АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ Ж/Д ВАГОН
AERODYNAMIC RAILWAY CAR

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к высокоскоростным пассажирским поездам и позволяет повысить пропускную способность уже существующих или еще только строящихся, одно путевых железных дорог (далее Ж/Д).
Традиционные Ж/Д для повышения пропускной способности, путем обеспечения возможности одновременного прохождения по ним поездов встречного направления движения, предусматривают прокладку поверх общей насыпи двух путей на некотором удалении одного от другого. При этом, каждый путь включает в себя два ряда рельсов уложенных на общие шпалы. Известны также поезда использующие однорельсовые Ж/Д (см. монорельсовые дороги - Политехнический словарь, издательство «Советская энциклопедия», Москва, 1976 г., стр. 299), но они не могут быть использованы на обычных ж/д с колеей 1520 мм и поэтому используют для передвижения специальные (монорельсовые) Ж/Д, как правило эстакадного типа.
Целью изобретения является повышение пропускной способности обычных, одно путевых Ж/Д, путем использования их для встречного передвижения по ним Ж/Д транспортных средств, преимущественно пассажирских высокоскоростных поездов.
Указанная цель достигается тем, что в Ж/Д вагоне, содержащем кузов с устройствами для сцепки с другими вагонами или локомотивом на обоих торцах и установленным на две Ж/Д тележки, по изобретению, на крыше кузова установлены, с шарнирным сочленением, два аэродинамических элемента в виде самолетного крыла и один из которых располагается горизонтально, а другой вертикально. Кроме того, в Ж/Д тележках с одной их стороны установлены двухребордные колеса со стальными бандажами, а с другой стороны установлены колеса с резиновыми шинами. При этом, оба аэродинамических элемента имеют возможность укладываться продольно на крышу кузова, а также имеют возможность изменять поперечный крутящий момент передаваемый ими на кузов в процессе движения. Также, в вагоне может быть установлен двc - электрогенератор, а колеса Ж/Д тележек могут быть оснащены электроприводом.
На фиг. 1 показан вагон на межстанционном участке Ж/Д пути. На фиг. 2 – то же, на станционном участке Ж/Д пути. На фиг. 3 показана схема приложения к вагону поперечных вращательных моментов, при движении с опорой на один рельс.
Вагон включает в себя закрытый кузов 1, установленный на две Ж/Д тележки содержащие раму 2 с двумя парами колес 3 и 4 попарно соединенными осями 5. На крыше кузова 1 установлены два аэродинамических элемента 6, присоединенных к кузову 1 шарнирными механизмами 7 (в передней части вагона). Колеса 3, с одной стороны Ж/Д тележек, выполнены двухребордными со стальными бандажами, а колеса 4, с другой стороны ж/д тележек, выполнены с резиновыми шинами. В кузове 1 может быть установлен ДВС - электрогенератор (не показан), а колеса 3 и 4 могут быть снабжены электроприводом 8. В шарнирных механизмах 7 имеются устройства позволяющие изменять поперечный крутящий момент передаваемый аэродинамическими элементами 6 на кузов 1 в процессе движения (не показан). Подшипниковые буксы 9 располагаются снаружи колес 3 и 4 и взаимодействуют с кузовом 1 посредством гидропневматической подвески 10 (вариант). Все колеса, оснащаются тормозными механизмами (не показаны), а электропривод 8 может работать в режиме электрогенератора (экономичный режим торможения). Ж/Д путь на межстанционном участке пути включает в себя Ж/Д полотно 11 и уложенные сверху на шпалах 12 рельсы 13. Ж/Д путь на станционном участке пути включает в себя рельсы 13, уложенные на шпалы 12 и бетонные дорожки 14 проложенные по обе стороны Ж/Д пути, на уровне оголовков рельсов 13.
Вагон, включенный в состав поезда или эксплуатируемый автономно, функционирует следующим образом. На конечной Ж/Д станции вагон 1 стоит опираясь колесами 3 на рельсы 13, а колесами 4 на бетонную дорожку 14 (фиг. 2). При этом аэродинамические элементы 6 уложены продольно на крыше кузова 1. После выезда малой скоростью за пределы станции аэродинамические элементы 6 переводятся в рабочее положение (см. фиг. 1) и начинается разгон до крейсерской скорости (300÷350 км/час) при которой поперечные крутящие моменты создаваемые аэродинамическими элементами 6 сравниваются с поперечным крутящим моментом обратной направленности, создаваемым массой вагона и колеса 4 отрываются от бетонной дорожки 14.
УСЛОВИЕ ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ (см. Фиг.3).
М0=M1+М2,
где M0=P0*L0; M1=P1*L1; M2=P2*L2;
где Р0 - Статическая сила обусловленная массой вагона (G).
L0 - Плечо приложения силы Р0 относительно точки опрокидывания (оголовок рельса 12).
Р1 - Динамическая сила создаваемая горизонтальным аэродинамическим элементом 6.
L1 - Плечо приложения силы Р1 относительно точки опрокидывания.
Р2 - Динамическая сила создаваемая вертикальным аэродинамическим элементом 6.
L2 - Плечо приложения силы Р2 относительно точки опрокидывания.
Поскольку L1 и L2, при длине аэродинамических элементов 6 ~ равных длине вагона (12÷15 м), многократно превышают L0, то и. силы Р1 и Р2, необходимые для обеспечения поперечной устойчивости вагона, потребуются многократно меньшие Р0.
В целях безопасности, длина бетонной дорожки 14 должна превышать дистанцию необходимую для разгона-торможения вагона. Такой же разгонно-тормозной участок Ж/Д пути (с бетонной дорожкой 14) имеется и с другой стороны станции. Участки Ж/Д пути с бетонными дорожками 14 устраиваются и под виадуками, линиями электропередачами и прочими неустранимыми дорожными препятствиями. Эти участки вагоны проходят с уложенными на крышу кузова 1 аэродинамическими элементами 6. При модернизации уже существующих однополосных скоростных Ж/Д путей потребуется дооборудование их разгонно-тормозными участками оснащенными бетонными дорожками 14. Также, для обеспечения безопасного прохождения встречных вагонов (поездов) по Ж/Д путям со стандартной ширины колеи (1520 мм) потребуется увеличить расстояние между колесами 3 и 4 до 2000÷2500 мм. При этом, на время сближения встречных поездов, они могут дополнительно несколько наклоняться во вне. Перед началом поперечного наклона вагона (плавного) пассажиры оповещаются звуковым или световым сигналом.
При включении нескольких аэродинамических Ж/Д вагонов в состав поезда с локомотивом, последний также оснащается парой аэродинамических элементов 6. А также оборудуется двумя типами колес: двухребордными 3 и с резиновыми шинами 4.