CN108216270A - 一种提高乘坐体验的轨道交通工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高乘坐体验的轨道交通工具，包括：载具，包括具备牵引动力的车头，和供游客乘座的车厢，在车头和车厢的底部安装有车轮；所述车厢包括作为基座的车体，在车体上安装有供游客乘坐的座椅；轨道，用于连接相邻的站点，包括两根相互平行的与所述车轮配合的铁轨，相邻站点之间的轨道为起伏的波浪形或W形；相邻站点间轨道的高度差以所述载具由一端站点下行时，利用下行势能加上补充摩擦损失的牵引力能够到达另一端站点处为准。

Description

一种提高乘坐体验的轨道交通工具

技术领域

本发明涉及交通领域，特别是涉及一种安全节能且能够改变乘坐体验的轨道交通工具。

背景技术

在一些大型的旅游景点或游乐场，如景区、动物园、植物园等地，游客参观游览时，由于相邻之间的景点距离较远，在一定时间内主要景点无法游览完毕；或儿童、女士及一些游客的体力较差，在从一个景点前往另一景点时，往往需要乘坐相应的交通工具，如缆车、电瓶车或汽车等。现在出门旅游的人越来越多，上述交通工具一次载客量较少，使得大量游客将时间花在了等待上，影响了旅游体验。

目前也有一些旅游景点采用了轨道运输的方式，此类交通工具运输量大，能够缓解游客积压的问题，其一般将轨道铺成水平状态，而且考虑车轮与轨道之间的摩擦性能，起伏的坡度也需要小于万分之三。这种运行方式决定了轨道只能修建在平地上，而且需要修建相应桥梁，这样的结果会导致修建成本增加，而且过于平稳的行驶过程，也降低了游客的体验。

此外，此类交通工具需要一直提供相应的动力才能持续行驶，而且在到站停车时，又需要耗费大量的动力来实现刹车，能量的利用率较低。

以火车为例，在两站台间运行时，需要由车头持续提供动力，在进站时，通过刹车制动，此时也需要耗费大量的能量。整个运行过程中火车需要的能量等于车轮与轨道的摩擦力做功，以及车身与空气的阻力在加上刹车一段距离时车轮与轨道的摩擦产生的热量等。

发明内容

本发明旨在提供一种交通工具，以提高游客乘坐该交通工具时的乘坐体验。

特别地，本发明提供一种提高乘坐体验的轨道交通工具，包括：

载具，包括具备牵引动力的车头，和供游客乘座的车厢，在车头和车厢的底部安装有车轮；所述车厢包括作为基座的车体，在车体上安装有供游客乘坐的座椅；

轨道，用于连接相邻的站点，包括两根相互平行的与所述车轮配合的铁轨，相邻站点之间的轨道为起伏的波浪形或W形；

相邻站点间轨道的高度差以所述载具由一端站点下行时，利用下行势能加上补充摩擦损失的牵引力能够到达另一端站点处为准。

在本发明的一个实施方式中，所述高度差为15～20米，相邻站点间的距离为2～4公里，所述车厢的数量为2～3节，每节所述车厢的游客乘座数量为15～20人。

在本发明的一个实施方式中，在两条所述铁轨之间设置有齿条形铁轨，所述齿条形铁轨设置在载具运行方向的上坡段处且整体高度高于两侧的所述铁轨；所述车轮包括分别与铁轨对应的滑动式车轮，和与所述齿条形铁轨对应的齿轮车轮，齿轮车轮安装在所述车头的底部且通过驱动杆与车头的动力输出连接，齿轮车轮在水平面上的高度以在上坡时能够与所述齿条形铁轨相互啮合为准。

在本发明的一个实施方式中，所述滑动式车轮与所述铁轨之间采用相互卡合的防脱离结构，所述铁轨的截面为工字形且以一侧平面固定支撑在地面上，所述滑动式车轮包括安装座，在安装座的相对两侧分别安装有一组滚动轮，每组滚动轮包括上下间隔安装的两排滚动轮，所述铁轨远离地面一侧平面的两侧边分别夹持在两排滚动轮之间。

在本发明的一个实施方式中，所述座椅包括构成椅子形状的框架，在框架上覆盖有充气式座垫，在座垫上设置有与人体座姿对应的凹坑，在所述框架上固定有安全带，在所述框架的椅背上还安装有可旋转的扶手，扶手旋转后的状态包括方便游客坐下时的扬起状态，和游客坐下后落于游客胸前的保护状态。

在本发明的一个实施方式中，所述扶手为U形框架，通过开口一端的两个端头与所述框架转动连接，在所述框架上设置有将所述扶手锁止在保护状态下的锁死装置，所述锁死装置包括安装在所述框架上实现绕轴心旋转的电控转盘，和与电控转盘连接的两根锁销，两根锁销的另一端分别位于所述扶手的两个端头的旋转轨道上且与所述扶手处于保护状态下的位置对应，在所述扶手与锁销对应的位置上设置有容纳电控锁销的锁孔。

在本发明的一个实施方式中，沿所述轨道设置有将所述轨道和所述载具封闭在内以供所述载具运行的全封闭通道。

在本发明的一个实施方式中，所述全封闭通道由不透光材质制作，在所述全封闭通道内沿所述载具运行方向的两侧设置有一系列渐变的发光图案，所述车体为敞蓬式结构或在所述车体上安装有包容所有所述座椅的透明壳体。

在本发明的一个实施方式中，所述全封闭通道由透光材质制作，所述车体为敞蓬式结构或在所述车体上安装有包容所有所述座椅的透明壳体。

在本发明的一个实施方式中，在所述全封闭通道的上方设置有与所述轨道平行的单根辅助轨道，所述辅助轨道朝向所述载具的一面设置有沿轴向延伸的内凹槽；在所述车体上安装有固定柱，固定柱的顶端安装有卡入所述辅助轨道的内凹槽内且不能径向脱离的辅助轮；所述辅助轮与所述固定柱之间采用联轴器连接。

本发明的轨道交通工具利用势能和动能相互转变的原理，将载具设置在地势稍高的站台上，等载具沿着轨道向下滑动后，载具逐渐加速，乘客有一定的失重感，到达波浪形轨道的底部时速度达到最快，而后沿着轨道逐步上升，载具逐步减慢，此时依靠车头提供一定的牵引力，该牵引力主要用来克服车轮和车轨之间以及车厢和空气之间的摩擦力，在抵达另一个站台时载具基本处于停止状态，可依靠刹车将载具刹住。

载具在运行中基本不用车头提供动力，也不会在载具达到速度最大时依靠刹车来减慢车速，从而实现了节能减排绿色环保的目的，可通过载具的下降加速转而上升减速完成一次从一个站台到另一个站台的转移，使得乘客具有失重感和超重感，增强了刺激感和娱乐化。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的轨道交通工具结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的齿条形轨道结构示意图；

图3是本发明一个实施方式的齿轮车轮的结构示意图；

图4是本发明一个实施方式的滑动式车轮结构示意图；

图5是图4的正面视图；

图6是本发明一个实施方式的座椅结构示意图；

图7是本发明一个实施方式的锁死装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施方式的提高乘坐体验的轨道交通工具一般性地包括用于供游客乘坐的载具10，和设置成起伏状以供载具行走的轨道20。

该载具10包括实现动力牵引的车头11，和供游客乘座的车厢12，在车头11和车厢12的底部安装有车轮13，其中的车厢12可以是一个半敞开的车体，在车体上安装供游客乘坐的座椅，游客可以直接在敞开的环境中观赏沿途的风光。车厢12也可以是一个常规的封闭厢体形状，然后设置相应的窗户，该结构可以减少外界环境对游客的影响，如风、雨。

该轨道20设置在相邻的站点30之间，包括两根相互平行以供车轮移动的铁轨21，相邻站点之间铺设铁轨21的路面为起伏的波浪形或W形路面，铁轨21沿波浪形路面辅设并形成相应的波浪形或W形轨道。

在运行时，乘座有游客的载具10，在车头11的带动下，由平缓的站点30出发，沿波浪形轨道滑下，该下降过程会产生巨大的势能，此时不需要动力驱动，载具10滑到最低点后，根据势能转化为动能的原理，即mgh＝1/2mv²，载具10会在势能的作用下继续向另一侧的坡度爬升。

载具10在下降过程中，其势能会受到轨道20和空气的摩擦阻力影响而减小，因此，载具10在向另一侧坡度的爬升过程中，需要车头11提供一定的动力，以拉动或推动车厢12到达对面的车站30，由于势能的存在，此时车头11可充分利用该势能，并在势能未消失前通过施加适当的牵引力，即可爬上另一侧坡度。

本实施方式中，游客通过载具的起伏运动，可以体验到过山车式的感受，从而增加游客的兴趣，特别是儿童乘座时的刺激性。通过波浪形轨道的设计，可以充分利用载具本身的势能来降低载具的能耗，在为游客增加游乐体验的同时降低运营成本。

供游客上下载具的站点30位于平地上，波浪形轨道的最高点与中间最低点的高度差，以载具10由一端下行后到达最低点，再利用下行势能加上车头11提供的补充摩擦损失的牵引力，能够直接将载具10拉到另一端的站点30处为准。由于每次运输的游客数量一定，因此车头11具备的牵引力可以不需要象常规火车头那样巨大，只要能够在利用势能的基础上将连接的车厢12拉上对面的坡度即可，因此，可以计算出载具10损失的势能大小，然后在此基础上补充增加一定的牵引力来设计实际车头11的牵引力，以在能够充分拉动载具10的情况下，减少整个载具10的体积。具体的车头11可以直接采用电力作为驱动动力。

在该设计思路下，两个相邻的站点30之间可以为同一高度，为考虑不同年龄的游客，高低的落差不宜过大，在考虑安全和刺激性的前提下，波浪形轨道的两端与中间最底点处的高度落差可以为15～20米，两端向最低点下行的轨道20以弧形为宜，弧形轨道与地面的夹角不宜超过30度；相邻站点间的直线距离可以限定在2～4公里；此外，考虑到需要转运的游客数量及运行安全，车厢12的数量可以设为2～3节，每节车厢12乘座的游客数量可限制在15～20人。

在本发明的一个实施方式中，为减少风阻，载具10的整体外形可以设置为流线型；此外，当车头11位于载具10的前方时，为充分利用势能，可以适当增加车头11的重量，使载具10能够在下行时，整个重心靠近或位于车头11，进而可更容易的拉动车厢12下行并产生更大的下行势能。此外，也可以采用车头11重量低于车厢12重量的方案，此时可以将车头11设置在载具10的尾端，由较重的车厢12来增加势能，车头11通过提供推力的方式来推动车厢12。

如图2、3所示，在本发明的一个实施方式中，为提高载具10在爬坡时的安全性，具体的轨道20可以包括两道相互平行的工字形铁轨21，和设置在两条工字形铁轨21之间的齿条形铁轨22，齿条形铁轨22通过固定杆222与两侧的工字形铁轨21固定，齿条形铁轨22为设置成具备凹凸结构的连续形状，齿条形铁轨22设置在载具10运行方向的上坡段处，且整体高度高于两侧的工字形铁轨21。相应的，车轮13包括分别与工字形铁轨21对应的被动形滑动式车轮，和与齿条形铁轨22对应的主动式齿轮车轮131，其中滑动式车轮安装在车头11和每个车厢12的底部，作为随车头11动力同步行进的正常转动车轮，而齿轮车轮131可仅安装在车头11的底部，且安装的高度以载具10上坡时能够与齿条形轨道22啮合为准，齿轮车轮131通过驱动杆直接与车头11上的动力输出连接，齿轮车轮131和齿条形铁轨22的配合可以使车头11的牵引力直接作用于齿条形铁轨22上而防止滑动式车轮打滑。

齿轮车轮131和齿条形轨道22可以采用能够相互啮合的齿条形结构；也可以是齿轮车轮131在外圆上设置内凹的凹槽132，而齿条形铁轨22上设置间隔凸起的固定柱221，当齿轮车轮131行进时，其外圆周上的凹槽132会依次卡入相应的固定柱221上，采用该结构可以防止齿条形铁轨22受外界异物的影响而堵塞。

正常运行时，车头11利用势能加牵引力能够带动载具10通过滑动式车轮爬上坡，此时，齿轮车轮131和齿条形轨道22虽然啮合，但是相互之间并不产生作用力；一旦车头11在爬坡过程中出现意外不能稳定到达对面坡顶时，如：雨天或雪天造成的摩擦力下降，此时，齿轮车轮131的旋转力则会直接作用到齿条形铁轨22上，为载具10提供稳定的爬升动力，避免和防止出现意外。

进一步地，该齿轮车轮131也可以在每个车厢12的底部分别设置一个或几个，各齿轮车轮131之间通过串联的驱动杆连接，各驱动杆之间可通过联接轴相互连接。

如图4、5所示，在本发明的一个实施方式中，为提高载具10的运行安全，滑动式车轮与工字形铁轨21之间可以采用相互卡合的防脱离结构，工字形铁轨21以一侧平面固定支撑在地面上，滑动式车轮包括与车体固定的安装座134，在安装座134朝向工字形铁轨21的一面的相对两侧分别安装有两组滚动轮133，每组滚动轮133包括上下排列的两排滚动轮133，工字形铁轨21远离地面一侧平面的两侧边被分别夹持在上下排列的两排滚动轮133之间。两组滚动轮133可以都采用被动式轮结构。

滑动式车轮在安装时，利用两组滚动轮133夹持在工字形铁轨21上，位于工字形铁轨21支撑面上方的滚动轮133在支撑载具10的同时起移动作用，而位于支撑面下方的滚动轮133，可以在起到辅助移动的同时，提供载具10相对工字形铁轨21偏移时的拉力，防止滑动式车轮脱轨。

如图6所示，在本发明的一个实施方式中，为提高游客的安全，位于车厢12内的座椅可以包括构成椅子形状的框架15，框架15固定在车厢12上，在框架15上覆盖有充气式座垫，在座垫上设置与人体座姿对应的凹坑，使游客在坐下后能够处于座垫的包围内，座垫的内部可以设置成具备多个充气空间的结构，气体充入后可提供一定的支撑压力，而且通过内部间隔的隔板还能够提高整个座垫的强度；在框架15上固定安全带151，安全带151可以采用常规的扣合式系带方式；在框架15的椅背上还可以安装可旋转的扶手152，扶手152的旋转状态包括处于最上方时方便游客坐下时的扬起状态153，和处于最下方时游客坐下后落于游客胸前的保护状态154。

扶手152采用固定的杆状框架结构制成，当旋转至保护状态时，游客的上身可以位于扶手152和框架15之间，被扶手152保护在内，在载具10的行驶过程中，可以防止游客脱离座位，同时可以为游客提供支撑，使游客能够通过扶手152保持身体的稳定。

此外，可以针对幼儿设置容纳式的保护罩，使幼儿可以放置在保护罩内，以避免加速度所带来的挤压损伤。另外，每个座位上还可以设置相应的报警装置，以提醒游客或管理者安全带是否系好。

如图7所示，在本发明的一个实施方式中，为防止扶手152在行驶过程中被游客拉起，可以在框架15上设置将扶手152锁止在保护状态154下的锁死装置，具体的扶手152采用U形框架的安装结构，通过开口一端的两个端头与框架15转动连接，使扶手152相对框架15的正面实现旋转。锁死装置包括安装在框架15内实现绕轴心旋转的电控转盘156，和与电控转盘156连接的两根锁销157，两根锁销157的另一端分别位于扶手152的两个端头的旋转轨道上，且与扶手152处于保护状态下的位置对应，在扶手152与锁销157对应的位置上设置有容纳电控锁销的锁孔155。

两个锁销157的一端可以活动固定在电控转盘156的相对外圆周处，电控转盘156通电后绕电动转盘156的轴心转动，该转动即可通过活动端带动锁销157沿电控转盘156的圆周产生位移，该位移即可实现锁销157相对扶手152上锁孔155内的进出。为防止锁销157在位移过程中偏离，可以设置相应的限定通道来限制锁销157相对活动固定端的摆动。

正常状态下，受电流控制的电控转盘156通过向一个方向的旋转，来使锁销157缩回框架内，避免影响扶手152的旋转，当扶手152处于保护状态154或是游客已经处于待出发状态时，可以通过电控制器统一控制各框架15内的电控转盘156向相反方向旋转，使锁销157的另一端进入扶手152上的锁孔155中，将扶手152限定在当前保护状态位置；当载具10到达目的地后，再通过电控制器统一控制电控转盘156回转，使锁销157的另一端由扶手152的锁孔155内脱出，使游客能够将扶手152旋转至扬起状态而离开座位。

本实施方式能够提高游客的安全性，避免行驶过程中游客擅自打开扶手152而出现意外。扶手152的锁止可以与报警装置连接，如某个游客的扶手152未锁止则会发出相应的报警提示。

在本发明的一个实施方式中，可以沿轨道20设置将轨道20封闭在内的全封闭通道(图中未示出)。通过全封闭通道可以防止其它游客误入轨道20范围，此外，通过全封闭通道还可以对载具10进行保护，提高载具运行过程中的安全性。而且全封闭通道还可以减少外部空气阻力，增加载具10的势能。

进一步地，可以在全封闭轨道内设置辅助载具行驶的辅助轨道(图中未示出)，辅助轨道为设置在全封闭通道上方与轨道20平行的单根辅助轨道，辅助轨道朝向载具10的一面设置有沿轴向延伸的内凹槽；在各车厢上安装有固定柱，固定柱的顶端安装有卡入辅助轨道的内凹槽内且不能径向脱离的辅助轮，辅助轮与固定柱之间采用联轴器连接。内凹槽可以是开口直径小于内部空间直径的结构，辅助轮可以是一个球状轮，卡入内凹槽后不能由开口处脱出。

位于辅助轨道内的辅助轮随载具的行驶处于滑动状态，不影响载具10的正常行驶，而当载具10相对行驶方向出现左右偏离时，辅助轨道的内凹槽会对辅助轮形成限制，该限制力通过固定柱传导至车厢12上，从而消除车厢12的偏移力，提高载具的安全性。

为提高娱乐性，具体的全封闭通道可以采用非透明的材质制作，然后在全封闭通道内沿载具运行方向的两侧边，设置渐变的发光图案。使游客可以由车厢上设置的车窗中观看能够形成故事性的发光图案。

在其它的实施例中，全封闭通道也可以直接采用透明材料制作，使游客通过直接观赏沿途的风光。车体除可采用敞蓬式结构外，还可以采用安装包容所有座椅的透明壳体的结构，以在避免受外界环境影响的情况下，同时欣赏到外界的风光。

此外，游客在站点间快速移动过程中，还可以在轨道两旁设计一些图案变化或喷水、喷火装置等，以增强娱乐性。

轨道可以设计成几个起伏，每个起伏的曲率可以不同也可以相同，前面给出的是坡度形状对称的说明，波浪形轨道也可以是利用第一个站台的高势能直接使载具到达下一个站点的落差式形状，这样的形状可以不需要车头的牵引力，而充分利用势能完成爬坡，并使得游客在一次乘坐中达到几次的失重加速和超重减速体验。

本方案也可以应用在城市郊区的轨道交通上，或是用来运输物品。

在其它的实施方式中，站点可以设置多个，多个站点之间可以都采用波浪形轨道的结构。另外，为加快运营效率，相邻站点之间的轨道可以设置两条，以实现双向运行。两条轨道可以都设置在全封闭通道内，中间设置相应的隔离装置。在前述结构下，还可以在载具10的两端分别安装一个车头，以保证提供充足动力的同时，提高安全性。

在本发明的一个实施方式中，还可以在站台上安装使游客能够顺利达到载具处的电梯或滑梯，电梯可为常规的箱体式或滚动式运行结构，而滑梯可按照成人和儿童的身材设计成不同的滑行路线，依照地势修建成波浪形结构或螺旋形结构。电梯和滑梯可以使位于等待处的游客通过游乐的方式到达载具处，进一步提高游乐性。

如果地理条件允许，也可以利用地势坡道设置使游客能够直接滑下的滑草或滑沙的形式到达站点或离开站点。

此外，载具上也需要设置相应的刹车装置，该装置可以采用常规的刹车片结构。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种提高乘坐体验的轨道交通工具，其特征在于，包括：

载具，包括具备牵引动力的车头，和供游客乘座的车厢，在车头和车厢的底部安装有车轮；所述车厢包括作为基座的车体，在车体上安装有供游客乘坐的座椅；

轨道，用于连接相邻的站点，包括两根相互平行的与所述车轮配合的铁轨，相邻站点之间的轨道为起伏的波浪形或W形；

相邻站点间轨道的高度差以所述载具由一端站点下行时，利用下行势能加上补充摩擦损失的牵引力能够到达另一端站点处为准。

2.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述高度差为15～20米，相邻站点间的距离为2～4公里，所述车厢的数量为2～3节，每节所述车厢的游客乘座数量为15～20人。

3.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，

在两条所述铁轨之间设置有齿条形铁轨，所述齿条形铁轨设置在载具运行方向的上坡段处且整体高度高于两侧的所述铁轨；所述车轮包括分别与铁轨对应的滑动式车轮，和与所述齿条形铁轨对应的齿轮车轮，齿轮车轮安装在所述车头的底部且通过驱动杆与车头的动力输出连接，齿轮车轮在水平面上的高度以在上坡时能够与所述齿条形铁轨相互啮合为准。

4.根据权利要求3所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述滑动式车轮与所述铁轨之间采用相互卡合的防脱离结构，所述铁轨的截面为工字形且以一侧平面固定支撑在地面上，所述滑动式车轮包括安装座，在安装座的相对两侧分别安装有一组滚动轮，每组滚动轮包括上下间隔安装的两排滚动轮，所述铁轨远离地面一侧平面的两侧边分别夹持在两排滚动轮之间。

5.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述座椅包括构成椅子形状的框架，在框架上覆盖有充气式座垫，在座垫上设置有与人体座姿对应的凹坑，在所述框架上固定有安全带，在所述框架的椅背上还安装有可旋转的扶手，扶手旋转后的状态包括方便游客坐下时的扬起状态，和游客坐下后落于游客胸前的保护状态。

6.根据权利要求5所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述扶手为U形框架，通过开口一端的两个端头与所述框架转动连接，在所述框架上设置有将所述扶手锁止在保护状态下的锁死装置，所述锁死装置包括安装在所述框架上实现绕轴心旋转的电控转盘，和与电控转盘连接的两根锁销，两根锁销的另一端分别位于所述扶手的两个端头的旋转轨道上且与所述扶手处于保护状态下的位置对应，在所述扶手与锁销对应的位置上设置有容纳电控锁销的锁孔。

7.根据权利要求1所述的轨道交通工具，其特征在于，

沿所述轨道设置有将所述轨道和所述载具封闭在内以供所述载具运行的全封闭通道。

8.根据权利要求7所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述全封闭通道由不透光材质制作，在所述全封闭通道内沿所述载具运行方向的两侧设置有一系列渐变的发光图案，所述车体为敞蓬式结构或在所述车体上安装有包容所有所述座椅的透明壳体。

9.根据权利要求7所述的轨道交通工具，其特征在于，

所述全封闭通道由透光材质制作，所述车体为敞蓬式结构或在所述车体上安装有包容所有所述座椅的透明壳体。

10.根据权利要求6所述的轨道交通工具，其特征在于，

在所述全封闭通道的上方设置有与所述轨道平行的单根辅助轨道，所述辅助轨道朝向所述载具的一面设置有沿轴向延伸的内凹槽；在所述车体上安装有固定柱，固定柱的顶端安装有卡入所述辅助轨道的内凹槽内且不能径向脱离的辅助轮；所述辅助轮与所述固定柱之间采用联轴器连接。