ВОЗДУШНО-ДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ КАШЕВАРОВА "ВДТК" Российский патент 1997 года по МПК B60V3/04 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструирования средств скоростного транспорта.

Известен воздушно-дорожный транспорт, содержащий товаро-пассажирский подвижной состав вагонов со стыковочными устройствами для соединения смежных вагонов, имеющий головной и хвостовой вагоны с обтекаемой формой корпуса, при этом каждый вагон выполнен с двумя колесными тележками для перемещения вагонов подвижного состава по рельсам широкой колеи железнодорожного полотна, при этом каждая колесная тележка имеет вертикальную ось вращения (Михайленко А.А. Дизель-поезда типа ДР. М. Транспорт, 1990, с. 3-10.

Однако известный воздушно-дорожный транспорт обладает низкими эксплуатационными качествами.

Технический результат от реализации описываемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств воздушно-дорожного транспорта.

Этот технический результат достигается тем, что у воздушно-дорожного транспорта, содержащего товаро-пассажирский подвижной состав вагонов со стыковочными устройствами для соединения смежных вагонов, имеющий головной и хвостовой вагоны с обтекаемой формой корпуса, каждый вагон выполнен с двумя колесными тележками для перемещения вагонов подвижного состава по рельсам широкой колеи железнодорожного полотна, при этом каждая колесная тележка имеет вертикальную ось вращения, железнодорожное полотно выполнено с барьерами, сооруженными перпендикулярно рельсам этого полотна между ними и разделяющими между собой нижние части смежных камер расширения и смежных камер воздушных подушек, установленных между рельсами и разделенных между собой металлическими стенками, параллельными рельсам, причем пассажирские и товарные вагоны подвижного состава выполнены многоэтажными, а состав имеет в них верхнюю часть двигателей-движителей, выполненных в виде воздушно-реактивного двигателя с камерой сгорания, в которую подведены патрубки от компрессора через баллоны со сжатым воздухом и патрубки с форсунками от топливного насоса, причем эта камера сгорания соединена сопловым отверстием с расширяющимся газоводом, ведущим к верхней части камеры расширения, при этом расширяющийся газовод имеет дверцу, периодически перекрывающую отверстие газовода в камеру расширения и воспринимающую давление газов в камере расширения, преобразуя это давление в силу тяги, при этом по обеим сторонам воздушно-реактивного двигателя установлены камеры, соединяющие камеры расширения с камерами воздушных подушек, при этом камера сгорания, расширяющиеся газоводы и передняя верхняя часть камеры расширения отделены от нижних помещений вагона теплоизолирующей камерой, соединенной с одной стороны патрубком с компрессором через баллоны со сжатым воздухом, а с другой противоположной стороны с передней верхней частью камеры расширения, в головном и товарном вагоне при этом установлены помимо двигателя-движителя с компрессором и баллоном для сжатого воздуха, баллоном для сжиженного или природного газа еще и роторные двигатели внутреннего сгорания с электродвигателями, при этом в хвостовом вагоне расположен воздушно-реактивный движитель, формируемый наклонным дном вагона, образующим камеру расширения, периодически соединяющуюся при движении вагона с камерами воздушных подушек, при этом вагоны имеют по две дополнительных колесных тележки с вертикальными осями вращения, установленными как и у вышеупомянутых тележек в боковых стенка вагона, при этом несколько колес каждой из колесных тележек имеют возможность качения по рельсам полотна дороги с шириной колеи, в несколько раз превышающей по величине ширину упомянутой колеи, при этом между колесными тележками с каждой стороны вагона установлены тормозные лыжи с масляными домкратами, а каждое стыковочное устройство имеет вертикальную и горизонтальную оси вращения, с помощью которых стыковочное устройство соединено соответственно с задним и передним смежными вагонами состава.

Такой воздушно-дорожный транспорт может иметь двигатель-движитель, установленный в товарном вагоне и составленный из двух половин: одной верхней, соединенной с вагоном, и другой нижней, соединенный с дорогой, при этом верхняя половина двигателя-движителя имеет камеру сгорания цилиндрической формы с торцами в виде полусфер, к которым подведены патрубок с клапаном, соединяющим камеру сгорания с баллоном для сжатого воздуха, и патрубок с форсункой, соединяющей камеру сгорания с топливным насосом, при этом в средней части камеры сгорания установлены электросвечи зажигания, камера сгорания соединена по образующей своей цилиндрической поверхности сопловым отверстием с газоводом, расширяющимся к прямоугольному отверстию, соединяющему его с камерой расширения, периодически перекрываемому дверцей, имеющей горизонтальную ось вращения, проходящую под расширяющимся газоводом в плоскости, соединяющей вертикальные оси вращения колесных тележек, установленных на противоположных стенках вагона, при этом одна дверца выполнена с возможностью одновременного перекрытия нескольких смежных газоводов, идущих от своих камер сгорания к одной общей для них камере расширения, при этом ось дверцы имеет рычаги для восприятия на себя момента силы давления газов, приложенной к поверхности дверцы, и для передачи этого момента силы пружине-рессоре и амортизатору этой дверцы, которая имеет пластинчатую пружину, соединенную с ней по ее краю, противоположному и параллельному оси ее вращения, пластинчатые пружины, соединенные с торцами этой дверцы, а нижняя половина двигателя-движителя имеет стальной корпус с боковыми стенками, между которыми через равные расстояния установлены упомянутые барьеры, выполненные с крутыми передними и пологими задними склонами, при этом на верхней части каждого барьера установлена пластинчатая пружина, скользящая по дну вагона, образующему камеру расширения, при этом каждая боковая стенка стального корпуса оканчивается в верхней части желобом с пластинчатой пружиной, касающейся дна вагона, а по обе стороны камеры расширения образованы на упомянутом полотне вышеуказанные камеры воздушных подушек, ограниченные стенкой стального корпуса камеры расширения, а также упомянутыми барьерами между этими стенками с пластинчатыми пружинами, являющимися гребнями барьеров, при этом гребни барьеров камеры расширения и камер воздушных подушек выполнены пластинчатыми и установлены в одном плоскости, перпендикулярной рельсу, а стенки камеры расширения и камер воздушных подушек имеют одинаковую конструкцию.

Кроме того у такого воздушно-дорожного транспорта каждое его стыковочное устройство может быть выполнено в виде рамы, соединяющей между собой смежные передний и задний вагоны состава, которые являются или товарными и пассажирскими, или головными и товарными, или пассажирскими и хвостовым вагонами, при этом задний вагон соединен со стыковочным устройством его упомянутой вертикальной осью вращения, проходящей через проушины заднего вагона и раму стыковочного устройства, а передний вагон соединен со стыковочным устройством вышеупомянутой горизонтальной осью, которая выполнена из двух полуосей, вставленных в проушины рамы и переднего вагона, при этом рама имеет переднюю и заднюю плоскости, перпендикулярные рельсам.

Кроме того у такого воздушно-дорожного транспорта каждую тормозную лыжу целесообразно выполнять со сменной тормозной подошвой, штоком, поршнем и масляными камерами масляного домкрата, расположенными над и под поршнем в корпусе этого домкрата, жестко связанного с корпусом вагона, а масляные камеры могут быть соединены маслопроводом с масляным насосом, при этом масляный насос целесообразно выполнять с возможностью перекачивания масла из нижней камеры в верхнюю при торможении и контактировании тормозной подошвы с головкой рельса.

На фиг. 1 дан вид сверху товаро-пассажирского состава;
на фиг. 2 разрез А-А фиг. 1 в районе передней части этого состава, в увеличенном масштабе, с задним обрывом;
на фиг. 3 разрез Б-Б фиг. 2;
на фиг. 4 разрез Б-Б фиг. 2;
на фиг. 5 узел "А" фиг. 2, в увеличенном масштабе;
на фиг. 6 разрез Г-Г фиг. 5;
на фиг. 7 разрез Д-Д фиг. 5;
на фиг. 8 разрез Е-Е фиг. 5;
на фиг. 9 разрез Ж-Ж фиг. 8;
на фиг. 10 узел "Б" фиг. 2, в увеличенном масштабе;
на фиг. 11 дано взаимное расположение двух двигателей-движителей вагона и двух барьеров камеры расширения;
на фиг. 12 разрез З-З фиг. 10, уменьшенный по масштабу в 2 раза по сравнению с тем разрезом, который показан на фиг. 10;
на фиг. 13 разрез И-И фиг. 12 и фиг. 10;
на фиг. 14 разрез К-К фиг. 13;
на фиг. 15 разрез Л-Л фиг. 13;
на фиг. 16 разрез М-М фиг. 10, в уменьшенном масштабе;
на фиг. 17 разрез Н-Н фиг. 3;
на фиг. 18 узел "В" фиг. 17, в увеличенном масштабе;
на фиг. 19 разрез О-О фиг. 18, в увеличенном масштабе;
на фиг. 20 разрез А-А фиг. 1, в районе хвостового вагона, в увеличенном виде, с передним обрывом;
на фиг. 21 варианты выполнения узла "Г" фиг. 16;
на фиг. 22 разрез П-П фиг. 21;
на фиг. 23 разрез Р-Р фиг. 21.

Воздушно-дорожный транспорт ВДТК представляет собой комплексное соединение трех основных устройств: устройства товаро-пассажирского состава, устройства барьеро-железной дороги и устройства двигателя-движителя, соединяющего между собой упомянутые состав и дорогу.

Товаро-пассажирский состав состоит из головного вагона 1, товарных вагонов 2, товаро-пассажирских или пассажирских вагонов 3 и хвостового вагона 4. Вместо одного из пассажирских вагонов в этот состав может быть включен вагон-платформа, предназначенная для транспортировки крупногабаритных грузов.

Головной 1 и хвостовой 4 вагоны являются головным и хвостовым аэродинамическими обтекателями состава, имеющими соответствующую этому назначению форму корпуса (фиг. 2 и 20). В головном и товарных вагонах установлены верхние части двух и более двигателей-движителей в виде оголовника 5 с газоводом 6 и дверцей 7 (фиг. 10), компрессор 8 с электродвигателем, баллоны со сжиженным или природным газом 9 и со сжатым воздухом 10. В головном 1 и хвостовом 4 вагонах установлены еще роторные двигатели с электрогенераторами 11.

Все вагона состава имеют стыковочное устройство, соединяющее их между собой в состав, который может состоять из 10-20 и более вагонов различного назначения в зависимости от соотношения в потребности транспортировки пассажиров и грузов. Например, состав из десяти товарных и десяти пассажирских вагонов с головным 1 хвостовым 4 вагонами может перевозить более 20000 т полезных грузов и более 30000 пассажиров.

Стыковочное устройство вагонов (фиг. 2-9) имеет вертикальную 12 и горизонтальную 13 оси вращения, вставленные в проушины 14, 15 и 16 соответственно заднего и переднего вагонов и соединительной рамы 17. На фиг. 4 8 передний вагон товарный 2, а задний пассажирский 3. Ось 12 вставляется в отверстия проушин 14 вагона 3 и проушин 16 рамы 17 и соединяет раму 17 с вагоном 3 в заводских условиях на длительное время. Ось 13, выполненная из двух полуосей (фиг. 7, 8), вставляется на сортировочной железнодорожной станции при формировании состава, требуемого для транспортировки заданного количества товаров (грузов) и пассажиров. Ось 12 и 13 вставляется без люфта в круговые отверстия вагонов 2 и 3 и с люфтом в удлиненные (расточные) отверстия 18 и 19 рамы 17, которые позволяют смещение вагонов 2 и 3 относительно друг друга соответственно по горизонтали и по вертикали перпендикулярно рельсовому пути. Оси 12 и 13 позволяют также проходить вагонам по рельсам с заданными и минимальными радиусами кривизны рельсового пути в горизонтальных и вертикальных плоскостях в соответствии с углами α и β .
Формирование состава из спаренных вагонов 2 и 3 может производиться на сортировочной станции помощью поворотного круга, соответствующего устройства, подобного железнодорожным поворотным кругам, применяемым в настоящее время (на чертежах не показаны).

Двигатель-движитель имеет оголовник 5 в виде цилиндра с полусферами на его торцах, с камерой сгорания 20, покрытой с внутренней стороны термоизоляцией, изображенной на чертежах крестообразной штриховкой; расширяющийся газовод 6, соединенный с камерой сгорания 20 сопловым отверстием 21 и с камерой расширения 22 отверстием 23, перекрываемым дверцей 7; дверцу 7 с осью вращения 24 и с утонченным краем 25 в виде полосы пружинистой стали; теплоизолирующую камеру 26 с перегородками 27, с впускным патрубком 28, соединяющим ее с баллоном 10 для сжатого воздуха, и с выпускным патрубком 29, соединяющим ее с камерой расширения 22, перекрытым клапаном 30; патрубок 31, соединяющий камеру сгорания 20 с баллоном 10 для сжатого воздуха и перекрытый клапаном 32; патрубок 33, идущий от топливного насоса 34, оканчивающийся форсункой 35, установленной по геометрической оси камеры сгорания 20; электросвечи 36 зажигания топливной смеси, установленные по образующей внутренней цилиндрической поверхности камеры сгорания 20.

Камера расширения 22 двигателя-движителя образована: снизу - поверхностями барьеров 37 и плоскостью дна 38 между барьерами 37 и стенками 39 стального корпуса, сверху полосой 40 дна вагона, расположенной над стальным корпусом, спереди термоизолированной поверхностью дверцы 7 и сзади - поверхностью 41 крутого склона барьера 37, имеющей термоизолирующий слой. Камера расширения 22 имеет переменный объем, от нулевого в момент открытия дверцы 7, перекрывающей газовод 6, до максимального в момент, предшествующий ее закрытию. В промежутке времени между этими моментами сзади дверцы 7 находится камера расширения 22, а спереди дверцы 7л находится камера выхлопных газов 42, переднюю часть которой ограничивает пологий склон 43 барьера 37. Выхлопные газы, отработавшие в камере расширения 22, выходят через камеры 44, образованные в дне вагона и соединяющие камеру выхлопных газов 42 с камерами воздушной подушки 45, находящимися по обе стороны от камер 22 и 42, и отделенными от них стенками 39 с желобами 46, по дну которых скользит пластинчатая пружина 47, закрепленная на дне вагона на желобом 46.

Вершины барьеров 37 имеют пластинчатые пружины 48, направленные в сторону движения вагона и препятствующие утечке газов из камеры расширения 22 в камеру выхлопных газов 42. Расстояние "Р" между пружинами 48 двух смежных барьеров 37 меньше, чем расстояние "Д" между осями 24 вращения дверец 7 двух смежных двигателей-движителей (фиг. 11) и равна P = Д - Δ - δ где: D расстояние между передним краем камеры 44 и осью 24, d расстояние, равное половине высоты "В" камеры расширения 22.

На концах оси 24 вращения дверцы 7 установлены рычаги 49 (фиг. 13 и 14), жестко связанные (заштрихованы) с осью 24, так, что угол поворота дверцы 7 равен углу поворота рычага 49.

В момент отклонения дверцы 7 до дна камеры расширения 22 рычаг 49 отклоняется до амортизатора 50, при этом рычаг 49 сжимает пружину-рессору 51, предназначенную для возвращения рычага 49 в положение, при котором дверца 7 перекрывает отверстие 23 газовода 6. Упругость пружины-рессоры 51 подбирается такой, чтобы она воспринимала на себя не менее половины величины момента сил давления газов на поверхность дверцы 7 во время ее движения в камере расширения 22.

Барьеры 52 (фиг. 15) воздушных подушек 45 имеют такую же или меньшую высоту, чем барьеры 37 двигателя-движителя и в несколько раз меньшую толщину. Вершины барьеров 2 также имеют пластинчатые пружины 53, направленные в сторону движения вагона и скользящие по его дну, препятствуя утечке воздуха из воздушной подушки. Барьеры 52 установлены между стенкой 39 камеры расширения 42 и стенкой 54, установленной параллельно рельсу 55 на минимальном от него расстоянии. Стенка 54 имеет желоб 56 такой же формы и такого же назначения, как и желоб 46 стенки 39. По желобу 56 во время движения вагона скользит пластинчатая пружина 57, препятствующая утечке газов из камеры воздушной подушки 45. Пружина 47 аналогичного устройства и назначения установлена и на желобе 46. Ширина желобов 46 и 56 равна возможной величине смещения среднего колеса 58 тележки 59 относительно рельса, где ось вращения 60 среднего колеса 58 пересекается с осью вращения 61 тележки 59 вагона.

Между двумя тележками 59 вагона установлено тормозное устройство, включающее тормозную лыжу 62 со сменной тормозной подошвой 63, штоком 64, поршнем 65 и масляными камерами 66 и 67, размещенными соответственно над и под поршнем 65 для нажима на него и подъема этого поршня в вернее положение. Эти камеры соединены маслопроводом 68, по которому масляный насос 69 перекачивает масло из одной камеры в другую в соответствии с поступающими командами на торможение или растормаживание. Шток 64 прямоугольной формы сечения перемещается в прямоугольном отверстии упоров 70 дна вагона и имеет сальники, препятствующие утечке масла. Тормозная лыжа 62 имеет прогиб, подобный прогибу прогулочных лыж, позволяющий при максимальном нажиме домкрата производить нажим на рельс 55 с равным удельным давлением по всей поверхности соприкосновения подошвы 63 лыжи с рельсом.

Двигатель-движитель имеет электродатчики 71 температуры и давления, установленные в теплоизолирующей камере 26 и в камере 44, а также датчики скорости и спидометр, на чертежах не показанные, установленные в головном вагоне и работающие от колес вагона. Данные поставляются датчиками в компьютер, управляющий работой двигателей-двитжителей, и на щит управления машиниста-водителя состава поезда.

Хвостовой вагон 4 (фиг. 20) имеет наклон плоскости дна 72 от конечной его кромки 73 к середине в такой мере, что газы и сжатый воздух, выходящий из камер воздушных подушек 45 под плоскость 72, расширяются до давления, равного атмосферному у кромки 73, создавая силу тяги, приложенную к плоскости дна 72 и равную произведению среднего давления воздуха и газов, вышедших из камеры воздушной подушки 45, на площадь плоскости 72 и на синус угла наклона плоскости 72. В вагоне 4 установлены также компрессор 8, баллоны со сжиженным или природным газом 9 и со сжатым воздухом 10 и роторный двигатель с электрогенератором 11. Хвостовой вагон 4 может использоваться для перевозки грузов и пассажиров.

Все вагоны состава, имеющие компрессоры 8, имеют воздуховод 74 с входным отверстием, установленным на крыше вагона с использованием скоростного напора воздуха при движении вагона.

Места соединения вагонов перекрыты донными стальными щитами 75 от переднего вагона, на котором они закреплены, к заднему вагону для предотвращения выхода газов и сжатого воздуха из камер расширения и воздушных подушек в отверстия между вагонами. С целью лучшей обтекаемости состава места соединения вагонов перекрыты также стальными щитами (листами) 76 на крыше и с боковых стенок вагонов внахлестку от переднего, на котором они закреплены, к заднему.

Наиболее сложно в устройстве двигателя-движителя устранить утечку газов из камер расширения в зазор между торцевой стороной дверцы 7 и стенкой 39. С целью лучшего решения этой задачи на фиг. 21 дан вариант выполнения устройства узла "Г" фиг. 16 при нижнем положении дверцы 7, скользящей по дну камеры расширения 22. В этом варианте ширина дверцы 7 больше ширины отверстия 23 газовода 6 на удвоенную величину возможного смещения вдоль оси 60 среднего колеса 58 тележки 59 относительно рельса 55. При этом ширина камеры расширения 22 между стенками 39, больше ширины дверцы 7 на величину x (фиг. 23) с каждой торцевой стороны дверцы 7 при среднем положении колеса 58 с осью 60 относительно рельса 55. Эта величина зазора x перекрывается пружинной полосой 77, соединенной с торцом дверцы 7 по всей ее длине, равной высоте "В" камеры 22. Ширина полосы 77 больше, чем d и ее край загнут в направлении против направления движения вагона, указанного стрелкой u. Желоб 46 стенки 39 имеет пластинчатую пружину 78, которая скользит по дну 40 вагона.

Для увеличения прочности газовода 6, испытывающего большое давление газов сгоревшего топлива, он разделен одной или несколькими продольными перегородками 79 (фиг. 16). Газоводы 6 имеют электодатчики 80 давления. Над желобами 46 и 56 размещены форсунки 81 для смазки. Над пружинами 57 и 78 имеются антифрикционные пластины 82. Камеры 44 имеют электродатчики давления 83.

Железнодорожные станции строятся на прямолинейном горизонтальном участке дороги, имеющем длину не менее длины описываемого состава, подъезд к которому выполняется в виде подъема на высоту в 20 м и более на расстоянии в 5 и более километров, а съезд в виде спуска с такими же характеристиками. Такое устройство станции позволяет сократить энергетические затраты состава и ускорить подъезд к станции и отъезд от нее. Станции имеют вокзалы такой же этажности, как и вагоны описываемого состава, позволяющие производить посадку и высадку пассажиров на платформу вокзала того же уровня, что и соответствующие этажи вагонов, с учетом чередования пассажирских и товарных вагонов.

Воздушно-дорожный транспорт эксплуатируется следующим образом.

Подготовка состава к движению по заданному маршруту начинается с формирования состава из головного и хвостового вагонов и пар вагонов из товарного с пассажирским вагонов. При этом вместо пассажирского вагона к товарному вагону может быть подсоединен вагон-платформа, предназначенный для транспортировки крупногабаритных грузов. Формирование состава производится на сортировочной станции с помощью поворотного круга, подобного тому, который применяют на железнодорожном транспорте.

Перед началом движения на станции отправления в вагонах состава запускаются компрессоры 8, заполняющие сжатым воздухом баллоны 10 до заданного давления, затем запускаются роторные двигатели с электрогенераторами 11. Далее включаются масляные насосы для подъема тормозных лыж 62, и включаются двигатели-движители вагонов с камерами сгорания 20 с пусковым режимом периода воспламенения топливной смеси, который формируется компьютером по программе "пуск". Этой программой предусмотрен такой темп их работы, при котором в каждую камеру расширения 22 через открытое дверцей 7 отверстие 23 может поступить из газовода 6 газов сгоревшей топливной смеси не более, чем от ее 10 воспламенений. При этом, если в момент трогания вагона отверстие 23 будет перекрыто дверцей 7, то в камере сгорания произойдет только одно воспламенения топливной смеси, так как электродатчик давления 80 передаст в компьютер электроимпульс о превышении давления в газоводе 6 более допустимого. В соответствии с таким электроимпульсом в камере 20 будут заблокированы форсунки 35 подачи топлива и электросвечи 36 до того момента, когда откроется дверца 7 и давление в газоводе 6 станет нормальным.

В результате работы двигателей-движителей возникает сила тяги, в 2 3 раза превышающая ее величину, рассчитанную для рейсового их режима работы. Состав вагонов получит ускорение, существенно превышающее ускорение, достигаемое товарным поездом железной дороги. Увеличению этого ускорения будет содействовать также наклон пути со станции. Возникает также и подъемная сила над камерами расширения и воздушными подушками, которая может составить в начале движения вагонов до 0.9 0,95 массы вагонов, но не сможет превысить эту величину, так как в этом случае увеличится зазор между гребнями барьеров и дном вагонов, что приведет к утечке газов из воздушных подушек и уменьшению подъемной силы до вышеупомянутых величин.

Во время рейсового режима работы двигателей-движителей камера сгорания 20 работает в своем оптимальном режиме, как камера сгорания реактивного двигателя с сопловым отверстием 21 и газоводом 6 и как камера сгорания двигателя внутреннего сгорания, поставляющая газы сгоревшей топливной смеси через газовод 6 в камеру расширения 22. По этой причине двигатель-движитель является одновременно реактивным двигателем и двигателем внутреннего сгорания. Как реактивный двигатель он создает большую силу тяги, т.е. развивает большую мощность и с большим КПД, чем реактивный двигатель, выпускающий газы сгоревшей топливной смеси в воздушное или (тем более) в безвоздушное пространство. Большая мощность и больший КПД обусловлены большим давлением газов в сопловом отверстии 21 газовода и в самом газоводе 6, так как свободному выходу газов из газовода 6 препятствует давление газов в камере расширения 22 перед отверстием 21 газовода 6, образовавшихся от предшествовавших воспламенений топливной смеси в камере 20.

Большая мощность и больший КПД предлагаемого двигателя-движителя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания обусловлена тем, что в камеру расширения 22 поступают газы от нескольких циклов работы камеры 20, поддерживая большее среднее давление газов в камере расширения, чем среднее давление в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. Кроме того в двигателе-движителе нет потерь на трение поршня, кривошипного механизма с коленчатым валом, нет холостых ходов поршня, связанных со всасыванием воздуха, его сжатием и с выхлопом отработавших газов, нет потерь тепла, связанных с наличием устройств охлаждения, так как сжатый воздух, охлаждающий камеру 20 и нагретый до 400^oC, вводится в камеру расширения для использования его энергии в работе двигателя-движителя, нет потерь тепла выхлопных газов с температурой 600 1000^oC, имеющих место в двигателе внутреннего сгорания, так как выхлопные газы двигателя-движителя из камеры расширения 22 с температурой в 2-3 раза меньше, поступают в воздушные подушки 45 для выполнения полезной работы по созданию подъемной силы, а в хвостовом вагоне еще и силы тяги.

Принципиально новым в работе двигателя-движителя как двигателя внутреннего сгорания является использование давления газов и воздуха в камере расширения как подъемной силы воздушной подушки, получаемой без специальной затраты топлива как побочное свойство камеры расширения, верхняя часть которой образована дном вагона. Таким свойством не обладает ни одна камера расширения известных двигателей внутреннего сгорания.

весьма существенных отличительным свойством двигателя-движителя от двигателя внутреннего сгорания является простота и надежность работы и его в десятки раз большая удельная мощность. Принципиальным отличием двигателя-движителя является то, что камера расширения 22 составлена из двух частей, из которых верхняя связана с подвижной платформой вагона, а нижняя ее часть представляет собой неподвижную часть дороги между барьером 39 дороги и дверцей 7 движущейся платформы. Разделение камеры расширения на верхнюю и нижнюю части позволило получить подъемную силу для вагона без затраты энергии на получение этой силы, возникающей как побочное явление в результате высокого давления газов в камере расширения, используемого для создания силы тяги, приложенной к дверце 7. Такой способ и такое устройство для получения подъемной силы вагона еще не известны из уровня техники. Такого устройства нет ни в одном из тепловых двигателей современной техники и благодаря такому устройству стало возможным существенное улучшение всех основных характеристик двигателя внутреннего сгорания и особенно суммарных и самых главных как КПД в 2-3 раза, удельной мощности в десятки раз, длительности эксплуатации, экономичности и экологичности в несколько раз. Кроме того использование выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания для заполнения неподвижных воздушных подушек, образованных барьерами и боковыми стенками дороги, также является принципиально новым устройством, не известным современному уровню техники, а такое использование выхлопных газов позволяет уменьшить энергетические затраты на движение воздушно-дорожного транспорта и сделать его вагоны с меньшей затратой металла и меньшей массой. Воздушные подушки современных устройств создаются с затратой энергии на работу компрессоров, поставляющих сжатый воздух в воздушные подушки, образованные оболочками, оконтуривающими площадку дна платформы и являющимися для нее дополнительной нагрузкой. Воздушные подушки двигателя-движителя не требуют наличия существенных по массе специальных устройств на платформе и не требуют затраты энергии на поддержание давления газов и воздуха в этих подушках, так как используют для этой цели отходы (выхлопные газы) работы двигателя-движителя. К тому же само применение воздушных подушек для железнодорожного транспорта является новым в технике решением, существенно улучшающим транспортные характеристики вагонов.

Стыковочное устройство вагонов состава позволяет сократить его длину и уменьшить потери энергии на сопротивление воздуха при его движении с большой скоростью за счет лучшей обтекаемости состава встречным потоком воздуха. Такое устройство уменьшает боковые смещения вагонов и колебательные явления во время движения состава, который становится более прочно и жестко объединенным устройством входящих в него вагонов. Стыковочное устройство состава вагонов описываемого транспорта в большей мере соответствует применению двигателей-движителей и воздушных подушек, чем любое из известных устройств соединения вагонов в железнодорожный состав.

Тормозное устройство в виде тормозной лыжи 62 со сменной тормозной подошвы 63, непосредственно прижимаемой к рельсу 55 с помощью масляного домкрата, имеет следующие преимущества перед тормозными устройствами в виде колодок, прижимаемых к колесам вагонов железнодорожного транспорта. Тормозные лыжи 62 имеют большую в сотни раз поверхность контакта тормозной подошвы с рельсом, чем заторможенное колодкой колесо вагона железнодорожного транспорта, и позволяют по этой причине применить большую в сотни раз силу давления на рельс при меньшем в десятки раз удельном давлении на рельс. При этом с рельсом взаимодействует тормозная подошва, изготовленная из материала, имеющего существенно больший коэффициент трения со стальным рельсом, чем у стального колеса вагона железнодорожного транспорта. В результате этого описываемое здесь тормозное устройство вагонов состава обеспечивает большую тормозную силу и меньший тормозной путь вагона при экстренном торможении. Предлагаемое тормозное устройство к тому же не вызывает износа колес вагона и меньше изнашивает рельс, а смена изношенной тормозной подошвы 63 стоит намного меньше, чем смена изношенного (поврежденного) экстренным торможением колеса вагона железнодорожного транспорта. Меньший путь при экстренном торможении увеличивает степень безопасности движения состава описываемого транспорта и позволяет повысить пропускную способность дороги, так как позволяет сократить интервалы времени между движением по ней составов описываемого воздушно-дорожного транспорта.

Наиболее слабым местом в работе двигателей-движителей является предотвращение утечки сжатого воздуха и газов, образовавшихся от воспламенения топливной смеси, из камеры расширения 22 и (в меньшей мере) из камеры 45 воздушной подушки. Сложность решения данной задачи усугубляется тем, что вагон во время движения колесник тележек 59 по рельсам 55 может иметь смешение от оси пути в горизонтальном и вертикальном направлении в полости, перпендикулярной рельсу 55 и проходящей через вертикальную ось 61 колесной тележки 59. Требования к величине этих смещение и возможности их выполнения могут иметь существенное влияние на степень эффективности эксплуатации описываемого состава вагонов. Утечка газов и сжатого воздуха из камеры 22 предотвращается пластинчатыми пружинами 25 и 77 дверцы 7, гребнем 48 барьера 37 и пластинчатыми пружинами 47 и 78 стенки 39. Пластинчатые пружины 25 дверцы 7, 48 барьера 37 и 47 и 78 стенки 39 компенсируют смещение дна вагона в вертикальной плоскости, которое может иметь величину до 1 см. Пружины 77 дверцы 7 и 47 и 78 стенки 39 с желобом 46 компенсируют смещение вагона в горизонтальной плоскости, которое может иметь величину до 2 см. Сложность работы всех пружин состоит также в большой скорости их скольжения, равной скорости движения вагона. Наибольшую нагрузку имеют пружину 25 и 77 дверцы 7, пружины 47 и 57, установленные на вагоне и работающие постоянно во время движения вагона. Пружины 78 и 57, установленные на стенках 39 и 54, а также пружины 48 и 53, установленные на барьерах 37 и 52, работают только во время прохождения над ними вагонов описываемого состава.

Для уменьшения трения пружины 47 о дно желоба 46 и пружины 57 о дно желоба 56 в эти желобы впрыскивается смазка из форсунок 81 головного и товарного вагонов, установленных над желобами 46 и 56 носовой части головного вагона в товарных вагонах. В соответствии с этим в вагонах устанавливается так с маслом и масляный насос. Смазка желобов 46 и 56 может также при необходимости производиться обходчиками пути. Для уменьшения трения пружин 78 и 57 стенок 39 и 54 на дне вагона над этими пружинами устанавливаются пластины 82 (фиг. 19), изготовленные из материала, имеющего наименьший коэффициент трения с материалом пружины 57 и 78. Пружины 25 и 77 дверцы 7 имеют длину соответственно 2-3 м и 10 15 см, ширину 3 5 см, и они периодически заменяются при плановом техническом осмотре двигателей-движителей. Сигналом об ухудшении работы всех вышеупомянутых пластинчатых пружин служит отклонение показаний электродатчиков 83 давлений воздуха и газов в камерах 44 (фиг. 13) от нормы. Эти показания (или их отклонения от нормы) высвечиваются на щите управления машиниста описываемого состава вагонов.

Давление газов в камере расширения 22, приложенное к дверце 7, создает силу тяги, которая воспринимается осью вращения 24 и рычагом 49 (фиг. 14) вращению которого с момента открытия дверцы 7 и ее скольжения по склону 41 барьера 37 до момента достижения дна камеры 22 противодействуют пружина 51, а затем амортизатор 50 препятствует дальнейшему повороту рычага 49, а, следовательно, и дальнейшему повороту дверцы 7. В момент выхода пружины 25 дверцы на пологий склон 43 барьера 37 закрытию дверцы будет содействовать как пружина 51, так и пружина 25, скользящая по склону 43 барьера 37. В это время давление газов на дверцу 7, противодействующее ее закрытию, станет минимальным.

Использование: изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструирования средств скоростного транспорта. Сущность изобретения состоит в том, что в известном устройстве воздушно-дорожного транспорта, содержащем состав вагонов со стыковочными устройствами и колесными тележками, полотно выполнено с барьерами, разделяющими нижние части камер расширения и воздушных подушек, разделенных металлическими стенками, параллельными рельсами, при этом состав выполнен с верхней частью двигателей-движителей, выполненных в виде воздушно-реактивного двигателя, которая соединена расширяющимся газоводом с камерой расширения, образованной в нижней части стенками и барьерами дороги, а в верхней части - дверцей и дном вагона. При этом отработанные выхлопные газы из камеры расширения поступают через газовод в воздушные подушки, образованные стенками и барьерами дороги с двух сторон камер расширения, вагоны выполнены многоэтажными с дополнительными колесными тележками, между колесными тележками с каждой стороны вагона установлены тормозные лыжи с масляными домкратами, каждое стыковочное устройство выполнено в виде рамы, имеющей вертикальную ось вращения и две полуоси горизонтальной оси этого устройства, а каждая тормозная лыжа может быть выполнена со сменной тормозной подошвой, штоком, поршнем и масляными камерами масляного домкрата, расположенными над и под поршнем в корпусе этого домкрата, жестко связанного с корпусом вагона. 3 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Воздушно-дорожный транспорт, содержащий товаро-пассажирский подвижной состав вагонов со стыковочными устройствами для соединения смежных вагонов, имеющий головной и хвостовой вагоны с обтекаемой формой корпуса, при этом каждый вагон выполнен с двумя колесными тележками для перемещения вагонов подвижного состава по рельсам широкой колеи железнодорожного полотна, при этом каждая колесная тележка имеет вертикальную ось вращения, отличающийся тем, что железнодорожное полотно выполнено с барьерами, сооруженными перпендикулярно рельсам этого полотна между ними, и разделяющими между собой нижние части смежных камер расширения и смежных камер воздушных подушек, установленных между рельсами и разделенных между собой металлическими стенками, параллельными рельсам, причем пассажирские и товарные вагоны подвижного состава выполнены многоэтажными, и состав имеет в них верхнюю часть двигателей-движителей, выполненных в виде воздушно-реактивного двигателя с камерой сгорания, в которую подведены патрубки от компрессора через баллоны со сжатым воздухом и патрубки с форсунками от топливного насоса, причем эта камера сгорания соединена сопловым отверстием с расширяющимся газоводом, ведущим к верхней части камеры расширения, при этом расширяющийся газовод имеет дверцу, периодически перекрывающую отверстие газовода в камеру расширения и воспринимающую давление газов в камере расширения, преобразуя это давление в силу тяги, при этом по обеим сторонам воздушно-реактивного двигателя установлены камеры, соединяющие камеры расширения с камерами воздушных подушек, при этом камера сгорания, расширяющиеся газоводы и передняя часть камеры расширения отделены от нижних помещений вагона теплоизолирующей камерой, соединенной с одной стороны патрубком с компрессором через баллоны со сжатым воздухом, а с другой противоположной стороны с передней верхней частью камеры расширения, в головном и товарном вагоне при этом установлены помимо двигателя-движителя с компрессором и баллоном для сжатого воздуха, баллоном для сжиженного или природного газа еще и роторные двигатели внутреннего сгорания с электродвигателями, при этом в хвостовом вагоне расположен воздушно-реактивный движитель, формируемый наклонным дном вагона, образующим камеру расширения, периодически соединяющуюся при движении вагона с камерами воздушных подушек, при этом вагоны имеют по две дополнительных колесных тележки с вертикальными осями вращения, установленными как и у вышеупомянутых тележек в боковых стенках вагона, при этом несколько колес каждой из колесных тележек имеют возможность качения по рельсам полотна дороги с шириной колеи, в несколько раз превышающей по величине ширину упомянутой колеи, при этом между двумя колесными тележками с каждой стороны вагона установлены тормозные лыжи с масляными домкратами, а каждое стыковочное устройство имеет вертикальную и горизонтальную оси вращения, с помощью которых стыковочное устройство соединено соответственно с задним и передним смежными вагонами состава. 2. Транспорт по п.1, отличающийся тем, что он имеет двигатель-движитель, установленный в товарном вагоне и составленный из двух половин: верхней, соединенной с вагоном, и нижней, соединенной с дорогой, при этом верхняя половина двигателя-движителя имеет камеру сгорания цилиндрической формы с торцами в виде полусфер, к которым подведены патрубок с клапаном, соединяющим камеру сгорания с баллоном для сжатого воздуха, и патрубок с форсункой, соединяющей камеру сгорания с топливным насосом, при этом в средней части камеры сгорания установлены электросвечи зажигания, камера сгорания соединена по образующей своей цилиндрической поверхности сопловым отверстием с газоводом, расширяющимся к прямоугольному отверстию, соединяющему его с камерой расширения, периодически перекрываемому дверцей, имеющей горизонтальную ось вращения, проходящую под расширяющимся газоводом в плоскости, соединяющей вертикальные оси вращения колесных тележек, установленных на противоположных стенках вагона, при этом одна дверца выполнена с возможностью одновременного перекрытия нескольких смежных газоводов, идущих от своих камер сгорания к одной общей для них камере расширения, при этом ось дверцы имеет рычаги для восприятия на себя момента силы давления газов, приложенной к поверхности дверцы, и для передачи этого момента силы пружине-рессоре и амортизатору этой дверцы, которая имеет пластинчатую пружину, соединенную с ней по ее краю, которая имеет пластинчатую пружину, соединенную с ней по ее краю, противоположному и параллельному оси ее вращения, и пластинчатые пружины, соединенные с торцами этой дверцы, а нижняя половина двигателя-движителя имеет стальной корпус с боковыми стенками, между которыми через равные расстояния установлены упомянутые барьеры, выполненные с крутыми передними и пологими задними склонами, при этом на верхней части каждого барьера установлена пластинчатая пружина, скользящая по дну вагона, образующему камеру расширения, при этом каждая боковая стенка стального корпуса оканчивается в верхней части желобом с пластинчатой пружиной, касающейся дна вагона, а по обе стороны камеры расширения образованы на упомянутом полотне вышеуказанные камеры воздушных подушек, ограниченные стенкой стального корпуса камеры расширения, а также упомянутыми барьерами между этими стенками с пластинчатыми пружинами, являющимися гребнями барьеров, при этом гребни барьеров камеры расширения и камер воздушных подушек выполнены пластинчатыми и установлены в одной плоскости, перпендикулярной рельсу, а стенки камеры расширения и камер воздушных подушек имеют одинаковую конструкцию. 3. Транспорт по п.1, отличающийся тем, что каждое его стыковочное устройство выполнено в виде рамы, соединяющей между собой смежные передний и задний вагоны состава, которые являются или товарными и пассажирскими, или головными и товарными, или пассажирскими и хвостовыми вагонами, при этом задний вагон соединен со стыковочным устройством его упомянутой вертикальной осью вращения, проходящей через проушины заднего вагона и раму стыковочного устройства, а передний вагон соединен со стыковочным устройством вышеупомянутой горизонтальной осью, которая выполнена из двух полуосей, вставленных в проушины рамы, и переднего вагона, при этом рама имеет переднюю и заднюю плоскости, перпендикулярные рельсам. 4. Транспорт по п.1, отличающийся тем, что каждая тормозная лыжа выполнена со сменной тормозной подошвой, штоком, поршнем и масляными камерами масляного домкрата, расположенными над и под поршнем в корпусе этого домкрата, жестко связанного с корпусом вагона, а масляные камеры соединены маслопроводом с масляным насосом, при этом масляный насос выполнен с возможностью перекачивания масла из нижней камеры в верхнюю при торможении и контактировании тормозной подошвы с головкой рельса.