УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2005 года по МПК B61B13/00 B61G5/00 

Предложено устройство для переноса масс вдоль пути следования, содержащее транспортные средства, подвижно соединенные между собой так, что транспортные средства могут быть переориентированы из их линейного расположения в расположение “бок о бок”, причем транспортные средства соединены друг с другом распорными балками, соединенными с возможностью поворота с транспортными средствами в точках, расположенных с обоих концов транспортных средств, в котором имеются горизонтальные управляющие средства, выполненные для поворота транспортных средств в горизонтальной плоскости с переходом из линейного расположения к расположению “бок о бок” и обратно на некоторых участках пути следования, при этом имеются моторизованные приводные или тормозные устройства, при этом одна часть приводных или тормозных устройств расположена вдоль пути следования и с возможностью их взаимодействия со второй частью приводных или тормозных устройств, установленных на каждом транспортном средстве для торможения и ускорения соответственно транспортных средств.

Традиционно железные дороги строили так, чтобы по ним можно было транспортировать тяжеловесные составы. Конструкция рельсов, опор рельсов, мостов, транспортных средств любого вида значительно тяжелее конструкций, предназначенных для автотранспорта. Масса обычного автомобильного транспортного средства находится в пределах 1,5-2,0 т без груза, в то время как масса обычного вагона метро составляет 30-40 т. Сходные соотношения справедливы для грузовых транспортных средств, например грузовых автомобилей и товарных железнодорожных вагонов. Кроме того, локомотивы, особенно для грузовых перевозок, имеют массу, превышающую 100 т. Старые паровые локомотивы имели массу порядка 200-300 т. На эволюцию железнодорожной технологии сильное влияние оказала необходимость перевозить большие массы грузов. Аналогично автомобильные дороги и мосты конструируют в расчете на самые большие нагрузки на мосты и на поверхности дорог, создаваемые тяжелыми автопоездами.

Операционно, на поездах обычно имеется по меньшей мере один машинист. Оплата работы машинистов была изначально очень маленькой в сравнении с финансовой стоимостью транспортных средств. Это соотношение, однако, изменялось по мере того, как повышали соответствующую зарплату, а относительная финансовая стоимость транспортного средства становилась ниже. Такое состояние дел привело к развитию транспортных средств по двум направлениям: одно из которых – создание больших и более тяжелых поездов, управляемых одним машинистом, а другое – создание меньших и более легких поездов без водителей. В соответствии с этим в последнее время были разработаны и внедрены системы без водителей, коммерчески основанные на внедрении новой доступной технологии, включающей использование схем и принципов программирования для создания очень сложных электронных средств диспетчерского управления и контроля для поддержания безопасности системы гражданского пассажирского транспорта. Такие процедуры для обеспечения безопасности в такой технически сложной системе, как гражданская система перевозок грузов, являются сами по себе очень сложными.

Традиционно стоимость энергии была низкой в сравнении с преимуществами, получаемыми в результате внедрения новых решений в новых транспортных системах. Глобальное потепление и значительное потребление ископаемого топлива должно было привести к изменению традиционной концепции дизайна. Различные формы средств сохранения энергии используют в традиционных системах грузовых перевозок, где осуществляют ускорение и замедление движения 40-тонных вагонов метро каждые 1,5 минуты при скорости до 80 км/ч на участках между станциями. Фундаментально, было бы рациональнее снизить максимальные скорости и уменьшить массы, при этом сохраняя аналогичными общие затраты времени другими способами.

Настоящее изобретение, касающееся транспортного средства, создано на основе критического анализа преимуществ и недостатков традиционной и современной технологии конструирования поездов. Фундаментальное достоинство пары стальной рельс - стальное колесо заключается в низком сопротивлении движению поезда в сравнении с парой резиновое колесо - твердая поверхность. Фундаментальным недостатком традиционной технологии конструирования поезда является тяжелая конструкция, применение которой не требуется при грузовых перевозках без машиниста. Фундаментальным недостатком современной технологии конструирования поезда является подчиненное положение почти неограниченного применения электроники и систем на базе чипов для обеспечения безопасности и операционно решающих подсистем, например для контроля электрической тяги, всех электрических систем на борту, сигнальных систем вдоль трассы и т.д. Эти системы стали столь сложными по своей природе, что вызывает ускоренный рост стоимости проектирования и, в действительности, снижается надежность, и ввод в эксплуатацию новых конструкций становится постоянно усложняющейся проблемой для поставщиков таких систем.

На основе упомянутого выше критического анализа создано новое транспортное средство для грузовых перевозок, с помощью которого решают проблемы, связанные с преимуществами и недостатками описанных выше конструкций.

Созданное настоящим изобретением транспортное средство может быть последовательно соединено одно с другим с образованием поезда, который может действовать, как обычный поезд, вытянутый в длину, или как непрерывный поезд в виде замкнутой петли, где каждое транспортное средство соединено одно с другим в виде бесконечного состава (см. WO 99/58387). Новые отличительные особенности транспортного средства заключены в сфере его движения и системе торможения, которая перенесена с транспортных средств на стационарную часть системы. Межповерхностная связь между стационарной системой движения и торможения и частью транспортного средства состоит из плоской поверхности, простирающейся вдоль всего транспортного средства. Кроме того, в изобретении предложены определенные новые решения, относящиеся к тележке, колесной конструкции и платформе для посадки и высадки пассажиров. Эти отличительные особенности изобретения заявлены в формуле изобретения.

Вариант осуществления изобретения, взятый только лишь в качестве примера, описан со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

на Фиг.1 - вид транспортного средства на путях согласно изобретению;

на Фиг.2 – вид транспортного средства согласно изобретению с отделенным пассажирским салоном для большей ясности;

на Фиг.3 – конструкция транспортного средства без пассажирского салона при его перемещении в частично “сложенном” состоянии;

на Фиг.4 – расположение двух полностью “сложенных” транспортных средств, где специально сосредоточено внимание на расположении пассажирских платформ;

на Фиг.5 – вид, на котором показана возможность среднего звена транспортного средства по отклонению от вертикального угла;

на Фиг.6 – вид типичной колесной пары согласно изобретению;

на Фиг.7 – вариант осуществления стационарного приводного/тормозного устройства согласно изобретению.

Транспортное средство, показанное на Фиг.1 и 2, состоит из диагональной балки 1 транспортного средства и продольной главной тяговой балки 2, установленной с возможностью поворота в основном в горизонтальном направлении и в некоторой степени в вертикальном направлении относительно точки соединения 3. Вертикальная нагрузка, создаваемая весом пассажиров и весом транспортного средства в сборе, передается на рельсы 4 посредством поворотных в горизонтальной плоскости колесных устройств 5, прикрепленных к каждому концу 6 диагональной балки 1 транспортного средства. Взаимосвязанная тяговая балка 2 жестко скреплена с балкой 1 транспортного средства, причем другой ее конец сопряжен с точкой соединения 3. Распорная балка 2′ сопряжена с точкой соединения 3 и образует сочлененную удлиненную часть тяговой, или главной, балки 2. Другой конец распорной балки 2′ соединен с возможностью поворота в основном в горизонтальном направлении и в некоторой степени в вертикальном направлении с идентичным по конструкции последующим транспортным средством. Основное назначение диагональной балки 1 транспортного средства заключается в несении вертикальной и торсионной нагрузок, создаваемых транспортным средством. При приближении к станции расстояние между рельсами 4 делают постепенно увеличивающимся, как показано на Фиг.3, с помощью чего последовательно соединенные транспортные средства постепенно поворачиваются, как показано на Фиг.3, и их скорость движения в основном направлении движения снижается, и наоборот, их скорость движения при отъезде от предназначенной для посадки и высадки пассажиров станции увеличивается. Взаимосвязанная тяговая балка 2 оснащена, по меньшей мере, одной непрерывной плоской приводной поверхностью 7 вдоль всей длины транспортного средства, причем функционально выбрали так, что эта поверхность обращена вниз. Назначение этой плоской приводной поверхности 7 заключается в том, что ее используют в качестве физического места передачи силы между транспортным средством с его тяговой балкой 2 и соответствующим приводным и/или тормозным устройством 8, стационарно установленным вдоль пути следования вблизи от плоской приводной поверхности 7, при перемещении транспортного средства в направлении вдоль его главной продольной оси, т.е., можно так сказать, между станциями. Устройство 8 может быть одно- или многоколесным, причем посредством трения между поверхностью колеса и плоской поверхностью 7 можно приводить в движение или тормозить транспортное средство или линейный двигатель, передающий силы к плоской поверхности 7, и таким образом заставлять транспортное средство или последовательно соединенные транспортные средства ускорять или замедлять движение или двигаться с постоянной скоростью. Торможение плоской поверхности 7 может быть дополнительно выполнено путем создания устройства 8 в виде тормозной колодки, которую прижимают к плоской поверхности 7 для того, чтобы создать тормозящую силу, которую передают транспортному средству или последовательно соединенным транспортным средствам. Основное назначение тяговой балки 2 заключается в образовании в основном направлении движения непрерывной приводной поверхности 7, к которой можно передавать силы в продольном и основном направлении движения, или в противоположном направлении во время торможения, от стационарно установленного привода или устройства торможения. Вторичная функция тяговой балки 2 заключается в передаче продольного приводного усилия и тормозного усилия между последовательно соединенными транспортными средствами в сборе. Одно колесное устройство 5, выполненное с возможностью поворота в основном в горизонтальном направлении и в некоторой степени в вертикальном направлении, присоединено к каждому концу диагональной балки 1 транспортного средства. Каждое колесное устройство 5 оснащено двумя колесами 9, а каждое колесо 9 снабжено ребордами 10 с обеих сторон обода 11 колеса. Назначение реборд 10 заключается в создании совместно с рельсами поворотных сил, необходимых для “складывания” транспортного средства и обеспечения направляющих сил на участках пути за пределами зоны станций. Колесное устройство 5 снабжено боковыми направляющими колесами 12, с помощью которых создают дополнительную боковую поддержку для реборд 10, если поперечные силы между колесным устройством 5 и рельсом 4 превышают способность реборд 10 передавать такие более высокие боковые усилия. Колесное устройство 5 дополнительно оснащено, по меньшей мере, одной плоской приводной поверхностью 13, предусмотренной на колесной тележке, к которой можно прикладывать тормозящую или ускоряющую силу, генерируемую стационарно установленным приводом, в основном направлении движения в то время, когда транспортное средство в сборе поворачивается в горизонтальной плоскости и изменяет направление движения с продольного к перемещению в поперечном направлении в расположение “бок о бок” рядом со станцией и в зоне станции.

Для правильного функционирования некоторых вариантов осуществления устройств 8 требуется точно выдерживать определенное расстояние между стационарно установленным устройством 8 и подвижной плоской приводной поверхностью 7. На это расстояние особенно существенное влияние оказывает износ колес 9 колесного устройства 5, причем увеличение износа колес 9 ведет к тому, что плоская приводная поверхность 7 приближается к устройству 8. По этой причине введен механизм 14 регулирования расстояния для того, чтобы обеспечить возможность регулировки этого расстояния, для поддержания его в допустимых пределах. Механизм 14 для регулирования расстояния может быть, например, размещен в месте крепления колесного устройства 5 к диагональной балке 1 транспортного средства посредством червячной передачи, смонтированной между точкой опоры колес и точкой опоры диагональной балки 1 транспортного средства. Выходной вал, или его соединительные точки, червячной передачи располагают эксцентрично для того, чтобы принудительно перемещать балку 1 транспортного средства и жестко прикрепленную к ней тяговую балку 2 так, чтобы увеличивать или уменьшать их расстояние в вертикальном направлении относительно устройства 8, когда выходной вал заставляют вращаться в результате вращения входного вала, который снабжен червячным колесом. Другой способ точного регулирования расстояния между стационарно установленным устройством 8 и подвижной приводной поверхностью 7 заключается в регулировании положения устройства 8 по направлению к или от приводной поверхности 7, т.е., можно сказать, регулировании положения устройства 8 в вертикальном направлении. Это может быть выполнено таким же образом с использованием червячной передачи с эксцентриковым выходным валом, который поворачивают на определенный угол в несколько градусов путем поворота входного вала вручную или автоматически.

Использование концепции конструкции транспортного средства позволяет производить переориентирование последовательно соединенных транспортных средств из расположения “один за другим” в расположение “бок о бок” посредством способа, при котором увеличивают расстояние между рельсами, как это показано на Фиг.3. Предложено такое “складывание” в расположение “бок о бок” производить на станциях, где пассажиры садятся и сходят с транспортного средства в/ и/из пассажирских салонов 15 тогда, когда транспортное средство медленно движется в основном направлении движения, а при этом его продольная ось повернута приблизительно на 90° относительно основного направления движения. Для облегчения такого перехода из пассажирского салона 15 на стационарную платформу станции и наоборот транспортное средство снабжают платформой 16 с одного или обоих концов транспортного средства, что обеспечивает возможность для пассажира войти в пассажирский салон 15 при отсутствии какого-либо различия в скорости между платформой 16 и пассажирским салоном 15. На станциях около 15-30 транспортных средств может медленно двигаться в положении “бок о бок”, и при этом соответствующие платформы 16 каждого транспортного средства располагаются “бок о бок”, таким образом создавая движущийся пол, соединенный с движущимися транспортными средствами. Пассажиры могут войти или выйти из движущихся транспортных средств, соответственно, и сойти с этого движущегося пола в нормальном направлении пешего движения при наличии определенной разницы скоростей между платформой 16 и стационарной платформой станции. Так как пешеходная платформа 16 движется вместе с транспортным средством, то пассажир входит или выходит из пассажирского салона 15 приблизительно под углом 90° при отсутствии какой-либо разницы скоростей между платформой 16 и пассажирским салоном 15.

Соединение 3 тяговой балки 2 выполнено так, чтобы была обеспечена возможность “складывания” в горизонтальном направлении под углом, близким к 180°, в одном направлении и под небольшим углом в несколько градусов в вертикальном направлении. Большую возможность “складывания” в горизонтальном направлении используют тогда, когда транспортные средства в сборе переводят с движения вдоль их продольных осей в расположение “бок о бок” на станциях. Возможность регулирования вертикального угла используют тогда, когда последовательно соединенные транспортные средства перемещают по рельсам 4, которые в отдельных местах включают криволинейные участки в вертикальном направлении, получающиеся из-за возвышений и уклонов вдоль пути следования. Соединение 3 на тяговой балке 2 включает поперечную связь 17, оба конца которой могут свободно поворачиваться вокруг вертикальной оси в соответствующих соединительных точках. Один конец присоединен к диагональной балке 1 транспортного средства, а второй конец соединен с верхней частью тяговой балки 2 со стороны точки соединения 3, которая находится не на той стороне, где находится диагональная балка 1 транспортного средства. Тяговая балка 2 в области точки соединения 3, около ее нижней части, жестко соединена для предотвращения вертикальных смещений, в то же время имея возможность угловых перемещений в других направлениях. Физически эта нижняя точка соединения может быть выполнена путем использования сферического подшипника, у которого одна часть жестко соединена с тяговой балкой 2, которая, в свою очередь, жестко соединена с диагональной балкой 1 транспортного средства, а другая часть подшипника жестко соединена с распорной балкой 2’. Предпочтительный вариант осуществления изобретения описан выше. Однако существуют другие возможные варианты осуществления изобретения в объеме формулы изобретения. Приводная поверхность может быть в альтернативном варианте осуществления изобретения расположена на вертикальной стороне балки вместо расположения снизу или с обеих сторон. Приводная поверхность может быть расположена как на главной балке, так и на распорной балке. Приводная поверхность может быть выполнена в виде зубчатой рейки, взаимодействующей с ведущими зубчатыми колесами, образуя соответственно некоторый вид зубчатой железной дороги. Для того чтобы дополнительно увеличить вращательные силы, требующиеся для “складывания” транспортного средства, и обеспечить направляющие силы на участках вне зоны станции, транспортное средство может быть оборудовано направляющими колесами, катящимися по вертикальным сторонам направляющих рельсов, причем эти колеса располагают, например, на колесном устройстве 5.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к конструированию поездов. Устройство для переноса масс вдоль пути следования (4) состоит из транспортных средств, шарнирно соединенных между собой так, что транспортные средства с помощью управляющих в горизонтальной плоскости средств могут быть переориентированы из линейного расположения в расположение “бок о бок”. Предусмотрены моторизованные приводные или тормозные устройства, причем одну часть (8) устройств располагают вдоль пути следования и так, чтобы она взаимодействовала со вторыми частями (7) устройств, установленными на каждом транспортном средстве. Вторая часть моторизованных устройств состоит из одной приводной поверхности (7), которая простирается вдоль главной балки (2). Главная балка (2) прикреплена к транспортному средству и расположена параллельно направлению перемещения транспортного средства. Технический результат – создание новой технологии конструирования поездов. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для переноса масс вдоль пути следования (4), содержащее транспортные средства, подвижно соединенные между собой так, что транспортные средства могут быть переориентированы из линейного расположения в расположение “бок о бок”, причем транспортные средства соединены друг с другом распорными балками (2′), соединенными с возможностью поворота с транспортными средствами в точках (3), расположенных с обоих концов транспортных средств, причем имеются горизонтальные управляющие средства, выполненные с возможностью поворота транспортных средств в горизонтальной плоскости для перехода из линейного расположения к расположению “бок о бок” и обратно вдоль некоторых частей пути следования, причем имеются моторизованные приводные или тормозные устройства, одна часть (8) которых расположена вдоль пути следования с возможностью взаимодействия со вторыми частями (7) устройств, установленными на каждом транспортном средстве для торможения и ускорения соответственно транспортных средств, отличающееся тем, что вторая часть моторизованного устройства содержит по меньшей мере одну приводную поверхность (7), которая простирается вдоль главной балки (2) и составляет ее часть, причем главная балка (2) прикреплена к транспортному средству и расположена параллельно направлению передвижения транспортного средства, а распорная балка (2′) установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно главной балки (2).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приводная поверхность (7) простирается вдоль распорной балки (2’), которая во время следования в линейном направлении транспортного средства является продолжением в этом направлении главной балки (2).3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между главной балкой (2) и частями моторизованных устройств, расположенными вдоль пути следования, является регулируемым.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что главная балка (2) прикреплена к колесным устройствам (5) транспортного средства посредством механизма (14) для регулировки расстояния в вертикальном направлении.5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что части моторизованных устройств (8), расположенные вдоль пути следования, закреплены на пути следования с помощью средств регулировки расстояния транспортного средства.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что главная балка (2) прикреплена к нижней стороне транспортного средства.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что путь следования состоит из рельсов, по которым катятся колеса (9) с двумя ребордами транспортного средства.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что транспортное средство оборудовано направляющими колесами, катящимися по вертикальной стороне направляющих рельсов.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство опирается на колесные устройства (5) в виде тележек, включающих раму тележки, содержащую по меньшей мере одну плоскую приводную поверхность (13) для передачи к ней с помощью части моторизированного устройства, расположенной вдоль пути следования, тормозящей или ускоряющей силы в главном направлении перемещения транспортного средства.10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что транспортное средство оснащено платформой (16) с одного или обоих его концов, причем платформы транспортных средств образуют движущийся пол, когда транспортные средства перемещаются при расположении “бок о бок” на станции.