ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА "ТРАНЕР"
"TRANER" TRANSPORT SYSTEM

Изобретение относится к городскому транспорту с электрической тягой.
Известно техническое решение по патенту РФ №2203817 «Электротранспорт XXI века». Электротранспорт выполнен в виде компактного пассажирского вагона с двумя мотор-колесами, расположенными одно за другим в продольной арке внизу вагона. В качестве мотор-колес использованы шаговые двигатели. Движение вагона осуществляется по тросу, подвешенному над землей на опорах с круглым поперечным сечением. Силовой и стабилизирующий положение вагона в пространстве агрегат маховичного типа установлен под днищем вагона между колесами и выполнен из двух мотор-генераторов трехфазного переменного тока высокой частоты. Все операции по управлению вагоном выполняются системой, получающей сигналы с центрального компьютера по заданной программе. Данный электротранспорт решает проблему передвижения в больших городах и характеризуется пониженным расходом электроэнергии.
Недостатком известного решения является его сложность, ненадежность и небезопасность, обусловленная расположением вагонов над землей на тросах.
Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, - упрощение транспортной системы, повышение ее надежности и безопасности.
Технический результат достигается тем, что транспортная система содержит опоры, замкнутый по периметру бордюр, закрепленный жестко относительно опорной поверхности, пассажирские вагоны, жестко связанные с замкнутой цепью, размещенной горизонтально вдоль периметра бордюра, двигатель с валом - ведущим звеном, ведомое звено, связанное с валом двигателя, установленное с возможностью зацепления выступающих элементов ведомого звена с отверстиями в звеньях цепи, цепь зафиксирована относительно бордюра с возможностью ее перемещения вдоль него, вагоны установлены вдоль цепи на одинаковом расстоянии друг от друга.
Целесообразно, чтобы бордюр был выполнен из, как минимум, одного П-образного профиля, паз которого обращен в сторону цепи.
Возможно, чтобы бордюр был выполнен из, как минимум, одного Г-образного профиля, обращенного внутренним углом в сторону цепи.
Целесообразно, чтобы цепь была размещена в пазу П-образного бордюра.
Возможно, чтобы цепь была размещена во внутреннем угле Г-образного бордюра.
Целесообразно, чтобы цепь была связана с бордюром посредством выступающих в направлении бордюра конструктивных элементов, входящих в зацепление с пазом П-образного бордюра.
Целесообразно, чтобы в качестве двигателя был использован двигатель электровоза.
Целесообразно, чтобы цепь была размещена на опорах и расположена над уровнем земли.
Целесообразно, чтобы вдоль цепи были размещены остановочные площадки.
Целесообразно, чтобы двигатель был размещен внутри контура цепи.
Целесообразно, чтобы над цепью с вагонами был расположен короб-тоннель, жестко закрепленный относительно бордюра, предохраняющий цепь с вагонами от воздействия атмосферных осадков.
Целесообразно, чтобы короб-тоннель был выполнен из пластика.
Целесообразно, чтобы каждая остановочная площадка была снабжена средством подъема/спуска пассажиров.
Целесообразно, чтобы электропитание каждого вагона было обеспечено посредством контактной системы, закрепленной относительно вагона и взаимодействующей с шиной питания, размещенной на коробе-тоннеле.
Целесообразно, чтобы управление двигателем осуществлялось посредством компьютера или реле, задающим режим работы двигателя.
Целесообразно, чтобы каждый вагон был размещен сбоку цепи и установлен на колесах, движущихся по периметру цепи по поверхности, жестко закрепленной относительно опорной поверхности.
Целесообразно, чтобы ведомое звено было выполнено в виде шестерни, связанной с валом, и установленной с возможностью зацепления зубьев шестерни с отверстиями в звеньях цепи.
Целесообразно, чтобы шестерня была связана с валом двигателя через муфту свободного хода.
Целесообразно, чтобы остановочные площадки были размещены по периметру цепи на одинаковом расстоянии друг от друга с возможностью обеспечения остановки вагонов около каждой остановочной площадки.
Целесообразно, чтобы остановочные площадки были снабжены автоматической системой контроля за посадкой/высадкой пассажиров.
Заявляемая транспортная система представляет собой по сути наземный (или подземный), замкнутый, цепной метрополитен, работающий в автоматическом режиме.
Проблема, решаемая предлагаемым решением, возникла в связи с необходимостью создания принципиально новой, недорогой, надежной транспортной системы, позволяющей быстро разрешить транспортную проблему в городах, возникшую в связи с резко возросшим в последнее время транспортным потоком.
Особенностью заявленной транспортной системы является использование замкнутой цепи, с которой жестко связаны вагоны.
Цепь жестко связана с бордюром, в свою очередь жестко закрепленным относительно опорной поверхности, например, поверхности земли.
В случае наземного выполнения системы бордюр закрепляют на опорах, установленных на поверхности земли. Опоры устанавливаются на высоте, обеспечивающей прохождение транспорта и людей под системой, чтобы не ограничивать перемещение людей и транспорта непосредственно на земле.
Использование цепи, устанавливаемой на опорах, размещаемых на поверхности земли (на ландшафте местности), позволяет снизить требования к поверхности, на которой размещена система, а именно поверхность может не быть ровной, может иметь перепады уровня даже на небольших участках. Что обусловливает упрощение процесса монтажа системы. Размещение системы на земле и отсутствие устройств, обеспечивающих подвешивание системы, обусловливает повышение ее надежности и безопасности. Для установки системы используют имеющиеся участки населенного пункта, не требующие для размещения системы большой подготовки.
Вагоны установлены на цепи и жестко связны с ней. Вагоны целесообразно устанавливать на одинаковом расстоянии друг от друга, что обеспечит равномерность работы системы, обеспечит оптимальный режим работы двигателя (за счет равномерного распределения нагрузки). Равномерность распределения вагонов на цепи целесообразна также с точки зрения обеспечения заданного режима работы для пассажиров - известно время прибытия очередного вагона, время его отправки.
Цепь приводится в движение двигателем, используемым в других транспортных средствах. Возможно использование двигателя электровоза, а при малой протяженности линии - двигателя трамвая.
Маховиком двигателя, вращающего цепь, является шестерня, зубья которой размещены с шагом, соответствующим расстоянию между звеньями цепи. Движение цепи обеспечивается в результате вращения шестерни двигателем и зацепления зубьев шестерни с отверстием в кольце цепи.
Для избежания провисания участков цепи уровень ее положения необходимо зафиксировать относительно стационарных элементов системы. Такими стационарными элементами, жестко закрепленными относительно опорной поверхности, является замкнутый бордюр, по периметру которого размещена замкнутая цепь. Фиксирование уровня положения цепи относительно бордюра обеспечивается следующим образом. Элементы цепи, обращенные в сторону бордюра и элементы бордюра, обращенные в сторону цепи, имеют поверхности, обеспечивающие взаимное зацепление элементов цепи и бордюра. Например, на поверхности цепи, обращенной к бордюру, выполнены выступы, а поверхность бордюра, обращенная к цепи, выполнена с пазом (например бордюр выполнен из П-образного или Г-образного профиля). Выступ цепи размещен в кольцевом пазу бордюра, таким образом, обеспечивается постоянное взаимное зацепление цепи и бордюра, обеспечивающее фиксирование положения цепи относительно бордюра, а с другой стороны, такая форма зацепления не препятствует перемещению цепи относительно бордюра. Возможно непосредственное размещение цепи в пазу бордюра.
Цепь приводится в движение двигателем, с валом которого связана шестерня, входящая в зацепление с элементами цепи. Месторасположение двигателя не является принципиальным, его располагают там, где это удобно с точки зрения эксплуатации системы.
Для того чтобы при торможении двигателя не было резкого торможения вагонов, что может привести к поломке вала двигателя, шестерен и т.п. (т.е. любое резкое изменение скорости движения может привести к выходу из строя системы) в конструкции системы предусмотрено использование обгонной муфты (или муфты/механизма свободного хода).
Обгонные муфты широко известны в технике. Обгонная муфта - устройство для соединения двух соосных валов или вала со свободно сидящей на нем деталью, передающее от ведущего вала к ведомому вращательное движение и крутящий момент только в одном направлении. Различают обгонные муфты: зацепления - храповые и кулачковые, трения - с круглыми цилиндрическими и эксцентричными роликами, а также с самозатягивающимися витыми пружинами. Обгонные муфты используются для устранения обратной передачи движения по кинематической цепи (например, от ведущего колеса велосипеда к педалям); преобразования качательного движения во вращательное (например, в импульсных бесступенчатых передачах); передачи медленно вращающемуся валу более быстрого вращения того же направления (например, в механизмах быстрых перемещений металлорежущих станков); устранения обратного вращения вала (например, в заводных механизмах и стопорных устройствах) и т.п. (см. http://slovari.vandex.ru/dict/bse/article/00053/92200.htm).
Обгонная муфта, муфта/механизм свободного хода - деталь механической трансмиссии, которая предотвращает передачу вращающего момента от ведомого вала обратно к ведущему в случае, если по какой-либо причине ведомый начинает вращаться быстрее. Наиболее известное применение обгонной муфты - в велосипедном приводе. В момент, когда ездок перестает вращать педали, и велосипед продолжает двигаться по инерции, срабатывает обгонная муфта, отключая колесо от педалей, и они не бьют по ногам (http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/433702).
Таким образом обгонная муфта предотвращает поломку трансмиссии в случае, если ведомый элемент трансмиссии не может вращаться в нужной скоростью (частотой вращения). Обгонная муфта выключается при превышении угловой скорости ведомого звена относительно ведущего, обеспечивая свободное вращение ведомого звена по инерции.
В заявляемой системе использование обгонной муфты (ведомое звено, например шестерня, связано с ведущим звеном - валом двигателя через обгонную муфту) позволяет осуществлять движение цепи по инерции при отключении двигателя для плавной остановки движения вагонов.
Для защиты от воздействия атмосферных осадков (в случае выполнения транспортной системы в наземном варианте) предусмотрена защита в виде пластикового короба, устанавливаемого над цепью с вагонами. Т.е. вагоны движутся как бы в тоннеле. Использование для короба пластика позволяет исключить его порчу в результате воздействия атмосферных осадков. Короб в целом является легким, что обеспечивает легкость его монтажа, легкость замены поврежденных участков.
Цепь может быть установлена любым образом - отверстиями в звеньях цепи вверх или вбок. Расположение цепи (отверстиями вбок или вверх) не является принципиальным и предопределяет только характер кинематической связи (геометрию расположения звеньев, передающих движение от ведущего звена - вала двигателя к ведомым - шестерне через обгонную муфту).
Расположение двигателя (внутри контура цепи или снаружи) также не является принципиальным и выбирается из удобства выполнения в каждом конкретном случае.
Расположение двигателя внутри контура цепи является более предпочтительным, т.к. не требуется увеличения территории (в целом, определяющем габариты системы), на которой расположены все элементы системы. Расположение двигателя снаружи контура цепи требует использования дополнительной территории, что обусловит увеличение размера системы в целом.
Контур цепи определяется необходимым размером системы, целесообразно иметь контур цепи без резких перегибов. В целом контур целесообразно выполнить близким к овальному - с прямолинейными центральными участками, сопряженными с концевыми участками, выполненными по радиусу, т.е. представляющими собой часть окружностей.
Размеры контура определяются в том числе размерами вагонов, т.к. радиус окружности на концевых участках контура цепи должен обеспечивать поворот цепи вместе с вагонами.
Т.е. геометрия контура цепи в целом определяется взаимным соотношением размеров вагонов и радиуса концевых участков цепи, а также количеством станций (остановок).
Цепь может быть установлена на опорах, поднятых над уровнем земли, что позволяет не ограничивать движение пешеходов и транспорта на поверхности земли. необходимо только высвобождение определенных участков территории для установки опор. Т.е. заявляемая система позволяет увеличить транспортный поток за счет использования дополнительных транспортных уровне.
Чтобы снизить нагрузку на двигатель при перемещении цепи с вагонами. Вагоны жестко прикрепляют к цепи сбоку со стороны, противоположной бордюру. Каждый вагон снабжен колесами, которые катятся по поверхности по периметру цепи.
Для обеспечения безопасности пассажиров каждая остановочная площадка снабжена стандартными средствами контроля за потоком пассажиров. Это могут быть оптические датчики. Конструкция системы позволяет организовать любые системы безопасности, поскольку к каждой остановочной площадке имеется возможность подвода электричества.
При этом не происходит ограничения движения транспорта непосредственно на земле.
Для удобства пассажиров каждая станция (остановочная площадка) снабжена лестнице или эскалатором.
Для обеспечения равномерности нагрузок на двигатель, для удобства пассажиров все вагоны (соответственно остановочные площадки - станции) размещены на цепи равномерно, на одинаковом расстоянии друг от друга. Помимо снижения нагрузок на двигатель, такое расположение вагонов удобно для пассажиров, т.к. при этом будет обеспечено строгое соблюдение графика движения.
Заявляемая система, в случае ее выполнения в наземном варианте, дешевле монорельсовых дорог, т.к. монорельсовые дороги требуют использования специальных устройств, обеспечивающих перемещений вагонов вдоль монорельса при одновременном обеспечении устойчивого положения вагонов.
Заявляемая система надежна, т.к. вагоны жестко закреплены на цепи, необходимо использование только одного двигателя, обеспечивающего перемещение цепи, что гораздо проще осуществить, чем обеспечить одновременное перемещение вагонов с их надежным устойчивым положением (как в монорельсовых дорогах).
Т.е. в заявляемой системе использован принципиально новый способ организации перемещения пассажиров.
В заявляемой системе легко обеспечить безопасность пассажиров, в том числе безопасность от контактов с токоведущими элементами. В монорельсовых дорогах токоведущие элементы являются неотъемлемыми частями вагонов, т.к. движение в них организовано на основании использования электродвижущей силы.
В заявляемой системе токоведущие элементы все размещены в двигателе, вал которого передает только механические усилия. Поэтому обеспечить безопасность пассажиров легко, обеспечив необходимую изоляцию токоведущих элементов двигателя.
Использование электричества непосредственно в вагонах ограничивается лишь обеспечением освещения вагонов и функционирования систем управления открыванием/закрыванием дверей.
Поскольку заявляемая система основана на перемещении цепи, движение каждого контура цепи осуществляется только в одном направлении. Для обеспечения доставки пассажиров в противоположном направлении можно организовать второй контур цепи, размещенный внутри или снаружи первого, или над первым контуром цепи. Размещение контуров цепи на одном уровне будет более оптимальным, т.к. в этом случае площадки остановок вагонов можно разместить между контурами обеих цепей и одна и та же площадка будет служить для посадки/высадки пассажиров, следующих в обоих направлениях.
В целом заявляемая система по сравнению с известными является более надежной, дешевой. Конструкция системы обеспечивает ее быстрый монтаж, соответственно более удобный, быстрый ремонт. Система будет являться быстроокупаемой, кроме того, она позволяет легко обеспечить требуемый график работы транспорта, который не будет зависеть от посторонних факторов - пробок, аварий и т.п.
Заявляемая транспортная система иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображена заявляемая система вид сверху (без короба-тоннеля).
На фиг.2 изображена заявляемая система вид сбоку (без короба-тоннеля).
На фиг.3 изображена заявляемая система вид сбоку.
На фиг.4 изображена электрическая схема защиты с двигателем.
Заявляемая система содержит цепь 1, опоры 2, двигатель 3, бордюр 4, короб-тоннель 5, вагоны 6.
Двигатель 3 содержит вал 7, связанный с шестерней 8 через обгонную муфту 9. Цепь 1 состоит из звеньев с отверстиями. Бордюр 4 жестко закреплен относительно опор 2 и образован из П-образного профиля. Каждый вагон 6 жестко связан с цепью 1. Вагоны 6 установлены на цепи 1 на одинаковом расстоянии друг от друга. Двигатель 3 установлен внутри контура цепи 1 и жестко закреплен относительно опорной поверхности 10. В качестве двигателя может быть использован любой двигатель, способный обеспечить перемещение цепи, например, двигатель электровоза. Конструкция двигателя не является принципиальной. Вал 7 двигателя 3 (ведущее звено) связан с шестерней 8 (ведомое звено) через обгонную муфту 9. В качестве обгонной муфты 9 может быть использован механизм свободного хода по патенту РФ №2361130. Конструкция муфты свободного хода также не имеет принципиального значения, главное, чтобы она обеспечивала возможность движения ведомого звена (шестерни 8) по инерции после остановки ведущего звена (вала 7). Зубья шестерни 8 расположены с шагом, соответствующим размеру звеньев цепи таким образом, чтобы при вращении шестерни 8 ее зубья входили в отверстие звена цепи 1, обеспечивая зацепление зубьев шестерни 8 со звеном цепи 1. Вдоль контура цепи 1 выполнены жестко закрепленные относительно поверхности земли остановочные площадки 11, предназначенные для посадки/высадки пассажиров. Над цепью 1 установлен жестко закрепленный относительно опор 2 короб-тоннель 5, выполненный из легкого пластика. Короб-тоннель 5 предназначен для защиты элементов системы и пассажиров от воздействия атмосферных осадков. Расстояние от цепи 1 до поверхности земли целесообразно выбрать не менее 5 метров. При таком расположении цепи относительно поверхности земли будет обеспечено беспрепятственное прохождение наземного транспорта и пешеходов под системой. Для исключения перегибов и провисания цепи 1 она должна быть установлена на одном уровне - горизонтально, вне зависимости от ландшафта местности, над которой размещена система. Т.е. высота опор 2 может быть разной, главное - обеспечить горизонтальное расположение цепи 1. Для гашения инерции и нормальной остановки цепи 1 в системе целесообразно предусмотреть наличие тормозных букс (не показаны). Конструкция которых также не имеет принципиального значения. Наличие букс предусмотрено для комфорта и безопасности пассажиров. Для доставки пассажиров на остановочные площадки 11 система может содержать лестницы или эскалаторы 12. Подвод электропитания к вагонам может быть обеспечен посредством токоприемников (не показаны), контактирующими с шиной питания, проложенной внутри вдоль короба-тоннеля 5. Целесообразно токоприемники выполнять сбоку вагонов, при этом токоприемники будут контактировать с шиной, идущей вдоль стены короба-тоннеля 5. Каждый вагон 6 прикреплен к цепи 1 сбоку со стороны, противоположной той стороне, с которой установлен бордюр 4. Вагон снабжен колесами, которые перемещаются по поверхности 13 вдоль периметра цепи 1.
Схема защиты, представляющая собой схему контроля за посадкой высадкой пассажиров, электрически связана с двигателем 3. Схема содержит систему управления 14 тормозами, систему управления 15 открывания/закрывания дверей, реле 16 задержки, пусковое реле 17, датчики 18 контроля, например оптические датчики.
Работа заявляемой транспортной системы осуществляется следующим образом.
При работе двигателя 3 происходит вращение вала 7 и, соответственно, вращение шестерни 8, на которую вращающий момент передается от вала 7 через обгонную муфту 9. Зубья шестерни 8 при ее вращении зацепляются с отверстиями в звеньях цепи 1, в результате чего происходит перемещение цепи 1 и, соответственно, вагонов 6. Для обеспечения плавной остановки вагонов 6 момент остановки цепи 1 обеспечивают посредством, например, срабатывания реле, которое срабатывает в момент, пока вагон 6 не подошел к остановочной площадке 12 (или с помощью компьютера). После срабатывания реле, обеспечивающего размыкание электрической цепи, по которой подается питание на двигатель 3, двигатель обесточивается, вращение вала 7 прекращается, обгонная муфта 9 расцепляет шестерню 8 и вал 3, в результате чего до остановочной площадки 11 вагоны (вместе с цепью) двигаются по инерции до полной остановки. Все эти режимы подбираются с учетом конкретных размеров цепи, мощности двигателя и т.п. Расчеты осуществляются специалистами по известным законам и не представляют трудностей. При подаче питания на двигатель 3 движение вагонов возобновляется до следующей остановочной площадки 11.
Система защиты пассажиров может быть организована по любому известному принципу, применяемому, например, в метро. Система защиты контролирует процесс посадки/высадки пассажиров и в случае возникновения критической ситуации (например, наличия пассажира, не закончившего посадку в момент закрывания двери вагона) система защиты предотвращает движение вагонов. Для этого схема защиты пассажиров содержит пусковое реле 17, обеспечивающее пуск двигателя 3. В случае срабатывания датчиков 18, контролирующих положение пассажира относительно двери вагона, срабатывает реле 16 задержки, отключающее двигатель 3 в момент срабатывания датчиков 18. При этом система 14 управления тормозами обеспечивает удержание вагонов 6 на месте, а система управления 15 обеспечивает открытие двери вагона 6.