、悬挂式铁路易建造，施工快。一桩二纵三横一斜撑应该能工厂化生产和机械施工，深埋轨道桩也不是什么难事。和磁悬浮轮轨式相比，工期要短得多。
4、悬挂式铁路抗灾害能力强。磁悬浮和轮轨式铁路均有较强的抗灾害能力。悬挂式铁路高高在上，大水冲不垮，泥石流也很难压垮埋没，特大暴风雪，倒挂列车也能正常运行。抗灾害能力更强。
5、悬挂式铁路客观上能起全立交全封闭的作用，却比全立交全封闭更好。它没有全封闭给附近居民特别是农民带来的生产和生活上的不便。
6、悬挂式铁路不需要路基，冻土对悬挂式铁路没有什么影响。悬挂式铁路在实际上解决了冻土地带修铁路的难题。这是一个意外的收获。
7、悬挂式高速铁路若能成功，它既能搞客运，又能搞货运，磁悬浮只有客运，没有货运。货运列车载重量大，要“悬浮”起来不是易事。即使搞了货运，若运费很高，也没有现实意义。
8、悬挂式铁路造价低，维修费用自然也低。磁悬浮和轮轨式要靠外国人造，维修和零部件都要靠外国人，费用自然要高。
9、悬挂式铁路所需外汇甚少。上海磁悬浮投资100亿元人民币，这笔巨款是否大部分要用外汇支付。和磁悬浮铁路相比，悬挂式铁路节省外汇是没有疑问的。
当然，悬挂式铁路也有它出生就带来的缺陷。例如，它远不如磁悬浮铁路噪音小和震动低。
附图说明
下面结合附图对本发明的结构和技术内容作进一步说明：
图1是本发明悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路整体连接结构图；
图2为复合式钢轨接头轨面图；
图3为半月型接头和半圆型接头图。
参看图1，本发明悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路是包括有由钢筋混凝土轨道桩3、钢筋混凝土纵梁4、钢筋混凝土主梁及镶嵌在主梁上的钢轨固定装置5、第一道钢筋混凝土横梁6、第二道钢筋混凝土横梁7、第三道钢筋混凝土横梁8、钢轨9组成的悬空轨道1，和由横轴10、车轮11、压轴钢板12、弹簧13、压簧钢板14、三角钢15、钢套16、车厢托底钢17、车厢18组成的倒挂列车2，上二者共同组成悬挂式高速铁路或城市悬挂式铁路。
参看图2，本发明复合式接头由钢轨接头左半叶19、钢轨接头右半叶20、向上的慢坡21、向下的慢坡22组成。
参看图3，本发明中的半月型接头和半圆接头由半月型接头23、半圆型接头24组成。
具体实施方式
修建高速铁路是新世纪的一项大工程，只有国家有权决定，有权实施。我国已决定修建京沪高速铁路，只是还没有决定是采用磁悬浮高速铁路，还是采用轮轨式高速铁路。本发明为国家提供了第三种选择。因此，本发明的实施方式就是将《悬挂式高速铁路和城市悬挂式铁路以及列车车架转换装置》发明专利提供给国家参考和选择。希望在国家决定采用哪种铁路方案之前，本发明能赶上这趟末班车。