技术领域

本发明轴承铁路和轴承公路以及小轿车轴承公路属于交通运输基础设施和交通运输工具 领域。

                                    背景技术

本发明轴承铁路是在传统铁路的基础上产生的。将传统铁路的钢轨去掉，改用轴承和轴就 是轴承铁路。本发明轴承公路和小轿车轴承公路是在轴承铁路的基础上产生的。将轴承铁路 的主要部件轴承和轴以及轨枕和轴承架等移位至公路路基之上，就是轴承公路和小轿车轴承 公路。

自有人类运输以来，运输都是由两面相摩擦构成的。运输工具是一面，承载运输工具的物 体或物质是另一面。例如，车辆与地面，船与水，飞机与空气。只有两相摩擦并克服了摩擦 力，才能形成运输。但是，人类最早的运输工具不是车，也不是船，而是人本身。人拿着物 走，人抱着物走，人拖着物走，都是运输。人作为运输工具，如同一部车子，人的脚就是车 轮，人拖着物在地面行走，与地面相摩擦，构成了人类最早的运输。在地面运输中，在有轮 车发明以前，整整一个历史时期的陆上运输主要是无轮车运输。最早的陆上运输工具，不论 多么原始，都可视为无轮车。有轮车是从无轮车发展而来的。中国东北地区的爬梨就是一种 先进的无轮车。上世纪四十年代，中国北方部分农村还在使用一种名为拖车的兽力车，也是 一种先进的无轮车。无轮车时代的运输，运输工具是平面的，承载运输工具的地面是平面的， 这种运输是平面与平面相摩擦的运输，摩擦力当然很大。后来发明和使用了有轮车，车轮是 球面，地面是平面，车轮在地面上滚动是球面与平面相摩擦，较比平面与平面的摩擦，摩擦 力大大降低了，这是陆上运输历史上最伟大的突破。从此，陆上运输进入了球面与平面相摩 擦的时代，进入了有轮车运输的时代。

几千年来，有轮车有很大的发展，如手推车、兽力车，由四轮兽力车发展到两轮兽力车等 等，近代更发明了火车和汽车。近百年来汽车有很大的发展，种类繁多，千变万化，但是万 变没离其宗。火车由蒸气机车发展到内燃机车和电力机车，近些年又有了高速火车，也是万 变没离其宗。这个“宗”就是平面，火车仍在平面钢轨上运行，汽车在平面路面上行驶，仍 然是球面与平面相摩擦。几千年来，球面与平面相摩擦的运输为人类做出了极大的贡献，没 有球面与平面相摩擦的运输，就不会有今日之文明。科技在发展，时代在前进，为什么球面 与平面相摩擦的陆上运输没能再前进一步呢？为什么万变没离其“宗”呢？运输既然是由两 面相摩擦而构成的，我们仅仅研究和发展其一面，即运输工具的一面，而忽略了另一面，即 承载运输工具的一面，这是不全面的。只有两面同时研究，一起发展，即两面齐飞，才能使 陆上运输飞快的发展，只有球面与球面相摩擦的运输，才是人类最理想的陆上运输。传统铁 路的平面钢轨既然是人造的，人为什么不能制造出非平面的钢轨呢？

                                    发明内容

本发明轴承铁路的最底层是铁路路基，路基之上铺道床，道床之上铺装轨枕，轨枕的两 端各铺装一轴承架并加以固定。轴承架是轴承铁路的基石，要用钢轨钢制造，要能支撑整列 火车。轴承架的两侧各有一个类似钢轨轨底的底坐，两底座相距8～10厘米左右，中间用钢材 焊接成为一体。轴承架左右两侧的上方各焊接一个由底座和轴承盖组成的集多个轴承座为一 体的连体轴承座。接下来具体的做法是：先将滑动轴承套装在轴上或将两枚滚动轴承分别装 压在轴的两端，再将装有轴承的轴装进两侧的连体轴承座中的轴承孔中，此时装在两侧轴承 孔中的轴即悬在轴承架上，可以转动，将这种悬在左右轴承架上的轴承和轴一根紧挨一根地 装满全路，即在铁路路基之上出现左右两股由轴组成的轨道，称为轴轨。这种轴轨还不能供 机车车辆运行，因为轴轨的左右两侧虽有高出轴轨的连体轴承座的上部，但还不能用来正确 引导机车车辆运行方向，因此，必须在连体轴承座上部的内侧紧挨轴轨两端的上沿焊接两条 高约5-6厘米的钢板，形成一个由钢铁构成的槽，轴轨是槽底，左右两条钢板是左右槽帮， 以上共同组成槽型轴轨。行驶在槽型轴轨上的机车和客货车的车轮为平面钢轮再在各个连体 轴承座上方焊接钢板，称为轴承座顶盖，在各个顶盖上方每隔适当距离焊接一圆型钢柱，钢 柱顶部焊接扁圆形保险杠，有高低两种：普通保险杠高出轴轨二三十厘米；为保高速铁路的 安全，其最左边和最右边的两根保险杠要高出车轮半径，使这两根保险杠紧紧卡住车辆的横 轴。无论出多么大的事故，被卡的横轴可保列车不会脱轨倾覆。列车的车轮在轴轨上滚动是 否平稳呢？和传统列车的车轮在钢轨上滚动相比有什么不同呢？传统铁路的钢轨是平直的， 车轮在钢轨上滚动当然是平稳的，轴承铁路不同，列车的车轮是在由一根根横轴铺成的轴轨 上滚动，两横轴之间是一个凹陷，车轮在轴轨上滚动必须跨过这个凹陷，车轮在跨过这个凹 陷时列车是否平稳呢？如果凹陷短小，列车是平稳的，否则凹陷过长，列车就不那么平稳了， 因此，两轴之间的距离越短越好，但是，距离也不能太短了，距离短就是轴细，如果轴太细 了，就很难支撑重达十几吨甚至更重的客货车了。假定轴轨的1～4根轴为ABCD，当列车车 轮在轴轨上向前滚动时，首先接触的是A轴，当被作用的A轴向后转动约1/2周，此时车轮 在轴轨上向前滚动的长度为轴周长的二分之一，并已滚动至B轴，再滚动至C轴D轴，假定 横轴的最高部位称为轴峰，横轴的直径若为4厘米，两横轴之间的距离为2毫米，则两轴间 凹陷部位的长度为42毫米，当车轮在轴轨上滚动，作用于各个横轴，此时是横轴与车轮上下 接触，各自向相反的方向转动42毫米，再不相接触空转42毫米，即可越过各个凹陷。这种 滚动车轮是平稳的。再假定车轮在ABCD各个轴轨上滚动，当车轮立于B轴的正上方时， ABC三个轴峰可以连成一条直线，而车轮上与ABC相对应的三个点连成的是一条弧线，直 线与弧线是不能相合的，当车轮立于B轴的正上方时，A轴和C轴按理并不与车轮相接触， 因为A轴和C轴距车轮还有那么一点点距离，这种距离会不会影响车轮的平稳滚动呢？当然 不会，因为横轴总有那么一点弹性，当车轮立于B轴的正上方，受车轮强大的压力，弹性使 B轴有所下降，B轴下降使A轴C轴和车轮直接接触，此时是ABC三个轴共同支撑着车轮， 而此时也正是车轮从B轴向C轴滚动过渡之时，车轮稳稳地从B轴的正上方过渡到C轴的 正上方，不会有任何颠波。总之，车轮在轴轨上滚动是极其平稳的。车轮在轴轨上能够平稳 滚动，轴承铁路就会成功。

当机车的动力推动车轮向前滚动并作用于其他车轮，此时其他车轮必然反作用于动轮， 推动动轮向前滚动。实际上这是行不通的，因为动轮与轴轨之间的摩擦力甚微，反作用于动 轮之力同样微小，不可能推动动轮向前滚动，动轮只能空转。这是因为降低了轮轨之间的摩 擦力所带来的负面影响，是轴承铁路所遇到的第一个难题，此外至少还有五个难题，这些难 题不解决，轴承铁路是不能成立的。

难题一：如何克服动轮空转，方法有三：一是增加动轮与轴轨之间的摩擦力，轴轨是一 根横轴紧挨一根横轴所组成，两横轴之间是一个近似半个横轴的凹陷，平面钢轮的周圈若做 成半个横轴的凸起紧挨半横轴的凹陷，行驶在轴轨之上定能和轴轨环环相扣，动轮空转将迎 刃而解；二是轴承铁路实行电气化，由电力驱动的螺旋桨机车牵引列车向前行驶；三是装备 后推型喷气式机车，由装在列车尾部的喷气式发动机向后喷气，反作用力推动列车向前运行。

难题二：如何引导列车运行方向，轴承铁路一靠保险杠控制车轮行使，从大方向上进行 引导，二靠槽型轴轨进一步引导。

难题三：在槽型轴轨上高速运行的列车如何制动？传统列车的空气制动系统是靠轮轨之 间的摩擦力制动。轴承铁路轮轨之间的摩擦力甚微，利用其制动必然失败。因此轴承铁路的 列车制动是个大难题，下面提供两种方案：

一、轴承铁路列车空气制动系统：将我国铁路使用的列车空气制动系统的关键部件闸瓦 取消，换上新的部件双面钢制轮塞，原制动系统是压缩空气进入制动缸推动活塞，使闸瓦紧 抱车轮而制动。改用双面钢制轮塞是因为平面钢轮与两侧保险杠之间有一定空隙，双面钢制 轮塞就是充填车轮与两侧保险杠之间空隙的钢塞。当司机将制动阀移到制动位时，此时不是 闸瓦紧抱车轮，而是钢制双面轮塞紧塞在车轮两侧与保险杠之间，由此产生摩擦力而制动。 当司机将制动阀放在缓解位置时，原制动系统是压缩空气经过滑阀下的排气口排出，于是制 动缸活塞被弹簧的弹力推回原位，使闸瓦离开车轮而缓解。改用双面钢制轮塞，当制动缸活 塞被弹簧的弹力推回原位，不是闸瓦离开车轮，而是双面钢制轮塞离开车轮与保险杠之间的 空隙而缓解。

二、压缩空气喷发制动系统，由空气压缩机、总气缸、分气缸输气管、气压表、安全阀、 活塞、弹簧、弹簧拉绳、喷发筒和喷发口以及由司机控制的制动阀组成。空气压缩机产生的 压缩空气除贮存在总气缸外，经输气管输往各节车的分气缸贮存，在机车两侧下方各装一台 总气缸，各节车厢两侧下方各装一台分气缸，分气缸由进气口、气压表、安全阀、活塞、弹 簧、弹簧拉绳、喷发筒和喷发口等部件组成，另有制动阀统一由司机掌握。制动阀分三级制 动。当司机踩一级制动，弹簧拉绳将压缩弹簧压缩1/3；活塞开放1/3，喷发口喷发一级气流； 司机踩二级制动，弹簧拉绳将弹簧压缩2/3；活塞开放2/3，喷发口喷发二级气流；司机踩三 级制动，弹簧拉绳将弹簧全部压缩，活塞全部开放，喷发口喷发最大气流。当司机放开制动 阀，弹簧拉绳松开，弹簧将活塞推回原位，喷发口停止喷发，制动随即解除。

难题四，上下坡问题：由于轴承铁路轮轨之间的摩擦力甚小，上坡下坡均不能借助于摩 擦力，上坡将极为困难，下坡又非常危险，因此在上下坡路段应该取消槽型轴轨，改用槽型 平面钢轨。将平面厚钢板铺装在两轴承座之间的轨枕上，并与左右槽帮分别焊接在一起，即 为槽型平面钢轨。若因牵引轴承列车的机车功率太小，不能牵引列车在平面钢轨上上坡和下 坡，可在坡上坡下各建一个车站，备若干台大功率的机车，用于助推列车上坡和牵引列车下 坡；也可利用弹簧具有储存能量的特性，建若干台巨型平面涡卷弹簧或巨型压缩弹簧，当列 车下坡时，用钢丝绳的一端连接弹簧，另一端连接列车尾部，列车下坡，弹簧的弹力牵引着 列车平稳下滑至坡底。另一列车上坡时将原连接列车尾部的钢丝绳改为连接上坡列车的机车， 逐步放松被拉紧的弹簧直至坡下的列车在弹簧的协助下爬至坡上为止。当然不能完全依靠弹 簧，如卷扬机等动力机械也不可不备。这里涉及到山区如何建轴承铁路的问题。为了节省能 源，山区也应建轴承铁路。方法是：不论上坡还是下坡，不论山地还是平地，全部建槽型轴 轨，也不论是机车还是客货车辆，全部采用凹凸型钢轮。这种钢轮既能在山地行驶，也能在 平地行驶，只是山区列车可以进入平原地区，平原地区列车不能进入山区。

难题五、直径仅三四厘米的轴轨能否支撑每辆重达十几吨甚至更重的客货车，如果不能， 解决的方法是增加车辆的车轮，我国铁路多数为四轴车，装8个车轮，如果增加为八轴车或 十二轴车，车轮就能增加一倍至二倍。如果仍不能解决，至少有四种方法可以解决这个难题。 难题六，在槽型轴轨上运行的列车，在车站范围内如何从一组线路驶入另一组线路？方法是： 在车站范围内除正线仍为槽型轴轨外，其他线路只保留线路两侧的站台，取消轴轨，改铺为 平面钢板路，由汽车型机车牵引列车在平面钢板路上行驶。汽车型机车驾驶室装方向盘，掌 握列车运行线路，车轮装橡胶外带和充气内胎，由专门培训的司机驾驶。平面钢板路上有彩 漆涂抹的线路，列车车辆不得离开彩漆线路。列车由站内正线进入钢板路要使用道岔，在道 岔口汽车型机车与列车机车挂好车勾，即由汽车型机车牵引列车在站内行驶，直至将列车引 至出站的道岔口与列车脱勾，再由另一汽车型机车从列车推至道岔口进入正线，驶出车站。

六个难题解决之后，就涉及到建什么样的轴承铁路了。

滑动轴承铁路：滑动轴承构造简单，耐冲击，适合轴承铁路；滑动轴承的轴细，轴瓦粗， 也很适合轴承铁路；但在使用时轴瓦固定不动，轴在轴瓦中滑动，这不适合轴承铁路，应予 改造。要先建两个连体轴承座，由一底座和一轴承座盖组成，将数十个轴承装入连体轴承座 内，上下卡紧，焊接在轴承架的两侧，轴瓦瓦底要用高强度钢制造，要加厚加重，要做成整 体式即做成轴套，还要将轴适当加长并装进轴套中再将轴的两端装进两侧的连体轴承孔中。 将滑动轴承改造为轴的两端固定在轴承孔中不动，让轴套绕轴滑动，用这样的滑动轴承才能 建造合格的轴承铁路。

滚动轴承铁路：滚动轴承摩擦系数小，更能节省能源，但不如滑动轴承耐冲击。若将滚 动轴承外圈装在轴承孔内而固定不动，内圈随轴一起转动，本可装配成轴轨。但因外圈所占 空间较大，很难构成轴承铁路，必须对外圈所占空间进行削减。先建两个连体轴承座，焊接 在轴承架两侧，由底座和轴承座盖组成。底座装两排轴承，其中一排轴承的右外侧与另一排 轴承的左外侧重叠，已经重叠的左外侧，其中右外侧又与另一轴承的左外侧重叠，这样重叠 的结果是轴承的左右外侧只占一个外侧的空间，这样以来，只需将轴承的中段即组成轴轨的 那一段轴套加粗，粗轴轨的直径加长部分为重叠部分的1/2，这样即可建成合格的滚动轴承 铁路。

三、老式轴承铁路，是用中国老式轴承建造的铁路。老式轴承是由支撑物支撑轴承孔， 将轴的两端装进两侧的轴承孔内即成。老式轴承也要先建两个连体轴承座，焊接在轴承架的 两侧。轴承座由底座和轴承座盖两部分组成。底座内装数十个轴承孔。轴的两端为细轴，例 如直径3厘米，中段为粗轴，例如直径4厘米。将两端细轴装进左右轴承座的轴承孔内，中 段粗轴部分组成轴轨。在老式轴承座顶部有细管直通轴承孔内，在细管内装油捻，油捻和轴 直接接触。另有连体膏油箱装在轴承座的上方，箱内装润滑油，箱的底部有若干输油管和若 干细管相对并焊接在一起，经输油管、细管和油捻将润滑油输往轴的周围即为老式轴承，由 老式轴承组成的轴轨即为老式轴承铁路。

上面三种轴承铁路可视为普通铁路，果能成功，经过实践，进步一完善，可发展成为高 速铁路。因为轴承铁路具备高速铁路的以下条件：电力驱动的螺旋桨机车，时速可达高速铁 路的要求；保险杠和压缩空气喷发制动系统是高速列车安全的有效保障；列车在轴轨上行驶， 振动轻、噪音低，也是高速列车所需要的，由于滑动轴承和老式轴承结构简单，造价低廉， 应优先发展这两种高速铁路。

本发明轴承公路的最底层是公路路基，路基之上铺道床，道床之上铺轨枕，轨枕的两端 各装一轴承架并加以固定。轴承架有两个底座为基础，两底座的底部和上部用钢材焊接为一 体，其宽度为汽车双后轮宽度的二倍，在两底座的两侧各焊接一连体轴承座，该连体轴承体 座由底座和轴承座盖组成，能装十多个轴承，下面的做法要先将滑动轴承套装在轴上或将两 枚滚动轴承装压在轴的两端，然后将装好轴承的轴装入连体轴承座中的轴承孔中，要将横铺 的轴一个紧挨一个装满左右轴承架，装满全路，即可在左右轴承架的上方各出现一股由轴承 和轴组成的轴路，可供汽车的左右车轮行驶，一条轴承公路就建成了。

汽车在柏油路上行驶，由于车辆本身的压力，汽车的前后轮胎约有十几厘米在柏油路上 被压成平面，因此，汽车在轴路上行驶同在柏油路上行驶一样，并不会因为轴路高低不平汽 车有所颠簸。汽车在轴承公路上行驶同火车一样面临着一些难题，这些难题不解决，轴承公 路也是不能成立的。

难题一：动轮空转问题，要同火车一样采用凹凸型外带，可以解决动轮空转问题，

难题二：高速行驶在轴路上的汽车如何制动是个大难题，同火车一样，采用压缩空气喷 发制动器，它的制动作用有三：一、现在的汽车制动闸，当司机踩下制动闸到汽车停下有一 个过程，因为它是靠车轮与地面产生的摩擦力制动，压缩空气制动器靠压缩空气喷发的反作 用力把汽车向后推拉而制动，制动的过程要短得多，能避免现用车闸无法避免的一些事故， 特别是一些车毁人亡的重大事故，或减轻事故造成的损失。二是喷发出的强大气流能将车前 的人和物向前推出一定距离而避免一些事故；三是气体喷发制动不受雨雪天路滑刹车失灵的 影响，可避免因路滑引发的事故。压缩空气喷发制动器有单喷发口和双喷发口两种，单喷发 口压缩空气喷发制动器由进气口、总气缸、气压表、安全阀、活塞、弹簧、弹簧拉绳、喷 发筒和喷发口以及司机控制的制动阀等组成，装在汽车左右两侧的下部。双喷发口压缩空气 喷发制动器由进气口、总气缸、气压表、安全阀、左右活塞、左右弹簧、左右弹簧拉绳、 左右喷发筒和左右喷发口以及一个由司机控制的制动阀组成。双喷发口压缩空气喷发制动器 适用于小轿车，例如将总气缸置于小轿车的后备箱部位，左右喷发筒置于小轿车两侧下部， 左右喷发口则开口于车前部下方，以上均用三级制动：司机拉一级制动，弹簧被压缩1/3， 活塞开放1/3，喷口喷出一级气流；拉动二级制动，弹簧压缩2/3，喷口喷出二级气流；拉动 三级制动，弹簧被全部压缩，喷发口喷出最强大气流。当司机放开制动阀，弹簧拉绳当即松 开，弹簧立即将活塞推回原位，喷发口停止喷发，制动立即解除。压缩空气要向商家购买。

难题三：上坡下坡问题，同轴承铁路一样难度较大，应取消轴路改为普通柏油路面，若 因汽车功率小，上下坡有困难，可备几辆大功率的汽车助推，也可使用巨型平面涡卷弹簧或 巨型压缩弹或其他机械助推汽车上坡和牵引汽车下坡。

为了节省能源山区也应该发展轴承公路，不论是平地还是坡地全部采用由轴承和轴组成 的轴路，同时，车轮也要全部采用凹凸型橡胶外带，装这种外带的汽车既能在轴路上行驶， 也能在柏油路面上行驶。轴承公路与其他公路的一个不同点，就是轴承公路不能超车，这会 给人们带来不便，同时也能避免因超车引发的事故。

轴承公路的种类与轴承铁路相同，可建造滑动轴承公路、滚动轴承公路以及老式轴承公 路。

小轿车轴承公路和轴承公路的主要区别是轴承公路有两股轴路供左右车轮行驶，小轿车 轴承公路只有一条较宽的轴路供小轿车行驶。

轴承铁路和传统铁路相比有那些优势呢？

两相比较，轴承铁路最大的优势是能大幅度的节省能源。传统铁路的车轮在平面轨道上 滚动，是球面与平面相摩擦；轴承铁路的车轮在由轴承和轴组成的轴轨上滚动，是球面与曲 面相摩擦，后者的摩擦力较前者小得多，故能大幅度节省能源。我国已经进入了能源资源的 困难时期，而火车和汽车又都是耗能大户，若能大幅度节省能源，将能缓解我国能源紧张的 矛盾，特别是原油一紧张的矛盾。火车汽车节省能源最直接的经济效益是运输成本降低，全 国人民都将是受益者；它的社会效益是有利于球保，向大气排放的二氧化碳若有所减少，世 界人民都是受益者。

轴承铁路和传统铁路比较，它的第二大优势是有利于发展高速铁路。我国的传统铁路在 较短的时间内，提速已经达到或接近时速200公里，这是一个奇迹。但是，提速是有极限的。 因此，必须发展高速铁路，传统铁路不可能发展成为高速铁路，轴承铁路不同，普通轴承铁 路和高速轴承铁路的区别就在于标准的高低和质量的高低，如果轴承铁路的各个方面和各种 部件都达到了高标准和高质量，那就是轴承式高速铁路了。

附图说明：

下面结附图对本发明轴承铁路的结构和技术内容作进一步说明；

图1为本发明轴承铁路整体连接结构图；

图2为压缩空气喷发制动系统图；

图3为单喷口压缩空气喷发制动器图；

图4为双喷口压缩空气喷发制动器图；

参看图1，本发明轴承铁路由轨枕1、轴承架2、轴承座3、轴承和轴4、左槽帮5、右槽帮 6、轴承座顶盖7、顶盖左钢柱8、顶盖右钢柱9、左保险杠10、右保险杠11、车轮12等组 成。

参看图2，压缩空气喷发制动系统由空气压缩机1、总气缸2、分气缸输气管3、气压表 4、安全阀5、活塞6、弹簧7、弹簧拉绳8、喷发筒9、喷发口10等组成。

参看图3，单喷口压缩空气喷气制动器，由进气口1、总气缸2、气压表4、安全阀5、活 塞6、弹簧7、弹簧拉绳8、喷发筒9、喷发口10等组成。

参看图4，双喷口压缩空气喷发制动器由进气口1、总气缸2、气压表4、安全阀5、左 右活塞6、左右弹簧7、左右弹簧拉绳8、左右喷发筒9、左右喷发口10等组成。

                             具体实施方式

本发明轴承铁路和轴承公路以老式轴承铁路和老式轴承公路结构最为简单，造价特别低 廉，易于建造，是实施本发明的优选方式，在实施老式轴承铁路和老式轴承公路的基础上， 逐步积累经验，再进一步实施滑动轴承铁路和滑动轴承公路，最后再实施滚动轴承铁路和滚 动轴承公路。