ГОРОДСКАЯ КАНАТНАЯ ДОРОГА
MUNICIPAL ROPEWAY

Изобретение относится к транспорту для перевозки пассажиров в городской (урбанизированной) местности на электрической канатной тяге.
В структуре перевозок урбанизированной местности (супермегаполисов) выделятся три крупных транспортных яруса (горизонта) - подземный, наземный и надземный.
Подземный горизонт (метро) может быть представлен несколькими ярусами: традиционная сетка метрополитена, скоростное экспрессное метро глубокого заложения, легкое метро.
Наземный горизонт городского транспорта включает уличный транспорт (такси, специальный, служебный транспорт и т.д.) и сооружения в виде мостов, эстакад, тоннелей и выемок.
Горизонт надземного транспорта включает несколько ярусов - эстакадный, струнный, канатный.
Предложенное изобретение объединяет наземный и надземный горизонты и относится к канатному транспорту.
Известна конструкция транспортной системы «Метролюкс» (www.tomakltd.com), содержащая вагоны, перемещающиеся по рельсовым путям, проложенным в горизонтальной и наклонной плоскостях. Станции «Метролюкс» расположены на поверхности земли. Между станциями вагоны движутся подземно.
Конструкция дорогостоящая как при строительстве, так и при эксплуатации. Особенно трудоемким и затратным является поддержка в рабочем состоянии подземных выработок (тоннелей). Конструкция не безопасна с точки зрения спасения и эвакуации пассажиров при аварийных остановках. При строительстве «Метролюкс» необходимо:
- проходить подземными выработками под городской застройкой, где расположено большое количество коммуникаций;
- для станций выделять значительные площади в городской черте.
Конструкция «Метролюкс» при адаптации в урбанизированную среду нарушает ее структуру на длительное время при строительстве.
На станциях и при движении вагонов по туннелям создается шум и вибрации. Пересадка на другие пути (маршруты) осуществляется с обязательной высадкой людей из пассажирских вагонов.
Известна конструкция «метроканат» (www.gorimpex.ru), использующая технологии канатной тяги. Для перемещения пассажиров между конечными станциями используются пассажирские кабины с сиденьями.
«Метроканат» имеет ограниченное применение для урбанизированной среды, т.к. перемещение пассажиров осуществляется только между двумя станциями. Отсутствуют пересадочные станции, что создает дискомфорт пассажирам при следовании по различным маршрутам, в том числе детям и инвалидам. Вагоны подвешены на одном канате и их движение происходит по одному пути, что является небезопасным при спасении и эвакуации пассажиров в случае остановки, обрыва или заклинивания каната. Привод имеет значительные размеры и массу, размещается на станциях, что создает шум и вибрацию. Расстояние между станциями ограничено (до трех километров) диаметром несуще-тягового каната и тяговой способностью шкива привода. При увеличении расстояния между станциями габариты привода существенно возрастают. В основном находит применение для привлекательности туристических маршрутов.
Известна конструкция струнного транспорта А.Э.Юницкого (СТЮ) (Юницкий А.Э. Струнная транспортная система - транспорт будущего./ «Промышленное и гражданское строительство», №1, 2002 г., http://www.unitsky.ru).
Однопутная (или многопутная) струнная транспортная система представляет собой размещенную на стоящих через 50 метров опорах высотой 20-50 метров, предварительно напряженную растянутую канатно-балочную конструкцию, по которой движутся со скоростью 300-500 км/час на расстоянии 50 метров друг от друга автоматически управляемые специальные электромодули вместимостью до 20 пассажиров. Рельс-струна представляет собой жесткую нить, включающую балку (пустотелый рельс специальной конструкции), и размещенные внутри с провесом несколько высокопрочных стальных канатов, натянутых до суммарного усилия в несколько сотен тонн. Электрическая энергия подается через колеса, которые контактируют с токонесущими головками специальных рельсов, укрепляемых на растянутых тросах.
Система предназначена, в основном, для перемещения на большие расстояния и с большой скоростью, как транспорт между городами (магистральный транспорт). Обеспечить комфорт пассажирам в электромодулях при скоростях 300-500 км/ч проблематично. Движение с такой скоростью вызывает шум и ветер, а также неприятные ощущения для окружающих. Адаптировать струнный транспорт в урбанизированную среду сложно из-за наличия пространственной конструкции для поддержания рельс-струны в прямолинейном горизонтальном положении. Рельс-струна технически и технологически сложная, дорогостоящая конструкция. В настоящее время промышленных аналогов рельса-струны еще нет. Станции служат как якорь для натяжения рельса-струны, что значительно увеличивает их габариты и массу. Безопасность такой конструкции сомнительна в части устойчивости электромодулей на рельс-струне при движении. Проведение спасательной и эвакуационной операций затруднительно в случае аварийной остановки вагонов, т.к. они движутся по рельс-струне на значительном расстоянии от поверхности земли. При строительстве требуется выделение значительной городской площади под станции и промежуточные опоры.
Известна конструкция легкой надземной автоматизированной транспортной системы «Транскар» (transcar.newtransport.ru), предназначенной для адресной индивидуальной высокоскоростной и безостановочной доставки пассажиров непосредственно до станции назначения без промежуточных остановок. В населенных пунктах в качестве подвижного состава используются двухместные пассажирские автоматические транспортные средства. Его маршрут, скорость, безопасный интервал движения выбираются компьютером исходя из кратчайшего расстояния до станции назначения (выбранной пассажиром) и загруженности участков пути.
Используемый подвижный состав не может обеспечить комфортабельные условия пассажирам-инвалидам и детям. Проведение спасательной и эвакуационной операций не предусмотрено в случае его аварийной остановки.
Промышленных аналогов в настоящее время не существует, использоваться может в урбанизированной среде как индивидуальный транспорт. Дорогостоящий транспорт с точки зрения системы управления и строительства разветвленных путей. При строительстве требуется выделение значительной городской площади под станции и промежуточные опоры. Может быть транспортом далекого будущего.
Известны конструкции мобильных подвесных канатных дорог (патенты: RU №2269443 C1, B61B 7/02, опуб. 10.02.2006, бюл. №4, RU №2283787 C1, B61B 7/04, опуб. 20.09.2006, бюл. №26) с дискретными приводами для несуще-тягового каната различных конструкций, которые расположены на промежуточных опорах. Эти конструкции повышают эффективность канатной дороги, а именно упрощают по сложности и массе привод, повышают надежность и безопасность при перевозке пассажиров.
Однако, с точки зрения надежности и безопасности, не может быть применен как городской транспорт для пассажиров, среди которых дети и инвалиды. Мобильность канатной дороги для перевозки пассажиров в городе является ее недостатком, т.к. промежуточные опоры имеют растяжки, а станции посадки-высадки не приспособлены для их использования в городской среде. Привод расположен на мобильном шасси с использованием энергетической установки внутреннего сгорания, что нарушает экологию урбанизированной среды и создает шум при работе. При установке мобильной канатной дороги требуется значительная площадь для якорения мобильного шасси и размещения станций посадки-высадки. Пересадка пассажиров на станциях не предусмотрена.
Наиболее близким по конструктивным особенностям, технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является магистральная пассажирская канатная дорога (А.А.Короткий, В.С.Котельников, А.В.Панфилов, А.Е.Козловский, М.Доппельмайер «Магистральная пассажирская канатная дорога как элемент транспортной инфраструктуры на олимпийских играх в городе Сочи»/ Безопасность труда в промышленности. №3, 2008, с.42-47).
Магистральная пассажирская канатная дорога содержит расположенные на земле концевые и промежуточные пассажирские станции. Пассажирские концевые и промежуточные станции соединены между собой канатными путями, по которым перемещаются отцепляемые на станциях пассажирские вагоны. Пути выполнены из трех стальных канатов, два из которых неподвижны - несущие, и один подвижный - тяговый. На трех канатах посредством специальной тележки подвешены вагоны, приводимые в движение одним тяговым канатом, через тяговые шкивы, расположенные на станциях, при этом стальные канаты между станциями опираются через балансиры на опоры. Высота опор варьируется для сохранения габаритов приближения по вертикали до пассажирских вагонов в зависимости от рельефа местности, насаждений и высоты строений, расположенных внизу под осями путей движения. Отцепляемые пассажирские вагоны на станциях продолжают движение по специальным конвейерам, позволяющим в автоматическом режиме изменять их скорость движения, открывать при высадке и закрывать после посадки двери вагонов, а также останавливаться или сходить с пути движения в специальный гараж.
Эта конструкция имеет следующие недостатки:
- имеет только один маршрут от станции «А» к станции «В» с промежуточными станциями для посадки-высадки пассажиров;
- отсутствуют пересадочные станции, что снижает комфорт пассажирам при необходимости следования по другим маршрутам;
- при строительстве требуется выделение значительной городской площади под станции, т.к. они размещаются на поверхности земли;
- размещение привода на станциях создает шум и неудобства для пассажиров;
- масса привода значительная, что создает сложности при его размещении в зданиях, расположенных над поверхностью земли;
- длина между промежуточными станциями ограниченна (до трех км) из-за тяговой способности станционных приводов со шкивом трения и диаметра каната;
- привод имеет большие габариты, что является ограничением по использованию площадей станций для коммерческих и социальных служб;
- все станции соединены между собой в каждом направлении одним путем, состоящим из тягового и двух несущих канатов, что снижает надежность и безопасность конструкции во время ремонта путей, при проведении спасательной и эвакуационной операций в случае аварийной остановки вагонов;
- провес канатов между промежуточными опорами может достигать несколько сот метров, что создает дискомфорт пассажирам при движении в вагонах;
- на станциях не предусмотрена система переадресации пассажирских вагонов на другие пути движения.
Изобретение направлено на создание нового комфортабельного, социально ориентированного, дешевого при строительстве и эксплуатации, доступного, легко адаптированного к урбанизированной среде, надежного и безопасного в эксплуатации, экологически чистого, не создающего шумы и вибрации на станциях, с канатной тягой вагонов, не имеющих ограничения по длине транспортирования и пересечений в одном уровне с любыми другими маршрутами движения, проложенного над проезжими частями улиц и городской застройкой вида общественного транспорта - городской канатной дороги.
Поставленная задача решена тем, что городская канатная дорога содержит концевые и промежуточные пассажирские станции, соединенные между собой путями, состоящими из одного и более тяговых и несущих стальных канатов, на которых посредством каретки, колес и отцепляемого зажима подвешены пассажирские вагоны, приводимые в движение тяговым канатом посредством привода. Концевые и промежуточные пассажирские станции оборудованы конвейерами для остановки пассажирских вагонов, а между станциями установлены промежуточные опоры с системой роликовых балансиров, оборудованной ловителями и блокировочными устройствами. Высота закрепления промежуточной опоры варьируется в зависимости от рельефа местности и высоты строений, расположенных под путями движения. Привод выполнен дискретным, содержащим мехатронные движители, у которых все двигатели имеют один блок управления и соединены между собой по принципу электрического вала. Городская канатная дорога снабжена пересадочными станциями, установленными на арочные опоры над проезжими частями улиц с сохранением под ними габаритов для движения городского автотранспорта, оборудованными конвейерами с системой механической переадресации пассажирских вагонов на другие пути движения и соединенными со всеми станциями, в каждом направлении, не менее чем двумя независимыми путями, состоящими из одного и более тяговых и несущих канатов. На путях между промежуточными опорами установлены подвесные опоры, содержащие раму, один или более зажимов, охватывающих с двух сторон несущие канаты, и один или более поддерживающих канатных блоков для тяговых канатов. Тяговые канаты опираются на эластичные замкнутые тяговые органы мехатронных движителей дискретного привода, установленные на промежуточных опорах. Кинематическая цепь мехатронного движителя содержит один или более двигатель, рабочий тормоз, шарниры равных угловых скоростей, систему роликовых балансиров, в которой хотя бы один из роликов одного из балансира снабжен аварийным тормозом. В кинематическую цепь мехатронного движителя входит эластичный замкнутый тяговый орган, который огибает все ролики системы балансиров, подвешенной к промежуточным опорам посредством шарнирно-сочлененной конструкции, оснащенной демпферной системой.
Техническая сущность и достигаемый результат предлагаемого устройства состоит в том, что городская канатная дорога, содержащая концевые и промежуточные пассажирские станции, дополнительно снабжена пересадочными станциями, позволяющими создавать комфорт пассажирам при следовании по различным маршрутам, в том числе детям и инвалидам, т.е. создать доступный вид общественного транспорта. На станциях имеется возможность разместить коммерческие и социально ориентированные инфраструктуры для пассажиров в виде кафе, магазинов, аптек, пунктов приема оплат, отделений банков, туалетов и пр.
- Концевые, промежуточные и пересадочные пассажирские станции с галереями, оборудованными лестницами, эскалаторами, лифтами и пропускными посадочными системами, устанавливаются на арочные, Т-, Г-, П-образные опоры над проезжими частями улиц с сохранением под ними габаритов для движения городского автотранспорта, что позволяет предложенной конструкции легко адаптироваться в урбанизированной среде, в том числе при строительстве, не нарушая существующие маршруты движения городского транспорта. Предложенная конструкция городской канатной дороги на порядок дешевле другого вида транспорта, т.к. при строительстве станций требуется всего 0,1 га городских площадей на один километр пути, а при эксплуатации обслуживание путей происходит в открытом пространстве на расстоянии распознавания объекта человеческим взглядом.
- Станции соединены между собой в каждом направлении, не менее чем двумя независимыми путями, состоящими из одного и более тяговых и несущих канатов и подвесными опорами, установленными на путях между промежуточными опорами, содержащими раму, один или более зажимов, охватывающих с двух сторон несущие канаты, и один или более поддерживающих канатных блоков для тяговых канатов, что позволяет предотвратить возможность перехлестывания (закидывания друг на друга) канатов в процессе эксплуатации.
- Станции соединены между собой в каждом направлении, не менее чем двумя независимыми путями, состоящими из одного или более тяговых и одного или более несущих стальных канатов, на которых посредством каретки, колес и отцепляемого зажима подвешены отцепляемые на станциях пассажирские вагоны, приводимые в движение тяговым канатом через дискретный привод, содержащий мехатронные движители, у которых все двигатели имеют один блок управления и соединены между собой по принципу электрического вала, что повышает надежность и безопасность конструкции, позволяя реализовывать принцип дублирования: во время ремонта одного из путей; при проведении спасательной операции в случае аварийной остановки вагонов; возможности варьирования количеством вагонов на каждом пути в зависимости от пассажиропотока. Между станциями установлены промежуточные опоры с системой роликовых балансиров, оборудованной ловителями и блокировочными устройствами, высота закрепления которой варьируется в зависимости от рельефа местности и высоты строений, расположенных под путями движения.
- Пассажирские вагоны приводятся в движение посредством канатной тяги от тяговых канатов, опирающихся на эластичные замкнутые тяговые органы мехатронных движителей дискретного привода, установленных на промежуточных опорах, при этом кинематическая цепь мехатронного движителя содержит один или более двигатель, рабочий тормоз, шарниры равных угловых скоростей, систему роликовых балансиров, в которой хотя бы один из роликов одного из балансира снабжен аварийным тормозом, а эластичный замкнутый тяговый орган огибает все ролики системы балансиров, подвешенной к промежуточным опорам посредством шарнирно-сочлененной конструкции, оснащенной демпферной системой. Использование двух тормозов (аварийного и рабочего) позволяет повысить надежность и безопасность за счет резервирования. Шарнирно-сочлененная конструкция, оснащенная демпферной системой, снижает динамические нагрузки при прохождении вагонов над опорами и возможность увеличения их скорости движения, а также повышает комфортность пассажиров.
- Применение дискретного привода, состоящего из мехатронных движителей для передачи тяговой способности от тягового каната к пассажирским вагонам, позволяет: освободить станции от приводов, имеющих значительные габариты и массу; создать комфорт на станциях за счет снижения шума и вибрации; распределять тяговое усилие по всей длине тягового каната, что сокращает нагрузки и дает возможность применять стальной канат меньшего диаметра; создать канатный привод пассажирских вагонов, не имеющий ограничения по длине транспортирования; повысить безопасность, продолжая движение вагонов по маршруту, даже при выходе из строя части дискретных приводов, реализовывая принципы резервирования.
- На пересадочных станциях оборудованными конвейерами с системой механической переадресации пассажирских вагонов на другие пути движения. Наличие на станциях системы переадресации позволяет людям производить пересадку на другие пути (маршруты) без высадки из пассажирских вагонов, а также в случае нестандартной ситуации, оперативно убирать неисправный вагон с маршрута в гараж, заменив его другим.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами:
- на фиг.1 - схема городской канатной дороги в плане;
- на фиг.2 - вид А увеличенный;
- на фиг 3 - разрез Б-Б - путь движения городской канатной дороги с двумя тяговыми и четырьмя несущими канатами;
- на фиг.4 - подвесная опора городской канатной дороги для двух тяговых и четырех несущих канатов;
- на фиг.5 - мехатронный движитель;
- на фиг.6 - план пересадочной станции городской канатной дороги с механической системой переадресации.
Городская канатная дорога (для урбанизированной среды), не имеющая пересечений в одном уровне с любыми другими маршрутами движения, содержит концевые 1, промежуточные 2 и пересадочные 3 пассажирские станции, установленные на арочные опоры 4 над проезжими частями улиц с сохранением под ними габаритов для движения городского автотранспорта. Станции соединены между собой не менее чем двумя независимыми путями 5, состоящими из одного и более тяговых 6 и несущих 7 канатов, на которых посредством каретки 8, колес 9 и отцепляемого зажима 10 подвешены пассажирские вагоны 11, приводимые в движение тяговым канатом 6. Станции оборудованы конвейерами 12 с системой механической переадресации 13 пассажирских вагонов 11 на другие пути движения, а также, при необходимости, для остановки пассажирских вагонов 11. Между станциями установлены промежуточные опоры 14 с системой балансиров 15, оборудованными ловителями 16 и блокировочными устройствами 17, высота закрепления которых варьируется с учетом подвеса пассажирских вагонов 11, в зависимости от рельефа местности и высоты строений, расположенных под путями 5 движения. На путях 5, между промежуточными опорами 14, установлены подвесные опоры 18, содержащие раму 19, один или более зажимов 20, охватывающие с двух сторон несущие 7 канаты, и один или более поддерживающих канатных блоков 21, на которые опираются тяговые канаты 6.
Привод выполнен дискретным, содержащим мехатронные движители, у которых все двигатели 22 имеют один блок управления 23 и соединены между собой по принципу электрического вала.
Тяговые канаты 6 опираются на эластичные замкнутые тяговые органы 24 мехатронных движителей дискретного привода, установленные на промежуточных опорах 14. Кинематическая цепь мехатронного движителя содержит один или более двигатель 22, рабочий тормоз 25, шарниры равных угловых скоростей 26, систему роликовых балансиров 15, в которой хотя бы один из роликов 27 одного из балансира 28 снабжен аварийным тормозом 29. В кинематическую цепь мехатронного движителя входит эластичный замкнутый тяговый орган 24, который огибает все ролики 27 системы балансиров 15, подвешенной к промежуточным опорам 14 посредством шарнирно-сочлененной конструкции 30, оснащенной демпферной системой 31.
Городская канатная дорога работает следующим образом. Пассажиры приходят на концевую 1, промежуточную 2 или пересадочную 3 станции, установленные на арочные опоры 4 над проезжими частями улиц с сохранением под ними габаритов для движения городского автотранспорта, к посадочным платформам, где стоят или медленно движутся пассажирские вагоны 11. Арочные опоры 4 могут быть конструктивно выполненными Т-, Г-, П-образными. Люди входят в пассажирские вагоны 11 и усаживаются на сидячие места. Станции оборудованы конвейерами 12 с системой механической переадресации 13 пассажирских вагонов 11 на другие пути движения, а также, при необходимости, для остановки пассажирских вагонов 11. Пассажирские вагоны 11, посредством конвейера 12, разгоняются до скорости движения тягового каната 6, и при помощи отцепляемого зажима 10, расположенного на каретке 8, происходит ее зацепление за тяговые канаты 6, таким образом, колеса 9 устанавливаются на несущие канаты 7. Пассажирские вагоны 11 движутся по путям 5 между концевыми 1 станциями, через промежуточные 2 и пересадочные 3 станции. Станции соединены между собой не менее чем двумя независимыми путями 5, состоящими из одного и более тяговых 6 и несущих 7 канатов, на которых посредством каретки 8, колес 9 и отцепляемого зажима 10 подвешены пассажирские вагоны 11, приводимые в движение тяговым канатом 6. Между станциями установлены промежуточные опоры 14 с системой балансиров 15, оборудованной ловителями 16 и блокировочными устройствами 17, высота закрепления которых варьируется с учетом подвеса пассажирских вагонов 11, в зависимости от рельефа местности и высоты строений, расположенных под путями 5 движения. На путях 5, между промежуточными опорами 14, установлены подвесные опоры 18, содержащие раму 19, один или более зажимов 20, охватывающие с двух сторон несущие 7 канаты и один или более поддерживающих канатных блоков 21, на которые опираются тяговые канаты 6. Каретка 8, через отщепляемый зажим 10, приводится в движение тяговыми канатами 6 с помощью мехатронных движителей дискретного привода. Привод выполнен дискретным, содержащим мехатронные движители, у которых все двигатели 22 имеют один блок управления 23 и соединены между собой по принципу электрического вала.
Тяговое усилие на тяговые канаты 6 передается за счет сил трения через эластичный замкнутый тяговый орган 24. Эластичные замкнутые тяговые органы 24 мехатронных движителей дискретного привода установлены на промежуточных опорах 14. Кинематическая цепь мехатронного движителя содержит один или более двигатель 22, рабочий тормоз 25, шарниры равных угловых скоростей 26, систему роликовых балансиров 15, в которой хотя бы один из роликов 27 одного из балансира 28 снабжен аварийным тормозом 29. В кинематическую цепь мехатронного движителя входит эластичный замкнутый тяговый орган 24, который огибает все ролики 27 системы балансиров 15, подвешенной к промежуточным опорам 14 посредством шарнирно-сочлененной конструкции 30, оснащенной демпферной системой 31.
У пассажирских вагонов 11 при проходе через систему балансиров 13, которые подвешены к промежуточным опорам 14 на шарнирно-сочлененной конструкции 30, оснащенной демпферной системой 31, сглаживаются динамические нагрузки, улучшается плавность хода и возможность увеличения скорости их движения.
Отцепляемые пассажирские вагоны 11 на пассажирских концевых 1, промежуточных 2 и пересадочных 3 станциях посредством конвейера 12 позволяет изменять их скорость движения, производить с помощью системы механической переадресации 13 перемещение на другие независимые пути 5, а также, при необходимости, производить их остановку.
Инвестиционная привлекательность городской канатной дороги состоит в том, что стоимость строительства на порядок дешевле любого другого вида городского общественного транспорта. При строительстве станций требуется всего 0,1 га городских площадей на один километр пути. Строительство не требует внешних инвестиций и осуществляется за счет продажи коммерческих площадей на станциях. В затраты на эксплуатацию не требуется включать средства на покрытие инвестиций. Затраты на эксплуатацию покрываются стоимостью проездных билетов.