АКТИВНАЯ РЕЛЬСОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА
ACTIVE RAIL-GUIDED TRANSPORT SYSTEM

Изобретение относится к активной рельсовой транспортной системе для общественной, индивидуальной и автоматизированной транспортировки людей и грузов по обычным рельсам без водителя, в которой две автоматически управляемые направляющие системы расположены так, что из движущегося состава (поезда) можно выводить, тормозить, разгружать и/или загружать отдельные вагоны с собственным приводом, тормозом и управлением лишь за счет смены действующей механически на управление направляющей системы посредством опускания и поднимания соответствующей следящей системы, и затем в другом месте, после согласования скорости отдельных вагонов со скоростью состава, можно снова вводить в движущийся состав (поезд), при этом первая направляющая система с первой следящей системой на каждом вагоне и с обычными рельсами служит для текущей тяги, а вторая направляющая система с помощью второй следящей системы, расположенной наряду с первой следящей системой на каждом вагоне, и расположенных сбоку рядом с обычными рельсами дополнительных направляющих рельс определяет направление при проезде стрелок.
Такая транспортная система известна из DE 10253485 С1. Она движется как спринтер, без каких-либо задержек, однако небольшими блоками автоматически и индивидуально, к каждому вокзалу сети. Отдельные блоки можно оптимизировать для различных потребностей. Так, например, могут иметься блоки, которые могут транспортировать примерно 8 человек и один автомобиль или же товары. Она объединяет преимущества индивидуального транспорта на автостраде с движением по рельсовой колее. Результатом является автоматическое общественное транспортное средство без водителя, в котором управление выполняют имеющиеся рельсы. Обгон не требуется, поскольку все вагоны движутся с одинаковой высокой скоростью, например 200 км/час. Пассажиры или товары с общей целью заказывают один вагон на специальный вокзал, погружаются и задают свою цель. Если имеется стартовое окно (как у самолетов), то они ускоряются на скорость системы и могут быть интегрированы по отдельности или группами в поточное движение. Эта публикация раскрывает также возможность выхода из поточного движения у цели поездки также по отдельности или группами.
Однако за счет того, что наружная следящая система всегда одновременно поднимает, соответственно, опускает оба следящих колеса, невозможно в одном месте двигаться влево, вправо или прямо, что является важным в конце и пересечении трасс. Во всяком случае, при смешанной работе с современной железной дорогой также невозможно проезжать активные стрелки и полностью свободно определять направление. С помощью этой системы невозможна также смена ширины колеи во время движения. Поскольку в различных странах рельсы имеют различную ширину, то в настоящее время необходимо или пересаживаться, или же необходимо приспосабливать вагоны к другой ширине колеи при очень небольших скоростях.
Задачей изобретения, которое в последующем называется синхронным поездом, является устранение недостатков уровня техники.
Задача решена с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации и варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
На чертежах изображено:
фиг.1 - пассивная стрелка;
фиг.2 - активная стрелка в состоянии ″прямо″;
фиг.3 - активная стрелка в состоянии ″поворот″;
фиг.4 - установка для смены ширины колеи;
фиг.5 - несущие колеса на двух ширинах колеи;
фиг.6 - принципиальная схема ходовой части вагона с управляемой осью;
фиг.7 - принципиальная схема вокзала;
фиг.8 - перекресток двух путей, не требующий торможения вагонов;
фиг.9 - перекресток, согласно фиг.8, и с возможностью разворота.
Перечень позиций
1 Первая следящая система с двумя колесами для рельсов 4 обычного рельсового пути
2 Вторая следящая система с колесом для направляющего рельса 5
3 Несущие колеса
4 Рельсы обычного пути (тяговые рельсы)
5 Направляющие рельсы
6 Обычный путь с другой шириной колеи
7 Третья следящая система с колесом для направляющего рельса 5
8 Активная часть обычной активной стрелки
9 Пассивная стрелка для поворота к вокзалу
10 Пассивные стрелки, после которых скорость понижается вдвое
11 Пассивные стрелки, после которых скорость понижается вдвое, т.е. до ¼
12 Пассивные стрелки для ответвления к отдельным остановочным боксам
13 Параллельно расположенные остановочные боксы для параллельного обслуживания
14 Пассивные стрелки для сведения вагонов с ¼ конечной скорости.
Для обеспечения возможности движения в одном месте влево, вправо или прямо имеется не две, а три следящие системы 1, 2, 7, которые можно поднимать и опускать независимо друг от друга. Обычные вагоны, также как вагоны синхронного поезда, проезжают пассивную стрелку, согласно фиг.1, прямо на основе конструкции колес и, соответственно, активной первой следящей системы 1 без какого-либо воздействия со стороны пассивной стрелки.
Поворот или перестроение возможно лишь тогда, когда вагон имеет поднимаемые и опускаемые независимо друг от друга следящие системы. Для поворота вагон приближается с помощью активной первой следящей системы 1. В зоне пассивной стрелки опускается, например, правая следящая система 2. Если она сообщает о готовности к эксплуатации, то поднимается первая следящая система 1. Правая следящая система 2 становится активной и отклоняет вагон с прежней колеи. Когда вагон пройдет последнюю точку пересечения путей, то снова опускается первая следящая система 1. Если она в свою очередь сообщает о готовности к эксплуатации, то правая следящая система 2 вновь поднимается и вагон снова движется как обычный вагон. При вхождении в поток та же последовательность ходов происходит в обратном порядке.
При смешанной работе современной железной дороги и вагонов синхронного поезда необходимо снабжать активные стрелки справа и слева соответствующим дополнительным направляющим рельсом 5 (смотри фиг.2 и 3). Эти направляющие рельсы не оказывают влияния на современную железную дорогу. Однако с их помощью обеспечивается возможность каждому вагону синхронного поезда полностью независимо от состояния переключения активной стрелки и даже во время ее переключения, индивидуально определять свое направление. Для этого вагон должен опустить правую или левую следящую систему 2, 7 и после этого поднять первую следящую систему 1. Незадолго перед концом комбинированной стрелки необходимо снова опустить первую следящую систему 1 и снова поднять правую, и, соответственно, левую следящую систему.
Для обеспечения возможности выполнения смены ширины колеи при полной рабочей скорости первая следящая система снабжена возможностью изменять расстояние друг от друга обоих следящих колес 1 в поднятом состоянии (смотри фиг.4).
Когда вагон синхронного поезда с активной первой следящей системой 1 приближается к концу одной ширины колеи и входит в зону установки 5 смены ширины колеи (смотри фиг.4), то он опускает правую, соответственно, левую следящую систему 2, 7. После этого поднимается первая следящая система 1. Например, теперь правая следящая система 2 является активной. За счет широких несущих колес 3 (смотри фиг.5 и 6) вагон может двигаться по обеим колеям 4, 6 разной ширины. Теперь расстояние между обоими колесами первой следящей системы 1 в поднятом состоянии устанавливается на новую ширину колеи, а затем следящая система снова опускается. После этого снова поднимается следящая система 2, и вагон снова движется как обычный вагон этой ширины колеи.
Простейшее выполнение вагона синхронного поезда схематично показано на фиг.6. Здесь следящие системы 2 и 7 подняты, и лишь первая следящая система 1 перемещает механизм управления. Поскольку в этих условиях задние колеса движутся по меньшему радиусу, чем передние колеса, то задние колеса должны быть несколько шире. Ширина зависит от длины вагона и наименьшего радиуса кривой. Однако если верхняя кромка рельса в кривой заканчивается, как у трамвая, на уровне верхней кромки дороги, то ширина задних колес может быть также меньше. В этом случае задние колеса катятся не по рельсу, а по «дороге».
Поскольку только в Европе имеется 6 различных систем электроснабжения, то непрерывное электроснабжение при пересечении границ возможно в настоящее время лишь с помощью локомотивов с двойной системой.
Преобразование напряжения из одной системы в другую технически уже возможно. Однако поскольку каждый вагон нуждается лишь в части мощности современного локомотива, то преобразователи напряжения становятся меньше и легче. Тем самым все вагоны могут работать с одним напряжением, и необходимо заменять лишь преобразователи напряжения. Замену преобразователя напряжения можно осуществлять также во время движения за счет того, что параллельно каждому вагону едет обслуживающее транспортное средство, которое выполняет привод вагона и заменяет преобразователь напряжения. Затем вагон снова снабжается током самостоятельно, и обслуживающее транспортное средство снова отцепляется. Извлеченный преобразователь напряжения может затем использоваться с вагоном противоположного транспортного потока.
Принцип действия синхронного поезда становится ясным, прежде всего, в зоне вокзала. На фиг.7 показана принципиальная структура вокзала, который при увеличивающейся пропускной способности можно расширять. Концепция вокзала рассчитана также так, что любое количество вагонов могут непосредственно друг за другом покидать главный путь через пассивную стрелку 9 без образования пробки на главном пути. Количество определяется лишь количеством боксов 13. Эта возможность обеспечивается за счет того, что после ответвления от главного пути 9 скорость не уменьшается, и движение продолжается с той же скоростью до проезда следующего ответвления 10. Затем влево может отклоняться лишь каждый второй вагон, поскольку скорость уменьшается наполовину. Для вагонов, которые едут прямо, имеется теперь две возможности. Либо они также уменьшают свою скорость наполовину, либо едут дальше с полной скоростью. Во втором случае после левого ответвления (отклонения) 10 имеются те же условия, что несколько упрощает логистику и экономит время в пути. Кроме того, в этом случае имеется большая гибкость, поскольку уже при первой возможности отклонения влево не каждый второй из едущих непосредственно друг за другом вагон должен поворачивать. За это она требует несколько больше энергии, чем первый вариант. После следующего ответвления 11 скорость снова уменьшается вполовину. Это означает, что отклоняться должен каждый второй едущий непосредственно друг за другом вагон. При синхронной скорости 200 км/ч это означает скорость 50 км/ч. Эту скорость можно легко после ответвления 12 уменьшать до остановки в боксе 13. Однако можно ввести также дополнительную ступень.
Показанный на фиг.7 вариант выполнения представляет минимальную форму, которую могут занимать 16 едущих непосредственно друг за другом вагонов при пустых боксах. Максимальная конфигурация, которая необходима для всех вагонов при синхронной скорости 200 км/ч, длине вагона 10 м и времени разгрузки и загрузки 30 с, должна иметь 168 боксов, т.е. 42 вместо каждых 4. Когда после разгрузки и загрузки на главном пути имеется свободное место (точнее будет указано ниже), вагон сначала ускоряется на ¼ синхронной скорости. После ответвления 14 необходимо ускорение на половинную, а после следующего ответвления на полную синхронную скорость, для того чтобы вагон затем не оказывал влияния на поток на главном пути.
Пересечения трасс или ответвления содержат в большинстве случаев сильное изменение направления. Для высокоскоростных путей немецкие правила строительства железнодорожных путей предписывают, например, минимальный радиус 300 м. Поскольку синхронный поезд требует везде одинаковой скорости, то пересечения трасс или ответвления нельзя строить как современные пересечения автострад. На основании ограничения минимальных радиусов имеется два варианта выполнения пересечений. Один без возможности поворота (смотри фиг.8) и другой с возможностью поворота (смотри фиг.9). Во втором варианте требуется значительно больше места, поскольку колея поворота вправо должна выполняться, по меньшей мере, с радиусом в 4 раза большим, чем в первом варианте. Изображения имеют примерно одинаковый масштаб. Кроме того, сомнительно, что при автоматизированной работе вообще требуется возможность поворота на свободном пути.
Для работы синхронного поезда необходимы четыре существенные части:
Вагоны, которые движутся по имеющейся сети. Они могут принадлежать различным владельцам. Аналогично домам, принадлежащим различным наймодателям или владельцам или, соответственно, обществам владельцев.
Сеть, в которой может двигаться синхронный поезд. Она также вся или частично может принадлежать различным владельцам.
Независимо от этого могут работать вокзалы. Например, так, как сегодня работают аэропорты.
Управление и тем самым центры управления выполняют самую значительную роль. Они должны, аналогично диспетчерам воздушного движения сегодня, лишь полностью автоматически обеспечивать беспрепятственное движение. Они контролируют движение в одной определенной зоне, поддерживают связь с соседними центрами управления и несут ответственность за загрузку пути.
Вагоны могут производиться различными изготовителями. Однако они все должны соответствовать необходимым для работы синхронного поезда требованиям. Они задают, наряду с общими требованиями, по существу соответствующие различным общим массам и сопротивлениям воздуха вагонов мощности двигателей.
В принципе каждый такой вагон можно приобрести и использовать для общественной работы (точнее будет указано ниже). Однако он должен быть доступен для обслуживания и уборки. Аналогично управлению квартирами различных владельцев возможно также управление обслуживанием и уборкой вагонов.
Стоимость использования необходимо разделять на две части. А именно, стоимость приобретения в зависимости от типа вагона и стоимость километра в зависимости от веса транспортируемого груза.
Современная железнодорожная сеть требует для работы синхронного поезда лишь небольшие изменения:
Строительство специальных вокзалов (точнее будет указано ниже) с пассивными стрелками.
Дополнение некоторых активных стрелок наружными направляющими с образованием комбинированных стрелок.
Приспособление пересечений трасс и ответвлений к высоким скоростям.
Расширение свободного габарита в зоне рельс и токосъемников.
Устранение пересечений с автомобильными дорогами.
Пополнение связных устройств в тоннелях и в горах (точнее будет указано ниже).
Для ускорения на подъемах и для торможения можно использовать встроенные в путь линейные двигатели. Поскольку тем самым устанавливается дополнительная мощность именно там, где она всегда требуется, и не должна постоянно транспортироваться в виде ненужной нагрузки.
В этом случае, так же как в случае вагонов, могут иметься различные собственники на отдельных участках сети. Они отвечают за работу всех устройств в своей зоне и назначают стоимость для каждого вагона и пройденный путь и ведут переговоры с различными управлениями о назначении поушальной цены.
Вокзалы пригодны только для синхронного поезда и принадлежат операторам или сообществам операторов, которые выставляют счета за обеспечение логистики для загрузки и разгрузки, а также выполнение контроля безопасности и таможенного контроля.
Центры управления соединены друг с другом сетью связи и являются независимыми друг от друга. Они имеют устройства сопряжения (интерфейсы) с соседними управляющими центрами и с находящимися в их зоне вокзалами. В этих центрах осуществляется расчет пути прохождения вагона пересечений, ответвлений и вокзалов и при согласии клиентов он резервируется (точнее указано ниже), а также контролируется после начала движения. Центры следят за тем, чтобы перегоны были загружены максимально на 2/3, поскольку иначе в случае помех сеть может остановиться. Этот показатель загрузки может увеличиваться по мере накопления опыта работы системы.
Счета центры выставляют операторам сети и вокзалов.
Для надежного управления синхронным поездом необходимы две независимые управляющие системы. Одна центральная с центрами управления (как указывалось выше) для планирования перегонов и контроль, а также система управления вагоном в зависимости от предыдущего и следующего вагона (точнее будет указано ниже).
Для каждого вагона перед началом движения рассчитывается весь путь и резервируется необходимое место на соответствующем участке пути. Это возможно за счет постоянной скорости во всей сети. Тем самым исключается любая остановка или даже торможение в пути. Для этого вагоны должны быть, естественно, снабжены туалетом и при межконтинентальных перевозках (Европа-Азия-Африка или, соответственно, Северная Америка-Южная Америка) возможностями для сна и умывания. Для снабжения едой могут параллельно ехать снабжающие транспортные средства, как при смене преобразователей напряжения. После начала движения вагоны устанавливают связь с соответствующим ответственным центром управления лишь тогда, когда имеются отклонения от плана. В этом случае в центре создается информация для всех затронутых этим отклонением вагонов и передается им (например, с помощью GSM).
Поскольку в тоннелях или в гористой местности не всегда возможна связь по радио, надежное соединение может обеспечивать высокочастотная модуляция подвода тока и дальнейшая передача по кабелю.
Для управления вагонами не требуется GPS. Имеющиеся в распоряжении участки заданы, и соответствующее местоположение можно определять на ней посредством измерения пройденного пути. Оно все равно требуется лишь для выдерживания скорости. После каждого ответвления имеется опорная точка, которая служит для калибровки. Она используется также центральной системой для расчета загрузки перегона.
Каждый вагон передает отклонения от плана не только в центральную систему (как указывалось выше), но также в следующий за ним вагон (например, с помощью GSM). О следующем вагоне для соответствующего участка пути сообщает центральная система. Поскольку непосредственная радиосвязь со следующим вагоном в туннелях и в горной местности частично невозможна, то информацию в предыдущий или следующий вагон можно также передавать с помощью высокочастотной модуляции подвода тока или с помощью местной радиосети.
Запрос на выполнение поездки можно осуществлять через телефон, Интернет, мобильный телефон, на вокзале или в вагоне (для изменения цели). Для этого необходима информация о начале, цели поездки, типе вагона, времени или временном окне.
Можно точно выбирать вокзал отправления и прибытия или же зону отправления и прибытия. Тем самым клиент может учитывать различные цены различных операторов железнодорожной сети и вокзалов.
Запрос предоставляется в распоряжение всех транспортных управлений. Они могут в течение нескольких секунд выдавать одно или несколько предложений, которые подтверждаются центрами управления, и загрузка участка маркируется в системе как «предложенная».
Для получения предложений имеются четыре режима:
С и без резервирования находящихся у других предложений.
Предложения резервируются до выбора (возможно за дополнительную плату) или не резервируются.
Клиент выбирает предложение и резервирует его, если оно уже не резервировано другим.
За счет особых цен можно уменьшить стоимость рабочих поездок, например, для обслуживания в мастерской. Поскольку стоимость зависит от веса, то окончательная цена определяется лишь после окончательной загрузки вагона, т.е. после отправления.
Поезда обычной системы должны двигаться с постоянной скоростью лишь на участке, на котором уже работает синхронный поезд, и на них должны быть предусмотрены необходимые средства связи.
Преимущество этого изобретения состоит в резком сокращении времени простоя и ожидания, а также расходов на энергию. Очень большая экономия энергии и стоимости возможна за счет того, что на основе принципа действия, можно, так же как на современной железной дороге, отказаться от зон сминания, воздушных мешков безопасности, защиты от столкновений и защищенного пространства для пассажиров, применяемых в автомобилях. Отдельный вагон тормозится или ускоряется лишь тогда, когда он разгружается или загружается. И даже в этом он намного легче сравнимого автомобиля. Тем самым дополнительно уменьшается стоимость энергии. Приводные двигатели можно по отдельности оптимизировать для максимально транспортируемого в вагоне груза для постоянной скорости вращения. Они должны лишь компенсировать изменение нагрузки за счет ветра. Ускорения, которые необходимы лишь в зоне вокзала или более высокие нагрузки на подъемах, можно реализовать или, соответственно, компенсировать с помощью наружных линейных двигателей. За счет этого отпадает необходимость в тяжелых коробках передач. Энергию торможения, которое осуществляется также лишь в зоне вокзала или на спусках, можно аккумулировать в виде потенциальной энергии и/или с помощью линейных генераторов применять для отправляющихся в путь вагонов или, соответственно, для движения в противоположном направлении.
Таким образом, нет ненужного времени ожидания, ускорений и торможений. Тем самым синхронный поезд аналогичен современному спринтеру, однако он проезжает каждую точку сети без остановки. Поскольку длина поездов за счет прямого привода каждого вагона не ограничена, то лучше используется пропускная способность рельсового пути. Инвестиционные расходы на новое индивидуальное транспортное средство едва ли могут быть ниже, поскольку не требуются новые трассы и новые транспортные средства.