Транспортная система челночного типа
SHUTTLE TYPE TRANSPORTATION SYSTEM

Устройство относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для перемещения грузов, в том числе под препятствием. Может быть использовано также как городской транспорт для перевозки людей под перекрестками дорог или под напряженными транспортными магистралями в поперечном или под углом направлениями, под какими-либо опасными для людей наземными объектами, например под движущимся транспортом.
Известны пешеходно-транспортные пересечения в разных уровнях на скоростных дорогах, на городских дорогах с непрерывным режимом движения транспорта, на улицах шире пятнадцати метров и в других случаях. Подземные пешеходные переходы прокладываются в виде туннелей под проезжей частью улицы с лестничными входами и выходами (Дубровин и др. «Изыскание и проектирование городских дорог», Москва, Транспорт, 1981, с. 255). Типы подземных пешеходных переходов многообразны. Все такие переходы требуют от пешеходов затрат времени и энергии и особенно на подъем при выходе из перехода на такой же начальный уровень с противоположной стороны. Нецелесообразные затраты времени и энергии вынуждают пешеходов пересекать проезжую часть дороги по поверхности, создавая при этом трагическую опасность для своей жизни и помехи движущемуся транспорту. По статистическим данным пересечение пешеходами дорог при наличии светофора приводит к уменьшению пропускной способности дороги в среднем на 15-20% (4-5 часов) за сутки. Пешеходные переходы требуют больших затрат на их обустройство, в том числе на лестничные переходы.
Известны подземные переходы, оборудованные эскалаторными сходами (Дубровин и др. «Изыскание и проектирование городских дорог», Москва, Транспорт, 1981, с. 264, тип II). На входах проектируют параллельно с эскалаторами и лестницы. Эскалаторы используют только для подъема, а лестницы - для спуска. Устройство эскалаторов в подземных переходах является весьма прогрессивным решением, хотя и вызывает значительное удорожание. При установке эскалатора полностью устраняется основной недостаток подземного перехода - необходимость преодоления пешеходом подъема. Применение эскалаторов не везде целесообразно. Целесообразно механическое перемещение пешеходов при интенсивном движении. «Устройство эскалаторов вряд ли можно рекомендовать для обычных, одиночных переходов, но для развитых пешеходных переходов при значительной интенсивности движения и максимальном насыщении предприятиями обслуживания устройство эскалаторов следует считать рациональным решением» (Дубровин и др. «Изыскание и проектирование городских дорог», Москва, Транспорт, 1981, с. 265). Эскалаторы представляют собой сложные, дорогие, громоздкие и энергоемкие механизмы, что является причиной, ограничивающей их применение (Вайнсон А.А. «Подъемно-транспортные машины», М.: Машиностроение, 1975, с. 350, рис. 203). Эскалаторы предназначены для перемещения людей на разные по высоте уровни. Главный недостаток эскалаторов, для их применения при переходах, это низкая скорость их перемещения. Ступенчатые эскалаторы не обеспечивают движение инвалидов-колясочников. Таким образом, перемещение пешеходов под транспортными магистралями на противоположную сторону или иной уровень механическим путем известными устройствами не производится. Подобное было бы целесообразно, особенно с увеличением скученности населения благодаря тенденции строительства высотных зданий.
Наиболее близким по назначению и технической сути является «Транспортная система маятникового типа». Транспортная система маятникового типа содержит транспортное средство в виде тележки с кабиной, путь с гравитационными участками разгона и замедления, вертикальной кривой, при этом путь имеет горизонтальные концевые участки и снабжен дополнительными прямолинейными направляющими отрезками пути, установленными у концевых участков и мест перегиба профиля пути параллельно пути с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью свободной половины опоры транспортного средства, имеющей гребень в средней части опорной поверхности, причем дополнительные отрезки пути у концевых участков пути установлены ниже уровня концевых участков и снабжены механизмами изменения угла их наклона, каждый из которых имеет пару регулируемых шарнирных стоек, а каждый дополнительный отрезок пути у мест перегиба профиля пути установлен параллельно хорде, проведенной через точки касания вписанной окружности в место перегиба профиля пути, и вертикальная кривая пути установлена при переходе к концевым участкам пути выпуклостью вверх (Патент RU №2077435, заявка №93035127/11, 06.07.1993 МПК B61B 1/00, B61B 15/00). Транспортная система маятникового типа имеет недостатки. Стационарный путь содержит стыки под углом в вертикальной плоскости, что снижает скорость и нарушает плавность хода транспортного средства. Самокатное движение транспортного средства произвольное (не руководимое в пути) не является достаточно надежным. Возможен его сброс снаправляющих. Кроме этого транспортная система имеет ограничения по своей длине. Общими существенными признаками с заявленным техническим решением является наличие транспортного средства в виде кабины с тележкой и возможность перемещения кабины по рельсовой колее по существу в горизонтальном направлении.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение заключается в создании транспортной системы челночного типа, позволяющей повысить производительность, осуществлять безопасное надежное перемещение грузов, людей под препятствиями с повышенной скоростью, плавностью хода, без ограничения ее длины с расширением возможности ее использования пешеходами с ограниченными возможностями.
Техническая проблема решается тем, что транспортная система челночного типа содержит транспортное средство, которое выполнено с возможностью его перемещения по рельсовой колее в горизонтальном, по существу, направлении, при этом транспортное средство выполнено в виде кабины и тележки качения, кабина снабжена двумя устройствами ее вертикального перемещения, расположенными на концах рельсовой колеи, и установлена соосно с тележкой качения, снабженной реверсивной электролебедкой, установленной под рельсовой колеей в ее середине и шарнирно соединена гибкой нитью с тележкой качения с возможностью перемещения транспортного средства в противоположных направлениях, при этом рельсовая колея выполнена прямолинейной. Также техническая проблема решается тем, что устройство вертикального перемещения кабины выполнено в виде вертикальных направляющих рамной конструкции с реверсивной электроталью, которая шарнирно соединена с кабиной посредством каната разъемным соединением, при этом кабина снабжена колесными роликами, а электроталь снабжена захватом в виде траверсы с роликами по краям и зацепом, а кабина в верхней части снабжена отверстием под зацеп захвата. Вертикальные направляющие кабины снабжены в верхней части выдвижными упорами. Кабина в ее нижней части снабжена амортизаторами. Тележка качения с двух противоположных сторон соединена с реверсивной лебедкой посредством гибкой нитью в виде тягового каната. Рельсовая колея снабжена автоматическими фиксирующими упорами и по ее краям установлены амортизаторы. В кабине выполнен дверной проем с одной или дверные проемы с противоположных сторон и кабина дополнительно снабжена системами освещения, управления.
Отличительные признаки заявленной транспортной системы челночного типа являются:
- транспортное средство выполнено в виде кабины и тележки качения, кабина снабжена двумя устройствами ее вертикального перемещения, расположенными на концах рельсовой колеи, и установлена соосно с тележкой качения, которая снабжена реверсивной электролебедкой, установленной под рельсовой колеей в ее середине и шарнирно соединена гибкой нитью с тележкой качения с возможностью перемещения транспортного средства в противоположных направлениях, при этом рельсовая колея выполнена прямолинейной;
- устройство вертикального перемещения кабины выполнено в виде вертикальных направляющих рамной конструкции с реверсивной электроталью, которая шарнирно соединена с кабиной посредством каната разъемным соединением, при этом кабина снабжена колесными роликами;
- электроталь снабжена захватом в виде траверсы с роликами по краям и зацепом, а кабина в верхней части снабжена отверстием под зацеп захвата;
- вертикальные направляющие кабины снабжены в верхней части выдвижными упорами;
- кабина в ее нижней части снабжена амортизаторами;
- тележка качения с двух противоположных сторон соединена с реверсивной лебедкой посредством тягового каната;
- рельсовая колея снабжена автоматическими фиксирующими упорами и по ее краям установлены амортизаторы;
- в кабине выполнен дверной проем с одной или дверные проемы с противоположных сторон;
- кабина дополнительно снабжена системами освещения, управления.
Сущность изобретения заключается в следующем. Транспортная система челночного типа состоит из транспортного средства, выполненного в виде кабины, снабженной устройством ее вертикального перемещения с уровня поверхности тротуара вниз в шахту и тележки качения, из по существу горизонтальной рельсовой колеи в туннеле, устройства вертикального перемещения кабины вверх из шахты на уровень поверхности тротуара на другом конце рельсовой колеи. При этом рельсовая колея может быть выполнена с положительным или отрицательным уклоном относительно горизонтальной поверхности в допустимых технических пределах, например, 10-15°. Каждое из устройств вертикального перемещения кабины состоит из направляющих рамной конструкции, электротали, каната, желобчатых роликов и захвата для кабины. Кабина соединяется с электроталью посредством разъемного соединения. Отверстие в верхней части кабины позволяет свободно входить и выходить из него зацепу захвата при нейтральном (не поднятом) состоянии кабины. Кабина снабжена снаружи на двух противоположных ее стенах - колесными роликами с эластичными шинами для перемещения кабины по вертикальным направляющим кабины. К каждым вертикальным направляющим кабины жестко крепятся вертикальные направляющие захвата электротали. Перемещение захвата осуществляется посредством траверсы с колесными роликами. Электротали подвешены с каждой стороны туннеля на балках строительной конструкции и обеспечивают движение каната захвата на всю его полезную длину. Конструкция направляющих кабины и захвата обеспечивает точное опускание кабины в тележку качения в ее исходном положении. Этому же способствуют борта тележки качения, отклоненные наружу от основания на определенный угол. В кабине выполнен дверной проем либо выполнены дверные проемы с двух противоположных сторон кабины в направлении рельсовой колеи, что позволяет выгружать или загружать грузы с противоположных сторон. Тележка качения перемещается, в частности, тяговым канатом, шарнирно закрепленным к ней с противоположных сторон, приводимым в движение от барабана реверсивной электролебедки, на который он намотан. Электролебедка установлена в середине рельсовой колеи на своей опоре с возможностью прохода над ней тележки качения в обе стороны. Использование бесконечного тягового каната, замкнутой гибкой нити, позволяет перемещать транспортное средство горизонтально и с некоторым уклоном. При этом тяговый канат по пути под рельсами опирается на промежуточные поддерживающие желобчатые ролики, а при выходе вверх на уровень крепления к тележке качения проходит через отклоняющие желобчатые ролики, установленные у каждого края рельсовой колеи. Безопасность транспортной системы обеспечивается наличием амортизаторов кабины, выдвижных упоров у вертикальных направляющих кабины и упоров ограничителей движения траверсы в нижней части направляющих захвата. По краям рельсовой колеи на рельсах установлены амортизаторы от ударов тележки качения, расположенной на этих рельсах и автоматические упоры, фиксирующие тележку качения сзади в исходном положении. Колеса тележки качения имеют реборды с внутренней стороны рельсов колеи. Автоматические упоры срабатывают и фиксируют тележку качения с кабиной в момент ее прохода, воздействуя на кулак автоматического упора и убираются по соответствующему сигналу для обратного движения после загрузки ее кабиной. Предусмотрена система сигнализации и действия по сигналам на всех этапах загрузка-выгрузка на уровне тротуара. Заявленная транспортная система челночного типа может быть выполнена без ограничения ее длины и допускает наличие дополнительных устройств вертикального подъема кабины (более двух). Пешеходы с ограниченными возможностями, в частности престарелые люди или люди на инвалидных колясках, могут легко перемещаться с одной стороны пешеходного перехода на его другую сторону.
Расчет целесообразности предлагаемой транспортной системы челночного типа приведен в сравнении с возможностями известных подземных переходов (далее - ПП).
1. В соответствии с требованиями по строительным нормам и правилам (СНИП).
max
ср
2
Пропускная способность существующих ПП на полосе шириной в 1 м с учетом лестничных маршей составляет Q=1500 чел/час максимум и Q=1250 чел/час по средней устойчивой интенсивности (см. Е.Н. Дубровин и др. «Изыскание и проектирование городских дорог. М.: Транспорт, 1981, с. 271, 1 абзац). Скорость движения пешеходов 4-5 км/час в потоке малой интенсивности и 3-4 км/час в потоке средней интенсивности 2 чел/м (там же, с. 270, 3 абзац). По нормам СНИП ширина магистральных улиц общего городского значения с непрерывным движением принимается: а) 75 м; б) 62 м, дорог с регулируемым движением в) 57 м; г) 44 м (там же, рис. 1.9, с. 47).
п
лм
общ
пер
общ
п
пер
2. По пешеходному переходу. Для расчета принимается улица (дорога) шириной Н=60 м (большая ширина даст больший эффект). Скорость движения пешеходов по ПП принимается V=4 км/час (1,1 м/с). Размер ступеней лестниц ПП: высота 120 мм, глубина 400 мм. В одном марше должно быть не более 14 ступеней, промежуточная площадка между маршами 1,5 м (там же, с. 272, 4 абзац). Высота ПП в свету 2,3 м (по СНИП). Для такой высоты требуется 2 марша - 28 ступеней. Тогда длина лестничных маршей составит L 28*400+1500=13 м. Длина перехода пешеходом по ПП с учетом лестниц составит: L=13 м (вход) + 60 м (туннель) + 13 м (выход) = 86 м. Время на переход t=L/V=86/1,1=78,2 с. Принимаем t=82 с, так как подъем по лестнице медленнее.
к
к
к
вх
вх
вx
к
закр
откр
под
оп
разг
зам
max
max
разг
р
разг
р
зам
р
П
П
р
осн
П
max
дв
разг
осн
зам
откр
вх
закр
оп
дв
под
откр
вых
т
то
дв
под
откр
вых
вх
закр
оп
дв
л
дв
ло
под
откр
вых
вх
закр
оп
мах
пер
ср
2
2
2
2
2
3. По предлагаемому изобретению. Принимается кабина вместимостью 12 чел. Площадь кабины S=3*1=3 м (норма на 12 человек) при длине кабины L=3 м и ширине кабины В=3 м. Скорость входа/выхода V=3,5 км/час (0,97 м/с). Время входа (выхода) t=V*L=0,97*3=2,9 с примерно 3 с. Время закрытия / открытие дверей t/t=1 с. Время подъема (опускания) кабины t=t=1 с. Время разгона и замедления тележки качения принимается t=t=3,5 с. Максимальная скорость V=9 м/с (32 км/час). Ускорение разгона или замедления движения тележки качения рассчитывается по формуле разгон a=V/t=9/3,5=2,57 м/с. Путь, пройденный тележкой качения с таким ускорением, составит S=а*t/2. S=a*t/2=2,57*3,5/2=15,74 м. S примерно равно 16 м. Замедление также равно S=S=16 м. Длина пути Lсо скоростью 9 м/с будет равна L=Н-S*2=60-16*2=28 м. Время равномерного скоростного движения t=L/V=28/9=3 с. Суммарное время движения тележки качения с кабиной составит: t=t+t+t=3,5+3+3,5=10 с. Время одного рейса (перемещения пешеходов) ∑t=t+t+t+t+t+t+t+t=1+3+1+1+10+2+1+3=22 с. Производительность в час равна Q=3600 с/∑t*12 чел = 3600/22*12=1960 чел/час (164 рейсов). Двигатель электротали работает t=1 с, отдыхает t=t+t+t+t+t+t+t+t=10+2+1+3+3+1+1+10=31 с. Электролебедка тележки качения работает t=t=10 с и отдыхает t=t+t+t+t+t+t=2+1+3+3+1+1=11 с. Таким образом, производительность предложенного устройства по сравнению с пропускной способностью существующих ПП приблизительно в 1,3 раза по максимуму (Q/Q=1960/1500=1,3). Время перемещения быстрее примерно в 4 раза (t/∑t=82/22=3,7). И по средней интенсивности быстрее примерно в 1,6 раза (Q/Q=1960/1250=1,57). Пешеходы при перемещении посредством заявленной транспортной системы челночного типа не затрачивают энергию на перемещение, чувствуют себя комфортнее, могут перемещаться люди с ограниченными возможностями, увеличивается их количество.
Конструкция и работа транспортной системы челночного типа поясняется на примерах ее воплощения с привлечением следующих эскизов: на фиг. 1 показан продольный разрез по оси рельсовой колее; на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 выносной элемент I фиг. 2 в укрупненном виде; на фиг. 4 вид Б фиг. 1 на траверсу с захватом.
В туннеле под препятствием (в том числе в пешеходном переезде) на поребриках строительной конструкции 1 установлены шпалы 2, несущие на себе закрепленные прямолинейные параллельные рельсы 3, образующие рельсовую колею. На рельсах 3 установлена тележка качения 4, амортизаторы 5 и автоматические упоры 6 с каждой стороны рельсовой колеи. К тележке качения с двух противоположных сторон крепится шарнирно тяговый канат 7, намотанный на барабан реверсивный электролебедки 8, проходящий нижней ветвью под шпалами, опираясь по пути на промежуточные, поддерживающие желобчатые ролики 9 и через отклоняющие желобчатые ролики внизу 10 и 11 на уровне тележки качения. Электролебедка 8 опирается на свою раму. В исходном положении кабина 12 опирается на выдвижные упоры 13, зацеп 14 захвата, находится в предназначенном для него отверстии в выступе верхней части кабины, удерживаемый слабым натягом каната 15, отклоняемого желобчатыми роликами 16, относительно электротали 17. Отверстие в выступе кабины развито вертикально и выполнено по размерам шире зацепа захвата. Кабина с возможностью движения вверх-вниз контактирует своими роликами 18, установленными стационарно на противоположных боковых стенах кабины с вертикальными направляющими 19, к которым также вертикально закреплены направляющие 20 траверсы 21 захвата. Захват представляет из себя траверсу, состоящую из двух параллельных горизонтальных пластин (определенной формы) с роликами 22 по краям. Между пластинами по оси закреплен грузовой узел, опирающийся своим фланцем на верхние края пластин, а внизу обуженный и переходящий под прямым углом в плоский зацеп захвата. В отверстии прилива грузового узла выше фланца закреплена петля каната электротали. Траверса контактирует своими роликами 22 с ее направляющими. Движение траверсы вниз ограничено упорами 23. Верхняя часть рамной конструкции направляющих 19,20 фиксируется стяжкой 24, например, швеллером. Нижняя часть направляющих забетонирована в основание туннеля и скреплена стяжкой 25. Снаружи кабина, электроталь и прочее оборудование закрыты помещением 26. Кабина внизу снабжена амортизаторами 27. Установка подключена к автоматическому управляющему электронному блоку (не показан), изготовленному и смонтированному по известным схемам электронных управляющих устройств. Пульт автоматического управления узлами и всей системой может быть установлен в организованном крытом помещении (не показано) или надстройках.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Исходное положение кабины 12 в верхнем положении на выдвижных упорах 13. Из кабины после загрузки-выгрузки и закрытия дверей подается сигнал на реверсивную электроталь 17, которая приподнимает кабину, разгружая упоры, и они под действием своих пружин (не показаны) убираются, а амортизаторы 27 кабины освобождаются. Затем кабина электроталью опускается по направляющим 19 и устанавливается на тележку качения 4, а зацеп 14 захвата опускается до положения, не касаясь стенок отверстия выступа в верхней части кабины. При работе электротали канат 15 обегает отклоняющие желобчатые ролики 16 электротали. Траверса 21 перемещается по направляющим 20 посредством роликов 22. В это время кабина перемещается по своим направляющим 19 с опорой на них своими роликами 18. Движение траверсы 21 ограничено стационарным упором 23. Амортизаторы - подпружиненные упоры 27, установленные в нижней части кабины, обеспечат безударное касание кабины с тележкой качения, по сигналу от которой, после установки кабины, убираются автоматические упоры 6, включается реверсивная электролебедка 8 и тяговый канат 7 передвигает тележку качения по рельсам 3, установленным на шпалах 2 на поребриках строительной конструкции 1, с заданной скоростью (например, 8-9 м/с) до другого края туннеля амортизатора 5. Тяговый канат, перемещаясь, опирается на поддерживающие желобчатые ролики 9, отклоняющие желобчатые ролики 10, 11. Причем скорость тележки качения с кабиной вначале нарастает за некоторое время (3-3,5 с) до заданной, а приближаясь к автоматическому упору, снижается до допустимого уровня (например, 0,2-0,3 м/с). Тележка качения, проходя встроенный автоматический упор 6, элементом своего корпуса воздействует (задевает) на выступающий кулак данного упора и они устанавливаются на поверхность рельса за каждым колесом тележки качения, фиксируя ее в исходном положении с другой стороны туннеля. При этом отверстие в верхней части кабины входит на зацеп захвата, ожидавшего кабину. Далее по сигналу от тележки качения электроталь поднимает из нее кабину в верхнее положение вначале выше выдвижных упоров 13, которые подводятся под дно кабины, затем осаживается на них. Кабина приведена в свое исходное положение с другой стороны рельсовой колеи туннеля. Цикл закончен и повторяется в обратной последовательности. Зацеп захвата из отверстия выступа кабины пока не убирается, но ослабляется усилие каната 15 электротали.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании транспортной системы челночного типа, позволяющей повысить производительность, осуществлять безопасное надежное перемещение грузов и людей под препятствиями с повышенной скоростью, плавностью хода, без ограничения длины рельсовой колеи с расширением возможности ее использования пешеходами с ограниченными возможностями. Уменьшается ширина туннеля.