СТРУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ЮНИЦКОГО И СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ СТРУННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2008 года по МПК B61B3/02 B61B7/06 E01B25/22 

Изобретение относится к области транспорта, в частности к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типов. Оно может быть использовано в различных природных условиях, при создании внутригородских транспортных магистралей (для самоходных рельсовых транспортных средств грузового или пассажирского транспорта), переправ через реки и водоемы, магистралей к горным спортивным базам, в условиях сильно пересеченной местности, а также при построении межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий или их объединений - структур как многорельсовых (бирельсовых), так и монорельсового типа. При этом, в зависимости от конкретного назначения, транспортная система может включать в себя от одного до множества пролетов между анкерными опорами.

Известна транспортная система, содержащая свободно закрепленный на телескопических опорах канат с навешенными на него самоходными подвижными единицами, перемещающимися за счет поочередной раздвижки телескопических опор и скатывания от более высокой опоры к более низкой (а.с. СССР №1507258, кл. А01G 25/09, 1987).

Из-за усложнения системы телескопическими опорами и необходимости большого количества вспомогательного оборудования для управления ими транспортная система такого типа может использоваться лишь в аттракционах, так как при большой протяженности магистрали потребовались бы чрезмерно большие затраты на ее строительство и эксплуатацию, при невысокой ее надежности.

Известна также транспортная система канатного типа («подвесная канатная дорога»), содержащая подвешенные на анкерных опорах несущие канаты, опирающиеся на переходные участки пути на опорах, создаваемые оголовками опор с демпфируемыми консольными башмаками, шарнирно закрепленными на них. При этом вагоны перемещаются посредством вспомогательного тягового каната (Пат. РФ №2184665, кл. В61В 7/02, 2000).

Транспортные системы такого типа рассчитаны на весьма ограниченные скорости движения подвижных единиц и могут использоваться лишь на трассах сравнительно небольшой протяженности - в фуникулерах, так как с увеличением протяженности существенно возрастают проблемы, связанные с наличием тягового каната.

Известна также струнная транспортная система Юницкого, включающая, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между опорами (Пат. РФ №2080268, кл. В61В 5/02, 1994).

Способ построения струнной транспортной системы такого типа включает установку анкерных опор на основании, подвеску в пролете между ними, по меньшей мере, одного силового органа в виде многослойного пакета силовых элементов - проволок, лент, полос, нитей, канатов или прядей, последующее послойное натяжение и фиксацию концов его силовых элементов на анкерных опорах, а также заключение предварительно напряженного силового органа в корпус рельса и последующую объемную фиксацию в нем.

Такая транспортная система обеспечивает высокие эксплуатационно-технические характеристики, однако при значительных усилиях натяжения силового органа рельсовой нити требует увеличения затрат на строительство из-за существенного роста расхода строительных и конструкционных материалов на изготовление предварительно напряженного силового органа и анкерных опор.

В основу изобретения положена задача уменьшения материалоемкости, стоимости строительства и эксплуатации транспортной системы за счет снижения диапазона эксплуатационных напряжений в рельсовых нитях, при сохранении ее надежности.

Решение поставленной задачи в струнной транспортной системе, включающей, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между опорами, обеспечивается тем, что рельсовая нить в пролете между анкерными опорами выполнена со стрелой прогиба f, образующей на участках пути перед анкерными опорами уклон i, находящийся в пределах:

при отношении стрелы прогиба f к длине пролета L, находящемся в интервале:

причем переходной участок пути на анкерной опоре выполнен с тем же уклоном i, что и сопрягающийся с ним отрезок подвесного участка пути в пролете между опорами.

Таким выполнением транспортной системы обеспечивается режим свободного скатывания самоходной подвижной единицы (под действием силы тяжести) с переходного участка пути на анкерных опорах на подвесной участок пути и далее - в пролет между опорами, с набором скорости (до 100 км/час и более), а также инерционный подъем его к очередной анкерной опоре (приблизительно на две трети длины подъема). Оставшаяся часть пути до переходного участка очередной анкерной опоры проходится подвижной единицей с включенным приводом.

Выбором уклонов и отношений стрелы прогиба f [м] рельсовой нити к длине пролета L [м] определяется такое взаимодействие многоколесной подвижной единицы с рельсовой нитью, при котором на протяжении всего пролета движение, разгон и торможение подвижной единицы будут находиться в оптимальных пределах, обеспечивающих комфортные и безопасные условия для пользователей.

При величине уклона i<1:250, который может быть обеспечен весьма большим усилием натяжения силового органа рельсовой нити, движение подвижной единицы (под действием силы тяжести) с переходного участка пути на анкерной опоре в пролет между опорами будет слишком медленным.

При i>1:1 ускорение подвижной единицы, съезжающей с переходного участка пути, будет чрезмерно большим, создающим у большинства пассажиров ощущение дискомфорта. С другой стороны, столь большой уклон потребовал бы разработки специальных мер для повышения сил сцепления колес транспортного средства с рельсовой нитью на участках подъема его на переходной участок.

При отношении f/L<0,001, из-за малого уклона пути, будет низкой скорость самопроизвольного движения подвижных единиц во время их спуска с переходного участка пути (на опорах) в пролет между опорами.

При отношении f/L>0,25 и большой длине пролета (1 км и более) окажется чрезмерно большой стрела прогиба рельсовой нити (250 м и более). Это не только привело бы к недопустимому увеличению скорости спуска транспортного средства с переходного участка пути на анкерных опорах, но и потребовало бы неприемлемого увеличения высоты анкерных опор, а следовательно, и затрат на их изготовление.

Решение задачи достигается и тем, что анкерная опора включает в себя горизонтальный отрезок, находящийся между соседними переходными участками пути, выполненными на анкерной опоре с уклоном, при этом протяженность горизонтального отрезка, как и протяженность каждого из сопряженных с ним на анкерной опоре участков пути с уклоном составляет не менее длины базы подвижной единицы.

Таким выполнением обеспечивается плавность перехода подвижной единицы с одного пролета в другой, с максимальным использованием сил инерции и потенциальной энергии на спуске с переходного участка пути на анкерных опорах в пролет между ними. Тем самым достигается и существенная экономия затрачиваемой подвижной единицей энергии на скоростное движение.

Решение задачи обеспечивается и тем, что в пролете между анкерными опорами рельсовые нити оснащены средствами их стабилизации в пространстве, выполненными в виде рассредоточенных оттяжных стержней или стержневых сочленений цепного типа, верхний конец которых связан с рельсовой нитью, а нижний - с основанием.

Такая система стабилизации, приемлемая как для бирельсовых подвесных структур, так и для монорельсовых, существенно повышает момент сопротивления скручиванию рельсов в пролете, имеющем достаточно большую длину, и тем самым обеспечивает длительный срок службы и надежность транспортной системы.

В способе построения струнной транспортной системы, включающем установку анкерных опор на основании, подвеску в пролете между ними, по меньшей мере, одного силового органа в виде многослойного пакета силовых элементов - проволок, лент, полос, нитей, канатов или прядей, последующее послойное натяжение и фиксацию концов его силовых элементов на анкерных опорах, а также заключение предварительно напряженного силового органа в корпус рельса и последующую объемную фиксацию в нем, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что расположенные в разных слоях элементы силового органа натягивают с различными напряжениями растяжения, причем каждый следующий слой, размещенный ниже предыдущего верхнего слоя, натягивают до напряжения σ_н, удовлетворяющего соотношению:

где σ_в - напряжение растяжения в силовых элементах предыдущего верхнего слоя пакета силовых элементов, Па;

σ_н - напряжение растяжения элементов нижеследующего слоя по отношению к предыдущему верхнему слою пакета силовых элементов, Па.

Указанным приемом обеспечивается устойчивость предварительно натянутой рельсовой нити против скручивания за счет создания внутри самого рельса условий (запаздывания в принятии нагрузки слоями) для рассогласования векторов действующих сил, в частности, условий возникновения между верхними и нижними слоями элементов силового органа пар сил, противодействующих скручиванию рельса. При этом поперечное сечение рельса ориентируется подобно тому, как ориентируются взаимно звенья натянутой цепи.

Такая система обеспечения устойчивости рельсовой нити предназначена преимущественно для монорельсовых струнных путевых структур с подвесными подвижными единицами, хотя может использоваться и для бирельсовых структур, если иные средства оказываются конструктивно неприемлемыми.

Выбор указанного соотношения напряжений в верхнем слое элементов силового органа (имеющем более высокое напряжение) и в слое, лежащем ниже, обеспечивает плавное снижение напряжений предварительного растяжения от верхнего слоя к нижнему и эффективное использование прочностных свойств их материала.

При соотношении σ_н/σ_в<0,8 напряжения от слоя к слою будут быстро убывать (более чем на 20%), что приведет к слабому нагружению нижних слоев, т.е. напряжения предварительного растяжения в них будут слишком низкими, поэтому обеспечение требуемого расчетного усилия натяжения многослойного пакета силовых элементов повлечет за собой перерасход материала.

При соотношении σ_н/σ_н>0,999 напряжения в силовом органе будут изменяться от верхнего слоя в пакете к нижнему незначительно (менее чем на 0,1%), что не позволит достичь в них достаточных значений восстанавливающей пары сил для стабилизации рельсовой нити при появлении внешних закручивающих рельс механических (силовых) возмущений.

Оптимальной зависимостью убывания предварительных напряжений от верхнего слоя силовых элементов в пакете к нижнему является зависимость, обратная изменению напряжений изгиба в слоях силовых элементов при воздействии на рельс колес подвижной единицы. При таком изгибе рельсовой нити напряжения сжатия от изгиба в верхних слоях силового элемента, в результате суммирования их с напряжениями предварительного растяжения, будут уменьшать напряжения предварительного натяжения, а в нижних - напряжения растяжения от изгиба, суммируясь с напряжениями предварительного растяжения, будут их увеличивать. Поэтому верхние слои и можно натянуть предварительно сильнее, а нижние - слабее.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где представлены:

фиг.1 - фрагмент схемы общего вида струнной транспортной системы;

фиг.2 - фрагмент верхней части анкерной опоры;

фиг.3 - один из возможных вариантов выполнения рельсовой нити (поперечное сечение).

Предлагаемая струнная транспортная система (фиг.1) содержит рассредоточенные на основании 1 вдоль трассы анкерные опоры 2 с оголовками 2-а, предназначенными для размещения на них переходного участка пути. На поверхности оголовков анкерных опор 2 закреплены концы натянутых в пролетах между опорами 2 рельсовых нитей 3, имеющих плоскую поверхность качения для подвижных единиц 4. Для обеспечения плавного сопряжения переходных участков пути на оголовках 2-а анкерных опор 2 с подвесными участками рельсовых нитей 3, натянутых в пролетах между анкерными опорами с образованием стрелы прогиба f [м] и соответствующего уклона i, оголовки анкерных опор выполнены с профилированной внешней поверхностью. Поэтому закрепленные на оголовках 2-а концы рельсовых нитей 3 и являющиеся их продолжением подвесные участки в пролетах между опорами ориентированы к горизонту в месте их сопряжения друг с другом с одним и тем же уклоном i.

Величина уклона i и стрелы прогиба f выбрана в указанных выше пределах (1) и (2) так, чтобы подвижная единица могла под собственным весом плавно скатываться с переходного участка на оголовке анкерной опоры на подвесной участок в пролете между смежными анкерными опорами, с достижением высокой скорости (порядка 100 км/час), и по инерции проходить дополнительную часть пути (не менее 2/3 высоты подъема) в фазе движения вверх к очередному переходному участку на оголовке смежной анкерной опоры. Привод подвижной единицы может включаться только на завершающей стадии движения - для подъема на переходной участок пути, но при необходимости может использоваться и на протяжении всего пути.

Некоторые анкерные опоры в предлагаемой транспортной системе могут выполняться (даже на равнинной местности) меньшей высоты относительно уровня предыдущей (по направлению движения) анкерной опоры. Кроме того, в транспортную систему могут включаться в пролетах между анкерными опорами облегченные промежуточные (поддерживающие) опоры меньшей высоты (не показаны). Тем самым создается возможность преодоления подвижной единицей по инерции (с отключенным приводом) расстояния почти в два пролета.

Отдельные анкерные опоры, например пристанционные, могут выполняться в виде специализированных зданий (башен), сооружений или, как показано, на фиг.1 (позиция 2-б) могут быть сопряжены с подобными зданиями (сооружениями).

Конструкция анкерной опоры и форма поверхности ее оголовка могут изменяться в зависимости от места установки опоры. В частности, форма поверхности оголовка анкерных опор, устанавливаемых на повороте трассы, на линейном участке пути, в горах или в конце трассы, будет различной, так как оголовок, образующий базу для переходного участка пути, должен быть плавно сопряжен с подвесными участками пути в пролетах между ними. Кроме того, форма поверхности оголовка анкерной опоры определяется и тем, что он является местом размещения узла организации развязок (стрелочных переводов и поворотов) струнной рельсовой магистрали.

Верхняя часть анкерной опоры 2 (фиг.2) содержит горизонтальный участок l₂, превышающий длину l₁ базы подвижной единицы 4, а также два профилированных участка 2-в сопряжения оголовка 2-а с подвешенными (с тем же уклоном i в точке сопряжения) между анкерными опорами участками рельсовой нити 3. Уклоны i на левом и на правом краях оголовка могут и не совпадать друг с другом, например, из-за возможного различия длин смежных пролетов.

Рельсовая нить 3 в данной транспортной системе представляет собой сборную многослойную конструкцию (фиг.3), состоящую из предварительно напряженного силового органа 3-а, заключенного в корпус 3-б с головкой 3-в рельса, имеющей плоскую поверхность 3-г для качения колес подвижной единицы 4. При этом силовой орган 3-а рельсовой нити состоит из набранных в пакет слоев 3-д силовых элементов в виде высокопрочных проволок, лент, полос, нитей, канатов или прядей.

В показанном на фиг.3 варианте исполнения многослойный пакет 3-а силовых элементов набран из 15 слоев высокопрочной стальной проволоки.

Силовые элементы связаны между собой и с корпусом в монолит (по всему объему) посредством заполнителя 3-е - цементного раствора или полимерного связующего (например, на основе эпоксидной смолы), нагнетаемого в корпус под давлением после сборки рельсовой нити и герметизации корпуса. Слои силового органа могут располагаться внутри корпуса и двумя ярусами, разделенными отвердевшим заполнителем (не показано).

Пластина (полоса) 3-ж, закрепленная под днищем корпуса 3-б, может использоваться как образующая вспомогательную поверхность для обратного захвата рельсовой нити, например, для фиксации подвижной единицы при ремонте, в экстренных ситуациях, или/и для соединения рельсовых нитей с вспомогательными элементами путевой структуры.

В пролетах между опорами рельсовые нити могут оснащаться элементами их стабилизации в пространстве, выполненными, например, в виде оттяжных стержней или стержневых сочленений 5 цепного типа (фиг.1). При этом верхний конец элементов стабилизации должен быть связан с рельсовой нитью 3, а нижний - с основанием 1. Для минимизации количества таких элементов и повышения надежности системы рельсовые нити, образующие одну колею или пару ветвей (например, разнонаправленных) струнного монорельса, могут быть связаны между собой жесткими перемычками и через них - с основанием 1 (не показано).

Рельсовые нити монорельсовой струнной путевой структуры могут и не иметь явно выраженных средств стабилизации их положения в пространстве. Согласно предлагаемому способу построения струнной транспортной системы такие функции могут выполнять сами элементы силового органа рельсовых нитей, если при их сборке слои силовых элементов натягивать до различных напряжений, уменьшающихся от верхнего слоя пакета к нижнему в пределах соотношения (3), с последующей объемной фиксацией в корпусе рельса.

В процессе работы транспортной системы, при скатывании транспортного средства 4 (фиг.1) на подвешенный в пролете между анкерными опорами участок магистрали, более напряженные верхние слои 3-д силового органа (фиг.3) воспринимают нагрузку первыми (т.е. в большей степени) и тем самым - за счет уменьшения степени принятия нагрузки нижними (менее натянутыми) слоями - создают пару противоположно направленных сил, ориентирующих поперечное сечение рельсовой нити в вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии рельса.

В зависимости от вида реализуемой путевой структуры - бирельсовой или монорельсовой - самоходная подвижная единица 4 в струнной транспортной системе может располагаться над рельсовыми нитями или подвешиваться на них (фиг.1). Менее затратной является система с монорельсовой струнной путевой структурой.

Изобретение может найти применение в транспортных системах городов (воздушное метро), в горах, а также в системах организации переправ через водные препятствия, в рудниках, шахтах и т.п.

Изобретение относится к области транспорта, в частности к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типов. Струнная транспортная система включает, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между опорами. Рельсовая нить в пролете между анкерными опорами выполнена со стрелой прогиба f, образующей на участках пути перед анкерными опорами уклон i, находящийся в пределах 1:250<i<1:1, при отношении стрелы прогиба f к длине пролета L, находящемся в интервале 0,001<f/L<0,25, причем переходной участок пути на анкерной опоре выполнен с тем же уклоном i, что и сопрягающийся с ним отрезок подвесного участка пути в пролете между опорами. Способ построения струнной транспортной системы включает установку анкерных опор на основании, подвеску в пролете между ними, по меньшей мере, одного силового органа в виде многослойного пакета силовых элементов - проволок, лент, полос, нитей, канатов или прядей, последующее послойное натяжение и фиксацию концов его силовых элементов на анкерных опорах, а также заключение предварительно напряженного силового органа в корпус рельса и последующую объемную фиксацию в нем. Расположенные в разных слоях элементы силового органа натягивают с различными напряжениями растяжения, причем каждый следующий слой, размещенный ниже предыдущего верхнего слоя, натягивают до напряжения σ_н, удовлетворяющего соотношению: 0,8<σ_н/<σ_в<0,999, где σ_в - напряжение растяжения в силовых элементах предыдущего верхнего слоя пакета силовых элементов, Па; σ_н - напряжение растяжения элементов нижеследующего слоя по отношению к предыдущему верхнему слою пакета силовых элементов, Па. В результате уменьшается материалоемкость, стоимость строительства и эксплуатации струнной транспортной системы при сохранении ее надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Струнная транспортная система, включающая, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между анкерными опорами, рельсовую нить в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для самоходных подвижных единиц, а также переходные участки пути на анкерных опорах, сопряженные с подвесными участками пути в пролете между опорами, отличающаяся тем, что рельсовая нить в пролете между анкерными опорами выполнена со стрелой прогиба f, образующей на участках пути перед анкерными опорами уклон i, находящийся в пределах

1:250<i<1:1, при отношении стрелы прогиба f к длине пролета L, находящемся в интервале

0,001<f/L<0,25, причем переходной участок пути на анкерной опоре выполнен с тем же уклоном i, что и сопрягающийся с ним отрезок подвесного участка пути в пролете между опорами.

0,8<σ_н/σ_в<0,999,

где σ_в - напряжение растяжения в силовых элементах предыдущего верхнего слоя пакета силовых элементов, Па;

σ_н - напряжение растяжения элементов нижеследующего слоя по отношению к предыдущему верхнему слою пакета силовых элементов, Па.