модульная транспортная система и способ ее эксплуатации

Формула изобретения

1. Модульная транспортная система, включающая расположенную в подземном тоннеле транспортную магистраль с линейными участками пути со стрелочными переводами на другие линии и боковыми ответвлениями, станции приема и отправления с платформами, подвижной состав в виде транспортных модулей, накопители транспортных модулей и систему автоматического управления движением, отличающаяся тем, что станции приема и отправления размещены на поверхности земли и выполнены в виде дугообразных участков пути, обращенных друг к другу, накопители размещены внутри них, линейные участки пути расположены под землей на различном по глубине уровне, линейные участки соединены со станциями участками подъема и спуска, подвижной состав выполнен на магнитном подвесе, причем его транспортные модули выполнены в виде кабин, имеющих аэродинамическую форму передней стенки, две гладкие боковые стенки для размещения модулей рядом друг с другом и двери в задней стенке во всю ширину кабины, при этом платформы имеют зону высадки пассажиров и зону посадки их в модули, разделенные перегородкой, причем длина зоны высадки меньше длины зоны посадки, а зона посадки снабжена турникетами для учета пассажиров, в зоне станций приема и отправления подземный тоннель имеет единый объем, а на линейных участках скоростного движения он разделен продольной перегородкой.

2. Способ эксплуатации модульной транспортной системы, заключающийся в том, что с линейных участков, снижая скорость движения, подводят транспортные модули к станциям приема и отправления, на платформе открывают двери транспортных модулей, производят высадку и посадку пассажиров и затем выводят транспортные модули на линейные участки для движения с ускорением, отличающийся тем, что для подведения модулей к станции производят их подъем к поверхности земли, при приближении к дугообразному участку станции приема и отправления каждый из транспортных модулей с малой скоростью разворачивают его передней стенкой аэродинамической формы по направлению внутрь станции, а дверьми - к платформе, располагают модули на дугообразных участках боковыми стенками рядом друг с другом и производят высадку пассажиров в зоне высадки платформы, а затем - посадку пассажиров в зоне посадки через турникеты, учитывая с их помощью число пассажиров, и регулируют в зависимости от пассажиропотока число модулей, подавая дополнительные модули из накопителей или отводя в них лишние, при выводе со станции транспортных модулей разворачивают их так, чтобы передняя стенка аэродинамической формы была направлена в сторону движения, спускают на необходимый уровень участка пути, выводят на линейный участок движения и ускоряют.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к транспортным средствам, в частности к подземным на воздушной подушке, и могут использоваться в качестве транспортного средства для перевозки пассажиров.

Широко известный вид транспорта в крупных городах - мегаполисах для обеспечения массовых перевозок - метро.

Однако не всегда и не везде удобно, целесообразно и возможно использовать метрополитен.

В ряде случаев было бы удобнее и функциональнее использовать предлагаемую ниже автором модульную транспортную систему, которую можно условно назвать "метроэкскалатором".

Такая система может быть необходима, в частности, в следующих случаях:

- в городах с горным рельефом в качестве альтернативы метро;

- в средних по величине и даже малых, но "протяженных" городах в качестве альтернативы метро;

- в крупнейших городах в сочетании с метрополитеном:

а) на небольших перегонах, где нет дальнейшей перспективы строительства;

б) в отдаленных районах города;

в) на станциях метро сверхглубокого заложения в качестве эскалатора;

г) при структурной пустоте города для трассировки отдельного направления, например, город-аэропорт, промзона, лесопарк, озеро;

- как альтернатива метро.

Известна транспортная система, описанная в з. Японии 3118269 "Электровагоны для системы вертикального транспорта", по кл. В 61 В 17/00, B 61 D 17/00, заявл. 29.09.89, oпубл. 20.05.91.

Известная система может использоваться для перемещения по вертикали большого количества людей и грузов в метро, шахтах, на крупных предприятиях при подъеме до 45^o.

Эта система включает транспортную линию из горизонтальных участков рельсовых путей в районе нижней и верхней станций и вертикального участка рельсового пути, расположенного по винтовой линии цилиндра и соединяющего горизонтальные участки между собой, и подвижного состава из моторных электровагонов, выполненных двухосными с линейным асинхронным двигателем с регулируемыми по высоте задней и передней опорами с гидроприводом для кузова вагона.

Движение вагонов при посадке и высадке пассажиров на верхней и нижней станциях производится без остановки вагона при его непрерывном движении с малой скоростью. При движении вагона вверх выдвинута задняя опора, а при движении вниз - передняя, что позволяет сохранять горизонтальное положение кузова. На горизонтальных участках пути обе опоры вагона имеют минимальную высоту.

Недостаток известной системы заключается в том, что возможности ее использования ограничены, т. к. она предназначена для связи только двух станций - верхней и нижней.

Известна транспортная пассажирская система, описанная в п. США 5503083 "Транспортная система на магнитном подвесе", по кл. В 61 В 13/00, заявл. 23.06.94, oпубл. 22.04.96 и в п. США 5865123, заявл. 27.06.97, oпублл 02.02.99.

Известная система включает наземный транспортный путь в виде направляющего монорельса на свайных опорах с силовыми индукционными электромагнитами и специализированный подвижной состав со смонтированными под днищем вагона четырехполюсными электромагнитами.

Вагон имеет массу 38 т, может вместить 100 пассажиров или 45,4 т грузов, имеет длину 30 м и может перемещаться со скоростью 480 км/ч.

Сверхпроводимые электромагниты длиной 915 мм и шириной 406 мм запитываются током 300-600 кА и охлаждаются жидким гелием или азотом до температуры 5 К. При переводе вагона на боковой путь ускорение колебаний не превышает 0,1 g.

Взаимодействие систем поездных и путевых электромагнитов обеспечивает левитапию вагона на необходимой высоте, устойчивость его в вертикальной и боковой плоскостях, линейное движение и возможность перевода на боковой путь, предотвращение раскачивания, галопирования и угловых колебаний вагона относительно продольной и боковой плоскостей и вертикальной оси.

Недостаток известной системы заключается в том, что, будучи наземной системой, она требует сооружения специальных эстакад для скоростного движения для обеспечения безопасности, а также тяжелых огромных вагонов.

Известна пассажирская транспортная система, описанная в статье "Система персональных пассажирских кабин безостановочного движения на магнитном подвесе" в журнале "SAE Techn. Pap. Ser.", 1991, 911620, pp. 1-13.

Известная система включает систему городских монорельсовых путей для безостановочного движения по ним миниатюрных двухместных кабин на магнитной подвеске, имеющих аэродинамическую форму, компьютерную систему управления движением кабин, также оснащенных бортовыми микропроцессорами, датчиками от наездов, гидравлическими тормозами. Все кабины движутся безостановочно по системе монорельсов и находятся под контролем главного компьютера; бортовой микропроцессор позволяет достичь выбранной точки без помощи главного компьютера.

Недостатком известной системы является то, что, поскольку кабины маломестные, то для обеспечения необходимой пропускной способности (14400 чел/ч) в одном направлении требуется очень большое число кабин, чтобы обеспечить нужный для этого интервал движения 0,5 с, что удорожает систему. Стоимость ее также возрастает из-за оснащения каждой системы бортовым компьютером. Кроме того, такая система из-за большого числа кабин становится небезопасной в эксплуатации, что усугубляется также перекрещиванием путей системы городских маршрутов движения.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является модульная транспортная система, описанная в а. с. СССР 793843 "Скоростная модульная транспортная система", по кл. В 61 В 15/00, 1/00, заявл. 04.01.77, oубл. 07.01.81 и выбранная в качестве прототипа.

Известная система включает линейную часть пути с боковыми ответвлениями и стрелочными переводами на другие линии, подвижной состав из транспортных модулей, изготовленных в виде двух самостоятельных агрегатов - рабочей платформы, оборудованной системами подвески, движения и управления, и пассажирского салона (или грузового контейнера), укрепленного на рабочей платформе с помощью быстродействующих замков, станции приема и отправления транспортных модулей, выполненные в виде поворотных кругов, по хордам которых расположены приемники модулей, и примыкающие к станциям накопители транспортных модулей; при этом линейная часть пути может быть выполнена в эстакадном варианте из сборного железобетона либо в виде трубы при прокладке трассы под землей, транспортная магистраль и станции приема и отправления расположены на одном уровне, а модули имеют возможность последовательной стыковки друг с другом на станциях приема и отправления. Имеется система управления движением. Наличие накопителей позволяет увеличить пропускную способность системы в часы пик за счет того, что в час пик все модули отправляют параллельно по двум путям в одну или в обе стороны движения. Система позволяет обслуживать пиковый пассажиропоток до 30 тыс. пассажиров в час при использовании единичного модуля с интервалом движения 5 с.

Известная система эксплуатируется следующим образом.

Из накопителя через боковое ответвление подают поочередно транспортные модули в виде кабины с дверями на станцию приема и отправления. Замедляясь на боковом ответвлении от основного пути, модуль попадает на поворотный круг станции приема и отправления; последний поворачивается на определенный угол и освобождает место для следующего модуля - при полном повороте круга происходит посадка и высадка пассажиров с допуском времени, нормируемым для городского транспорта, или загрузка грузовых контейнеров. Модуль может пройти до заданной станции без задержки или перейти на одно из боковых ответвлений, где его затормаживают и подают на поворотный круг. При небольшой загрузке промежуточной станции система управления выпускает модуль для дальнейшего движения без поворота круга.

Недостатком известной системы является сложность конструкции станций приема и отправления из-за их выполнения в виде поворотных кругов и сложность выполнения самого модуля, размещенного на рабочей платформе с системой подвески, движения и управления и закрепленного на ней с помощью быстродействующих замков. Кроме того, помимо поворотных кругов, требуются еще боковые ответвления для замедления модуля, что увеличивает требуемую площадь. Требуемая площадь увеличивается также из-за того, что накопители модулей примыкают к станциям приема и отправления. При этом расположение станций приема и отправления и участков пути на одном уровне сужает эксплуатационные возможности системы.

Поочередная загрузка и разгрузка модулей на поворотных кругах и последовательная стыковка модулей для движения их поездом при увеличении интервала движения снижают быстродействие системы.

Целью заявляемых изобретений являются упрощение конструкции системы, сокращение занимаемых ею площадей и расширение ее эксплуатационных возможностей при повышении быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что:

- в модульной транспортной системе, включающей расположенную в подземном тоннеле транспортную магистраль с линейными участками пути со стрелочными переводами на другие линии и боковыми ответвлениями, станции приема и отправления с платформами для высадки и посадки пассажиров, подвижной состав в виде транспортных модулей, накопители транспортных модулей и систему автоматического управления приема и движением, согласно изобретению станции приема и отправления размещены на поверхности земли и выполнены в виде дугообразных участков пути, обращенных друг к другу, накопители размещены внутри них, линейные участки пути расположены под землей на различном по глубине уровне, линейные участки соединены со станциями участками подъема и спуска, подвижной состав выполнен на магнитном подвесе, причем его транспортные модули выполнены в виде кабин, имеющих аэродинамическую форму передней стенки, две гладкие боковые стенки для размещения модулей рядом друг с другом и двери в задней стенке во всю ширину кабины, при этом платформы имеют зону высадки пассажиров и зону посадки их в модули, разделенные перегородкой, причем длина зоны высадки меньше длины зоны посадки, а зона посадки снабжена турникетами для учета числа пассажиров, в зоне станций приема и отправления подземный тоннель имеет единый объем, а на линейных участках скоростного движения он разделен продольной перегородкой.

- в способе эксплуатации модульной транспортной системы, заключающемся в том, что с линейных участков, снижая скорость движения, подводят транспортные модули к станциям приема и отправления, на платформах открывают двери транспортных модулей, производят высадку и посадку пассажиров и затем выводят транспортные модули на линейные участки движения, где ускоряют их для дальнейшего движения, согласно изобретению для подведения модулей к станции производят их подъем к поверхности земли, при приближении к дугообразному участку станции приема и отправления каждый из транспортных модулей с малой скоростью разворачивают его передней стенкой аэродинамической формы по направлению внутрь станции, а дверьми - к платформе, располагают модули на дугообразных участках боковыми стенками рядом друг с другом и производят высадку пассажиров в зоне высадки платформы, а затем - посадку пассажиров в зоне посадки через турникеты, учитывая с их помощью число пассажиров, и регулируют в зависимости от пассажиропотока число модулей, подавая дополнительные модули из накопителей или отводя в них лишние, при выводе со станции транспортных модулей разворачивают их так, чтобы передняя стенка модуля аэродинамической формы была направлена в сторону движения, спускают на необходимый уровень участка пути, выводят на линейный участок движения и ускоряют.

Выполнение станций приема и отправления в виде дугообразных участков пути при размещении внутри них накопителей модулей сокращает требуемые площади для системы; этому же способствует выполнение подвижного состава на магнитном подвесе, обеспечивающее высокую маневренность модулей, возможность их достаточно крутых поворотов, крутого подъема и спуска, не требующая наличия специального эскалатора и лишних площадей.

Выполнение транспортных модулей с передней стенкой аэродинамической формы с возможностью их параллельного размещения рядом друг с другом при высадке и посадке и последующего разведения для ускоренного движения отдельных модулей на линии движения также сокращает занимаемые площади и повышает быстродействие системы, а размещение станций и участков пути на разных по высоте уровнях расширяет эксплуатационные возможности системы при обеспечении работоспособности системы с помощью заявляемого способа эксплуатации.

Заявляемая модульная транспортная система обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как размещение станций на поверхности земли, а участков пути на разных уровнях под землей, выполнение станций в виде дугообразных участков, обращенных друг к другу с накопителями внутри них, а также выполнение модульных кабин с одной аэродинамической стенкой и дверьми во всю ширину задней стенки с возможностью параллельного размещения рядом друг с другом на станциях приема и отправления, зон высадки и посадки на платформах, разделенных между собой перегородкой при различной длине этих зон, выполнение подвижного состава на магнитном подвесе, единого объема тоннеля на участке подхода к линейным участкам пути и разделенного продольной перегородкой тоннеля на участках скоростного движения, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемый способ эксплуатации модульной транспортной системы обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как подъем транспортных модулей для высадки и посадки пассажиров на поверхность земли и спуск их на нижние уровни для последующего беспрепятственного скоростного движения по маршруту, разворот модулей необходимой стороной кабины при подъезде к станции и выезде на линейный участок, а также параллельное размещение ("стыковка") модулей рядом друг с другом на станциях приема и отправления для высадки и посадки пассажиров и "расстыковка" их после посадки, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Хотя такой признак, как размещение станций приема и отправления и участков транспортной магистрали на разных уровнях, известен (схема обычного метро), однако, во-первых, там станции (платформы) для своего линейного участка пути и сам этот линейный участок пути расположены обычно на одном уровне, расположение же станций приема и отправления (речь идет не о входе в метрополитен) на верхнем уровне из возможных - на поверхности земли - обеспечивающее использование заявляемой системы в качестве "метроэскалатора", неизвестно; также известно использование кабин на магнитном подвесе (см., в частности, п. США 5865123, п. США 5655458 и т.п.), однако, как правило, такие кабины использованы в наземных транспортных магистралях; известно разделение зон перемещения пассажиров перегородками (см. з. Франции 2658468), однако там перегородки сориентированы под острым углом к направлению движения, образуют коридоры для организации движения пассажиров и не являются турникетами для учета числа пассажиров. Поэтому, поскольку известность влияния названных отличительных признаков на указанный заявителем технический результат не подтверждена известными техническими решениями, заявитель считает, что заявляемые технические решения соответствуют критерию "изобретательский уровень".

Заявляемые технические решения могут использоваться в транспортном хозяйстве, поэтому соответствуют критерию "промышленная применимость".

Заявляемые изобретения иллюстрируются чертежами, где показаны на:

- фиг.1 - общий вид трассы;

- фиг.2 - схема станции приема и отправления;

- фиг.3 - общий вид транспортного модуля.

Заявляемая модульная транспортная система (фиг.1, 2) содержит путь из линейных участков 1, участков 2 подъема и спуска, дугообразных участков - станций 3 приема и отправления, подвижной состав в виде транспортных модулей 4, накопители 5, расположенные внутри станций 3 и погрузочно-разгрузочную зону 6 для автономных линий "метроэскалатора", не имеющих связи с депо (на чертежах не показано) и для замены неисправного модуля 4 на исправный. При этом транспортные кабины - модули 4 выполнены на магнитном подвесе; станции 3 приема и отправления размещены на поверхности земли, линейные участки 1 пути - на различных уровнях под землей. Транспортный модуль 4 (фиг.3) имеет аэродинамическую форму передней стенки, в задней стенке расположены во всю ширину кабины двери 7, а боковые стенки модуля 4 выполнены гладкими для обеспечения их "стыковки" - параллельного размещения рядом друг с другом - и может вмещать 15-30 человек; посадочных мест кабина не имеет. Двери 7 выполнены как рольставни и открываются, поднимаясь вверх. Для улучшения условий пассажирообмена зона высадки и зона посадки пассажиров платформ разделены перегородкой 8, а доступ в зону посадки обеспечен через турникеты 9, обеспечивающие учет числа пассажиров. Длина зоны посадки больше длины зоны высадки. Станции 3 снабжены компьютерами, связанными с главным компьютером автоматической системы управления. Тоннель 10 на участках скоростного движения разделен продольной перегородкой 11, а на участках приближения к станции 3 имеет единый объем.

Для обеспечения магнитной левитации может быть, в частности, использована система магнитного подвеса с зазором примерно 100 мм и расходом 0,1 кВт/т, которая не нуждается в дополнительных устройствах для стабилизации (см. статью "Some magnetic levitation principles" авторов Kozoriz V. V. и др. в журнале Automot. Eng., 1992, 100, 2, с. 69-72), магнитное давление в системе - 10,0 МПа; система, в частности, включает направляющий монорельс на свайных опорах с силовыми индукционными электромагнитами, смонтированными на направляющем монорельсе, а каждый модуль 4 снабжен, например, линейным асинхронным двигателем, что позволяет ему преодолевать значительные подъемы - до 45^o, и сверхпроводимыми электромагнитами, смонтированными под днищем модуля 4, обеспечивающими одновременно тягу и магнитный подвес. Для управления тяговыми двигателями может применяться, в частности, инвертор с регулированием напряжения и частоты.

Система автоматического управления движением (не показана) представляет собой, в частности, главный компьютер, компьютеры на станциях приема и отправления и управляющие дорожные маяки.

Модульная транспортная система эксплуатируется следующим образом. По линейным участкам 1 пути автоматически движутся многоместные герметичные модули 4 на магнитном подвесе. После подъема с линейного участка 1 при приближении к станции 3 после торможения модули 4 разворачиваются на медленном ходу к посадочной платформе дверьми 7 и размещаются боковыми сторонами рядом друг с другом, образуя единую цепь модулей для высадки-посадки пассажиров. Разворот осуществляется на малой скорости, позволяющей осуществить этот маневр без перегрузки для пассажиров. Пассажиры заранее готовятся к высадке еще на скоростном участке, приближаясь к дверям модуля. Высадка производится быстро, посадка - более медленно за счет ожидания подходящих пассажиров, поэтому посадочная платформа длиннее платформы для высадки пассажиров, зона высадки отделена от зоны посадки перегородкой 8. Зона посадки снабжена турникетами 9. Турникеты 9 обеспечивают учет числа пассажиров, эти сведения поступают в компьютер станции 3, и при большом пассажиропотоке на посадку из накопителя 5 подаются дополнительные модули 4. Посадка-высадка осуществляются одновременно во все модули 4 на медленном ходу. Пустой модуль 4 имеет возможность съехать в накопитель 5. Размер платформы рассчитан на максимальный пик пассажиропотока, однако в эксплуатации всегда находится оптимальное количество модулей. Это достигается с помощью автоматизированного учета пассажиров, проходящих через турникеты 9, и возможностью съезда модулей 4 в накопитель 5. В результате в работе всегда находится определенный минимум модулей 4, который соответствует данному пассажиропотоку. При увеличении пассажиропотока недостающее количество модулей 4 оперативно подается к платформам из накопителя 5.

В час пик на линии эксплуатируются одновременно модули 2-3-х объемов (объем модуля увеличивается в ширину, а не в длину). В спокойное время суток - только наименьшей вместимости.

После посадки пассажиров двери 7 модуля 4 закрываются, модули разъезжаются, разворачиваются передней стенкой аэродинамической формы в направлении линейного участка движения и начинают вначале спуск на заданный участок движения, затем - самостоятельное движение с ускорением. На части участка ускорения-торможения тоннель 10 имеет единый объем (нет эффекта "пробки" на станции), далее (на линейном скоростном участке) тоннель 10 имеет разделительную продольную перегородку 11 для исключения воздействия ударной волны на кабины встречного движения и облегчения обделки. Оба направления работают в едином объеме тоннеля. Комплекс полностью автоматизирован - система автоматического управления включает станционные компьютеры и головной компьютер, а также дорожные маяки и турникеты учета пассажиропотока. Головных и управляемых машинистами модулей нет.

В сравнении с прототипом заявляемая модульная транспортная система более проста по конструкции, занимает меньшую площадь, имеет более широкие эксплуатационные возможности и является более быстродействующей.