Устройство перемещения по путепроводу транспорта с магнитной левитацией для повышения грузоподъёмности
DEVICE FOR MOVING ALONG THE OVERPASS OF VEHICLE WITH MAGNETIC LEVITATION TO INCREASE THE CARRYING CAPACITY

Область техники.
Изобретение относится к средствам для перемещения высокоскоростного транспорта на основе магнитной левитации на постоянных магнитах, на участках разгона и торможения. Конкретно - к самодвижущейся тележке на электротяге с подвижной относительно тележки грузовой платформой для размещения транспорта.
Уровень техники.
Действующие образцы транспорта на основе магнитной левитации на участках разгона, торможения и стоянки используют систему электромагнитов (EMS система) или колеса [1], установленные на транспорте вместе с системой управления и источником энергии. Это увеличивает вес самого транспорта и снижает грузоподъемность. Одним из способов повышения грузоподъемности транспорта является сокращение подобных конструкций поддержки транспорта на участках разгона и торможения и замена их на полезный груз. В изобретении [2] вместо колес на участках разгона, торможения и стоянки предлагается осуществлять перемещение транспорта с помощью размещенных на земле вертикально установленных электродвигателей с торцевыми магнитными колесами. На транспорте располагаются ферромагнитные сердечники с электропроводящими рамками, взаимодействие которых с вращающимися магнитными колесами приводит к левитации транспорта. В результате вращения магнитных колес в рамках появляются токи, которые вызывают не только подъемные силы, но и нагрев рамок, что потребует создания системы охлаждения и дополнительно увеличит вес транспорта. Не решен вопрос устойчивости транспорта, особенно актуальный при разгоне. В авиации для обслуживания авиационной техники на аэродромах при посадке и взлете самолетов без шасси предлагается тележка-шасси с жестко закрепленной на ней платформой для размещения и фиксации самолета [4, 5]. В качестве наиболее близкого прототипа принято самодвижущееся устройство, которое передвигается по рельсам на колесах. [4] с неподвижной относительно устройства платформой для размещения самолета. Устойчивость системы поддерживается механизмами управления элементами крыла и вертикального оперения. Использование подобных систем увеличивает вес транспорта с магнитной левитацией. Из-за неуправляемости расстоянием между транспортом с магнитной левитацией на постоянных магнитах (транспорт) и путевыми дорожками невозможно использовать на участке торможения самодвижущуюся тележку с жестко закрепленной на ней платформой. Так как транспорт не обладает системой управления своим положением в пространстве, то при разгоне транспорта самодвижущимся устройством с жестко закрепленной платформой при сходе его с платформы произойдет опускание его носовой части и столкновение с путевой дорожкой. Чем больше грузоподъемность транспорта при фиксированной тяге, тем выше его экономические показатели. Повышение грузоподъемности транспорта на основе магнитной левитации на постоянных магнитах является актуальной задачей.
Раскрытие изобретения.
Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание самодвижущего устройства перемещения по путепроводу транспорта с магнитной левитацией на постоянных магнитах на участках разгона и торможения, что обеспечивает повышение грузоподъемности транспорта.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство состоит из подвижной платформы для размещения на ней транспорта с магнитной левитацией на постоянных магнитах, соединенной с рамой, снабженной механизмом перемещения платформы в вертикальном направлении, платформа снабжена элементами фиксации транспорта, на раме размещены реверсивный электропривод колес, предназначенные для движения устройства по полу путепровода и вращающиеся ограничители, расположенные таким образом на раме, что они касаются стен путепровода для устойчивости движения устройства с транспортом. Есть вариант, когда механизм перемещения платформы относительно рамы снабжен электроприводом или гидроприводом. Есть вариант, когда пол путепровода имеет направляющие в виде рельса или желоба или уголка для движения по ним колес устройства. Есть вариант, когда элементами фиксации транспортного средства на платформе являются электромагниты и/или вакуумные присоски. Есть вариант, когда на раме размещены аккумулятор и/или токосъемник, связывающий реверсивный электропривод с внешним источником питания. Есть вариант, когда устройство снабжено упором, ограничивающим перемещение транспорта вдоль платформы. Есть вариант, когда упор снабжен амортизатором и/или электромагнитом. Есть вариант, когда упор размещен на платформе. Есть вариант, когда упор размещен на раме.
В отличие от существующих решений, за счет размещения транспорта с магнитной левитацией на постоянных магнитах на самодвижущейся тележке при разгоне и торможении, на транспорте сокращаются тяжелые конструктивные элементы поддержки его на участках разгона и торможения, что повышает его грузоподъемность.
В случае вынужденной остановки транспорта в путепроводе устройство также позволяет производить эвакуацию его до ближайшего выхода.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан прототип устройства, состоящий из самодвижущейся на колесах по рельсам платформы с электротягой.
На фиг. 2 показано заявленное устройство вдоль направления движения по путепроводу для транспорта с магнитной левитацией.
На фиг. 3 показано расположение транспорта с магнитной левитацией на платформе заявленного устройства при разгоне.
Осуществление изобретения.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого устройства на фиг. 1 показана самодвижущаяся на колесах (8) по рельсам (9) платформа (11) с электроприводом (10), включающая в себя посадочную платформу (1) с амортизатором (5). Посадочная платформа предназначена для взлета и посадки самолета. Амортизатор гасит ударные нагрузки, действующие на фюзеляж (3) и крыло (2) при посадке. Крепление самолета осуществляется с помощью управляемого фиксатора (4). Самодвижущаяся платформа передвигается вдоль защитных панелей (7) по рельсам, установленным на бетонном основании (12). Электроэнергия подается на электропривод от аккумулятора (13) или через токосъемник (6) от внешнего источника питания. Жесткая связь посадочной платформы с самодвижущейся платформой не позволяет применить данное устройство для приема и разгона транспорта с левитацией на постоянных магнитах из-за неуправляемости расстоянием между транспортом и посадочной платформой.
1
На фиг. 2 показано заявленное устройство вдоль направления движения по путепроводу для транспорта с магнитной левитацией, состоящее из рамы (11) с колесами (8) и платформы (1), подвижной относительно рамы. Путепровод состоит из опор (18) и пола (12) с электропроводными путевыми дорожками (17), вдоль которых перемещаются постоянные магниты (14), обеспечивая левитацию транспорта. Транспорт, например, представляет собой грузопассажирский фюзеляж (3) с крылом (2), внутри которого находятся постоянные магниты в виде углового профиля (14), собранные по схеме Халбаха. Горизонтальная часть путевой дорожки имеет наклон в плоскости перпендикулярной направлению движения. Это позволяет центрировать транспорт при торможении и сходе его с платформы при разгоне. Движение платформы относительно рамы осуществляется по направляющим на раме (на чертеже не показаны). Подъем и опускание платформы осуществляется, как вариант, домкратами с электроприводами (21). Фиксация транспорта на платформе происходит, например, за счет электромагнитов (19) и вкладышей из ферромагнитного материала (15), установленных на транспорте. Рама передвигается на колесах (8) по направляющим, в данном случае - уголкам (9), расположенным на полу путепровода (12). Колеса (8) приводятся в движение электроприводом (10), работающим от аккумулятора (22) или через токосъемник (на чертеже не показан) от внешнего источника питания. Для придания устойчивости устройству к раме крепятся вращающиеся в горизонтальной плоскости ограничители (20), опирающиеся на опоры (18). При торможении транспорт сохраняет левитацию на низких скоростях (<15 км/ч) за счет уменьшения расстояния между постоянными магнитами и путевыми дорожками [4]. Устройство размещают в путепроводе на расчетном участке торможения. Платформу устройства выставляют ниже горизонтальной поверхности путевой дорожки (17). Устройство может стоять на месте до соприкосновения упора (16) с транспортом или начинать движение при приближении транспорта, синхронизируя свою скорость со скоростью транспорта, вплоть до их совпадения. Когда носовая часть транспорта касается упора с амортизатором (16), расположенного на раме, от датчика контакта на упоре (на чертеже не показан) через собственную систему управления на электромагниты (19) подается начальный ток для создания магнитного поля достаточного для ориентации транспорта таким образом, чтобы вкладыши из ферромагнитного материала находились над электромагнитами. Одновременно, платформа начинает подниматься с помощью домкратов (21) и при соприкосновении ее с крылом ток увеличивается до максимальной величины, окончательно закрепляя электромагнитами транспортное средство на платформе. Чтобы препятствовать расхождению упора с транспортом после их соприкосновения, как вариант, на упоре размещается электромагнит (на чертеже не показан), удерживающий транспорт в дополнение к электромагнитам на платформе. В этом случае размещенный на раме упор позволяет подниматься платформе независимо от положения носовой части транспорта. В качестве фиксирующего средства, как вариант, на платформе устанавливают вакуумные присоски, края которых покрыты эластичным материалом не пропускающего воздух. Разрежение в них создается, например, вихревым вакуумным насосом после касания платформы днищем транспорта. В этом случае на транспорте отсутствуют вкладыши из ферромагнитного материала. Устройство перемещает зафиксированный транспорт в зону разгрузки. После разгрузки транспорт снимается с платформы и переставляется на другое устройство для загрузки и разгона. Устройство с помощью реверсивного привода возвращается на участок торможения за следующим транспортом. Автономная система управления располагается на раме и по радиосвязи дублируется на пульт контроля с возможностью перехода под управление оператором.
На фиг. 3 показано расположение транспорта с магнитной левитацией на платформе заявленного устройства при разгоне. Транспорт представляет собой грузопассажирский фюзеляж (3) с крылом (2), которое содержит постоянные магниты в виде углового профиля, собранные по схеме Халбаха (14). Как вариант, на транспортном средстве на вертикальном оперении (24) установлен газотурбинный двигатель (23), работающий на водородном топливе или сжиженном природном газе. На платформе располагается упор (16), противодействующий сдвигу транспорта вдоль направления движения устройства. Транспорт крепится на платформе, как было указано выше. На раме установлены колеса (8), приводимые в движение электроприводом (на чертеже не показан), который работает от аккумулятора или внешнего источника питания. Колеса (8) двигаются по направляющим в виде желоба или рельса или уголка (на чертеже не показаны), размещенным на полу путепровода (12). На боковой поверхности рамы расположены вращающиеся ограничители (20), касающиеся стенок опор путевых дорожек путепровода. Устройство с расположенным на его платформе транспортом разгоняется с помощью электропривода. Для повышения мощности устройства привод может содержать несколько электродвигателей, приводящих в движение несколько колесных осей. Высота платформы относительно рамы выставляется таким образом, чтобы расстояние между постоянными магнитами в крыле и путевыми дорожками было не меньше расстояния, при котором вес транспорта уравновешивается электродинамической подъемной силой магнитной левитации после схода его с платформы. Скорость, при которой начинается левитация транспорта, зависит от его веса и тяги двигателя, необходимой для преодоления силы электродинамического торможения. При заданной тяге для существенного увеличения грузоподъемности транспорта необходимо разгонять его до максимально возможной скорости. Так, при изменении скорости разгона с 90 км/ч до 250 км/ч электродинамическая подъемная сила возрастает на 15%, а сила электродинамического сопротивления падает [3]. Если грузоподъемность составляет 50% от веса транспорта, то рост грузоподъемности составит 30%. При достижении устройством заданной скорости, при которой тяга двигателя транспорта превосходит силу аэродинамического и электродинамического сопротивления, возникающую при движении транспорта над путевыми дорожками, запускается газотурбинный двигатель, выключаются электромагниты (19), опускается платформа и включается тормозная система устройства. Такая схема разгона позволяет сохранить движение транспорта параллельно путевым дорожкам. Транспорт продолжает движение с левитацией на собственном двигателе. Устройство с помощью реверсивного двигателя возвращается на стартовую позицию за следующим транспортом.
:
Заявленное устройство позволяет разогнать рассматриваемый варианттранспорта до больших скоростей, чем тот же транспорт с убирающимися колесами. При увеличении скорости движения рассматриваемого варианта транспорта возрастает его аэродинамическая подъемная сила, что приводит к падению силы сцепления колес с полом путепровода. При использовании заявленного устройства при разгоне к весу транспорта добавляется вес устройства, поэтому сцепление колес с полом путепровода сохраняется до большей скорости разгона. Как показано выше, чем больше скорость разгона транспорта, тем больше его грузоподъемность при заданной тяге.
Ссылки
1. Патент US 5722326, заявлен 01.08.1998, опубликован 03.03.1998, заявитель Richard F. Post. Magnetic levitation system for moving objects.
2. Патент RU 2539304, заявлен 27.03.2013, опубликован 20.01.2015, заявители Антонов Ю.Ф., Зайцев А.А., Занин В.В., Корчалин А.Д. Устройство магнитной левитации транспортного средства.
3. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Базаров A.M. и др. Численное моделирование электродинамических подвесов левитационных транспортных систем с непрерывной путевой структурой. Вестник Санкт-Петербургского университета. Сер. 10. Прикладная математика. 2015. Вып. 3. С. 4-20.
4. Патент RU 2684546, заявлен 11.04.2018, опубликован 09.04.2019, заявитель Пустовой Г.Я. Платформа для взлета и посадки самолета, самодвижущаяся по рельсам.
5. Патент RU 2299158, заявлен 05.09.2005, опубликован 20.05.2007, заявитель Нигматуллин Н.Ф. Тележка - шасси аэродромного обслуживания тяжелого самолета.