Транспортная система

Транспортная система

Реферат

Изобретение относится к области транспортных механизмов с заданной траекторией движения и может быть использовано для перевозки людей с ограниченными возможностями в больших больничных комплексах, а также посетителей выставок и прочих зрелищных мероприятий.

На протяжении XX в. многие изобретатели пытались создать «лифт по горизонтали». Речь идет о системе, предназначенной для перевозки небольшого числа пассажиров на расстояние до 3-5 км, и при этом легко встраиваемой в уже существующую городскую инфраструктуру. Обычные транспортные средства, даже будучи снабжены экологичными и бесшумными двигателями, все равно требуют дорожек с твердым покрытием или рельсов, а также места для «парковки». Ко всему прочему, они неизбежно представляют опасность для окружающих. Особенно остро проблема стоит там, где потенциальными пассажирами являются люди с ограниченными возможностями - в больших больничных комплексах, в санаториях и т.п. местах. Идеальным вариантом было бы передвижение транспортного средства вдоль стены наподобие кабины лифта.

Одна из первых транспортных систем «настенного» типа описана в пат. США №1.431.536 (МПК В61В 13/04, 10.10.1922). Согласно замыслу автора, кабины должны были перемещаться по обеим сторонам легкой эстакады, для чего они снабжались сверху опорными колесами, а снизу - горизонтальными направляющими колесами (роликами). Пассажиров планировалось разместить на боковых сиденьях спиной к ходовому пути.

Несмотря на восхитительную простоту проекта, он вряд ли мог быть реализован на практике. Дело в том, что при смещенном центре тяжести кабины к верхнему опорному колесу приложено боковое усилие, и оно стремится съехать с поверхности качения. Автор понимал указанную проблему и предусмотрел для опорных колес специальную канавку, в по дну которой они якобы должны свободно перемещаться. Однако боковое усилие прижимает колесо к внешней стенке канавки, из-за чего резко возрастает трение и происходит интенсивный износ резиновой покрышки. Кроме того, в канавке неизбежно скапливаются атмосферные осадки, а также в нее могут попасть посторонние предметы.

Современный вариант локальной транспортной системы описан в пат. США №5.934.198 (МПК В61В 13/04, 10.08.1999). Здесь в качестве приводного устройства фигурирует линейный электродвигатель. Также присутствует весьма сложный рычажный механизм, назначением которого является компенсация дисбаланса масс. Поскольку каждая кабина рассчитана всего лишь на двух пассажиров, конструкция кажется неоправданно усложненной. Кроме того, слабо проработан ходовой путь - «главная деталь» любого подобного проекта.

В пат. РФ №2.060.184 (МПК В61В 13/08, 20.05.1996) описано оригинальное транспортное средство, теоретически способное ездить по вертикальной стене за счет «присоски». Однако автор не удосужился оценить мощность вентилятора для создания хотя бы слабого разрежения при отсутствии уплотнителя («юбки»). Понятно, что без уплотнителя воздух будет перегоняться вхолостую, но как создать надежный скользящий уплотнитель - до сих пор неясно. Остается добавить, что данная проблема стала воистину роковой для большинства аппаратов на воздушной подушке.

Более приближенной к реальности является встраиваемая в существующую инфраструктуру транспортная система, описанная в пат. США №5.456.183 (МПК В61В 13/04, 10.10.1995).

При первом же взгляде на чертежи сразу бросается в глаза обилие всевозможных колес - обрезиненных и металлических, типа железнодорожных. Наученный горьким опытом предшественников, автор поставил перед собой задачу добиться 100%-й устойчивости кабин (вероятно, даже в случае урагана). С другой стороны, налицо попытка перейти от маломестных кабин к настоящим вагонам - по образу и подобию известных «монорельсов». К сожалению, этот путь заведомо ведет в тупик: именно проблема дисбаланса масс осталась нерешенной за столетие существования монорельсовых транспортных средств. Поскольку размещение пассажиров в салоне городского общественного транспорта является случайным, вагон на узкой несущей балке оказывается неустойчивым - наподобие корабля, он испытывает «бортовую» и «килевую» качку. Кроме того, асимметричный (случайно или намеренно) вагон создает в самой балке крутящий момент, что также весьма нежелательно. Наиболее простой и удобный способ уменьшения величины дисбаланса - специальное боковое расположение пассажирских мест в вагоне (кабине), что имело место еще в ранних проектах.

Итак, оптимальная компоновка кабины уже определена и дальнейшему пересмотру не подлежит. Единственное, что еще возможно пересматривать - это количество и расположение колес. Желательно обойтись их минимальным количеством, а также исключить балансиры или сложные подвески. Вернемся к проекту 1922 г.: как уже указывалось выше, его «слабым местом» является канавка для опорных колес, расположенная сверху. Если же перенести опорные колеса вниз, то возникает новая проблема - проблема стабилизации верха кабины. Чтобы кабина не «выпала» из ходового пути, приходится снабжать ее дополнительными колесами или роликами.

ПРОТОТИП. В пат. США №4.690.064 (МПК В61В 13/04, 1.09.1987 г.) описано транспортное средство рассматриваемого «асимметричного» типа, у которого имеются три группы колес. Наиболее важным является расположение поверхности качения верхнего горизонтального колеса на внутренней поверхности «козырька», закрывающего ходовой путь сверху. Для компенсации бокового усилия автор ввел третье колесо, катящееся по наружной поверхности балки ниже основного (опорного) колеса.

Фактически предложенная система является улучшенной версией изначальной конструкции 1922 г. Однако «улучшение» является скорее умозрительным, нежели практическим. Чтобы кабина со смещенным центром тяжести была устойчивой и не раскачивалась во время движения, горизонтальные колеса следует установить с некоторым «натягом», т.е. они должны постоянно обжимать ходовой путь. Разумеется, трение при этом возрастает и становится заведомо большим, чем у обычного колесного экипажа равной массы. Указанная трудноразрешимая проблема типична для всех «монорельсов» и является главной причиной их сравнительно редкого использования в современном мире. Чтобы обеспечить устойчивость транспортного средства на узкой балке, многие авторы предлагают довольно сложные системы автоматического регулирования опять-таки с использованием качающихся рам или балансиров (см., например, пат. США №4.996.928).

Задачей настоящего изобретения является разработка предельно простой, но комфортной и надежной «локальной» (т.е. встраиваемой в инфраструктуру) транспортной системы.

Задача решается согласно формуле изобретения за счет признаков, общих с прототипом - таких, как транспортная система, включающая ходовой путь с набором поверхностей качения и транспортное средство со смещенным центром тяжести, снабженное нижними опорными колесами и верхними направляющими колесами, и отличительных, существенных признаков таких, как нижние опорные колеса установлены с отклонением от вертикали, а нижняя поверхность качения расположена под наклоном и имеет вогнутый профиль, при этом угол отклонения нижних опорных колес от вертикали находится из соотношения:

tgα=b/(h₁+h₂),

где α - угол отклонения от вертикали, b - среднее расстояние от вертикали, проходящей через центр тяжести транспортного средства до центральной линии нижней поверхности качения, h₁ - среднее возвышение центра тяжести над центральной линией нижней поверхности качения, h₂ - расстояние между центром тяжести и центральной линией верхней поверхности качения.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение иллюстрируется чертежом, поясняющим основную конструктивную идею.

Локальная транспортная система включает ходовой путь 1 с набором поверхностей качения 2, 3 и транспортное средство 4 со смещенным центром тяжести, снабженное нижними опорными колесами 5 и верхними направляющими колесами 6. Нижние опорные колеса 4 установлены с отклонением от вертикали, а нижняя поверхность качения 2 также расположена под соответствующим углом, при этом угол отклонения находится из соотношения:

tgα=b/(h₁+h₂),

где α - угол отклонения от вертикали, b - среднее расстояние от вертикали, проходящей через центр тяжести транспортного средства 4 до центральной линии нижней поверхности качения, h₁ - среднее возвышение центра тяжести над центральной линией нижней поверхности качения, h₂ - расстояние между центром тяжести и центральной линией верхней поверхности качения.

Устройство снабжено предохранительной скобой 7. Нижняя поверхность качения с внутренней и с внешней стороны имеет плавный подъем относительно наклонной плоскости.

Поскольку положение центра тяжести транспортного средства относительно верхней и нижней поверхностей качения зависит от числа пассажиров, угол наклона нижней поверхности качения 2 может оказаться недостаточным, и тогда опорное колесо 5 уходит в сторону несущей стены. Если угол наклона поверхности качения окажется избыточным, то опорное колесо смещается ближе ко краю поверхности качения. В обоих случаях колесо взаимодействует с поверхностью качения только частью покрышки, что нежелательно. Отклонение от центральной линии плоской поверхности качения сопровождается «положительной обратной связью», и возникают колебания - колесо движется по синусоиде.

Интересно отметить, что в конце 40-х гг. XX в. аналогичная неустойчивость переднего колеса самолетного шасси доставила много хлопот конструкторам. Поскольку авиаконструкторы не могли задать другой профиль посадочной полосы, кроме плоскости, они вынуждены были найти решение внутри самолета. Здесь же вполне возможно изменение формы ездовой полки - с целью стабилизации режима качения опорных колес поверхность качения 2 имеет вогнутый профиль. Можно сказать, что канавка возвращена на свое почетное место, однако теперь она находится под «крышей», расположена наклонно и имеет относительно малую глубину. Все перечисленные факторы гарантируют, что канавка не засорится.

Целесообразно выбрать базовый угол наклона, исходя из полной загрузки - ведь гонять по линии пустые кабины не имеет смысла. Разумеется, пассажиры заметно различаются по массе, однако вряд ли все они окажутся толстяками. Следует особо подчеркнуть, что малое отклонение центра тяжести не нарушает устойчивости кабины, а лишь слегка увеличивает трение.

В заключение остается добавить, что реальный угол наклона опорного колеса 5 находится в пределах 10-15°, а нагрузка на верхнее направляющее колесо 6 уменьшается с высотой:

F_верхн=Р·tgα·h₁/(h₁+h₂).

Таким образом, выгодно расположить верхнюю плоскость качения как можно выше, над кабиной. В прототипе же колеса сгруппированы примерно на одном уровне, что дополнительно затрудняет стабилизацию транспортного средства. С учетом всего сказанного, «настенный» вариант транспортной системы является оптимальным, а кабина действительно должна напоминать кабину лифта с «глухой» внутренней стенкой.

Современная автоматика вполне позволяет обеспечить максимальное удобство пользования «локальной» транспортной системой. Пассажир просто заходит в кабину, садится и нажимает нужную клавишу на панели управления - дальнейшее происходит аналогично действию обычного лифтового механизма.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Транспортная система, включающая ходовой путь с набором поверхностей качения и транспортное средство со смещенным центром тяжести, снабженное нижними опорными колесами и верхними направляющими колесами, отличающаяся тем, что нижние опорные колеса установлены с отклонением от вертикали, а нижняя поверхность качения расположена под наклоном и имеет вогнутый профиль, при этом угол отклонения нижних опорных колес от вертикали находится из соотношения:

tgα=b/(h₁+h₂),

где α - угол отклонения от вертикали, b - среднее расстояние от центра тяжести транспортного средства до центральной линии нижней поверхности качения, h₁ - среднее возвышение центра тяжести над центральной линией нижней поверхности качения, h₂ - расстояние между центром тяжести и центральной линией верхней поверхности качения.