ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МЕТРОПОЛИТЕН Российский патент 2021 года по МПК B61B1/00 B61B13/10 

Предполагаемое изобретение высокоскоростного метрополитена относиться к конструкции и организации транспортной системы крупных мегаполисов.

Известны многочисленные традиционные типы метрополитена, в основу которых заложены технические решения и логистика первых проектов метро, повторяющих организацию наземного железнодорожного транспорта. По существу, современное метро принципиально не отличается от метрополитена конца 19 века, когда в нем сменилась паровая тяга на электродвижение. За прошедшее столетие в метрополитене существенно не повысилась средняя скорость движения поездов из-за постоянных разгонов, торможений и стоянок для посадки и высадки пассажиров, которая в настоящее время составляет чуть более 40 км/час. Высокоскоростное движение в метро может быть реализовано только при безостановочном движении и отказе от огромных подземных дворцов с протяженными платформами, многоленточных эскалаторных систем, длинных переходов и широких лестничных маршей, заменив все эти дорогостоящие сооружения, на компактные наземные станции с площадками для посадки и высадки пассажиров, размером с большую автобусную остановку.

Задачей изобретения является создание совершенно нового высокоскоростного, безопасного и комфортабельного метрополитена со средней скоростью движения минимум в четыре раза выше существующего, что позволит кардинально изменить транспортную систему и организацию перевозки пассажиров в крупных мегаполисах.

Для этого предполагается обеспечить следующие исходные требования:

- минимальное время поездки;

- полная безопасность поездки;

- максимальный уровень удобства и комфорта;

- автоматизированное беспилотное управление движением;

- повсеместное использование цифровых технологий в логистике всех процессов;

- высокая надежность и дублирование всех важных систем;

- использование самого передового железнодорожного оборудования;

- использование стандартных размеров туннелей и железнодорожной колеи;

- энергоэффективность и экономичность транспортной системы.

Для решения поставленной задачи и осуществления всех, выше перечисленных, требований автором предложена новая конструкция всех основных элементов скоростного метрополитена, включая схему метро, планы станций, горизонтальных и наклонных туннелей, подвижного состава, оборудования для спуска и подъема, а также полностью обновленная логистика перевозки пассажиров. В традиционном метро невозможно осуществить движение поездов с большими скоростями из-за постоянных разгонов, торможений и остановок поезда для входа и выхода пассажиров. Решение этой проблемы видится в отказе от радиально-линейных схем метро с движением по ним целых составов со стоянками на каждой станции и в тупиках и переход к замкнутым подземным линиям метро (1) с большими радиусами криволинейных участков для обеспечения безостановочного движения по ним вереницы одиночных высокоскоростных вагонов. При этом на каждой линии метро на расстоянии не менее 3500 м располагаются линейные станции (2) и узловые станции (3), в местах пересечения линий. Безостановочное движение высокоскоростных вагонов по одной линии в противоположных направлениях осуществляется в параллельных, изолированных друг от друга туннелях (4), заглубленных под всеми городскими коммуникациями, включая существующие линии метро. Все скоростные туннели располагаются в горизонтальной плоскости с минимальными уклонами и подъемами в местах пересечения туннелей. Все наземные станции связаны наклонными туннелями (5) с горизонтальными скоростными туннелями. Из каждого туннеля предусмотрен выезд (6) на поверхность мегаполиса для технического обслуживания, уборки, санобработки и резервной стоянки скоростных вагонов в ожидании пиковых нагрузок. Движение скоростных вагонов в каждом туннеле должно происходить в автоматическом режиме с плавным изменением скорости, с контролем дистанции и временного интервала между ними. Фактически скоростной вагон - это беспилотный вагон (7). В связи с высокими скоростями безостановочного движения безопасная и комфортная пересадка пассажиров может быть обеспечена только во время движения вагона на перегонах между станциями. Доставка пассажиров с наземной станции в вагон и обратно осуществляется с помощью пересадочных лифтов-шаттлов (8), оборудованных верхними тележками (9). С посадочной площадки линейной станции (10) или узловой станции (11) лифт-шаттл, в строго контролируемый момент времени, съезжает вниз, разгоняется в наклонном туннеле, достигает необходимой скорости, заезжает в горизонтальный туннель, догоняет с хвоста проходящий вагон и после выравнивания скоростей въезжает в его хвостовую шлюзовую часть (12). При достижении нулевой разницы скоростей происходит их автоматическая стыковка. Стыковка лифта-шаттла и вагона осуществляется путем заезда на роликовые опоры (13) шлюзовой части. При этом для увеличения моторесурса ходовой части тележки лифта-шаттла его весовая нагрузка переноситься на роликовые опоры вагона. Плавное торможение и плотное удержание лифта-шаттла в шлюзе вагона выполняется фиксирующими роликами (14) с автоматически управляемым приводом. Переход (15) между лифтом-шаттлом и вагоном изолируется по периметру от пространства шлюзовой части шумопоглощающим прижимным сильфонным устройством (16). Пересадка пассажиров из лифта-шатла в салон вагона и обратно осуществляется после завершения стыковки, герметизации перехода от шлюзовой части и последовательного открытия широких распашных дверей (17) в носу лифта-шатла и раздвижных дверей (18) в хвостовой части вагона. Двери остаются открытыми большую часть времени во время движения между станциями для одновременного прохода через широкие дверные проемы пассажиров двумя встречными потоками.

Прибытие лифта-шатла в наземную станцию для выхода и входа пассажиров осуществляется в обратной последовательности с отстыковкой в контрольной точке лифта-шатла от вагона, выездом из его шлюзовой части, заездом в наклонный туннель, плавным торможением при подъеме вверх до полной остановки на посадочной площадке наземной станции. Вход и выход пассажиров осуществляется через боковые двери (19) лифта-шаттла. Стоянка на посадочной площадке продолжается до прибытия следующего лифта-шаттла. За счет гравитации, разгон и торможение лифта-шаттла в наклонных туннелях происходит с малыми затратами энергии.

Переход пассажиров с одной линии метро на другую может быть выполнен только на наземных узловых станциях после выезда наверх шаттл-лифта, выхода из него и пересадки на посадочной площадке станции в шаттл-лифт нужного направления.

Для движения в туннеле с большой скоростью корпус вагона имеет минимальное аэродинамическое сопротивление за счет обтекаемой формы, гладкой обшивки, отсутствия наружных дверей, окон, выступающих частей и зазоров, а также обтекателя (20) тележки лифта-шаттла. Корпус лифта-шаттла также имеет обтекаемую носовую часть для ускорения разгона туннеле и уменьшения аэродинамического шума. Для улучшения акустического комфорта весь контур обшивки вагона и лифта-шаттла с внутренней стороны покрыт шумопоглощающей изоляцией. Для уменьшения аэродинамического сопротивления и шума все туннели внутри зашиты ровными и гладкими шумопоглощающими панелями. Для уменьшения продольных перегрузок при разгоне и торможении тележки лифтов-шаттлов оборудованы системой регулирования дифферента (21), а наклонные туннели внизу и вверху для их проезда с дифферентом имеют увеличенное по высоте поперечное сечение.

При скоростном движении вереницы вагонов с постоянной дистанцией между ними в изолированном горизонтальном туннеле создается интенсивный попутный воздушный поток, который уменьшает сопротивление их движению, экономит потребление электроэнергии, а также снижает аэродинамический шум.

Электроприводы вагона и тележки лифта-шаттла осуществляется от контактной сети, а аварийное электропитание от аккумуляторных батарей. Аварийное движение может быть осуществлено приводом вагона, а на короткие промежутки времени приводом тележки лифта-шаттла. При возникновении аварийной ситуации предусмотрена возможность подъезда вагона вместе с лифтом-шаттлом к ближайшей вентиляционной шахте, расположенной между туннелями и оборудованной помещением-убежищем с эвакуационным вертикальным лифтом. Пассажиры могут быстро и безопасно покинуть вагон и лифт-шаттл по откидным трапам через хвостовой аварийный выход (22) или через носовой аварийный выход (23).

Реализация данного уникального проекта, безусловно, очень сложная инженерная задача, но на современном уровне развития технологии прокладки подземных туннелей, скоростных железнодорожных поездов, цифровых технологий, систем контроля, связи и управления, но вполне реалистичная и осуществимая.

Схема предлагаемого метро условного мегаполиса представлена на фиг. 1. План линейной наземной станции показан на фиг. 2, а узловой наземной станции на фиг. 3. Общий вид вагона и лифта-шатла показан на фиг. 4, а их поперечные сечения на фиг. 5. Схема стыковки лифта-шаттла и вагона в интервале времени T₁ - Т₄ изображена на фиг. 6, а схема отстыковки лифта-шаттла от вагона в интервале времени T₅ - Т₈ на фиг. 7. На представленных фигурах 1-7 видна общая идея конструкции и организации высокоскоростного движения предлагаемого метрополитена, его особенность и техническая новизна, но без подробной конкретизации многочисленных деталей и узлов, учитывая ее сложность.

Для сокращения общего времени поездки оплата проезда осуществляется не на входе, как обычно, а на выходе из наземной станции с фиксацией времени пребывания в метрополитене с помощью специального транспондера. Транспондер оформляется заблаговременно на длительный срок строго на конкретное лицо с его фото биометрическими данными. Стоимость проезда должна быть пропорциональна времени пребывания в метро, что будет стимулировать пассажиров, как можно быстрее его покинуть. Внедрение такой системы оплаты исключит бесконтрольное время пребывания в метро посторонних лиц. Такой способ позволит также гибко регулировать величину оплаты проезда в зависимости времени суток, стимулировать поездки не в часы пик, в выходные и праздничные дни, учитывать всевозможные льготы на проезд, начислять стимулирующие бонусы и даже предоставлять кредит на разовую поездку. Наличие транспондера у каждого пассажира позволит системам автоматики отслеживать и набирать статистику по его перемещению, осуществлять видео фиксацию отдельных лиц, контролировать и регулировать пассажиропоток в целом. Через транспондер и персональные гаджеты система автоматики будет направлять каждому пассажиру индивидуальную информацию по оптимальному варианту проезда до нужной станции, перераспределять потоки с перегруженных участков, наличие средств на транспондере и другую важную информацию. По мере развития проекта, появятся и другие полезные новации цифровых технологий, обеспечивающие сокращение времени, повышающие комфорт и безопасность поездки на высокоскоростном метро. Представляется также целесообразным обозначить все наземные станции номерами, а не названиями, чтобы не отягощать информационные системы управления и не создавать соблазны к их переименованию.

Техническая новизна предлагаемого скоростного метрополитена заключается в том, что все описанные выше элементы новой системы могут быть осуществлены только при наличии двух железнодорожных путей в каждом туннеле. А именно, нижнего опорного (24). для безостановочного движения вагона в горизонтальном туннеле и верхнего подвесного (25) для разгона и торможения тележки шаттл-лифта в наклонных туннелях, а также его движения в горизонтальном туннеле вместе с вагоном. Для исключения поперечной раскачки шаттл-лифта при проезде на большой скорости криволинейных участков, дефицита пространства по высоте и обеспечении точности при стыковке, скоростная тележка лифта-шаттла движется не по монорельсу, а по двум подвесным рельсам, между которыми размещается защищенная с трех сторон контактная сеть.

Предложенная конструкция и организация высокоскоростного метро обеспечивает выполнение всех вышеперечисленных исходных требований, а анализ возможности ее использования дает следующие очевидные технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению со всеми существующими системами метрополитена:

- уменьшение нагрузка на конструкции туннеля единичным вагоном;

- повышение моторесурса вагона за счет постоянного движения;

- экономия энергии за счет использование гравитации для разгона и торможения;

- использование энергии попутного потока воздуха в горизонтальных туннелях;

- экономия энергии за счет минимального сопротивления обтекаемых форм вагона;

- удобное расположение станций за счет значительного их смещения от оси туннелей;

- размещение посадочных площадок станций в холлах крупных городских зданий;

- перенос вокзалов и железнодорожных путей из центра на окраины мегаполиса;

- скоростная доставка пассажиров в удаленные загородные вокзалы и аэропорты;

- разгрузка наземного пассажирского транспорта и оптимизация его маршрутов;

- уменьшение скученности пассажиров и риска их инфицирования при пандемиях;

- высокий экспортный потенциал в производстве нового оборудования и систем управления в составе высокоскоростного метрополитена и отсутствие зарубежных аналогов.

Учитывая уникальность проекта, предлагается дать наименование новому типу высокоскоростного метрополитена - ГИПЕРЛИФТ (GIPERLIFT).

Предполагается, что после разработки технической документации, строительства испытательного стенда, изготовления опытных образцов подвижной техники, систем управления и программного обеспечения, а также проведения всех необходимых испытаний и отработки всей логистической цепочки, будет сформулирована и поданы многочисленные заявки на оформление международных патентов.

Предложенная конструкция высокоскоростного метрополитена может стать основой для создания современного высокотехнологичного производства новых видов оборудования, систем и технологий, что обеспечит монопольный вывод на мировой рынок уникальной продукции, защищенной международными патентами.

Изобретение относится к конструкции и организации транспортной системы крупных городов. Высокоскоростной метрополитен состоит из замкнутых линий метро с большими радиусами криволинейных участков для безостановочного скоростного движения по ним вереницы одиночных беспилотных вагонов и пересадочных лифтов-шаттлов. Вагоны перемещаются в параллельных, изолированных друг от друга горизонтальных туннелях по нижним рельсам со стандартной колеей, а лифты-шаттлы с верхними тележками - по подвесным рельсам. Доставка пассажиров с наземных станций в каждый вагон осуществляется лифтом-шаттлом, который с посадочной площадки станции в строго контролируемый момент времени съезжает вниз в наклонный туннель, разгоняется до необходимой скорости, заезжает в горизонтальный туннель, догоняет с хвоста проходящий вагон и после выравнивания скоростей въезжает в его хвостовую шлюзовую часть на роликовые опоры, затем при нулевой разнице скоростей плавно стыкуется с ним. Пересадка пассажиров из лифта-шаттла в салон вагона и обратно осуществляется одновременно двумя встречными потоками после завершения стыковки. Доставка пассажиров на наземную станцию осуществляется в обратной последовательности с закрытием дверных проемов, отстыковкой лифта-шаттла в контрольной точке от вагона, заездом в наклонный туннель, подъемом вверх, плавным торможением, остановкой и стоянкой на посадочной площадке наземной станции для выхода и входа пассажиров до прибытия следующего лифта-шаттла. В результате повышается эффективность работы транспортной системы. 7 ил.

Высокоскоростной метрополитен представляет из себя конструкцию транспортной системы крупного мегаполиса, состоящую из замкнутых линий метро с большими радиусами криволинейных участков для безостановочного скоростного движения по ним вереницы одиночных беспилотных вагонов и пересадочных лифтов-шаттлов, причем вагоны перемещаются в параллельных, изолированных друг от друга горизонтальных туннелях по нижним рельсам со стандартной колеей, а лифты-шаттлы с верхними тележками - по подвесным рельсам, при этом доставка пассажиров с наземных станций в каждый вагон осуществляется лифтом-шаттлом, который с посадочной площадки станции в строго контролируемый момент времени съезжает вниз в наклонный туннель, разгоняется до необходимой скорости, заезжает в горизонтальный туннель, догоняет с хвоста проходящий вагон и после выравнивания скоростей въезжает в его хвостовую шлюзовую часть на роликовые опоры, затем при нулевой разнице скоростей плавно стыкуется с ним, при этом окончательное торможение и плотное удержание лифта-шаттла в шлюзе вагона выполняется фиксирующими роликами с автоматически управляемым приводом, а переход между лифтом-шаттлом и вагоном изолируется по периметру шумопоглощающим прижимным сильфонным устройством, причем пересадка пассажиров из лифта-шаттла в салон вагона и обратно осуществляется одновременно двумя встречными потоками после завершения стыковки, герметизации перехода и последовательного открытия дверей в носовой части лифта-шаттла и в хвосте вагона, которые остаются открытыми большую часть времени во время движения между станциями, а доставка пассажиров на наземную станцию осуществляется в обратной последовательности с закрытием дверных проемов, отстыковкой лифта-шаттла в контрольной точке от вагона, заездом в наклонный туннель, подъемом вверх, плавным торможением, остановкой и стоянкой на посадочной площадке наземной станции для выхода и входа пассажиров до прибытия следующего лифта-шаттла.