ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ("МЕТРОБУС") Российский патент 2007 года по МПК B61B13/00 B61B15/00 B60F1/00 

Изобретение относится к транспортным механизмам с фиксированной (заданной) траекторией движения и может быть использовано в качестве нового вида общественного транспорта, преимущественно в городах численностью населения до 1 млн. чел.

Как известно, рельсовые транспортные средства (трамвай, метрополитен) до сих пор являются незаменимыми, особенно в крупных городах. Однако движение любого традиционного рельсового транспортного средства сопровождается значительным шумом и вибрациями, причина которых кроется в «жестком» контакте колесных пар с рельсами как по вертикали, так и по горизонтали. Все попытки снизить шумы оказались неэффективными, поскольку повышенная упругость в зоне контакта ведет к неустойчивости колесных пар - повышается риск аварии.

С другой стороны, сравнительно малошумящий троллейбус сегодня движется в плотном потоке автомобилей и создает на проезжей части напряженную ситуацию из-за своей малой маневренности. В некоторых странах делаются попытки выделить троллейбус (автобус) из общего транспортного потока за счет предоставления отдельных полос, однако этот способ следует признать весьма «затратным» (особенно в России - стране с резко континентальным климатом). Кроме того, троллейбус уступает трамваю и метрополитену в «пиковой» пропускной способности, поскольку не может быть выполнен составным, многосекционным наподобие поезда. Причина - характерная «раскачка» (или занос) прицепной части. Еще в 60-е гг. XX. в. выдвигалась концепция «автотрамвая», движущегося вдоль заглубленного в дорожное полотно направляющего кабеля, однако именно горизонтальная механическая неустойчивость состава много раз приводила к провалу столь заманчивой на первый взгляд идеи.

Существует и третий вид городского общественного транспорта - т.н. «монорельс». Указанным термином обозначают довольно широкий класс транспортных устройств, движущихся по специальным ходовым путям (обычно выполняемом в виде эстакады). Наиболее существенное отличие монорельсовых транспортных средств - наличие дополнительных колес или роликов, катящихся по отдельным «дорожкам» (плоскостям качения).

Наличие дополнительных колес позволяет обеспечить гарантированную устойчивость транспортного средства в процессе эксплуатации. Однако главное преимущество «монорельса» становится и его главным недрстатком - монорельсовый ходовой путь нельзя расположить прямо на поверхности земли, поскольку он представляет собой объемную конструкцию 1-1,5 м высотой и 0,5-1 м шириной.

АНАЛОГ. Рассмотрим традиционную монорельсовую транспортную систему, описанную в пат. РФ №2.158.211 (МПК В61В 13/04, бюлл. №30 за 2000 г.). Транспортное средство имеет 3 группы колес или роликов:

сдвоенные опорные (ходовые), а также верхние и нижние боковые пары, разнесенные по высоте балки (ходового пути) примерно на 1 м. Сама же балка выполнена из бетона с погонной массой примерно 1 т/м. Даже на чертежах заметно, что традиционный монорельсовый экипаж неэстетичен и визуально громоздок (полная высота - до 3,5 м). Кроме того, при значительной погонной массе ходовой путь фактически представляет собой мост длиной в десятки километров и имеет соответствующую стоимость. Именно высокая стоимость путевых сооружений при относительно малой пропускной способности делает «монорельс» нерентабельным в сравнении с «классическим» метрополитеном, обладающим пропускной способностью на уровне 50 тыс. пассажиров в час. Наконец, массивная и громоздкая эстакада плохо вписывается в сложившийся ландшафт, особенно - в исторической части города из-за явного несоответствия сооружений разных эпох.

ПРОТОТИП. В последнее время делаются попытки «компактизировать» монорельсовое транспортное средство, а также несколько облегчить и даже «эстетизировать» ходовой путь-эстакаду. За прототип здесь взята опытно-экспериментальная транспортная система, описанная в пат. РФ №2.167.403 (МПК 7 G01M 17/08, бюлл. №14/2001). Транспортное средство шириной примерно 2 м снабжено парными опорными (ходовыми) колесами автомобильного типа, причем длина осей сравнима с диаметром колес (примерно 1 м, см. фиг.12 и 13 в описании прототипа). Две пары вспомогательных колес меньшего диаметра находятся под выступами ходового пути и расположены взаимно-перпендикулярно, что позволило примерно на 1 м сократить полную высоту транспортного средства по сравнению с аналогом. Фактически налицо уход от «монорельсового» принципа, ибо заметное разнесение опорных колес (поз.24 на фиг.13) превращает экипаж в подобие троллейбуса. Однако при этом основной недостаток всех «монорельсов» - несовместимость с обычным уличным движением - у прототипа сохранился. Осталась и дорогая массивная эстакада как основной элемент транспортной системы. Можно отметить еще один недостаток, а именно слабое сцепление основных (ходовых) колес с гладкой поверхностью металлической балки, особенно при наличии слоя воды или льда (зимой).

Очевиден дальнейший шаг - расширение «колеи» до стандартной (примерно 1,5 м), что повысит угловую устойчивость транспортного средства и позволит отказаться от роликов угловой стабилизации (поз. 26 на фиг.13). Понятно, рекомендуемая «эволюция» делает ненужным коробчатый профиль (поз.10, 12), который вполне логично распадается на две параллельных балки двутаврового (или иного) профиля и превращается в подобие железнодорожного ходового пути.

Предлагаемое авторами патента №2.167.403 решение - определенно компромиссное, «промежуточное», поскольку конструкция ходового пути весьма далека от оптимальной. Расположение вспомогательных колес под выступами ходового пути делает транспортное средство «несъемным», что серьезно затруднит эксплуатацию всей системы при интенсивном движении. Кроме того, при разделении ходового пути на два параллельных элемента вспомогательные колеса гораздо удобнее разместить с внутренней стороны «рельсов», нежели с наружной. Наконец, «рельсы» вовсе не обязательно должны быть металлическими - применительно к обрезиненным колесам гораздо лучше подходит бетон. Но поскольку бетонные блоки не могут быть выполнены и уложены с высокой точностью сразу по двум координатам (по вертикали и горизонтали), вполне логично возникает идея комбинированного бетонно-металлического ходового пути, у которого бетонные плоскости качения являются опорными (ходовыми), тогда как металлические плоскости качения выполняют роль направляющих.

Интересно отметить, что еще в 40-е гг. фирмы Великобритании выпускали вездеход «Лендровер», способный самостоятельно передвигаться прямо по железнодорожным рельсам, для чего автомобиль спереди и сзади снабжался подъемными колесными парами железнодорожного типа, а основные резиновые колеса использовались в качестве приводных. Однако быстро выяснилось, что подобное простейшее решение неэффективно. Если более значительная нагрузка приходилась на металлические колеса - они отлично «держали путь», но при этом возникала сильная пробуксовка «недогруженных» резиновых колес. Если же нагрузка переносилась на резиновые колеса, то металлические колеса легко соскакивали с рельсов. Поскольку оптимального решения применительно к стандартному железнодорожному ходовому пути не было найдено, испытания прекратились. Отсюда вполне очевидно, что для «комбинированных» колесных экипажей необходим специальный комбинированный ходовой путь с плоскостями качения, расположенными в сечении под некоторым углом друг к другу (у традиционных «монорельсов» угол равен 90). Сама же идея имеет право на жизнь, поскольку все ныне существующие виды наземного («уличного») городского общественного транспорта кардинально дальнейшему совершенствованию не поддаются.

Итак, задачей настоящего изобретения является разработка ходового пути комбинированного типа и транспортного средства, в котором сочетаются одновременно преимущества как рельсового, так и безрельсового транспорта. Технический результат изобретения - создание нового вида городского общественного транспорта, в экономическом понимании альтернативного «классическому» метрополитену, но обладающего тем же набором эксплуатационных и потребительских достоинств.

Поставленная задача по п.1 достигается за счет признаков, общих с прототипом - таких, как ходовой путь с набором поверхностей качения и транспортное средство с основными и вспомогательными колесами, а также за счет отличительных, существенных признаков - ходовой путь представляет собой два зеркально-симметричных бетонных элемента, имеющих в профиле форму полутрапеции наклонной частью наружу от вертикальной плоскости симметрии, при этом внутренние стороны бетонных элементов снабжены металлическими накладками, на которых расположены поверхности качения вспомогательных колес, а сами вспомогательные колеса выполнены металлическими, установлены с наклоном вовнутрь ходового пути и имеют с внутренней стороны реборды.

В пункте 2 формулы отражены конструктивные особенности выполнения металлических накладок, которые представляют собой вертикальные полосы, имеющие по верхнему краю утолщения ромбовидного сечения с углом наклона граней 45, при этом нижние края реборд вспомогательных колес находятся под краями утолщений, а расстояние от вертикальной плоскости симметрии ходового пути до нижнего края реборды превосходит расстояние от вертикальной плоскости симметрии до края утолщения.

В пункте 3 формулы отражена особенность крепления вспомогательных колес, а именно - колеса установлены попарно на отдельных рамах, имеющих возможность вертикального смещения относительно корпуса транспортного средства, при этом сами колеса имеют возможность смещения относительно рамы только в направлении, перпендикулярном плоскости качения.

Патентные исследования показали, что решений, имеющих признаки, сходные с отличительными признаками предлагаемого изобретения, не выявлены, что дает право судить о существенности отличий этих признаков, а совокупность всех признаков придает изобретению новые свойства - совместимость с обычным уличным движением на перекрестках.

Вышеперечисленные признаки позволяют обеспечить комфортную перевозку значительного числа пассажиров в населенных пунктах, для которых «классический» метрополитен экономически невыгоден (от 200 тыс. до 1 млн. чел.)

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными.

Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна». Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых отражены существенные отличия предлагаемого технического решения, а все стандартные детали (оси, крепежи и т.п.) для ясности опущены. На фиг.1 показан примерный вид одной из двух зеркально-симметричных половин ходового пути в поперечном разрезе и расположение колес транспортного средства, тогда как фиг.2 отражает общий принцип подвески металлических вспомогательных колес относительно корпуса транспортного средства.

Позициями обозначены: 1 - профилированный бетонный элемент ходового пути, 2 - основное колесо автомобильного типа, 3 - вспомогательное металлическое колесо железнодорожного типа с ребордой 5, 4 - металлическая накладка с утолщением 6. Поз.7 на фиг.1 обозначен примерный уровень дорожного полотна на участках пересечения ходового пути с обычной дорожной сетью (аналогично трамвайным путям). На фиг.2 поз.8 - корпус транспортного средства, 9 - рама, 10 и 11 - однокоординатные подвески.

Наиболее важное отличие от прототипа - отсутствие роликов угловой стабилизации, роль которых выполняют реборды 5. При «штатном» движении транспортного средства все подвески (10, 11) нагружены примерно одинаково, в результате чего вспомогательные металлические колеса 3 смещены по направлению к вертикальной плоскости симметрии, т.е. их «колея» несколько уже базовой. Следовательно, имеется некоторый зазор между ребордами 5 и краями утолщений 6. Для обычных железнодорожных колесных пар такой режим качения весьма нежелателен, поскольку сопровождается интенсивными поперечным «биениями» и может привести к аварии. Однако здесь боковая стабилизация транспортного средства осуществляется за счет «мягкого», подпружиненного взаимодействия наклонных колес 3 с наклонными же пверхностями качения. Разумеется, без несущей функции основных колес 2 осуществить «мягкий» режим качения вспомогательных металлических колес 3 невозможно, в чем и заключается основная идея настоящего изобретения. При прохождении криволинейного участка пути одно из вспомогательных колес «разгружается» за счет центробежных сил, в результате чего его реборда еще глубже уходит под край утолщения 6 и возникает дополнительная сила, противодействующая опрокидыванию транспортного средства. Таким образом, трение между ребордой и «рельсом» 4-6 возникает исключительно при прохождении криволинейных участков, а интенсивность износа трущихся элементов зависит только от скорости транспортного средства. Износ же обычного трамвайного пути почти не зависит от скорости движения (обычно - малой).

Предлагаемый сборный бетонно-металлический ходовой путь имеет и ряд дополнительных преимуществ. На криволинейных участках бетонные элементы 1 вполне могут образовывать ломаную линию, а плавно изогнутые металлические накладки 4 крепятся через специальные «калибровочные» прокладки разной толщины. Далее, в случае износа или повышенной деформации металлической накладки она может быть заменена без полного удаления дорожного полотна даже на перекрестке (специальный крепеж).

Единственным недостатком предлагаемой транспортной системы является отсутствие стрелочных переходов железнодорожного типа. Этот недостаток свойственен всем «монорельсам» и, в целом, вряд ли является серьезным препятствием к их массовому применению, однако требует дополнительных технических решений. Так, обычно монорельсовая стрелка представляет собой часть ходового пути, которая поворачивается или смещается относительно других частей, иногда - вместе с транспортным средством. Интересно отметить, что в эпоху паровой тяги именно таким образом «ориентировали» паровозы (поворотный круг). Второй вариант - «съем» транспортного средства с ходового пути и его перемещение при помощи внешних приспособлений (аналогичным образом сегодня меняют колесные пары вагонов при разной ширине колеи). Кроме того, в системе метрополитена составы движутся по заданному направлению и их маршруты никогда не пересекаются в одной плоскости. Именно за счет особого «конвейерного» режима движения метрополитен и обеспечивает огромную пропускную способность. Учитывая сказанное, автор предлагает для наземно-эстакадной транспортной системы название «Метробус». Следует особо подчеркнуть, что электрическая тяга здесь вовсе не обязательна - по комбинированному ходовому пути может двигаться как многосекционный «троллейбус», так и многосекционный «автобус» с экологичным двигателем внутреннего сгорания. Последний вариант наиболее интересен в пригородной зоне и при большой протяженности трассы. По сути, настоящее изобретение есть реализация старой идеи «автотрамвая», о котором говорилось выше.

Изобретение относится к транспортным системам с фиксированной траекторией движения. Транспортная система включает ходовой путь с набором плоскостей качения и транспортное средство с основными парными колесами автомобильного типа, а также вспомогательными направляющими колесами. Ходовой путь представляет собой два зеркально-симметричных бетонных элемента, имеющих в профиле форму полутрапеции наклонной частью наружу от вертикальной плоскости симметрии. Внутренние стороны бетонных элементов снабжены металлическими накладками, на которых расположены вспомогательные колеса. Вспомогательные колеса выполнены металлическими, установлены с наклоном внутрь ходового пути и имеют с внутренней стороны реборды. В результате в новом виде городского транспорта сочетаются одновременно преимущества как рельсового, так и безрельсового транспорта. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Транспортная система, включающая ходовой путь с набором плоскостей качения и транспортное средство с основными парными колесами автомобильного типа, а также вспомогательными направляющими колесами, отличающаяся тем, что ходовой путь представляет собой два зеркально-симметричных бетонных элемента, имеющих в профиле форму полутрапеции наклонной частью наружу от вертикальной плоскости симметрии, при этом внутренние стороны бетонных элементов снабжены металлическими накладками, на которых расположены вспомогательные колеса, а сами вспомогательные колеса выполнены металлическими, установлены с наклоном внутрь ходового пути и имеют с внутренней стороны реборды.2. Транспортная система по п.1, отличающаяся тем, что металлические накладки представляют собой вертикальные полосы, имеющие по верхнему краю утолщения ромбовидного сечения с углом наклона граней 45°, при этом края реборд вспомогательных колес находятся под краями утолщений, а расстояние от вертикальной плоскости симметрии ходового пути до нижнего края реборды превосходит расстояние от вертикальной плоскости симметрии до края утолщения.3. Транспортная система по п.2, отличающаяся тем, что вспомогательные металлические колеса установлены попарно на отдельных рамах, имеющих возможность вертикального смещения относительно корпуса транспортного средства, при этом сами колеса имеют возможность смещения относительно рамы только в направлении, перпендикулярном плоскости качения.