НАДЗЕМНАЯ СТРУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА С КРЕМАЛЬЕРОЙ

Область техники/применения, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области инфраструктуры транспортной системы для организации перевозок людей и грузов по транспортным системам с путевой структурой, подвесного и/или эстакадного типов. Расположение станции/остановки может быть осуществлено на крышах (верхних конструкциях зданий) и/или внутри зданий/сооружений с перепланировкой этих сооружений, либо строительство сооружения с запланированной в нем станцией, с возможностью попадания на станцию/остановку через функциональные и конструктивные вертикальные и горизонтальные связи этого сооружения (лифт, лестница, коридор, переход и т.д.). При этом сооружение может иметь или имеет, по меньшей мере, одну станцию/остановку.
Уровень техники
Известна городская канатная дорога, содержащая концевые и промежуточные станции, дополнительно снабжена пересадочными станциями, позволяющими создавать комфорт при следовании по различным маршрутам. Вся транспортная система расположена над автомагистралями (дорогами общего пользования), что портит и засоряет ландшафт и усложняет застройку города, а сложность системы конвейеров с механической переадресацией пассажирских вагонов на другие пути движения добавляет вероятности аварийных происшествий. А также основа транспортной системы - канатная дорога - рассчитана на весьма ограниченные скорости подвижных единиц и может быть использована на трассах сравнительно небольшой протяженности, т.к. с увеличением протяженности существенно возникают серьезные проблемы, связанные с наличием тягового каната. (Пат. РФ №2412840 С1, кл. В61В 7/00 (2006.01)).
Известна эстакадная станция (надземная станция), конструкции которой приподняты над поверхностью земли на металлических или железобетонных опорах. Может принадлежать части систем городских железных дорог, метрополитенов, легкорельсового транспорта (в зависимости от исполнения, количества вагонов и массогабаритных параметров подвижного состава) проложенных над землей на эстакаде. Достоинства станций эстакадного типа: под строящимися эстакадами располагаются существовавшие ранее и работающие развязки, автодороги и инженерные коммуникациями; нет типичных проблем с вентиляцией как в подземной части метро. Из-за передвижения тяжелого рельсового транспорта по путям транспортной системы создается шум, что негативно сказывается на жителях близрасположенных домов, а размеры и вес транспортных средств предполагает под собой строительство длинных и массивных станций, а также массивных опор и путей, что портит ландшафт в пределах всей эстакадной системы. Поэтому такой тип станций и транспортной системы годен для удаленного расположения от мест жизни и деятельности людей (http://metro.molot.ru/line_11.shtml).
Известна струнная транспортная система Юницкого, включающая в себя, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между ними (Пат. РФ №2325293 С2, кл. В61В 3/02, В61В 7/06, Е01В 25/22) (http://a-nomalia.narod.ru/st/40.htm).
Данная транспортная система хороша для городских условий с плотной застройкой, т.к. расстояние между домами редко превышает 50 метров, а расстояние между домами высотой 4 и более этажа, согласно «ТСН 30-303-2000 МО Планировка и застройка городских и сельских поселений» по п.5.8 (http://www.gosthelp.ru/text/TSN303032000Planirovkaiza.html), должно быть не менее 20 метров, чего достаточно для протяжения одного пролета между сооружениями.
Струнная транспортная система Юницкого не имеет швов и технологических разъемов, которые имеются на стыке между сегментами железнодорожных рельс, что обеспечит бесшумность передвижения транспорта.
Из-за значительной массы подвижного состава существующего городского транспорта, приходящейся на одного пассажира, высокого сопротивления его движению (аэродинамическое сопротивление, сопротивление качению колеса, сопротивление, создаваемое в токосъеме), подвижной состав имеет избыточную мощность привода: 3-4 кВт и более на одного пассажира для автобуса, троллейбуса, трамвая (а при малой загрузке, что в основном, и имеет место - 10-15 кВт/пасс.), 5-6 кВт/пасс, и более для микроавтобуса, 20-50 кВт/пасс, и более для такси и личных автомобилей. У модулей СТ (струнного транспорта), сухой вес около 3 тонн при вместимости до 40-45 пасс., мощность двигателя составит 1,5-2 кВт/пасс., поэтому при одинаковой транспортной работе по расходу энергии СТЮ будет экологичнее существующего городского общественного транспорта в 1,5-2 раза, легковых автомобилей - в 10-20 раз и более.
Струнный транспорт является самым экологически чистым транспортом среди известных (в том числе в сравнении с троллейбусом и трамваем) благодаря стальному колесу и стальному рельсу (сопротивление качению колеса модуля ниже чем у резинового колеса троллейбуса в 20-30 раз), высокой аэродинамичности корпуса (лучше, чем у троллейбуса и трамвая в 5-6 раз) и меньшей материалоемкости подвижного состава, на разгон и торможение которого, в основном, и затрачивается энергия (80-100 кг сухого веса на пассажира, против 150-300 кг/пасс. у трамвая и троллейбуса). Соответственно, при одинаковой транспортной работе СТЮ меньше всего потребит электрической энергии (для электрифицированного варианта)).
В струнной транспортной системе Юницкого не учтена неравномерная застройка города по высоте, что делает систему не жизнеспособной в условиях города, а также не продумана система расположения пунктов или возможности посадки и высадки пассажиров из транспортных единиц струнной транспортной системы.
За основу надземной струнной транспортной системы с кремальерой взята струнная транспортная система Юницкого (Пат. РФ №2325293 С2, кл. В61В 3/02, В61В 7/06, Е01В 25/22)
Раскрытие полезной модели.
В основу надземной струнной транспортной системы с кремальерой положена задача создания системы преодоления углов наклона на транспортных путях, образованных разницей в высоте зданий/сооружений, между которыми пролегают струнные транспортные пути, а также создания системы пунктов посадки и высадки пассажиров.
Решение поставленной задачи по созданию системы преодоления углов наклона на транспортных путях, образованных разницей в высоте зданий/сооружений, между которыми пролегают струнные транспортные пути, а также создание системы пунктов посадки и высадки пассажиров обеспечивается тем, что если транспортные пути имеют угол наклона, на котором силы трения стальных колес транспортного средства и рельса недостаточно для их сцепления, то на таких участках устанавливается вспомогательный рельс с кремальерой, расположенный посередине 2 рельсовых нитей транспортных путей, идущий параллельно основным транспортным путям, проходящий вплоть до места, где угол, на котором силы трения стальных колес транспортного средства и рельса достаточно для их сцепления, либо либо кремальера осуществляется непосредственно на самих транспортных путях на участках, где силы трения стальных колес транспортного средства и рельса недостаточно для их сцепления, в таком случае вспомогательный рельс не требуется; а также создание станций и/или остановочных пунктов на крышах (верхних конструкциях) зданий/сооружений или, если транспортный путь проходит через сооружение, в самом сооружении, тем самым обеспечивая непосредственную близость посадочного пункта пассажирам транспортной системы. На станциях или вне станций предусмотрены разветвление путей для увеличения количества маршрутов для транспорта.
Раскрытие задачи
Струнная транспортная система, включающая, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между опорами, отличается тем, что имеет станции/остановки на крышах (верхних конструкциях) зданий или сооружений либо в зданиях или сооружениях, что снизит усилия людей для достижения посадки в транспортное средство, если бы станция/остановка находилась бы на расстоянии от места жительства.
Территория станции/остановки обнесена оградой, за исключением входа и выхода транспортных путей.
Территория станции имеет крышу (навес). Крыша имеет каркасную конструкцию, выполненную из ребер.
Имеющиеся лестничные марши имеют выход на крышу (на верхние конструкции) здания/сооружения. Таким образом, обеспечивается выход на станцию/остановку.
Если в здании/сооружении есть лифт, то лифтовая шахта выносится на крышу здания/сооружения, обеспечивая тем самым выход на станцию/остановку. При этом все конструкции и механизмы (в том числе машинное отделение) относящиеся к лифту, находившиеся ранее на самой крыше, выносятся на уровень выше существующего.
Через станцию/остановку проходят транспортные пути.
Основные транспортные пути состоят из двух параллельно направленных рельсов. Для обеспечения большей устойчивости транспортного модуля, находящегося в подвешенном состоянии по отношению к путям, и увеличения воспринимаемой массы транспортных модулей на один пролет между опорами/зданиями/сооружениями, ширина колеи превышает ширину транспортных модулей для обеспечения свободного прохода между ними во время перехода на станционный либо переходной рельс. Два параллельно направленных рельса также обеспечивают фиксированное положение для захода на станционный или переходной рельс, нежели основными транспортными путями был бы монорельс, не обеспечивающий фиксированного перпендикулярного положения по отношению к двойным параллельно направленным рельсам для захода на них, если они были бы станционными.
Основные транспортные пути соединяются перемычкой, которая может выступать не только как элемент, фиксирующий расстояние между двумя параллельно направленными рельсовыми нитями транспортных путей, но и являться конструктивным элементом, который фиксирует рельсовые нити на территории станции/остановки или в любом другом месте (например, на опоре), требующем этого расстояние.
Если транспортные пути имеют сквозное движение без дополнительного станционного рельса для схода на/с него транспортных модулей для стоянки/остановки, то такой вид сооружения называется остановкой. Таким образом, достигается дешевизна и простота сооружаемых конструкций, но в таком случае транспортные модули должны идти на расстоянии достаточном, чтоб не образовывалось остановки движения (принцип движения поездов в метрополитене).
Если транспортные пути имеют сквозное движение с дополнительным станционным рельсом для схода на/с него транспортных модулей для стоянки/остановки, то такой вид сооружения называется станцией. Таким образом, достигается сквозное безостановочное движение транспортных модулей через станцию. При этом на станции имеется, по меньшей мере, 1 станционный рельс. Станционный стальной рельс имеет жесткую монолитную структуру, в отличие от основных транспортных путей, что позволяет делать изгибы и повороты на станции.
Станционный рельс включает в себя 3 основных участка: участок А
- прямой участок, идущий параллельно основным транспортным путям - заезд на станционный рельс; участок С - участок, находящийся на уровень выше основных транспортных путей и идущий параллельно платформе/полу станции, на котором производится стоянка/остановка прикрепленных к нему транспортных модулей, посадка/высадка пассажиров; участок В - соединение между участками А и С, имеющее сопряжения этих участков и прямой участок между ними, что обеспечивает плавность схода на/с основных транспортных путей. Если участок С находится в иной вертикальной плоскости относительно основных транспортных путей, проходящих через станцию/остановку, то соединение (участок В) может иметь сложную форму, т.е. сопряжении и прямых участков может быть несколько и быть в разных плоскостях. Станционный рельс предполагает под собой инерционный заезд/съезд с/на основных транспортных путей.
Станционный рельс имеет Т-образную форму и начинается/заканчивается по центру колеи основных транспортных путей. Горизонтальная сторона станционного рельса имеет зубцы для осуществления реечной передачи (кремальеры) для обеспечения фиксированного заезда/съезда на/с станционного рельса, т.к. угол съезда/заезда превышает угол, на котором силы трения стальных колес транспортного средства и рельса недостаточно для их сцепления. Форма станционного рельса продиктована следующими факторами:
1) для осуществления кремальеры необходимы равные шаг между зубцами и их размер, как на колесах, так и на самом рельсе, поэтому поверхность контакта колес транспортного средства и станционного рельса стремится к точке, т.к. на станционном рельсе имеются повороты, незначительно увеличивающие шаг зубцов на внешнем радиусе поворота относительно внутреннего, с учетом, если шаг зубцов внутреннего участка поворота не изменился. Радиусы поворота незначительны для данной схемы, но исключают схему с двойным рельсом, которые имели бы разное расстояние прохождения поворотов (радиусов) и асимметричность работы двигателей (моторов), что усложнило бы всю схему работы;
2) по центру станционного рельса расположено ребро жесткости, которое также является основой для крепления к конструктивным перемычкам, фиксирующих станционный рельс на конструкциях станции;
3) необходим симметричный захват станционного рельса зажимным станционным механизмом, т.к. это придает фиксированное положение на нем относительно движения влево - вправо, а также не дискриминирует транспортные модули по стороне движения (как это сделано в прицепном механизме к тяговому канату в кабинках канатной дороги).
Если требуется перейти на транспортные пути иного маршрута, то существует рельс переходного типа. Его принцип похож на принцип станционного рельса с той разницей, что сход с него осуществляется на транспортные пути иного маршрута, что обеспечивает разветвленность транспортной системы.
Если основные транспортные пути имеют угол наклона, на котором силы трения стальных колес транспортного средства и рельса недостаточно для их сцепления, то на таких участках устанавливается вспомогательный рельс, похожий на станционный рельс, с той разницей, что он имеет только участок А, проходящий вплоть до места, где угол, на котором силы трения стальных колес транспортного средства и рельса достаточно для их сцепления.
Альтернативный вариант преодоления углов наклона на основных транспортных путях является осуществление кремальеры непосредственно на них (струнная транспортная система с кремальерой (с примером прямозубого типа зубьев)): на данных участках основных транспортных путей на внешних частях головки рельса имеется зубчатая рейка, расположенная непосредственно под кромкой колеса, имеющее зубцы, для осуществления кремальеры. При этом кремальера выступает исключительно в роли фиксатора колеса транспортного средства на участках транспортных путей, имеющих наклон, а вся нагрузка воспринимается поверхностью качения головки рельса. Необходимость оборудования и внешней, и внутренней частей рельса (не только внешней, но и внутренней частей рельса относительно колеи) зубцами продиктована необходимостью увеличения ресурса зубчатой рейки, имеющей общее тело с головкой рельса: увеличение площади касания зубьев, следовательно, предупреждение повышенного износа и увеличение срока эксплуатации. При такой конструкции головки рельсовой нити сама конструктивная схема рельсовой нити: напряженный силовой орган, заключенный в корпус с расположенной сверху головкой рельса (пат. РФ №2325293 С2, кл. В61В 3/02, 7/06; Е01В 25/22 (2006.01)) - остается неизменной. На участках, где кремальера не требуется, рельсовая струна имеет головку только с поверхностью качения, а зубцы на колесе играют роль кромок-ограничителей колеса. Кроме прямозубого типа зубьев (который рекомендуется использовать), также может быть применен косозубый тип, т.к. он обеспечивает плавный ход и предельный крутящий момент, но увеличивает трение и уже будет дискриминировать транспортные средства по стороне движения, а также на наклонных участках путей будет диссонанс между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей, где направление угла наклона обеих составляющих может быть сближен, что приведет к снижению эффективности такой системы (по сути получается шевронное колесо, разделенное поверхностью качения). Если же применить насечку зуба в форме V, то мы получим по сути двойное шевронное колесо (в форме W), разделенное поверхностью качения и проблема диссонанса между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей будет решена, но это сильно усложнит транспортную систему. (По сути, изменена только головка рельсовой нити)
Применение любого вида наклонных зубьев (косозубые колеса, шевронные колеса) сделает кремальеру жесткой по отношению к люфту положения колеса вправо-влево (в отличие от прямозубых колес), что потребует более точного планирования транспортной системы и модулей, а также сделает ее дороже.
Краткое описание чертежей.
Фиг.1 - остановка (пример, вид спереди).
Фиг.2 - остановка (пример, вид сверху).
Фиг.3 - остановка (пример, вид сбоку).
Фиг.4 - станция (пример, вид спереди).
Фиг.5 - станция (пример, вид сверху).
Фиг.6 - станция (пример, вид сбоку).
Фиг.7 - станционный рельс (вид спереди).
Фиг.8 - станционный рельс (вид сбоку).
Фиг.9 - разрез рельсовой нити основных транспортных путей с кремальерой и взаимодействующего с рельсом колеса транспортного средства.
Фиг.10 - примеры вырезов на шейке (ребре) станционного рельса.
На фигурах 1-6 видно, что струнная транспортная система, проходящая через крышу 1 (верхние конструкции) зданий/сооружений либо через здания/сооружения (не показано) имеет станции 2 (фиг.4-6)/остановки 3 (фиг.1-3) на крышах 1 (верхних конструкциях) зданий/сооружений.
На фигурах 1-6 видно, что территория станции 2/остановки 3 обнесена оградой 4, за исключением входа и выхода транспортных путей 4а, а также входа и выхода станционного рельса 9 на/со станции 4а. Территория станции имеет крышу (навес) 11. Крыша 11 имеет каркасную конструкцию выполненную из ребер 5. Имеющиеся лестничные марши 6 имеют выход на крышу (на верхние конструкции) здания/сооружения. Таким образом обеспечивается выход на станцию/остановку. Если в здании/сооружении есть лифт, то лифтовая шахта 7 выносится на крышу здания/сооружения, обеспечивая тем самым выход на станцию/остановку. При этом все конструкции и механизмы (в том числе машинное отделение 7а) относящиеся к лифту, находившиеся ранее на самой крыше, выносятся на уровень выше существующего. Через станцию/остановку проходят основные транспортные пути 8. Основные транспортные пути соединяются перемычкой 8А, которая может выступать не только как элемент, фиксирующий расстояние между двумя параллельно направленными рельсовыми нитями транспортных путей, но и являться конструктивным элементом, который фиксирует рельсовые нити на территории станции/остановки или в любом другом месте (например, на опоре), требующем этого расстояние.
Фиг.4-6. Если транспортные пути 8 имеют сквозное движение с дополнительным станционным рельсом 9 для схода на/с него транспортных модулей для стоянки/остановки, то такой вид сооружения называется станцией 2, и вся территория станции поднимается на уровень выше 2а проходящих основных транспортных путей 8. Таким образом достигается сквозное безостановочное движение транспортных модулей через станцию. При этом на станции имеется по меньшей мере один станционный рельс 9. Станционный рельс 9 имеет жесткую монолитную структуру, в отличие от основных транспортных путей 8, что позволяет делать изгибы и повороты на станции 2 не используя дополнительных конструкций, применяемых для основных транспортных путей 8.
На фигуре 4 видно, что станционный рельс включает в себя 3 основных участка: участок 9А - прямой участок идущий параллельно основным транспортным путям 8 - заезд на станционный рельс; участок 9С - участок, находящийся на уровне выше 2а основных транспортных путей 8 и идущий параллельно платформе/полу станции, на котором производится стоянка/остановка прикрепленных к нему транспортных модулей, посадка/высадка пассажиров; участок 9В - соединение между участками 9А и 9С, имеющее сопряжения этих участков и прямой участок между ними, что обеспечивает плавность схода на/с основных транспортных путей 8. Если участок 9С находится в иной вертикальной плоскости относительно основных транспортных путей 8, проходящих через станцию/остановку, то соединение (участок 9В) может иметь сложную форму, т.е. сопряжении и прямых участков может быть несколько и быть в разных плоскостях 9.1 (показано на фиг.5 и фиг.6).
На фиг.1-3 видно, что если транспортные пути имеют сквозное движение без дополнительного станционного рельса для схода на/с него транспортных модулей для стоянки/остановки, то такой вид сооружения называется остановкой 3. Таким образом достигается дешевизна и простота сооружаемых конструкций, но в таком случае транспортные модули должны идти на расстоянии достаточном, чтоб не образовывалось остановки движения (принцип движения электропоездов метрополитена).
На фиг.7 и фиг.8 показан станционный рельс 9, который имеет Т-образную форму и начинается/заканчивается по центру колеи основных транспортных путей. Внутренняя верхняя горизонтальная сторона станционного рельса 9 имеет зубцы 9(1) для осуществления реечной передачи (кремальеры) для обеспечения фиксированного заезда/съезда на/с станционного рельса 9, т.к. угол съезда/заезда может превышать угол, на котором силы трения стальных колес К транспортного средства и станционного рельса 9 недостаточно для их сцепления. Внешняя верхняя горизонтальная сторона рельса 9(2) имеет гладкую поверхность (поверхность качения) 9(2) для восприятия полной нагрузки транспортного модуля, в то время как зубцы играют исключительно роль кремальеры.
На фиг.7 и фиг.8 видно, что по центру станционного рельса 9 расположена шейка 9(3) (ребро) 9(3) рельса, начинающаяся вверху подошвой 9(4), которая является основой для крепления к конструктивным перемычкам 10 (видно на фиг.3, фиг.6, фиг.8), фиксирующих станционный рельс на конструкциях станции и иных конструкциях; ребро может иметь вырезы на фасаде (например, вырезы в форме треугольников таким образом, чтобы получилась решетка фермы (фиг.10)): появление вырезов позволит снизить массу рельса, при этом не изменив его конструктивных свойств, т.к. нагрузка идет на растяжение и значимым здесь является толщина шейки (ребра), относительно большая высота шейки работает как ребро жесткости, позволяя реже делать крепления к конструкциям и увеличивая пролеты между ними.
На фиг.7 и фиг.8 приведен пример с прямозубым типом зубьев. Также может быть использован косозубый тип зуба, т.к. он обеспечивает плавный ход и предельный крутящий момент, но увеличивает трение и уже будет дискриминировать транспортные средства по стороне движения, а также на наклонных участках путей будет диссонанс между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей, где направление угла наклона обеих составляющих может быть сближен, что приведет к снижению эффективности такой системы (по сути получается шевронное колесо, разделенное шейкой станционного рельса). Если же применить насечку зуба в форме V, то мы получим по сути двойное шевронное колесо (в форме W), разделенное поверхностью качения и проблема диссонанса между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей будет решена, но это сильно усложнит транспортную систему.
На фиг.9 показан разрез рельсовой нити основных транспортных путей с кремальерой, как альтернативный вариант преодоления углов наклона на основных транспортных (основные транспортные пути с кремальерой 8.1 (с примером прямозубого типа зубьев)): на данных участках основных транспортных путей на внешних частях головки 8.1C рельса имеется зубчатая рейка 8.1А, расположенная непосредственно под кромкой 8.1В1 колеса, имеющее зубцы 8.1В, для осуществления кремальеры. При этом кремальера выступает исключительно в роли фиксатора колеса 8.1Е транспортного средства на участках транспортных путей, имеющих наклон, а вся нагрузка воспринимается поверхностью качения 8.1F головки рельса. Необходимость оборудования и внешней, и внутренней частей рельса (не только внешней, но и внутренней частей рельса относительно колеи) зубцами продиктована необходимостью увеличения ресурса зубчатой рейки, имеющей общее тело с головкой рельса: увеличение площади касания зубьев, следовательно, предупреждение повышенного износа и увеличение срока эксплуатации. При такой конструкции головки рельсовой нити сама конструктивная схема рельсовой нити: напряженный силовой орган, заключенный в корпус 8.1D с расположенной сверху головкой рельса (пат. РФ №2325293 С2, кл. В61В 3/02, 7/06; Е01В 25/22 (2006.01)) - остается неизменной. На участках, где кремальера не требуется, рельсовая струна имеет головку только с поверхностью качения, а зубцы на колесе играют роль кромок-ограничителей 8.1В колеса. На фиг.9 приведен пример с прямозубым типом зубьев, но также может быть применен косозубый тип, т.к. он обеспечивает плавный ход и предельный крутящий момент, но увеличивает трение и уже будет дискриминировать транспортные средства по стороне движения, а также на наклонных участках путей будет диссонанс между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей, где направление угла наклона обеих составляющих может быть сближен, что приведет к снижению эффективности такой системы (по сути получается шевронное колесо, разделенное поверхностью качения). Если же применить насечку зуба в форме V, то мы получим по сути двойное шевронное колесо (в форме W), разделенное поверхностью качения и проблема диссонанса между углом наклона зуба и углом наклона транспортных путей будет решена, но это сильно усложнит транспортную систему. (по сути изменена только головка рельсовой нити)
Применение любого вида наклонных зубьев (косозубые колеса, шевронные колеса) сделает кремальеру жесткой по отношению к люфту положения колеса вправо-влево (в отличие от прямозубых колес), что потребует более точного планирования транспортной системы и модулей, а также сделает ее дороже.