Линейная пневматическая система для приведения в движение транспортных средств

Изобретение относится к линейной пневматической системе для приведения в движение транспортных средств. Линейная система для приведения транспортного средства в движение для использования вдоль пути содержит туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секторов, соединенных концами посредством запорных пневмоклапанов сектора; по меньшей мере, один магистральный питающий трубопровод, проходящий вблизи приводной линии для подачи воздуха в каждый сектор из множества секторов приводной линии или для разреженности воздуха из каждого сектора множества секторов приводной линии; по меньшей мере, два магистральных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с магистральным питающим трубопроводом; и два выпускных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с атмосферой для выпуска воздуха или для забора воздуха. Согласно способу приведения в движение транспортного средства по пути, содержащему туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секторов, в котором транспортное средство с возможностью приведения его в движение соединено с поршнем, двигающимся в приводной линии, избирательно подают разреженность или воздух повышенного давления избирательно из прилегающей магистрали в каждый сектор из множества взаимно герметизированных секторов. Разреженность или повышенное давление избирательно подают в соответствующий концевой участок или участки используемого в данное время сектора для обеспечения перепада давления на поршне и приводят в движение поршень от сектора к сектору путем осуществления сообщения следующего прилегающего сектора с атмосферой. Затем временно позволяют воздуху протекать и поршню проходить между текущим сектором и этим следующим сектором. Затем подают разреженность или воздух повышенного давления из указанной магистрали в этот прилегающий сектор, который стал текущим сектором, и затем цикл повторяют. В результате повышается надежность и безопасность, снижается энергопотребление. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Настоящее изобретение относится к линейной пневматической системе для приведения в движение транспортных средств по пути и может применяться, например, вместо железных дорог. Изобретение также касается способа осуществления движения транспортного средства по пути.

В настоящее время большинство железных дорог содержат поезда с железными колесами, перемещающимися по железному пути, с локомотивом и также топливом, если они не электрифицированы. У этих железных дорог низкий энергетический кпд, и они наносят ущерб окружающей среде по причине создающих парниковый эффект неизбежных выбросов и газов, вредящих озоновому слою; они не являются полностью безопасными, с точки зрения возможных столкновений и крушений; их надежность недостаточна из-за поломок и отказов транспортных средств, путей и сигнализации; и во время следования они не обеспечивают пассажирам достаточную гибкость.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении этих недостатков путем радикального изменения концепции. Было установлено, что обновление, с помощью современной техники, железной дороги на «атмосферной» или «пневматической» тяге, изобретенной более 200 лет тому назад, приведет к усовершенствованию и даст преимущества, необходимые нашей транспортной инфраструктуре. Тяга вагона осуществлялась за счет соединения с поршнем, проходящим в небольшом туннеле под поездом; для этого было необходимо наличие непрерывной прорези сверху туннеля с гибким клапаном, чтобы ее закрывать, при этом давая соединителю возможность прохождения от поршня к вагону. Впереди поршня создавалось разрежение, который под воздействием атмосферного давления двигался вперед.

Основными атмосферными железными дорогами были следующие:

- Дублин - Кингстаун в Ирландии, с 1844 по 1854 гг. - 2,4 км длиной;

- Лондон - Кройдон в Англии, с 1846 по 1847 гг. - 8 км, с удлинением до 12 км;

- Париж - Сен-Жермен во Франции, с 1847 г.по 1860 г. - 2,2 км длиной;

- Южный Дэвон в Англии, с 1847 по 1848 гг. - 24 км, с удлинением до 32 км.

Дублинская и Парижская железные дороги были одноколейными, и обратный рейс на них осуществлялся под горку под воздействием силы тяжести. Две английские железные дороги работали в обоих направлениях, но действовали недолго из-за нескольких существенных трудностей, которые не дали им развиваться. Быстрое развитие паровой тяги и затем приход электрической и тепловозной тяги означали, что атмосферные железные дороги стали гораздо менее важными. Тем не менее, недавние попытки применения этой концепции включали в себя атмосферную дорогу в 1983 г. в Порту-Аллегри, Бразилия, в качестве показательной линии, и еще одну дорогу в Джакарте, Индонезия, в 1989 г. Тяговое усилие осуществляется посредством пластины, перемещающейся в трубопроводе под транспортным средством, которое толкается вперед низким давлением воздуха, создаваемым вентиляторами, расположенными вдоль пути. Несколько вагонов перемещаются на одноколейном пути под управлением компьютера. В 19 и 20 веках также существовало несколько пневматических железных дорог, на которых целые вагоны двигались за счет дутья по туннелям под давлением воздуха; в их числе прежде всего нужно упомянуть дороги в Нью-Йорке и Лондоне. Но их применение настолько ограничено и специализировано, что вряд ли внутренние пневматические системы смогут решить проблемы обычных железных дорог.

Система атмосферной тяги чистая, безопасная и эффективная; при этом воздухонасосную станцию можно выполнить с максимальным кпд. Поскольку в поезде не будет локомотива, то это может дать огромную экономию в весе, с соответствующим снижением энергопотребления. Причины, по которым предыдущие системы не имели успеха, были следующими:

- трудности обеспечения непрерывного клапана по верху атмосферного трубопровода, который использовал кожу и восковые герметизирующие составы, которые были подвержены износу, усталости и замораживанию;

- количество тягового усилия было негибким - использование разрежения ограничивало перепад давления одной атмосферой (фактически - 0,9 атм);

- отсутствие возможности эффективного прохождения пересечений и маневрирования, особенно между следующими друг за другом насосными станциями;

- необходимость осуществления сообщения с насосной станцией для обеспечения энергии для поезда, когда он входил в систему.

Эти обстоятельства перевесили недостатки относительно энергопотребления и т.п., а качественный уголь для паровой тяги был недорогим, и его имелось много.

Настоящее изобретение устраняет эти недостатки и соответствует современным задачам энергопотребления, безопасности, надежности и защиты окружающей среды за счет комбинирования современной технологии материалов и эксплуатационных систем с принципиально новой основной системой тяги.

Изобретение обеспечивает систему транспортной линейной тяги для использования вдоль пути и содержит: туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секторов, соединенных концами с помощью секторных запорных пневмоклапанов; по меньшей мере один магистральный питающий трубопровод, прилегающий к приводной линии, для подачи воздуха в приводную линию или для разрежения воздуха из приводной линии; по меньшей мере два магистральных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с магистральным питающим трубопроводом; и два выпускных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с атмосферой для выпуска или забора воздуха.

Изобретение также обеспечивает способ приведения в движение транспортного средства по пути, вдоль которого проходит туннельная приводная линия, разделенная по длине на множество взаимно герметизированных секторов, в которых транспортное средство с возможностью приведения его в движение соединено с поршнем, проходящим в приводной линии; согласно которому подают разреженный воздух и/или воздух повышенного давления из прилегающей магистрали или из двух прилегающих магистралей избирательно в соответствующий концевой участок или участки используемого в данное время сектора для обеспечения перепада давления на поршне; и приводят поршень в действие от сектора к сектору путем выпуска воздуха в следующем прилегающем секторе в атмосферу, и затем временно позволяют воздуху протекать и поршню проходить между текущим сектором и этим следующим прилегающим сектором; и затем подают разреженность и/или воздух с повышенным давлением в этот прилегающий сектор, который стал текущим сектором; и затем цикл повторяется.

Путь предпочтительно разделяется на секции, каждая из которых имеет свою собственную магистраль(и); секции могут быть соединены средством изменения маршрута пути (эквивалент стрелочных переводов на рельсовом пути обычной железной дороги), либо соединены напрямую, при этом каждая секция может также содержать множество упоминаемых выше секторов. Это решение обеспечивает для транспортных средств возможность непрерывного приведения их в движение от секции к секции, впервые в любой системе атмосферной тяги, и даже позволяет изменять маршрут без прерывания привода.

Соответственно, настоящее изобретение также обеспечивает способ приведения в движение транспортного средства по пути, содержащему множество взаимно герметизированных секций, которые соединены по длине, и каждая из которых имеет туннельную приводную линию, при этом транспортное средство с возможностью приведения его в движение соединено с поршнем, выполненным с возможностью движения в каждой приводной линии и с возможностью пересечения приводных линий прилегающих секций для непрерывного приведения в движение, согласно которому подают разреженность и/или воздух под давлением из одной или нескольких соответствующих магистралей избирательно в соответствующий концевой участок(ки) в данное время используемой секции для обеспечения перепада давления на поршне, при этом каждая секция имеет свое независимое магистральное снабжение; и приводят в движение поршень от секции к секции путем выпуска воздуха из следующей прилегающей секции в атмосферу, и затем временно позволяют воздуху протекать и поршню проходить между текущей секцией и этой следующей прилегающей секцией; и затем подают разреженность и/или воздух под давлением в эту прилегающую секцию, которая стала текущей секцией; и затем цикл повторяется.

Соответственно, изобретение обеспечивает линейную систему приведения в действие транспортного средства для использования вдоль пути, содержащую: туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секций, соединенных концами с помощью секционных запорных пневмоклапанов; для каждой секции - по меньшей мере один магистральный питающий трубопровод для подачи воздуха в приводную линию и/или для разрежения воздуха из приводной линии; по меньшей мере два магистральных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждой секции - для избирательного сообщения с магистральным питающим трубопроводом; и два выпускных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждой секции для избирательного сообщения с атмосферой для выпуска или впуска воздуха, при этом транспортное средство можно приводить в движение путем соединения его с поршнем, проходящим непрерывно по приводной линии от секции к секции.

Для пояснения изобретения ниже приводится, только в качестве примера, описание трех вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - вертикальное центральное сечение транспортного средства и приводной линии, осуществляющих настоящее изобретение;

фиг.2 - поперечное сечение транспортного средства и приводной линии, изображаемых на фиг.1;

фиг.3 - вертикальное центральное сечение, в увеличенном масштабе, части изображения фиг.1; часть приводной линии удалена, чтобы показать соответствующие элементы чертежей обычного масштаба;

фиг.4 - увеличенное поперечное сечение части изображения фиг.2;

фиг.5А - значительно увеличенное поперечное сечение клапана приводной линии, показанного на фиг.4, с закрытым клапаном;

фиг.5В - вид, соответствующий фиг.5А, с открытым клапаном;

фиг.6 - последовательность пяти этапов действия клапанов в приводной линии моно-вакуумной системы, осуществляющей изобретение;

фиг.7 - последовательность пяти этапов действия клапанов в приводной линии системы моно-давления, осуществляющей изобретение;

фиг.8 - последовательность пяти этапов действия клапанов в приводной линии дуплексной системы вакуума и давления, осуществляющей изобретение; и

фиг.9 - сечение дуплексной двухколейной железной дороги, осуществляющей настоящее изобретение.

Система приведения в движение

На фиг.1-5 изображен пассажирский или грузовой вагон 1, который приводится в движение давлением воздуха, воздействующим на поршень или поршни 2, проходящие в туннеле 3 под транспортным средством, известном под названием приводной линии. Поршень имеет уплотнение для повышенного давления относительно туннеля приводной линии и имеет собственные колеса 4 под свой вес. Поршень также имеет мембранный клапан (не показан), который открывается для сброса давления воздуха в случае экстренного торможения.

Поршень соединен шарнирным соединительным стержнем 5 с колесным вагоном или тележкой, идущей в приводной линии и известной как линейная тележка 6. Колеса 13 тележки расположены радиально по отношению к туннелю 3. Вертикально над линейной тележкой установлен плоский пилон 7, который проходит через сплошную прорезь 8 наверху приводной линии и соединен с нижней стороной колесного транспортного средства, расположенного над ней, тем самым передавая нажим поршня на это средство.

Для сохранения повышенного давления в приводной линии прорезь поверху закрыта сплошным уплотнением 9, известным также под названием клапана приводной линии. Этот клапан упругий и выполнен с возможностью того, чтобы пилон 7 из линейной тележки проходил через него, но закрывался при уходе пилона. Есть несколько способов выполнения клапана приводной линии, но наиболее перспективным является использование пары упругих замкнутых полос из ячеистого пенопласта с гибкими рабочими полосами, соединенными с примыкающими поверхностями. Четыре важных требования, предъявляемых к клапану приводной линии, являются следующими: они должны уплотнять прорезь с максимальной герметичностью, чтобы пилон смог легко проходить; он должен сохранять круглый профиль приводной линии; и с него должна стекать вода, которая иначе может замерзнуть в клапане.

Движущее усилие может прилагаться к поршню тремя разными способами. Согласно способу 1 в соответствии с фиг.6 и известному под названием моно-вакуумного, приводная линия впереди поршня имеет разреженность и открыта позади него для поступления воздуха, тем самым создавая возможность того, чтобы атмосферное давление оказывало усилие приведения в движение. Способ 2 согласно фиг.7 известен также под названием моно-давления: давление воздействует на поршень позади него, и поэтому приводная линия впереди него может сбрасывать воздух наружу. Способ 3 согласно фиг.8, известный как дуплексный, комбинирует два указанных выше способа: прилагает и разреженность, и повышенное давление на разные стороны поршня. Для применения этих способов важно, чтобы клапан 9 приводной линии обеспечивал уплотнение как в направлении вовнутрь приводной линии, так и в направлении из нее.

Движущая сила, образуемая системой, зависит от нескольких факторов:

- используемый способ приведения в движение;

- уровень создаваемой разреженности;

- прилагаемое давление;

- площадь поверхности поршня;

- эффективность уплотнения поршня.

Согласно способу 1 (только разреженность) усилие ограничивается максимальной возможной разреженностью, и маловероятно, что она превысит 0,9 атм. Предельные значения давления, которое можно прилагать, определяются следующими факторами: мощностью главного насоса и рабочими показателями клапана приводной линии для обеспечения герметичного уплотнения; вероятно, практическими значениями давления будут 1-1,5 атм (приблизительно 1-1,5 бар). Усилие, воздействующее на поршень, в килоньютонах, можно вычислить по следующей формуле:

Усилие=π(D/2)²·Р/100,

где D=диаметр поршня в см, и Р=перепад давления на поршне, бар. Например, для поршня диаметром 50 см с прилагаемой разреженностью -0,9 и давлением 1,5 бар создаваемое усилие будет составлять 47,12 кН или 4,8 т. Для сравнения: согласно его первоначальным техническим условиям реактивный двигатель Roll Royce Olympus, используемый на самолетах «Конкорд», развивает тягу, равную 102 кН.

Распределение мощности

Транспортная приводная линия 3 по длине разделена на прилегающие секции, каждая из которых по длине разделена на секторы, согласно фиг.6-8. Каждая секция обслуживается стационарной главной насосной станцией (не показана), которая подает воздух под давлением и/или разреженность в приводную линию в соответствии с применяемым способом привода. Положение насоса по отношению к секции приводной линии, которую он обслуживает, относительно гибкое, но для оптимизации эксплуатационного кпд оно должно находиться ближе к центру секции.

Давление/разреженность подаются в приводную линию по трубопроводам, которые расположены параллельно с ней по всей длине и которые известны под названием параллельных магистралей. Одна из них - магистраль разреженности, другая - магистраль давления. Насосы работают, исходя из потребности, то есть уровни давления и разреженности в параллельных магистралях контролируются, и насосы работают только тогда, когда эти уровни необходимо поднять. В этом способе ввод энергии требуется только тогда, когда какая-либо часть секции действует, и для транспортного средства нет определенной необходимости приводить насосы в действие.

Хотя в этом примере магистральные трубопроводы расположены параллельно приводной линии, можно осуществить альтернативные выполнения для связи насосных станций с приводной линией с помощью трубопроводов, которые расположены по трассе между разными приводными линиями, при любой практической планировке; или для магистралей с более сложной, непараллельной планировкой в прилегании к приводной линии.

В пределах длины одной секции приводная линия является сплошной, но делится на несколько коротких секторов секторными клапанами, которые открываются или закрываются посредством запорных клапанов SG, SG1-SG6. Разреженность и/или давление подаются в оба конца каждого сектора по соединениям в параллельную магистраль(и), которая(ые) перекрывается(ются) клапанами (магистральными соединительными клапанами). В моно-вакуумной системе согласно фиг.6 магистральные соединительные клапаны V1 и V2 разреженности находятся вблизи соответствующих концов каждого сектора, как и впускные клапаны I1 и I2, соответственно, которые забирают воздух из атмосферы. В системе моно-давления согласно фиг.7 магистральные соединительные клапаны Р1 и Р2 давления расположены вблизи соответствующих концов каждого сектора, так же как и выпускные клапаны Е1 и Е2, соответственно, которые предназначены для выпуска воздуха в атмосферу. В дуплексной системе согласно фиг.8 помимо магистральных клапанов давления Р1 и Р2 и выпускных клапанов Е1, Е2 имеются магистральные клапаны V1, V2 разреженности вблизи соответствующих концов секторов, но несколько дальше от концов, чем клапаны давления, по причинам, излагаемым ниже.

Путем последовательного открытия и закрытия магистральных соединительных клапанов и впускных и выпускных клапанов можно соединять магистрали разреженности и/или давления с приводной линией для создания нажима на поршень и, таким образом, на соответствующее соединенное с ним транспортное средство. Когда транспортное средство дойдет до запорного клапана SG или SG1-SG6, то он откроется в то же время, когда соответствующие клапаны в следующем секторе откроются или закроются для обеспечения непрерывности приведения в движение. Эта процедура повторяется по достижении конца насосной секции приводной линии, чтобы транспортное средство смогло следовать к следующей секции. Секции обычно соединены с примыканием друг к другу, и их приводные линии соединены запорными клапанами секций аналогично запорным клапанам секторов, и поэтому приведение в движение осуществляется плавно от последнего сектора одной секции к первому сектору следующей секции, с помощью той же клапанной последовательности, что и в секции. Но для того, чтобы проводить отклонение транспортного средства между разными секциями для разных маршрутов, используют отклоняющие средства (не показаны) для соединения продольно-примыкающих секций пути, по аналогии с обычными «стрелочными переводами» на железных дорогах. Секция может прилегать к двум или более другим секциям, чтобы транспортное средство смогло пройти к выбранной секции из числа других секций путем управления поперечным положением отклоняющих средств. Отклоняющим средством является разветвленный трубопровод с несколькими туннелями на каждом конце; при этом эти туннели находятся вблизи друг друга на одном конце, но расходятся на другом конце; и при этом внутренние приводные линии соединяют соответствующие туннели таким образом, что они «расходятся веером». Отклоняющее средство поступательно перемещается и соединяет соответствующую внутреннюю приводную линию с одной секцией на одном конце и с выбранной секцией на другом конце. Это перемещение производится до того, как транспортное средство войдет в соответствующие секции.

В качестве пояснения со ссылкой на дуплексный способ согласно фиг.8: когда транспортное средство приближается к пересечению двух секторов, то выпускные клапаны закрываются, и магистральные клапаны разреженности открываются в следующем секторе, и затем запорный клапан сектора открывается для обеспечения непрерывного приведения в движение. После того, как транспортное средство пройдет через запорный клапан сектора, тот закрывается, как и магистральные соединительные клапаны в предыдущем секторе. Затем выпускные клапаны открываются, чтобы вернуть данный сектор в недействующее состояние. Клапаны на соседних секторах взаимно блокируются, и поэтому они могут работать только в определенной конфигурации для того, чтобы транспортное средство не смогло войти в сектор, если этот сектор уже действует, т.е. по нему идет еще одно транспортное средство. За счет этого система является по сути безопасной - с естественным отделением транспортных средств друг от друга, тем самым исключая возможность столкновения. Система безопасности работает за счет взаимной блокировки клапанов таким образом, что «сквозная» последовательность может произойти только в том случае, если выпускные клапаны в следующем секторе открыты; если они не открыты, то запорный клапан сектора остается закрытым, и состояние приведения в движение в текущем секторе обращается на противоположное для остановки транспортного средства.

Магистральные соединительные клапаны Р1, Р2 давления и выпускные клапаны Е1, Е2 расположены вблизи обоих концов каждого сектора: близко к запорному клапану SGn сектора или в непосредственном прилегании к нему, но магистральные соединительные клапаны V1 и V2 разреженности отстоят в секторе на некотором расстоянии для того, чтобы обеспечить зону безопасности для создания тормозного пути в случае срабатывания упоминаемой выше системы предупреждения столкновения. Длина зоны безопасности является изменяемой в зависимости от максимальной скорости движения по этому пути.

Моно-системы работают аналогично дуплексной системе, согласно приводимому ниже более подробному описанию.

Магистрали и приводные линии нужно оборудовать средствами стока для удаления воды, которая может скапливаться от конденсации или при попадании в клапан приводной линии. Дренажные соединения с приводной линией открываются только, когда линия находится в недействующем состоянии после выпуска воздуха, и при этом главные дренажные соединения открываются до уровня воды, которую нужно удалить для сохранения разреженности/давления в магистралях. Обе системы должны быть невозвратными, чтобы вода извне не смогла поступать в систему.

Для обеспечения дополнительной мощности для транспортного средства - для отопления, освещения и др. - приводная линия может иметь внутренние токопроводящие рельсы 10 низкого напряжения со скользящими токосъемными контактами 11 на линейной тележке, подключенными к транспортному средству посредством муфт. Резервные аккумуляторы на транспортном средстве обеспечивают эти потребности в случае отказа системы.

Торможение и регулирование скорости

Система торможения для транспортного средства обеспечивается на трех уровнях:

- торможение давлением воздуха в приводной линии;

- механическое торможение от линейной тележки к приводной линии;

- торможение посредством подвесного колеса транспортного средства.

Первый из этих трех уровней - торможение давлением в приводной линии является основным видом торможения системы: и торможением при нормальной работе и в экстренных случаях. Это торможение действует за счет обращения последовательности открытия и закрытия магистральных соединительных клапанов. Она действует при приложении давления впереди поршня и разреженности позади него (в дуплексном способе), останавливая его, и при этом магистральные соединительные клапаны закрываются и выпускные клапаны открываются. Эта конфигурация обеспечивает возможность возвращения кинетической энергии поезда в систему, где ее можно накапливать для последующего использования (регенеративное торможение).

Механическое торможение линейной тележки выполняется тормозными колодками 12, которые упираются во внутреннюю поверхность туннеля 3 приводной линии для механического торможения за счет трения. При обычном торможении этот вид торможения используется, когда транспортное средство почти остановлено до полной остановки за счет торможения давлением в приводной линии, и применяется для удержания транспортного средства в неподвижном положении. Но его можно также использовать при экстренном торможении в дополнение к торможению давлением или как альтернативное торможение в случае отказа системы.

Торможение посредством подвесного колеса транспортного средства является вспомогательной системой, редко применяемой. Ее функция заключается в предотвращении «отъезда» вагона (или другого транспортного средства) 1, когда тот отцеплен от линейной тележки 6. Оно осуществляется обычным торможением, прилагаемым к подвесным колесам 4.

Для экстренного торможения при совпадении с отказом системы управления, в результате чего приводная линия остается действующей, как упоминалось выше, поршень имеет мембранный клапан, который можно открыть, чтобы снять с транспортного средства движущее усилие.

Скорость транспортного средства регулируется за счет степени открытия магистральных соединительных клапанов, по сути, превращая их в дроссели. В случае отказа системы регулирования экстренное регулирование скорости с блокировкой автоматики можно осуществлять посредством мембранного клапана поршня, упоминаемого в предыдущем абзаце. Если требуется существенно снизить скорость, или когда поезд идет на крутом спуске, то это делается за счет обращения приводной линии - как для торможения. Это торможение обладает преимуществом регенеративного торможения.

Если данная секция пути имеет существенный градиент подъема, то для сохранения скорости необходимо повысить мощность главных насосов. При этом также транспортное средство, идущее на этих градиентах вниз, сможет следовать с использованием регенеративности для возврата энергии в систему.

Система управления

Для нормального следования, регулирования скорости и торможения необходимо обеспечить возможность управления магистральными соединительными и выпускными клапанами дистанционно из пункта управления, который может быть либо центральным пунктом управления, либо находится на борту транспортного средства. Связь с операторами клапанов, т.е. с электроприводными, пневматическими или гидравлическими исполнительными механизмами клапанов (не показаны) для управления клапанами является электронной: либо радиосвязью, либо, предпочтительно, сигналами, передаваемыми в виде модулированных электронных сигналов по вспомогательным силовым рельсам 10 в приводной линии. Для обеспечения действия в случае отказа системы управления предусмотрено механическое устройство блокировки автоматики, работающее с транспортного средства, с помощью гидравлических соединений или других средств.

Насосы и источники электропитания

Одна из главных принципиальных характеристик системы состоит в том, что для привода насосов можно использовать практически любой источник энергии. Единственное определенное требование, предъявляемое к насосам, заключается в том, чтобы они имели соответствующую мощность для создания разреженности или давления на достаточных уровнях и в достаточных объемах для обеспечения нужных рабочих скоростей. Как указывалось выше, вероятная минимальная разреженность составляет -0,9 бар и давление 1,5 бар. Например, для приводной линии диаметром 50 см, которая приводит транспортное средство в движение со скоростью 100 км/ч, потребуется около 330 м³ воздуха в минуту. Для такой мощности насосы, по-видимому, должны быть насосами крупного сечения и иметь высокоскоростные турбины.

Как указано выше, энергию можно вводить в любом ее виде. Помимо использования электроэнергии, вырабатываемой обычным или альтернативным топливом, силовыми установками могут также быть газовые турбины, ветер, прибой, вода, геотермальная энергия или приливная. В последнем случае энергия вводится за счет непосредственного подключения к насосу, чтобы устранить потери, связанные с выработкой электроэнергии, тем самым повышая энергетический кпд системы.

Путь

Путь 14 для транспортного средства схематически показан на чертежах. Поскольку приводная линия проходит по центру пути, обеспечивая приведение в движение, направление и торможение, функция пути 14 заключается только в образовании ровной непрерывной поверхности, по которой могут перемещаться колеса 4 транспортного средства. Одна из целесообразных конфигураций - бетонная проезжая часть с гладкой отделкой поверхности. Для учета теплового расширения необходимо предусмотреть расположенные с интервалом температурные швы, но для ровной работы системы существенно важно, чтобы поверхность была совершенно сплошной, например, с использованием «гребенчатых» швов или иных устройств.

Поскольку путь представляет собой по существу обычную дорожную поверхность, то ее можно использовать для дорожных транспортных средств для обслуживания или ремонта. Поскольку колеса транспортного средства не служат для привода, руления или торможения, то присутствие воды на пути трудностей не создает. Но поскольку шум разбрызгиваемой колесами воды будет создавать дискомфорт для пассажиров, то путь целесообразнее выполнить с небольшим выгибом для стока воды. На криволинейных участках путь укладывают с наклоном для противодействия центробежной силе, воздействующей на транспортное средство. Для защиты клапана приводной линии от излишних нагрузок предпочтительно иметь боковой направляющий рельс на изгибах, когда транспортные средства следуют быстрее или медленнее по сравнению с оптимальной скоростью для данного градуса уклона. Хотя для нормальной работы это не требуется, но рекомендуется, чтобы края пути имели приподнятую обочину. Это обеспечит некоторое средство для удержания транспортного средства на пути в случае, если оно отцепится от приводной линии.

Одна или несколько параллельных магистралей укладываются в прилегании к пути, но их можно располагать со значительной степенью гибкости. Если пути уложены группами из нескольких путей, по два и более, то их можно будет обслуживать одной параллельной магистральной системой, при том условии, что магистраль будет иметь достаточную мощность по объему.

Согласно фиг.9, один из вариантов осуществления пути заключается в том, что он выполнен в железнодорожном пути стандартной колеи. Это позволяет использовать имеющийся подвижной состав и даже локомотивы на пути 14. Транспортное средство с пневматическими шинами показано на левом пути, использующем часть плоского пути с более широкой колеей; и обычный железнодорожный вагон показан на правом пути перемещающимся по обычным рельсам стандартной более узкой колеи в пределах плоской части пути. В этом примере представлены две параллельные приводные линии, но эта линия может быть одинарной, или числом более двух, с использованием тех же магистралей.

Еще один вариант осуществления заключается в инвертированной системе, в которой транспортное средство подвешивается на эстакадном пути. Тогда и путь тоже инвертируется.

Конструкция и подвеска транспортного средства

Поскольку между транспортными средствами 1 не нужно предусматривать разрывы между широко расставленными колесными тележками, как в обычном железнодорожном подвижном составе, для них не требуются прочные жесткие шасси. Также нет необходимости в том, чтобы пассажирские транспортные средства 1 имели прочную конструкцию на случай крушения или столкновения. Как следствие, конструкция может быть легковесной и стоять на 4 колесах, расположенных по ее длине.

Колеса имеют пневматические шины высокого давления, для которых не требуется протекторный рисунок, поскольку не требуется сцепления с путем. Шины могут быть гладкими для бесшумного хода по поверхности пути и могут быть выполнены из материала, выбираемого исходя из требований максимальной долговечности и прочности.

Подвеска колес должна иметь минимальный ход для восприятия изменений градиента, поскольку путь имеет очень ровную поверхность. Для улучшения хода колес на криволинейных участках некоторые из них должны быть выполнены с возможностью поворота на несколько градусов, чтобы оставаться параллельными с приводной линией посредством механической связи с соединением приводной линии.

Способы привода и последовательность действия клапанов

Как упоминалось выше, система приведения в движение может действовать тремя способами, которые более подробно описываются ниже. Описание приводится со ссылкой на фиг.6-8, вместе с соответствующими состояниями клапанов, поясняемыми в виде таблиц.

1. Моно-вакуумная система - в этой системе приводная линия обслуживается одной параллельной магистралью, в которой разреженность создается главным насосом. Движущее (и тормозящее) усилие создается приводной линией открытием магистральных клапанов разреженности перед поршнем и впускными клапанами позади него (в этой системе только последние клапаны названы «впускными» клапанами; во всех остальных случаях они названы «выпускными» клапанами). Мощность этой системы ограничена степенью разреженности, которую насос может создавать и которая никогда не может быть более одной атмосферы. Поэтому эта система является несколько ограниченной.

2. Система моно-давления - конфигурация, состоящая из параллельной магистрали, приводной линии и клапанов, идентична указанной выше моно-вакуумной системе, причем разница заключается только в насосе, который подает повышенное давление, и в последовательности действия клапанов. В этой системе обеспечиваемая движущая сила ограничена только мощностью главного насоса и возможностями клапанов, в частности, клапанов приводной линии для выдерживания давления. Предпочтительным является вариант, согласно которому меньшая стоимость одной параллельной магистрали сочетается с возможностью обеспечения повышенного движущего усилия.

3. Дуплексная система - здесь приводная линия обслуживается двумя параллельными магистралями, из которых одна - с повышенным давлением и другая - с разреженностью; магистрали соединены с приводной линией клапанами, как и в других системах. Эта система наиболее универсальная - для использования в условиях высокоинтенсивной и скоростной эксплуатации. Эта система может обеспечивать наиболее значительные приводное и тормозное усилия, но поскольку давление и разреженность прилагаются отдельно, то давление, которое должен выдерживать клапан приводной линии, значительно понижено.

Последовательность клапанов для моно-вакуумного привода (фиг.6)

Обычное движение

Исходные условия:

- в магистрали создана разреженность до рабочего уровня;

- все недействующие магистральные соединительные клапаны сектора закрыты, и впускные клапаны открыты;

- все запорные клапаны сектора закрыты;

- сектор 3 действует с транспортным средством в средней точке следования к сектору 4.

При остановке транспортного средства приводится в действие тормоз линейной тележки; V1/3 закрывается, и клапаны снятия давления на поршень открываются. Это условие действует до того момента, когда оба клапана I1/4 и I2/4 вернутся в открытое состояние, и в этот момент клапаны снятия давления с поршня закроются, и будет возобновлена первоначальная последовательность приведения в движение. Задача этой взаимной блокировки безопасности заключается в обеспечении АВТОМАТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ для исключения возможности въезда транспортного средства в сектор, если данный сектор уже действует.

Торможение давлением воздуха в приводной линии

Для остановки транспортного средства, удержания его в неподвижном положении и последующего возобновления движения давления приводной линии изменяют на противоположные. Например, транспортное средство находится в конце приводимой выше последовательности, т.е. в средней точке сектора 4, двигаясь к сектору 5, при этом последовательность клапанов будет следующей:

	S3	Сектор 4	Сектор 5
SG3	V1	I1	I2	V2	SG4	V1	I1	I2	V2	SG5
Посл. 5	закр	закр	отк	закр	отк	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Послед. тормож.	закр	отк	закр	отк	закр	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Вкл. торм. неподв. линейн. тележки	закр	закр	закр	закр	закр	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Возвр. в норм. движ.	закр	закр	отк	закр	отк	закр	закр	отк	отк	закр	закр

Последовательность клапанов для привода моно-давления (фиг.7)

Нормальное движение

Исходные условия:

- давление в магистрали доведено до рабочего уровня;

- все недействующие магистральные соединительные клапаны сектора закрыты и выпускные клапаны открыты;

- все запорные клапаны сектора закрыты;

сектор 3 действует с транспортным средством в средней точке с движением к сектору 4.

При остановке транспортного средства приводится в действие тормоз линейной тележки, Р2/3 закрывается и клапаны снятия давления на поршень открываются. Это условие действует до того момента, когда оба клапана Е1/4 и Е2/4 вернутся в открытое состояние, и в этот момент клапаны снятия давления с поршня закроются, и будет возобновлена первоначальная последовательность привода. Задача этой взаимной блокировки безопасности заключается в обеспечении АВТОМАТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ для исключения возможности въезда транспортного средства в сектор, если данный сектор уже действует.

Торможение давлением воздуха в приводной линии

Для остановки транспортного средства, удержания его в неподвижном положении и последующего возобновления движения давления приводной линии изменяют на противоположные. Например, транспортное средство находится в конце приводимой выше последовательности, т.е. в средней точке сектора 4, двигаясь к сектору 5, при этом последовательность клапанов будет следующей:

	S3	Сектор 4	Сектор 5
SG3	Р1	Е1	Е2	Р2	SG4	Р1	Е1	Е2	Р2	SG5
Посл. 5	закр	отк	закр	отк	закр	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Послед. тормож.	закр	закр	отк	закр	отк	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Вкл. торм. неподв. линейн. тележки	закр	закр	закр	закр	закр	закр	закр	отк	отк	закр	закр
Возвр. в норм. движ.	закр	отк	закр	отк	закр	закр	закр	отк	отк	закр	закр

Последовательность клапанов для дуплексного привода (фиг.8)

Нормальное движение

Исходные условия:

- в обеих магистралях созданы повышенное давление и разреженность до значения рабочих уровней;

- все недействующие магистральные соединительные клапаны сектора закрыты, и выпускные клапаны открыты;

- сектор 3 действует с транспортным средством в средней точке движения к сектору 4;

- все запорные клапаны сектора закрыты.

S2

Сектор 3

Сектор 4

SG2

Р1

Е1

V1

V2

Е2

Р2

SG3

Р1

Е1

V1

V2

Е2

Р2

SG4

Посл.1

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

Посл.2*

закр

отк

закр

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

отк

отк

закр

закр

закр

Посл.3

закр

отк

закр

закр

отк

закр

отк

отк

закр

закр

отк

отк

закр

закр

закр

Посл.4

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

отк

отк

закр

закр

закр

Посл.5

Закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

закр

Эта последовательность затем повторяется для секторов 4 и 5, и т.д. * Примечание: Последовательность 2 действует при том условии, что клапаны Е1 и Е2 в секторе 4 оба находятся в ОТКРЫТОМ состоянии. Если Е1/4 ЗАКРЫТ, то это указывает на то, что этот сектор уже действует с транспортным средством в нем. В этом случае имеет место следующая альтернативная последовательность:

S2

Сектор 3

Сектор 4

SG2

Р1

Е1

V1

V2

Е2

Р2

SG3

Р1

Е1

V1

V2

Е2

Р2

SG4

Посл.2 (альт)

закр

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

?

закр

?

?

?

?

?

При остановке транспортного средства приводится в действие тормоз линейной тележки, V1/3 и Р2/3 закрываются и клапаны снятия давления на поршень открываются. Это условие действует до того момента, когда оба Е1/4 и Е2/4 вернутся в открытое состояние, и в этот момент клапаны снятия давления с поршня закроются, и будет возобновлена первоначальная последовательность приведения в движение. Задача этой взаимной блокировки безопасности заключается в обеспечении АВТОМАТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ СЛЕДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ для исключения возможности въезда транспортного средства в сектор, если данный сектор уже действует.

Торможение давлением воздуха в приводной линии

Для остановки транспортного средства, удержания его в неподвижном положении и последующего возобновления движения давления приводной линии изменяют на противоположные. Например, транспортное средство находится в конце приводимой выше последовательности, т.е. в средней точке сектора 4, двигаясь к сектору 5, при этом последовательность клапанов будет следующей:

Сектор 3

Сектор 4

Сектор 5

Р1

SG3

Р1

Е1

V1

V2

Е2

Р2

SG4

Р1

Е1

V1

V2

Посл. 5

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

Послед. тормож.

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

Вкл.* торм. неподв. линейн. тележки

закр

закр

закр

закр

закр

закр

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

Возв. В норм. движ.

закр

закр

отк

закр

закр

отк

закр

закр

закр

закр

отк

закр

закр

Во время последовательности для неподвижного состояния клапаны снятия давления с поршня открыты для устранения движущего усилия, затем они снова закрываются, когда начинается последовательность возобновления движения.

В качестве возможной будущей альтернативы для прямого механического соединения между транспортным средством и поршнем приводной линии дистанционное соединение, например, с помощью постоянных магнитов или электромагнитов, может быть достаточно прочным для приведения в движение транспортного средства, и поэтому тогда можно будет исключить необходимость наличия сплошной прорези 8 и клапана.

1. Линейная система для приведения транспортного средства в движение для использования вдоль пути, содержащая туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секторов, соединенных концами посредством запорных пневмоклапанов сектора; по меньшей мере, один магистральный питающий трубопровод, проходящий вблизи приводной линии для подачи воздуха в каждый сектор из множества секторов приводной линии или для разреженности воздуха из каждого сектора множества секторов приводной линии; по меньшей мере, два магистральных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с магистральным питающим трубопроводом и два выпускных пневмоклапана вблизи соответствующих концов каждого сектора для избирательного сообщения с атмосферой для выпуска воздуха или для забора воздуха.

2. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.1, в которой магистральный питающий трубопровод представляет собой магистраль разреженности для соединения во время работы с воздушным откачивающим насосом, в результате чего воздушный откачивающий насос сообщается посредством магистрального питающего трубопровода с каждым из секторов, а два клапана выпуска воздуха предназначены для забора воздуха.

3. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.1, в которой магистральный питающий трубопровод представляет собой магистраль повышенного давления для соединения во время работы с источником воздуха повышенного давления, в результате чего источник воздуха повышенного давления сообщается посредством магистрального питающего трубопровода с каждым из секторов, а два клапана выпуска воздуха предназначены для выпуска воздуха.

4. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.1, содержащая два параллельных магистральных питающих трубопровода, из которых один является магистралью разреженности для соединения во время работы с воздушным откачивающим насосом, в результате чего воздушный откачивающий насос сообщается посредством первого из двух магистральных питающих трубопроводов с каждым из секторов, а другой является магистралью повышенного давления для соединения во время работы с источником воздуха повышенного давления, в результате чего источник воздуха повышенного давления сообщается посредством первого из двух магистральных питающих трубопроводов с каждым из секторов.

5. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.4, содержащая два воздушных клапана вблизи каждого конца каждого сектора для осуществления сообщения соответственно с магистралью разреженности и магистралью повышенного давления.

6. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.1-5, содержащая поршень, выполненный с возможностью герметичного поступательного перемещения по приводной линии для приведения в движение транспортного средства по используемому пути, и средство приведения в движение, соединенное с возможностью приведения его в движение с поршнем для соединения с транспортным средством.

7. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.6, содержащая дополнительный поршень, соединенный с указанным поршнем посредством тележки, которая поступательно перемещается внутри приводной линии.

8. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.6, в которой средство приведения в движение содержит пилон, соединенный с поршнем и проходящий во время работы по удлиненной прорези в стенке приводной линии, при этом прорезь гибко герметизирована для обеспечения возможности прохождения пилона.

9. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.6-8, в которой приводная линия содержит систему механического торможения за счет трения для осуществления торможения используемого транспортного средства.

10. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.6-8, содержащая систему механического торможения за счет трения между средством приведения в движение и внутренней стенкой приводной линии для осуществления торможения используемого транспортного средства.

11. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.6-10, в которой поршень имеет аварийную мембрану сброса давления, обеспечивающую избирательное прохождение воздуха с одной стороны в другую.

12. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.6-11, в которой магистральные пневмоклапаны являются дроссельными клапанами, регулирующими поток воздуха постепенно и тем самым обеспечивая возможность регулирования скорости и ускорения транспортного средства.

13. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из предыдущих пунктов, содержащая воздушный насос, соединенный с магистральным питающим трубопроводом или с каждым из них.

14. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из предыдущих пунктов, содержащая средство управления клапанами, выполненное с возможностью открытия и закрытия магистральных клапанов, секторных запорных клапанов и выпускных клапанов в одной или нескольких заданных последовательностях для придания движения используемому транспортному средству или для торможения его.

15. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.14, в которой средство управления клапанами срабатывает на команду торможения для включения последовательности клапанов для изменения на обратное направления приводного воздействия на поршень и регенеративного торможения за счет того, что в результате этого поршень будет либо подавать воздух в магистраль повышенного давления, либо выводить воздух из магистрали разреженности.

16. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по п.14 или 15, в которой средство управления клапанами содержит систему взаимной блокировки безопасности для предотвращения столкновения для каждого сектора, которая реагирует на действие выпускных или впускных клапанов в следующем прилегающем секторе, при этом закрываясь, чтобы сохранять закрытым секторный запорный пневмоклапан между секторами и задействовать магистральные пневмоклапаны в указанном секторе для изменения на обратное направления приведения в движение, чтобы тем самым затормозить и остановить транспортное средство в указанном секторе до повторного открытия выпускных клапанов в следующем прилегающем секторе.

17. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.14-16, в которой средство управления клапанами выполнено с возможностью срабатывания на положение поршня вдоль сектора приводной линии и на сигналы команды, характеризующие требуемое ускорение или замедление, скорость и/или направление.

18. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.14-17, в которой средство управления клапанами с помощью средств радиосвязи или с помощью механической, гидравлической или пневматической связи сообщено с магистральными пневмоклапанами, запорными пневмоклапанами сектора и клапанами выпуска воздуха.

19. Линейная система для приведения транспортного средства в движение по любому из пп.14-17, в которой средство управления клапанами с помощью главных токоведущих рельсов сообщено с магистральными пневмоклапанами, запорными пневмоклапанами сектора и клапанами выпуска воздуха.

20. Способ приведения в движение транспортного средства по пути, содержащему туннельную приводную линию, разделенную по длине на множество взаимно герметизированных секторов, в котором транспортное средство с возможностью приведения его в движение соединено с поршнем, двигающимся в приводной линии, причем согласно этому способу избирательно подают разреженность или воздух повышенного давления избирательно из прилегающей магистрали в каждый сектор из множества взаимно герметизированных секторов; разреженность или повышенное давление избирательно подают в соответствующий концевой участок или участки используемого в данное время сектора для обеспечения перепада давления на поршне и приводят в движение поршень от сектора к сектору путем осуществления сообщения следующего прилегающего сектора с атмосферой, и затем временно позволяют воздуху протекать и поршню проходить между текущим сектором и этим следующим сектором; и затем подают разреженность или воздух повышенного давления из указанной магистрали в этот прилегающий сектор, который стал текущим сектором, и затем цикл повторяют.

21. Способ по п.20, включающий в себя операцию реагирования на команду торможения для включения последовательности подачи воздуха или разреженности для изменения на обратное направления приводного воздействия на поршень для создания регенеративного торможения, обусловливая либо подачу поршнем воздуха в магистраль повышенного давления, либо выведение воздуха из магистрали разреженности.

22. Способ по п.20 или 21, включающий в себя этап реагирования на положение поршня вдоль сектора приводной линии и на сигналы команды, характеризующие требуемые ускорение или замедление, скорость и/или направление для регулирования потока воздуха в концевые участки секторов и из них для соответственно приведения в движение или торможения транспортного средства.