монорельсовая транспортная система для транспортирования пассажиров и грузов

Формула изобретения

1. Монорельсовая транспортная система для транспортирования пассажиров и грузов, состоящая из монорельсового пути, станций, вагонов, а также приводов вагонов, размещенных на станциях, и маховиков, установленных в вагонах, отличающаяся тем, что приводы вагонов представляют собой двигатели с установленными на их валах муфтами сцепления и приводными полумуфтами, а маховики соединены с ответными приводными полумуфтами, при этом муфты сцепления выполнены с возможностью уравнивания скоростей приводных полумуфт перед вхождением их в зацепление, а маховики - с возможностью передачи энергии к преобразователям движения.

2. Монорельсовая транспортная система по п.1, отличающаяся тем, что монорельсовый путь выполнен Т-образного поперечного сечения, вагоны содержат опорные колеса для опоры на рельс, боковые колеса для ограничения поперечного смещения, и оппозитно размещенные опорным дополнительные колеса для ограничения вертикального смещения.

3. Монорельсовая транспортная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вагоны снабжены воздухозабором, вентилятором, и воздуховодным каналом, нижняя поверхность вагонов выполнена профилированной, воздуховодный канал размещен между воздухозабором, вентилятором и нижней поверхностью вагонов.

4. Монорельсовая транспортная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вагоны выполнены с секционными дверями, охватывающими каждую боковую поверхность вагона.

5. Монорельсовая транспортная система по п.4, отличающаяся тем, что секционные двери выполнены составными из двух частей, верхняя из которых размещена под крышей, а нижняя - на днищевой части.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспорта, а именно к монорельсовому транспорту.

Известен способ транспортирования пассажиров и грузов в вагонах по рельсовому пути со станциями, применяющийся на железнодорожном транспорте, в котором вагоны перемещают с помощью энергии приводов, установленных в вагонах. [1]

Однако обычный двухрельсовый путь и стандартные вагоны с использующейся уже более 100 лет колесной тележкой требуют значительных расходов на строительство и эксплуатацию, а пассажиропоток не всегда удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям и не обеспечивает необходимые в современных мегаполисах уровни перевозок пассажиров и грузов.

Именно поэтому во многих городах мира построены и успешно эксплуатируются монорельсовые транспортные линии в виде монорельсового пути со станциями и движущимися по этому пути вагонами. Однако приводы размещены в самих вагонах, а энергия передается на них через токосъемники с энергетических несущих проводников, в качестве которых могут использоваться как отдельные провода, параллельные монорельсовому пути, так и одним из проводников может использоваться сам монорельсовый путь (см. ссылку [3]). Это частично нивелирует преимущества монорельсового транспорта, поэтому для улучшения его характеристик необходимо ввести другие приводы.

Известен пример-аналог, в котором для перемещения транспортных средств применяется привод, находящийся на транспортном средстве (в данном случае, на автобусе) и использующий энергию маховиков, раскручиваемых на конечных остановках [2].

Признак аналога - перемещение с использованием энергии маховиков. Получению требуемого технического результата мешают различные препятствия, возникающие при перемещении автобуса по городу (например, пробки), и вследствие этого постоянное повышенное использование энергии, и, в конечном итоге, полная остановка далеко до станции подзарядки. В связи с этим после неоднократных и длительных экспериментов в различных странах, в том числе, и проводившихся отечественными разработчиками, от использования такого привода на автобусах пришлось отказаться.

Одним из наиболее близких к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является техническое решение, описанное в источнике [3].

Признак аналога - наличие монорельсового пути со станциями, по которому с использованием приводов перемещают вагоны с пассажирами и грузами. Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: перемещение с постоянным использованием энергии питающей сети, т.е. большой расход электроэнергии, а также значительные затраты на прокладку и эксплуатацию транспортной системы из-за необходимости использования контактных проводов и связанных с этим проблем с передачей энергии через токосъемники.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является техническое решение, в котором используются подвесные монорельсовые дороги и построенные на их базе автоматизированные подъемно-транспортные системы и комплексы. Ведущие фирмы в данной области - "Translift" (Германия), "Telelift" (Германия), "Thyssen" (Германия), "Mannesmann Demag" (Германия), "Siemens" (Германия), "ROFA" (Германия), "Pianelli and Traversa" (Италия), "Daifuku" (Япония).

В аналоге описан способ транспортирования пассажиров и грузов в вагонах по монорельсовому пути со станциями, заключающийся в том, что транспортное средство перемещают по монорельсовому пути с использованием приводов.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата: перемещение с постоянным использованием энергии питающей сети, т.е. большой расход электроэнергии, а также значительные затраты на прокладку и эксплуатацию монорельсового транспорта из-за необходимости использования токонесущих проводников и токосъемников.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является техническое решение, описанное в ближайшем аналоге по SU 1100169 А, В61В 13/12, приоритет от 30.06.84, в котором описан способ транспортирования пассажиров и грузов в вагонах по монорельсовому пути со станциями, заключающийся в том, что вагоны перемещают с использованием энергии маховиков, установленных в вагонах, по монорельсовому пути с использованием приводов.

Недостатками известного технического решения является наличие участка зубчатой рейки, по которой должно прокатываться зубчатое колесо, раскручивая маховик. Это не позволяет, в отличие от заявленного варианта, осуществлять вход и выход пассажиров из вагонов во время раскручивания маховиков. Дополнительный участок зубчатой рейки или чего-либо аналогичного дороже и затрудняет строительство и эксплуатацию транспортной системы.

Сущность изобретения

Создание экономичного монорельсового транспорта со сниженными энергетическими затратами по сравнению с существующим транспортом. В данном изобретении реализованы технические решения, направленные на снижение потерь и уменьшение энергозатрат при перемещении транспорта, при одновременном упрощении погрузочно-разгрузочных операций (вход и выход пассажиров).

Признаки изобретения, совпадающие с аналогом: способ транспортирования пассажиров и грузов в вагонах по монорельсовому пути со станциями, заключающийся в том, что вагоны перемещают с использованием энергии маховиков, установленных в вагонах, по монорельсовому пути с использованием приводов. В последующих пунктах используется понятие «Монорельсовое транспортное средство» - вагоны, перемещающиеся по одному рельсу.

Отличительные признаки изобретения:

1. Вагоны перемещаются с использованием энергии маховиков, установленных в вагонах, а маховики раскручивают, приводя в сцепление с приводами на станциях во время остановок.

2. Приводы маховиков размещены на станциях и представляют собой двигатели с муфтами сцепления и приводными муфтами; в вагонах установлены маховики с преобразователями движения, маховики соединены с ответными блоками приводных муфт.

3. Монорельсовый путь выполнен в виде рельса (балки) Т-образного поперечного сечения, вагоны содержат опорные колеса для опоры на рельс, боковые колеса для ограничения поперечного смещения и оппозитно размещенные опорным, дополнительные колеса для ограничения вертикального смещения.

4. Вагоны снабжены воздухозабором, вентилятором и воздуховодным каналом, нижняя поверхность вагонов выполнена со специальным профилированием, воздуховодный канал размещен между воздухозабором, вентилятором и нижней поверхностью вагонов.

5. Вагоны выполнены с секционными дверями, охватывающими каждую боковую поверхность вагона.

6. Секционные двери выполнены составными из двух частей, верхняя из которых размещена под крышей, а нижняя - на днищевой части.

В результате может быть получено экономичное монорельсовое транспортное средство. Экономия выражается в меньших материальных и энергетических затратах на производство и эксплуатацию транспортного средства (см. Таблицу 1).

Изобретение поясняется чертежами, на которых

Фиг.1 - общий вид поезда на станции в разрезе.

Фиг.2 - общий вид поезда с монорельсовым путем.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, представлены также в Табл. 1.

Средства реализации изобретения разбиваются на несколько составных частей:

1. Реализация монорельсового пути. Монорельсовый путь прокладывается аналогично автомобильным мостам (на бетонные опоры устанавливаются Т-образные балки).

2. Реализация поезда. Обеспечивается сборкой вагона в заводских условиях по образцу вагонов типа монорельс с использованием новых дополнительных конструктивных элементов. Установка дополнительных элементов производится аналогично установке таких элементов в авиационной, автомобильной и железнодорожной промышленности.

3. Реализация станций. На станциях типа метрополитеновских - железнодорожных - монорельсовых дополнительно устанавливаются электромоторы с муфтами.

4. Установка специальной электрической сети по всей протяженности монорельсового пути для обеспечивания электропитания монорельса не требуется. Питание происходит от обычной городской (промышленной) сети и необходимо только в местах нахождения станций.

Конструкция поезда для движения по монорельсу (см. фиг.1).

Первый вагон 1 поезда для движения по монорельсу, далее, поезда, выполнен из алюминиевых или других облегченных панелей 2, навешенных на жесткую раму 3 безопасности. На Т-образный монорельс опираются пневматики 5 (надувные колеса с рессорами), приводимые в движение приводами движения, выполненными в виде электродвигателей 6 с редукторами (не показаны). На раме 3 кроме пневматиков 5 установлены маховики 7, на оси которых размещены электрогенераторы 8. В носовой части вагона 1 размещена кабина управления 9 поездом, в которой установлены кресло 10 для водителя на время испытаний или в случае отказов оборудования и компьютерная система 11 управления движением поездом. В носовой части размещена решетка 12 воздухозаборника, через которую воздух нагнетается под корпус вагона 1 со специально спрофилированной днищевой частью для обеспечения аэродинамической подъемной силы с целью уменьшения трения качения пневматиков 5 по монорельсу 4. В носовой части также находятся прожекторы 13 со встроенными локаторами. Монорельс 4 установлен на опорах 14. Станционная платформа 15 размещена на опорах 16. На валу маховика 7 установлена часть 17 датчика системы синхронизации и полумуфта 18. Ответная полумуфта 19, вторая часть 20 датчика системы синхронизации и автоматическая электромагнитная муфта сцепления 21 установлены на валу приводного электродвигателя 22, установленного под платформой 15. В вагоне 1 выполнены раздвигающиеся или раскрывающиеся каким-либо другим образом двери 23 для входа и выхода пассажиров, окна 24, установлены кресла для пассажиров 25. С помощью шарнирных тамбуров, прикрытых "гармошками" 26, головной вагон 1 соединен со следующим вагоном 27. Вагоны 1 останавливаются у платформ 15 на станциях 28.

Способ реализуется следующим образом: по Т-образному монорельсовому пути 4 на пневматиках 5 движется вагон 1 при передаче энергии от маховиков 7 через генераторы 8, электрически соединенные с двигателями 6. Последние вращают пневматики 5. При подходе к станции вагон 1 тормозится, полумуфта 18 стыкуется с полумуфтой 19, и через нее двигатели 22 раскручивают маховики 7, и поезд 1, посадив и высадив пассажиров и перегрузив грузы, отходит от платформы 15 и движется к следующей из станций 28.

Поезд используется следующим образом. Во время стоянки возле платформы 15 пассажиры входят и выходят из вагона 1 на платформу 15. В это время части 17 и 20 датчика системы синхронизации определяют взаимные скорости и выдают сигнал на электромагнитную муфту 21 сцепления, которая уравнивает скорость части 19 муфты с частью 18 и перемещает часть 19 так, чтобы части 18 и 19 вошли в зацепление. После этого электромагнитная муфта 21 постепенно начинает передавать все более и более высокие обороты от работающего электродвигателя 22 до тех пор, пока полностью не начинает передавать его вращение с полной скоростью, тем самым раскручивая до той же скорости маховик 7. После достижения маховиком 7 полной скорости вращения вала электродвигателя 22 части 18 и 19 муфты расстыковываются, генераторы 8 через соответствующую систему управления начинают подавать питание на электродвигатели 6, а те, в свою очередь, начинают вращать пневматики 5. После достижения определенной скорости движения воздух, входящий за счет движения вагона 1 через решетку воздухозаборника 12, а также дополнительно нагнетаемый при заборе также через эту же решетку, подается под вагон для снижения затрат энергии на трение качения. Поезд движется таким образом до начала торможения перед следующей станцией 28, где наддув под вагон 1 снижается.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в экономии электроэнергии при движении и в экономии затрат на прокладку, при строительстве и эксплуатации. Затраты на эксплуатацию снижаются за счет того, что не происходит износа контактных проводников и токосъемников.

Сводные данные, как уже указывалось, представлены в Табл.1. Сравнение с известными монорельсовыми дорогами не представлено по той причине, что официальные данные по ним отсутствуют, а эксперименты на макетах позволили установить, что они обладают более низкими характеристиками, чем, например, метрополитен, а потому сравнение проводится, среди прочих, именно с последним видом транспорта, так как предлагаемое транспортное средство и метрополитен принадлежат к одному классу транспортных систем и их функциональное сравнение правомочно. Эксперименты на макетах разнообразной конфигурации позволили установить, что данные по предлагаемому монорельсовому транспортному средству в Табл.1 являются нижней границей преимуществ заявляемого изобретения, и могут быть улучшены.

Таблица 1
Сравнительные характеристики различных видов транспорта
Характеристика	Вид транспорта
	Скоростной трамвай	Городская железная дорога	Транспорт на магнитном подвесе на электромагнитном принципе	Транспорт на магнитном подвесе на электродинамическом принципе	Метрополитен	Предлагаемый монорельс
1	2	3	4	5	6	7
Стоимость строительства 1 км пути, млн. долл. США	15,0	20,0	24,2	31,5	60,0	2,8-4,3
Стоимость одного вагона, млн. долл. США	1,65	2,2	3,0	9-12	2,6	0,1-0,13
Удельный расход энергии, кВт·ч/пасс.-км.	125	90	140	285	120	0,068
Затраты на поддержание в рабочем состоянии 1 км пути, млн. долл. США	-	-	-	1,6	-	0,05
Экономическая скорость, км/час	60	60	80	200	60	60-90
Надежность работы транспорта, отказов/год	30	8	12	16	72	5

Примечание: в качестве основы для расчетов использованы данные из источника [5].

Источники информации

1. Сотников Е.А. Железные дороги мира: из XIX в XXI век. М.: Транспорт, 1993, стр.177, 179, 180.

2. Автобус с маховиком. Маховик в автобусе. ВЦП №Д-34927 МФ Пер. 83-20845 Track and Transportation, 1982, v.46, №3, p.60-63. Оценка накопления энергии в электромобилях с маховиками. Burrows C.R., E.A. Sal Technical Papers Series, 1980, №800885, p.1-12.

3. Монорельсовая транспортная система. См.: Постановление Правительства Москвы от 22.05.2001 г. №463-ПП «О проектировании и строительстве объекта «Монорельсовая транспортная система»; Интернет-страница www.monorail.ru (официальный сайт ОАО «МОСКОВСКИЕ МОНОРЕЛЬСОВЫЕ ДОРОГИ», design by Patokin Wadim. Mastering by Lejankin Pavel. 2001).

4. Буркина И.В., Шемарыкин В.А., Черкасов Ю.Ю. Применение подвесных монорельсовых дорог для перемещения грузов внутри производственных и складских комплексов. (Зарубежный опыт). Обзорная информация. Серия 4. Организация складского хозяйства, механизация и автоматизация складских работ в материально-техническом снабжении. Тара и упаковка. - М.: ЦНИИТЭМС.1991. - Вып.11. - 56 с. ISSN 0203-2643.

5. В.А.Кубышкин и др. «Технико-экономическая оценка новых видов наземного транспорта», «Железнодорожный транспорт», №3, 1996, с.73-77.

6. SU 1100169 A, B61B 13/12, приоритет от 30.06.84.