RU2199457C1

RU2199457C1 - Transport system for movement along gravity outstreet route

Info

Publication number: RU2199457C1
Application number: RU2001135411A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Левин; В.Н. Андрияка; А.М. Григорович
Original assignee: Московский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: invention is designed for use in metro, mini-metro and overhead transport. Proposed system operates on principle of action of gravity forces and traction (braking) forces from linear electric motor onto vehicle and checking said forces by measuring value of acceleration of vehicle and correction of acceleration for provision of comfort by changing amount of energy supplied to traction linear motor. Proposed transport system has track with L-shaped guides secured on outer side of rail lines carrying secondary elements of linear motor, and current leads. Vehicle with body and running gear is furnished additionally with acceleration pickup, reference unit, comparator and regulator of energy supplied to linear motor. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области транспорта и предназначено для использования при строительстве метро, мини-метро и в отдельных случаях для прокладки эстакадных дорог для колесно-рельсового транспорта. The invention relates to the field of transport and is intended for use in the construction of the metro, mini-metro and, in some cases, for the construction of flyovers for wheel-rail transport.

Область применения гравитационных внеуличных трасс в городских условиях достаточно обширна, однако по целому ряду причин такой вид транспорта не реализован. The field of application of gravitational off-street routes in urban conditions is quite extensive, but for a number of reasons this type of transport has not been implemented.

Известны подземные пешеходные переходы, прокладываемые в виде тоннелей под проезжей частью улицы с лестничными входами и выходами (Е.Н. Дубровин и др. "Изыскание и проектирование городских дорог". - М.: Транспорт, 1981). There are known underground pedestrian crossings, laid in the form of tunnels under the carriageway of the street with staircases and exits (E.N. Dubrovin et al. “Survey and design of urban roads.” - M .: Transport, 1981).

Преодоление таких переходов от пешеходов требует затрат времени, энергии для преодоления лестничных входов, горизонтальных подземных участков. Это в полной мере относится и к метрополитенам мелкого заложения. Overcoming such crossings from pedestrians requires time and energy to overcome staircases and horizontal underground sections. This fully applies to shallow subways.

Известны технические устройства, позволяющие использовать гравитационные трассы и соответственно гравитационные силы при создании транспортных систем маятникового (челночного) типа, обеспечивающих перевозку пассажиров по подземным переходам. Known technical devices that allow the use of gravity paths and, accordingly, gravitational forces when creating transport systems of the pendulum (shuttle) type, providing transportation of passengers through underground passages.

Рассмотрим наиболее характерные из них. Известна транспортная система челночного типа, содержащая путь с гравитационным участком разгона и замедления и транспортное средство (А.с. 1268455, В 61 В 1/00 1986). Consider the most characteristic of them. Known shuttle-type transport system containing a path with a gravitational acceleration and deceleration section and a vehicle (A.S. 1268455, 61 61/100 1986).

Транспортное средство выкатывается на скоростной спуск, разгоняется при движении (под горку) по гравитационному участку и, имея запас кинетической энергии, въезжает на участок замедления и на тупиковую горку, затем съезжает в обратном направлении. The vehicle rolls onto the downhill, accelerates when moving (downhill) along the gravity section and, having a supply of kinetic energy, enters the deceleration section and the dead end hill, then drives off in the opposite direction.

Недостатком транспортной системы является то, что отсутствуют средства для компенсации потерь энергии на трение, удары на стыках участков и т.д., что не позволяет транспортному средству выполнять возвратное движение между концевыми участками пути. The disadvantage of the transport system is that there is no means to compensate for energy losses due to friction, impacts at the joints of sections, etc., which does not allow the vehicle to perform return movement between the end sections of the track.

Известна транспортная система маятникового типа, содержащая путь с гравитационными участками разгона и замедления и транспортное средство, и у которой 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, причем вертикальная кривая пути установлена при переходе к концевым участкам пути выпуклостью (RU 2077435, В 61 В 1/00, 15/00, 1997). A transport system of the pendulum type is known, comprising a path with gravitational acceleration and deceleration sections and a vehicle, and in which the path has horizontal end sections and is equipped with additional straight guide sections of the track installed at the end sections and places of inflection of the track profile parallel to the path with the possibility of interaction with the working the surface of the free half of the support of the vehicle having a ridge in the middle of the supporting surface, with additional pieces of put and at the end sections of the track, they are set below the level of the end sections and are equipped with mechanisms for changing the angle of their inclination, each of which has a pair of adjustable hinge posts, and each additional section of the track at the points of inflection of the path profile is parallel to the chord drawn through the tangent points of the inscribed circle to the point of inflection the profile of the path, and the vertical curve of the path is established when passing to the end sections of the path convexity (RU 2077435, 61 V 1/00, 15/00, 1997).

По утверждению авторов, экономический эффект состоит в экономии энергии и повышении плавности хода в результате применения "дополнительных направляющих", создающих более пологие "углы встречи прямолинейных направляющих участков пути". According to the authors, the economic effect consists in saving energy and increasing ride smoothness as a result of the use of "additional guides" creating more gentle "meeting angles of straight guiding sections of the track."

Общим недостатком и главным является то, что не обеспечено в этих системах безопасное движение пассажиров по гравитационной внеуличной трассе. Известно, что для обеспечения комфорта и безопасности пассажиров в общественном транспорте ограничивают величину ускорения (замедления) транспортных средств. Как правило, это ускорение находится в пределах 0,9-1,2 м/с². При движении по гравитационной трассе этот важнейший параметр в указанных устройствах не контролируется. Известна гравитационная транспортная система, схема которой опубликована в технической литературе. "Разновидностью скоростной гравитационной транспортной системы является система с подземной трассировкой в тоннеле и с подземными станциями, от которых поезда сначала устремляются под уклон вглубь земли, а затем по инерции поднимаются к следующей стации вверх, используя для ее достижения кинетическую энергию, накопленную при спуске на предыдущем отрезке пути, добавлением лишь незначительных энергетических ресурсов.A common drawback and the main one is that the safe movement of passengers along the gravitational off-street track is not ensured in these systems. It is known that to ensure the comfort and safety of passengers in public transport, the amount of acceleration (deceleration) of vehicles is limited. As a rule, this acceleration is in the range of 0.9-1.2 m / s ² . When moving along a gravitational route, this most important parameter in these devices is not controlled. A gravitational transport system is known, the scheme of which is published in the technical literature. “A type of high-speed gravitational transport system is an underground tracing system in a tunnel and with underground stations, from which trains first rush downhill to the ground, and then by inertia rise up to the next station, using the kinetic energy accumulated during descent at the previous station to achieve it segment of the path, adding only minor energy resources.

Такой пилообразный цикл движения периодически повторяется на протяжении всей гравитационной трассы (см. Обзор по межотраслевой тематике. Серия YIII "Новые виды городского общественного транспорта" ГОСИНТИ, г. Москва, 1969, 95/12 - 69). Such a sawtooth cycle of movement is periodically repeated throughout the entire gravitational route (see Overview on Cross-Sectoral Subjects. Series YIII "New Types of Urban Public Transport" GOSINTI, Moscow, 1969, 95/12 - 69).

Здесь по сути высказана идея гравитационного движения без рассмотрения необходимых технических средств для ее реализации. Here, in essence, the idea of gravitational motion was expressed without considering the necessary technical means for its implementation.

Очевиден и главный недостаток перечисленных выше систем, заключающийся в том, что они ориентированы на применение транспортных средств с использованием колес как опоры и колеса как средства для создания дополнительной силы тяги, реализуемой за счет сил трения колес с рельсами или дорожным покрытием. The main drawback of the systems listed above is obvious, namely that they are focused on the use of vehicles using wheels as a support and wheels as a means to create additional traction, which is realized due to the friction forces of wheels with rails or road surface.

Такой принцип тяги принципиально не пригоден для реализации движения по гравитационным внеуличным трассам. Такой вывод основывается на том, что при движении по гравитационным трассам крутизна спусков и подъемов должна быть больше, чем принятая сейчас для тоннелей по нормам СНиП. This principle of traction is fundamentally unsuitable for the implementation of movement along gravitational off-street routes. This conclusion is based on the fact that when moving along gravity paths, the steepness of descents and ascents should be greater than that now accepted for tunnels according to SNiP standards.

Ограничение крутизны спусков и подъемов сейчас, в конечном счете, лимитировано принципом тяги, основанным на сцеплении "колесо-рельс", так как в случае остановки подвижного состава в нижней точке гравитационной трассы его эвакуация оттуда проблематична при традиционном принципе тяги. The limitation of the steepness of descents and ascents is now, ultimately, limited by the traction principle based on the wheel-rail coupling, since in case of rolling stock stopping at the lower point of the gravitational route, evacuation from there is problematic with the traditional traction principle.

Таким образом, для реализации безопасного движения по гравитационной внеуличной трассе необходимо обеспечить контроль за ускорением подвижного состава и перейти к транспортным системам, у которых тяга реализуется посредством линейных электрических двигателей. Thus, to implement safe movement along a gravitational off-street track, it is necessary to provide control over the acceleration of the rolling stock and move on to transport systems in which traction is realized by linear electric motors.

Известна транспортная система линейным двигателем, содержащая путевое полотно с закрепленными на наружных сторонах рельсовых нитей Г-образными направляющими, несущими вторичные элементы линейного двигателя и токоподводящие провода, транспортные средства которого расположены поверх Г-образных направляющих и сочленены с ходовой частью, выполненной в виде тележек с колесными парами и первичных элементов (индукторов) линейного двигателя (RU 2090390, В 60 L 13/03, 1997). A transport system is known by a linear motor, comprising a track with L-shaped guides fixed to the outer sides of the rail threads, carrying secondary elements of the linear motor and current-carrying wires, the vehicles of which are located on top of the L-shaped guides and articulated with a chassis made in the form of bogies with wheelsets and primary elements (inductors) of a linear motor (RU 2090390, 60 L 13/03, 1997).

Недостаток транспортной системы при ее использовании на гравитационной внеуличной трассе в том, что она не обеспечивает безопасное движение по такой трассе без применения дополнительных средств. The disadvantage of the transport system when it is used on a gravity off-street track is that it does not provide safe movement on such a track without the use of additional means.

Обеспечение безопасности движения по гравитационной внеуличной трассе в предложенном варианте достигается применением способа движения и транспортной системы для его реализации прототипом, для которых может быть принято описание (см. Обзор по межотраслевой тематике. Серия YIII "Новые виды городского общественного транспорта" ГОСИНТИ, г. Москва, 1969, 95/12 - 69 и патент RU 2090390 В 60 L 13/03, 1997). Ensuring traffic safety on a gravitational off-street track in the proposed embodiment is achieved by using a traffic method and a transport system for its implementation by a prototype, for which a description can be accepted (see Overview on Cross-Sectoral Subjects. Series YIII "New Types of Urban Public Transport" GOSINTI, Moscow , 1969, 95/12 - 69 and patent RU 2090390 B 60 L 13/03, 1997).

Сущность изобретения сводится к следующему. The invention is reduced to the following.

Движение по гравитационной внеуличной трассе основано на воздействии на транспортное средство силы гравитации с добавлением дополнительных энергетических ресурсов на создание силы тяги тяговым двигателем. При ускорении (замедлении) транспортного средства при движении по гравитационной внеуличной трассе замеряют величину его ускорения, сравнивают ее с эталонной, установленной по условиям комфорта и безопасности при перевозках пассажиров и корректируют ускорение (замедление), изменяя силу тяги тягового двигателя путем увеличения (уменьшения) подводимой к нему дополнительной энергии. Driving along a gravitational off-street track is based on the effect of gravity on the vehicle with the addition of additional energy resources to create traction by a traction motor. When accelerating (decelerating) a vehicle while driving along a gravitational off-street track, measure its acceleration, compare it with a reference one set for comfort and safety during the carriage of passengers and adjust the acceleration (deceleration) by changing the traction force of the traction engine by increasing (decreasing) the input to him extra energy.

Транспортная система для движения по гравитационной внеуличной трассе, содержащая путевое полотно с закрепленными на наружных сторонах рельсовых нитей Г-образными направляющими, несущими вторичные элементы линейного двигателя и токоподводящие провода, транспортное средство, кузов которого расположен поверх Г-образных направляющих и сочленен с ходовой частью выполненного в виде тележек с колесными парами и первичных элементов (индукторов) линейного двигателя, отличающаяся тем, что транспортное средство дополнительно снабжено датчиком ускорения, эталонным блоком, блоком сравнения и регулятором подводимой энергии, причем выходы датчика ускорения и эталонного блока соединены со входом сравнения, выход которого подключен к регулятору подводимой энергии, соединенным с линейным двигателем. A transport system for driving along a gravitational off-street track, comprising a track with L-shaped guides fixed to the outer sides of the rail threads, carrying secondary elements of the linear motor and current-carrying wires, a vehicle whose body is located on top of the L-shaped guides and articulated with the running gear of in the form of carts with wheelsets and primary elements (inductors) of a linear motor, characterized in that the vehicle is additionally equipped with sensors th acceleration reference unit, comparing unit and control the energy input, the outputs of the acceleration sensor and a reference block connected to the input of the comparison, the output of which is connected to the input energy regulator connected to the linear motor.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана схема городской внеуличной трассы; на фиг.2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - функциональная схема управления линейным двигателем. In FIG. 1 shows a diagram of an urban off-street track; figure 2 is the same, cross section; in FIG. 3 is a block diagram of a linear motor control.

По гравитационной трассе 1, состоящей из горизонтальных участков, преимущественно станций 2, расположенных на поверхности, и участков, расположенных в тоннеле, состоящих из спусков 3, горизонтальных площадок 4 и подъемов 5, перемещается транспортное средство 6. Движение по такой трассе имеет свои особенности, так как на транспортное средство воздействуют две силы тяги: одна, связанная с действием собственной массы вагонов при перемещении по наклонной плоскости, а вторая - за счет силы тяги от тягового двигателя, установленного на транспортном средстве. При этом очевидно, что усложняются требования к тяговому двигателю и контролю за движением транспортного средства с позиций обеспечения комфорта и безопасности перевозок пассажиров. A vehicle 6 moves along a gravitational route 1, consisting of horizontal sections, mainly stations 2 located on the surface, and sections located in a tunnel, consisting of descents 3, horizontal platforms 4 and elevations 5, and movement along such a route has its own characteristics, since the vehicle is affected by two traction forces: one associated with the action of the car’s own mass when moving along an inclined plane, and the second due to the traction force from the traction motor mounted on the vehicle m means. At the same time, it is obvious that the requirements for the traction engine and control of the vehicle’s movement are becoming more complicated from the standpoint of ensuring the comfort and safety of passenger transportation.

Движение под действием силы гравитации на участках спуска и подъема, по сути, неуправляемо, и ускорение движения может превосходить допустимые нормы. Movement under the action of gravitational force in the areas of descent and ascent is, in fact, uncontrollable, and the acceleration of movement can exceed permissible norms.

С другой стороны, применение гравитационных внеуличных трасс естественно требует прокладки тоннелей с более крутыми спусками и подъемами, превосходящими установленные нормами СНиП. Например, если на участке спуска длиной 200 м опуститься под землю на глубину 10 м, то крутизна при этом будет 50 ^o/_оо.On the other hand, the use of gravitational off-street routes naturally requires the construction of tunnels with steeper descents and ascents that exceed the norms established by SNiP. For example, if you descend underground to a depth of 10 m in a 200 m long descent section, then the steepness will be 50 ^o / _oo .

Для традиционных видов транспорта, например действующих метрополитенов, такие нормы не допускаются опять-таки по причине безопасности перевозок. Однако, если перейти на новые технологии, основанные на принципе тяги, не связанном со сцеплением "колесо-рельс", а основанные на создании тяги электромагнитным полем посредством линейных двигателей, то все ограничения с крутизной спусков и подъемов, безопасностью перевозок при управлении движением по гравитационной внеуличной трассе с применением данного способа практически снимаются. Реальной становится возможность строительства метро, мини-метро, когда большинство станций можно строить на поверхности, а это сама по себе серьезная экономия при строительстве. For traditional modes of transport, for example, existing subways, such standards are again not allowed due to the safety of transportation. However, if we switch to new technologies based on the principle of traction, which is not related to the wheel-rail clutch, but based on the creation of traction by an electromagnetic field using linear motors, then all the restrictions with the steepness of descents and ascents, the safety of transportation when controlling traffic along gravity an off-street track using this method is practically removed. The real opportunity becomes the construction of the metro, mini-metro, when most stations can be built on the surface, and this in itself is a serious savings during construction.

Пассажирам при этом не надо опускаться вверх - вниз по ступеням и тратить на это силы и время (естественно, речь не идет о тех случаях, когда необходимы подземные пересадочные узлы). In this case, passengers do not need to go down - down the stairs and spend time and energy on this (naturally, we are not talking about cases where underground interchange nodes are needed).

Для достижения таких целей необходимо переходить к строительству гравитационных внеуличных трасс 1 (фиг.1), содержащих станции 2, участки спуска 3, подъема 5 и горизонтальные площадки 4, а это, в свою очередь, потребует перехода на новый принцип тяги и строительства транспортных систем и транспортных средств на новой технологической основе. В первую очередь, при движении по гравитационной внеуличной трассе необходимо обеспечить комфорт и безопасность перевозок за счет управления движением, а это наиболее просто реализуется, когда вводится контроль за ускорением движения транспортного средства и его ограничением под воздействием энергетических ресурсов тягового двигателя транспортного средства. To achieve such goals, it is necessary to proceed to the construction of gravity off-street routes 1 (Fig. 1), containing stations 2, sections of the descent 3, elevation 5 and horizontal platforms 4, and this, in turn, will require a transition to the new principle of traction and the construction of transport systems and vehicles on a new technological basis. First of all, when driving along a gravitational off-street track, it is necessary to ensure the comfort and safety of transportation due to traffic control, and this is most easily realized when control over the acceleration of the vehicle’s movement and its restriction under the influence of the energy resources of the vehicle’s traction motor is introduced.

Реализация предложенного способа движения возможна в транспортной системе, в которой транспортное средство 6 перемещается на путевом полотне 7, на котором с наружных сторон рельсовых нитей 8 закреплены Г-образные направляющие 9, несущие вторичные элементы 10 линейного двигателя и токоподводящие провода 11, кузов 12, расположенный поверх Г-образных направляющих и опирающийся на колесные тележки 13, на которых закреплен индуктор 14. На транспортном средстве дополнительно установлен датчик ускорения 15, эталонный блок 16, блок сравнения 17 и регулятор подводимой энергии 18, которые установлены в специальном контейнере 19, подвешенном на амортизаторе 20 к кузову 12. Implementation of the proposed method of movement is possible in a transport system in which the vehicle 6 moves on the track 7, on which L-shaped guides 9 are mounted on the outer sides of the rail threads 8, carrying secondary elements 10 of the linear motor and current-carrying wires 11, body 12, located on top of the L-shaped guides and supported by wheeled trolleys 13, on which the inductor 14 is fixed. An acceleration sensor 15, a reference block 16, a comparison unit 17 and a regulator are additionally mounted on the vehicle Op input energy 18 which are mounted in a special container 19, suspended at the shock absorber 20 to the body 12.

Функциональные связи между блоками показаны на фиг.3. Сигналы с датчика ускорения 15 и от эталонного блока 16 поступают на вход блока сравнения 17, выход которого соединен с регулятором подводимой энергии 18, а вход подключен к токоподводящей сети 11. Посредством регулятора 18 изменяется сила тяги, развиваемая индуктором 14, что позволяет при движении по гравитационной внеуличной трассе поддерживать на требуемом уровне ускорение движения транспортного средства, которое зависит от неуправляемой гравитационной силы и от силы тяги линейного двигателя, развиваемой при взаимодействии между индуктором 14 и вторичным элементом 10. Структура блоков известна и не нуждается в детальном описании. Functional relationships between the blocks are shown in figure 3. The signals from the acceleration sensor 15 and from the reference block 16 are fed to the input of the comparison unit 17, the output of which is connected to the input energy regulator 18, and the input is connected to the current supply network 11. Through the regulator 18, the traction force developed by the inductor 14 changes, which allows the gravitational off-street track to maintain at the required level the acceleration of the vehicle, which depends on the uncontrolled gravitational force and the traction force of the linear motor developed during the interaction between the inductor m 14 and the secondary member 10. The known and needs no structure blocks in the detailed description.

Таким образом, предложенная транспортная система позволяют перейти к строительству экономически выгодных гравитационных внеуличных трасс в крупных городах, в т.ч. и мегаполисах, и обеспечить при этом безопасность перевозок, экономный расход электроэнергии и низкий уровень эксплуатационных расходов. Thus, the proposed transport system allows us to proceed with the construction of economically advantageous gravitational off-street routes in large cities, including and megacities, and at the same time ensure transportation safety, economical energy consumption and low operating costs.

Claims

A transport system for driving on a gravity off-street track, comprising a track with L-shaped guides fixed to the outer sides of the rail threads carrying secondary elements of the linear motor and conductive wires, a vehicle whose body is located on top of the L-shaped guides and articulated with the chassis, made in the form of bogies on which the primary elements (inductors) of the linear motor are fixed, characterized in that the vehicle is equipped with an acceleration sensor, e a coupon unit, a comparison unit and an input energy regulator, wherein the outputs of the acceleration sensor and the reference unit are connected to the input of the comparison unit, the output of which is connected to an input energy regulator connected to a linear motor.