ТРАНСПОРТНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2002 года по МПК B60L13/00 

Изобретение относится к транспортным системам, в которых объекты транспорта вывешиваются над путевыми устройствами дороги в результате взаимодействия электромагнитных полей.

Известен транспортный комплекс (1), содержащий линейные двигатели и их ответные части на стационарных сооружениях, устройства магнитной подвески, шасси, дорожки с твердым покрытием из материала с высоким коэффициентом трения для обеспечения надежного сцепления колес.

Одним из существенных недостатков прототипа является такое конструктивное исполнение стационарной и ответной частей подвеса, при котором для создания рабочего зазора между экипажем и дорожкой необходимо питать обмотки электромагнитов подвеса электрическим током значительно большей силы, чем требуется для начального этапа вывешивания транспортного объекта (2).

В заявляемом транспортном комплексе затраты электроэнергии на вывешивание объектов транспорта над путевыми устройствами дороги остаются неизменными от момента отрыва колес шасси от дорожки до момента достижения необходимой высоты подвеса. Такая задача решается конструктивно путем создания условий стабильности минимальных суммарных воздушных зазоров в магнитных системах вывешивания объектов транспорта.

На чертеже показан вид транспортного комплекса в поперечном сечении объекта транспорта и путевых устройств. В путевом желобе 1, имеющем две дорожки 2 для опоры колес 3 шасси 4 во время обесточки системы магнитного подвеса, расположены магнитопроводы тороидальной формы 5 с круговой обмоткой (не показана во избежание затемнения чертежа). Все магнитопроводы 5, размещенные вдоль стенок 6 желоба 1, своими торцевыми частями соединены с полюсными шинами 7. В воздушных зазорах между полюсными шинами 7 размещены металлические пластины 8 из неферромагнитного материала, например из алюминия. Пластины 8 изолированы от металла корпуса 9 капсулы транспортного комплекса 10, предназначенной для перевозки железнодорожного вагона 11, диэлектриком 12. Соединенные с продольными боковыми поверхностями капсулы 10 пластины 8 имеют по крайней мере по одному подпружиненному пантографу 13 с токосъемными лыжами 14, постоянно соприкасающимися с шинами контактной сети 15, размещенными на стенках желобов 6. Пластины 8, прикрепленные к правой боковой стенке корпуса 9, имеют электрическую связь с пластинами 8, прикрепленными к левой боковой стенке корпуса 9, в том конце корпуса 9, где нет пантографов 13. В участок электрической цепи, соединяющей пластины 8, включены электроагрегаты воздушных компрессоров, поддерживающих рабочее давление в запасных резервуарах тормозной системы каждой капсулы 10 транспортного комплекса, а также электропневматические клапаны известных конструкций, открывающие доступ сжатого воздуха из запасных резервуаров к тормозным устройствам каждого колеса 3 (не показаны). Внутри каждой капсулы 10 на полу имеются рельсы 16 для накатывания на них тележек железнодорожных вагонов. Расстояние между внутренними гранями головок рельсов 16 может быть отрегулировано в зависимости от того, с какой колеи закатывается в капсулу 10 железнодорожный вагон 11. Устройства для закрепления железнодорожного вагона 11 в капсуле 10 не чертеже показаны во избежание излишней детализации. В средней части путевого желоба 1 на всем его протяжении размещены стационарные устройства 17 линейного двигателя транспортного комплекса, а к нижней части шасси 4 каждой капсулы 10 прикреплены ответные части 18 линейного двигателя.

Заявленный транспортный комплекс работает следующим образом. Предназначенные для перевозки в транспортном комплексе железнодорожные вагоны 11 закатываются в капсулы 10 и закрепляются там от перемещения по рельсам 16 приспособлениями известных конструкций. Вместо вагонов в капсулы могут быть загружены контейнеры или другие грузы. В числе транспортных объектов могут быть специализированные капсулы для перевозки отдельных видов грузов без использования обычных железнодорожных вагонов, а также капсулы для перевозки пассажиров, оборудованные системами кондиционирования воздуха и сбора отходов по типу самолетных. Намеченные к включению в один поезд капсулы 10 перемещаются на собственном колесном ходу тягачами известных конструкций к началу путевого желоба 1 транспортного комплекса и закатываются поочередно по дорожкам 2. Соединенные сцепными устройствами известных конструкций капсулы 10 образуют готовый к перемещению в транспортном комплексе поезд. Перед включением линейного двигателя транспортного комплекса подается электропитание в обмотки магнитопроводов 5 и в шины контактной сети 15. При пропуске постоянного электрического тока по круговым обмоткам магнитопроводов 5 в воздушных зазорах между полюсными шинами 7 наводится постоянное магнитное поле, силовые линии которого пронизывают металл пластин 8, по которым протекает постоянный электрический ток, снятый с шины контактной сети 15, расположенной с одной стороны капсул, и отдаваемый во вторую шину 15, расположенную с другой стороны капсул 10. Направление намотки витков проволоки вокруг сердечников магнитопроводов 5 и направление тока в пластинах 8 соответствует тому, чтобы в результате взаимодействия магнитных полей в зазорах между полюсными шинами 7 и магнитными полями токов в пластинах 8 возникала сила выталкивания пластин 8 из зазоров между полюсными шинами 7, направленная вертикально вверх. Из-за того, что шины контактной сети 15 секционированы на участки длиной, кратной стандартной длине капсул 10, питание пластин 8 всех капсул поезда осуществляется током одинаковой силы. Поскольку пластины 8 жестко соединены со стенками капсул 10, происходит вывешивание каждой капсулы и колеса 3 отрываются от поверхности дорожек 2. Высота вывешивания или, что тоже самое, величина рабочего зазора между нижними точками колес 3 и поверхностью дорожек 2 зависит от массы брутто каждой капсулы 10. Сила выталкивания пластин 8 из зазоров между полюсными шинами 7 остается неизменной до момента достижения нижними краями пластин 8 уровня низа полюсных шин 7, после чего начинается процесс авторегулирования высоты вывешивания без потребления дополнительной электроэнергии на поддержание магнитных потоков в сердечниках магнитопроводов 5. Поскольку мощность электромагнитного подвеса рассчитана на подъем капсул наибольшей массы, то более легкие капсулы могли бы быть подняты на большую высоту, но при этом произошло бы уменьшение магнитной индукции в зазоре между полюсными шинами 7, только частично заполненном металлом пластины 8, что мгновенно привело бы к уменьшению подъемной силы электромагнитного подвеса. В результате такого взаимодействия сил выталкивания пластин 8 из зазоров между полюсными шинами и силы тяжести каждой капсулы 10 автоматически поддерживается положение низа пластин 8 на уровне, соответствующем равнодействию указанных сил, и ни одна из капсул 10 не опускается ниже расчетной величины рабочего зазора между нижними точками колес 3 и поверхностью дорожек 2. Вывешенные над путевыми устройствами капсулы 10, сцепленные в один поезд, могут перемещаться по желобам 1 транспортного комплекса за счет взаимодействия путевых устройств 17 линейного двигателя и их ответных частей 18 на каждом шасси 4 по известным законам электротехники. При необходимости остановки поезда в нужном месте достаточно переключить электропитание линейного двигателя и он превратится в электротормозящее устройство, плавно поглощающее силы инерции массы движущихся капсул. При непредвиденном отключении систем энергоснабжения транспортного комплекса колеса 3 каждой капсулы 10 поезда соприкоснутся с дорожкой 2, а погашение сил инерции в этом случае будет осуществлено за счет автоматического включения пневматических тормозных устройств каждого колеса 3, которое произойдет из-за срабатывания обесточенных электропневматических клапанов. При восстановлении энергоснабжения в первую очередь получают электропитание электроагрегаты воздушных компрессоров, создающих рабочее давление сжатого воздуха в запасных резервуарах тормозной системы каждой капсулы, после чего электропневматические клапаны замыкают разорванные цепи питания систем вывешивания капсул и персонал транспортного комплекса получает возможность возобновления управления линейными двигателями. При этом растормаживание колес 3 каждой капсулы 10 происходит автоматически после зарядки запасных резервуаров сжатым воздухом и вывешивания капсул 10 над путевыми устройствами транспортного комплекса.

Ожидаемые технико-экономические преимущества реализации заявленного транспортного комплекса базируются на следующих аргументах.

Поскольку системы электромагнитного подвешивания известных конструкций высокоскоростного наземного транспорта потребляют около 75 процентов общей мощности затрачиваемой электроэнергии, снижение величины постоянного тока в обмотках магнитопроводов позволит существенно уменьшить расход энергии в расчете на 1 пассажиро-километр в сравнении с перевозками пассажиров реактивными самолетами.

В связи с тем, что токопроводящие пластины, находящиеся в зазорах между полюсными шинами, воспринимают выталкивающие вертикально вверх усилия одновременно от большого количества магнитопроводов, происходит сглаживание колебаний величин подъемных сил, создаваемых отдельными магнитопроводами, вследствие чего гарантируется комфортность поездок пассажиров в капсулах транспортного комплекса.

Поскольку обмотки магнитопроводов системы электромагнитного подвеса обеспечиваются электроэнергией постоянно от стационарных источников энергоснабжения, а по токопроводящим пластинам, закрепленным на боковых стенках каждой капсулы, протекает ток, полученный от контактной сети, при движении поездов по затяжным спускам большой крутизны, когда части линейных двигателей, размещенные на каждой капсуле поезда, рекуперируют электроэнергию, можно уменьшить потребление электрической мощности из контактной сети на величину рекуперированной мощности.

Таким образом, перспективы существенного снижения энергозатрат при эксплуатации заявленного транспортного комплекса позволят объединить усилия народов в решении задачи безопасного, быстрого и относительно дешевого перемещения пассажиров и грузов не только по территориям отдельных стран, но также и между очень удаленными регионами Земли. Например, пассажиры и грузы с Американского континента могут быть доставлены в Китай, Индию, в страны Среднего и Ближнего Востока, в Европу и Африку по трассе через Берингов пролив и дальневосточную часть России со средней скоростью перемещения не менее 400 км/ч.

Источники информации
1. Заявка ФРГ 2165212, кл.20 а 5, В 61 В, 13/08, опубликована в 1973 г. (прототип).

2. В.И. Бочаров, В.А. Винокуров, В.Д. Нагорский и др. "Высокоскоростной наземный транспорт с линейным приводом и магнитным подвесом", М., Транспорт, 1985 г., с. 43-44.

Изобретение предназначено для использования в наземных перевозках пассажиров и грузов со скоростями до 500 км/ч. Транспортный комплекс представляет собой поезд из соединенных сцепкой объектов, имеющих шасси, над путевой структурой, на которой установлены стационарные части линейных двигателей. Стационарные части представляют собой полюсные шины электромагнитной системы вывешивания объектов транспорта, которые выполнены с зазорами для размещения деталей ответных частей конструкции электромагнитного подвеса. Ответные части расположены на каждом транспортном объекте и представляют собой пакеты изолированных друг от друга проводников, по каждому из которых пропускается своя доля тока от токосъемной лыжи пантографа. Изобретение обеспечивает автоматическое регулирование высоты магнитного подвеса от массы каждого объекта и снижение энергозатрат на перевозки. 1 ил.

Транспортный комплекс, содержащий устройства, обеспечивающие магнитный подвес объектов транспорта, имеющих шасси и колеса, над путевой структурой, а также стационарные устройства линейных двигателей на путевой структуре и их ответные части на каждом объекте транспорта, отличающийся тем, что система магнитного подвеса выполнена в виде пластин из неферромагнитного материала, расположенных в зазоре между полюсными шинами, предназначенных для передачи подъемных сил на корпус каждого транспортного объекта и представляющих собой пакеты изолированных друг от друга и от полюсных шин проводников, по каждому из которых пропускается своя доля постоянного электрического тока от токосъемной лыжи пантографа в одном конце каждого объекта до второй шины с другой его стороны, чем обеспечивается автоматическое регулирование высоты магнитного подвеса в соответствии с массой каждого объекта.