Размещено на http:\\www.allbest.ru\

31

Екатеринбург2011

Министерство общего и среднего профессионального образования Свердловской области.

МОУ - гимназия №13

Направление -- Научно-техническое

Секция -- Физика

Реферат на тему

Монорельсовые дороги, как один из способов решения транспортных проблем

Исполнитель:

Лугинин Георгий Максимович

10 класс, МОУ - гимназия №13

Руководитель:

Коломиец Ульяна Юрьевна

Учитель физики МОУ - гимназии №13



Содержание

• Введение 3
• 1. История создания 4
• 1.1 Конструкция первых монорельсов 4
• 1.2 Виды монорельсов 6
• 1.3 Страны использующие монорельс 9
• 2. Физика монорельсовых дорог 11
• 2.1 Монорельсы, основанные на магнитном поле 11
• 2.2 Особенности строения 15
• 2.3 Характеристики 20
• 3. Перспективы строительства монорельсовых дорог в г.Екатеринбуре(практика) 26
• Вывод 29
• Список литературы 30
• Приложение 1 31
• Приложение 2 32


Введение

Монорельс (устар. однорельсовая железная дорога) -- разновидность рельсового транспорта. Хотя формально под выражением монорельс понимается железная дорога в которой используется один несущий рельс в отличие от обычной железной дороги где их два, в существующей практике под монорельсом понимаются различные формы внедорожного транспорта где рельса как такового может и не быть вообще. Как правило монорельсом называется любая форма эстакадного транспорта где подвеска выполнена нетрадиционным способом -- то есть без двух несущих рельсов.

Монорельс на данный момент является самым перспективным транспортом, так как не занимает места на автодорогах, бесшумен, экологичен, и имеет высокую скорость перевозки пассажиров. Данный вид транспорта также очень интересен с точки зрения физики, так как не каждый поезд ездит с помощью магнитного поля.

Цель работы: Изучить структуру с точки зрения физики, сопоставить все плюсы и минусы и разработать план постройки монорельсовых дорог в г. г. Екатеринбурге

Задачи:

- Изучить историю создания первых монорельсовых дрог и их конструкцию

- Изучить физические явления проявляемых при движении монорельсовых дорог

- Изучить особенности разных видов монорельсовых дорог

- Рассмотреть перспективы строительства монорельсовых дорог в г.Екатеринбурге

- Выявить все плюсы и минусы монорельсовых дорог

1. История создания

1.1 Конструкция первых монорельсов

Первый монорельс в мире появился в 1820 году в России. Тогда житель села Мячково в Подмосковье Иван Эльманов построил «Дорогу на столбах» -- по верхнему продольному брусу катились вагонетки, которые тянули лошади.

Немногим позже, независимо от русского изобретателя, монорельс схожей конструкции был изобретён в Великобритании Генри Робинзоном Пальмером. Он запатентовал своё изобретение 22 ноября 1821 года. В 1824 году в Великобритании был построен первый действующий монорельс. Он использовался на военно-морской верфи исключительно для перевозки грузов.

Первый пассажирский монорельс в мире был открыт 25 июня 1825 года. Он был устроен по принципу Пальмера.

После этого в течение примерно полувека ничего нового в области строения монорельса не происходило. Попытки создать работоспособный монорельс, теперь уже на паровой тяге, возобновились в конце XIX века. Известно, что в 1872 году на политехнической выставке в Москве демонстрировался участок монорельсовой дороги конструкции инженера Лярского. В 1876 году паровой монорельс демонстрировался на выставке Centennial Exposition в США. Длина трассы монорельса составляла 170 ярдов (около 150 м).

В общем в конце XIX века монорельс был частым гостем на разнообразных выставках. В 1872 году монорельс на кабельной тяге демонстрировался в Лионе, в 1891 году в Сент-Луисе демонстрировался монорельс с вагонами наподобие трамвайных.

В то же время создание действующего, работоспособного монорельса оказалось гораздо более сложным делом. В XIX веке было создано огромное количество конструкций монорельса, но большинство из них так и остались на бумаге, а те, которые были реализованы, не отличались долголетием. В 1878 году начал действовать паровой монорельс, соединяющий Брадфорд и Гилмор (Пенсильвания). Его длина составляла 6,4 км. Этот монорельс создавался для перевозок промышленного оборудования, но он также перевозил пассажиров. Брадфордский монорельс закрылся вскоре после случившейся 27 января 1879 года серьёзной катастрофы, когда погиб машинист монорельса и три его пассажира.

С развитием электротехники на монорельсах стали использовать электрический привод. Одна из первых электрических монорельсовых дорог, известная как Enos Electric Railway

Гринвилей, Нью-Джерси.

Как уже было указано выше, несмотря на активные поиски, создать монорельс, способный быть полноценным транспортным средством, в XIX веке так и не удалось. Единственный успешный монорельс той эпохи -- построенный в Ирландии в 1888 году монорельс, соединявший Баллибунион и Листоуэл. Он просуществовал до 1924 года. Однако распространения эта конструкция не получила (более подробно -- см. Монорельс системы Лартига).

Первые монорельсы на конной тяге были подвесными. Паровые монорельсы имели своеобразную полуподвесную конструкцию: состав опирался на несущий рельс, стабильность обеспечивалась боковыми направляющими рельсами. Поперечный разрез такого пути напоминал букву «А», где верхняя точка соответствует несущему рельсу, а точки соединения боковых сторон и поперечной перекладины -- направляющим. С появлением электрических монорельсов снова стала использоваться подвесная компоновка.

Однако предлагались и более необычные конструкции. В 1894 году в США была построена монорельсовая железная дорога Boynton Unicycle Railway. На этой дороге поезд опирался на один несущий рельс, сверху же проходил поддерживающий деревянный рельс. Основным недостатком такой дороги было то, что на поворотах из-за инерции («центробежной силы») на поддерживающий рельс действовали высокие силы.

В 1967 году планировалось построить разветвлённую линию подвесного монорельса от станции метро «Автозаводская» до станции «Коломенская»; был выпущен опытный вагон, который выставлялся на ВДНХ. Позднее оказалось, что на пути монорельса располагается район Царицыно -- бывший посёлок Ленино, ставший районом массовой жилой застройки, и с его пассажиропотоком могло справиться только метро.

1.2 Виды монорельсов

Классический монорельс

Предложенная концепция относительно дешевой, быстрой и экологически чистой формы общественного транспорта может стать прекрасным решением в условиях большого города, а также для междугородних транспортных соединений.

Пути, по которым будет двигаться монорельс, могут быть построены над уже существующими дорогами и шоссе, что избавит города от необходимости выделять дополнительную площадь. Еще одним важным преимуществом такой системы общественного транспорта может стать ее малая стоимость: монорельс обойдется городу от трех до пяти раз дешевле, чем высокоскоростной железнодорожный транспорт.

Согласно с Globe and Mail, такие монорельсы смогут достигать скорости 250 км/ч; каждый вагон сможет вместить 60-75 пассажиров. При этом движение вагонов обеспечивается за счет 16 электрических двигателей, расположенных внутри колес, что исключает выброс вредных веществ в атмосферу. Актуальность этой идеи кажется еще более очевидной в условиях повышения цен на горючее топливо. Тип двигателей, которые будут применены в этом проекте, уже на данном этапе способны конкурировать с уже существующими моторами.

Персональный монорельс

В этой монорельсовой дороге нет привычных другим монорельсам поездов. Каждый пассажир здесь ездит в отдельной прозрачной кабинке. Причем, кабинка это движется вовсе не электричеством, а исключительно благодаря физической силе самого пассажира.

Каждая кабинка оборудована педалями, крутя которые она с человеком в внутри и передвигается по монорельсовой дороге. Причем, создатели этого индивидуального монорельса подсчитали, что силы, которую человек тратит на передвижение своей кабинки, необходимо в два раза меньше, чем для езды на гоночном велосипеде, и в три раза - на горном.

При желании, при путешествии группами, кабинки можно цеплять одна к другой. Тогда получится настоящий поезд, движимый силой ног туристов. В этом случае, пока одни путешественники крутят педали, другие могут временно отдохнуть.

Монорельс для велосипедистов

Болгарский архитектор Мартин Ангелов предложил идею создания надземных велосипедных дорожек. Новый вид велотранспорта, созданный фантазией Мартина Ангелова и названным им Kolelinia, очень похож на монорельс. Те же станции на небольшом расстоянии друг от друга, те же рельсы в каждую из сторон движения. Вот только по рельсам движутся не вагончики, а велосипеды.

Монорельс с боковым рельсом

Более полутора веков монорельсовые дороги делились на два типа: подвесные (вагон под балкой) и навесные (вагон на балке). Но вот в 1989 году на "украинской ВДНХ" появилась модель - копия проектной монорельсовой дороги в масштабе 1:5, вагоны по отношению к балке располагались там не сверху, и не снизу, а сбоку.

Автором этой оригинальной системы был инженер Евгений Иванович Попов, а финансировалась разработка Киевским центром НТТМ "Прогресс".

Собственно, идея боковой подвески давно витала в воздухе и в прямом и в переносном смысле. Ещё в шестидесятых годах в промышленности нашли распространение однобалочные мостовые краны, у которых тележка подвешивалась сбоку балки. Тем не менее до Попова никто не предлагал перенести эту схему на пассажирский монорельс.

Боковая подвеска вагона (см. рисунок) дает целый ряд существенных преимуществ:

а) для двухпутного движения можно использовать одну балку;

б) на значительной части пути балка может быть выполнена в виде стенки из железобетонных панелей или монолитного железобетона.

в) благодаря устойчивости вагона при боковой подвеске можно снизить вес ходовых частей.

Другая особенность системы Попова - сбалансированная подвеска вагонов на восьми катках, что позволяет выполнять путь в вертикальной плоскости не из кривых балок, а из прямых, составленных под углом.

Поезд монорельса Попова должен был состоять из десяти двухэтажных вагонов с общим числом посадочных мест 960. Конструкционная скорость - 120 километров в час. Стоимость строительства по расчетам выходила в 20 раз дешевле, чем у метро, а при цене билета 5 копеек в ценовом масштабе 1989 года срок окупаемости должен был составить около 4 лет.

1.3 Страны использующие монорельс

Очень широкое развитие монорельс получил в Японии, США и Германии, также Россия начинает строительство монорельсовых дорог. Япония выбрала монорельс из-за его компактности так как он размещается над землёй, тем самым он занимает места меньше чем расширение дорог а также строительство обходится гораздо дешевле чем если бы строить метро.

В США монорельс в основном используется в парках развлечений чтобы из одного конца добраться в другой. Строиться монорельс быстрыми темпами в Германии, в Берлине и Франкфурте крупнейшая сеть монорельсовых дорог в Европе.

В Японии первый монорельс появился в 1964 году и до сих пор работоспособный. Эта линия Токио - Ханеда, её длинна: 17,8 км, 10 станций, обслуживает 137 900 пассажиров в день. Работает без перебоев 43 года подряд считается самой загруженной монорельсовой дорогой в мире.

Линия соединяет аэропорт Ханеда с железнодорожной станцией Хамамацуко. Проходит через высокоразвитые деловые и жилые районы Токио. В некоторых местах идёт параллельно Синкансену и основным железнодорожным линиям.

В основном линия проходит на эстакаде, но есть и несколько подземных участков в районе аэропорта и под каналами (линия проходит через несколько искусственных островов в Токийском заливе). Много опор стоит в воде. Станции также бывают надземными, на уровне земли, встроенными в зданияи подземными (в аэропорте). Составы оборачиваются при помощи стрелок.

Последнее продление линии было в 2004 году (добавили 900 метров): была построена новая станция во втором терминале аэропорта Ханеда.

В Малайзии монорельс-ОТ действует в Куала-Лумпуре (с 2003 года, 8,6 км). Ещё в нескольких городах этой страны монорельсы-ОТ строятся. В Чунцине (Китай) с 2005 года действует монорельс протяжённостью 13,5 км. Монорельсы также строятся в Сингапуре (планируемая длина -- 2,1 км), Джакарте (27 км), Объединённых Арабских Эмиратах, Тегеране, нескольких городах Китая.



2. Физика монорельсовых дорог

2.1 Монорельсы, основанные на магнитном поле

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation) -- это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолета и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

Общие сведения о поездах на магнитном подвесе

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

1. На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS).

Сверхпроводящий магнит - соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке сверхпроводящего магнита, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике. Обмотка сверхпроводящего магнита теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока Iк или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток сверхпроводящих магнитов. применяют материалы с высокими значениями Тк, Iк и Нк.

2. На электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS).

3. На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов магнитов и, наоборот, притягивания разных полюсов. Движение осуществляется линейным двигателем.

Линейный двигатель -- электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую бегущее магнитное поле, а другой выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя.

Сейчас разработано множество проектов линейных двигателей, но всех их можно разделить на две категории - двигатели низкого ускорения и двигатели высокого ускорения.

Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен). Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его. Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, как оружие или пусковые установки космических кораблей. Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков,и в робототехнике. расположенным либо на поезде, либо на пути, либо и там, и там. Серьёзной проблемой проектирования является большой вес достаточно мощных магнитов, поскольку требуется сильное магнитное поле для поддержания в воздухе массивного состава.

По теореме Ирншоу (S. Earnshaw, иногда пишут Эрншоу), статичные поля, создаваемые одними только электромагнитами и постоянными магнитами, нестабильны, в отличие от полей диамагнетиков.

Диамагнетики - вещества, намагничивающиеся навстречу направлению действующего на них внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики не имеют магнитного момента. и сверхпроводящих магнитов. Существуют системы стабилизации: датчики постоянно замеряют расстояние от поезда до пути и соответственно ему меняется напряжение на электромагнитах. Наиболее активные разработки маглев ведут Германия и Япония.

Недостатки

Железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии маглева будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

Например, стрелка для маглева представляет собой два участка дороги, которые сменяют друг друга в зависимости от направления поворота. Поэтому маловероятно, что линии маглева будут образовывать мало-мальски разветвлённые сети с развилками и пересечениями.

Варианты

Существуют проекты магнитных дорог с различными видами магнитного подвеса, например, Tubular Rail предлагает отказаться от рельса как такового, и использовать лишь периодически расставленные кольцевые опоры.

Советский магнитный монорельс и его потомки

Действующие ныне монорельсовые дороги имеют в основном электрическую тягу, получая энергию от контактного провода. Они малошумны и не загрязняют воздушного бассейна. Поезд монорельсовой дороги, как и поезд метрополитена, может состоять из одного или нескольких вагонов. Максимальная скорость движения на действующих дорогах составляет 70-125 км/ч, провозная способность - до 40 тыс. пасс/ч. Стоимость сооружения монорельсовых дорог примерно в 2 раза ниже стоимости подземного метрополитена. При наличии свободных пространств для установки эстакады они признаются эффективными в качестве средств городского и пригородного транспорта, а также в сильно пересеченной и горной местности.

В восьмидесятых годах учеными Физико - энергетического института АН Латвийской ССР был создан весьма оригинальный проект монорельса на магнитной подушке для перевозок со скоростью 500 километров в час. Вагон предполагалось создать на базе уже проверенного в эксплуатации фюзеляжа

транспортного самолета Ил-18. Длина такого вагона, по проекту

вмещавшего 100 пассажиров, составляла 36 метров, ширина 3,5 метра, высота 3, 85 метра, а масса - 40 тонн. Под полом вагона размещались криостаты со сверхпроводящими магнитами, которые соединялись с кузовом через рессорное подвешивание (т.к. при скорости 500 километров в час возмущения от пути невозможно гасить только за счет зазора в магнитной подвеске, принятого равным 22 миллиметра). Преобразователи частоты управлялись бортовым компьютером.

Во время стоянки и перемещения в депо и на экипировочные участки вагон должен был двигаться на колесах по рельсам с колеей 3 метра, при движении на перегоне колеса убирались. На эти колеса экипаж также должен был "приземляться" при аварии системы магнитной подвески.

Была построена экспериментальная модель с вагоном массой 3,2 килограмма. В 90-е годы сведений о продолжении работ по данному проекту не поступало.

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, монорельсовый путь и сложен в устройстве, и трудоемок в постройке. Несущая балка (собственно монорельс) на навесных дорогах изготавливается из монолитного или сборного железобетона, а на всех подвесных - из высокопрочной стали. Этот элемент конструкции должен выдерживать очень большие нагрузки во время разгона и торможения поездов, а также при прохождении поездами криволинейных участков пути. Таковые, в частности, для компенсации центробежных сил, изогнуты в двух плоскостях, что приводит к удорожанию всей постройки. Например, для строительства пути монорельсовой дороги в Диснейленде пришлось заказывать сложную сборную опалубку, состоящую из пятидесяти элементов. Кроме того, монорельсовые дороги сложны в обслуживании пути и подвижного состава, а также требуют подъема пассажиров на эстакаду и спуска с нее.

Указанные недостатки привели к тому, что мире на данный момент построено несколько десятков отдельных линий монорельсовых дорог на магнитной подушке протяженностью от сотен метров до нескольких километров главным образом в качестве аттракционов в парках, на выставках и т.п.

Вместе с тем монорельсовые дороги могут иметь свою экономически целесообразную сферу применения как полноценный вид городского и междугороднего транспорта.

2.2 Особенности строения

Несущая балка

Несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, монорельсовый путь и сложен в устройстве, и трудоемок в постройке. Несущая балка (собственно монорельс) на навесных дорогах изготавливается из монолитного или сборного железобетона, а на всех подвесных - из высокопрочной стали. Этот элемент конструкции должен выдерживать очень большие нагрузки во время разгона и торможения поездов, а также при прохождения поездами криволинейных участков пути. Таковые, в частности, для компенсации центробежных сил, изогнуты в двух плоскостях, что приводит к удорожанию всей постройки. Например, для строительства пути монорельсовой дороги в Диснейленде пришлось заказывать сложную сборную опалубку, состоящую из пятидесяти элементов.

Помимо этого, каждый элемент монорельсовой балки должен быть изготовлен с высокой точностью, иначе поезд будет идти по ней, как телега по булыжной мостовой. Стальная балка дороже, но в условиях отечественного климата железобетон долго не прослужит - частые чередования зимой оттепелей и похолоданий, чего не бывает ни в Западной Европе, ни в Америке, приведут к тому, что поверхность бетонной балки станет выкрашиваться, а замена изношенного участка балки из-за больших размеров и массы - задача достаточно проблематичная. Сложна из-за размеров монорельса и его трудной доступности и дефектоскопия пути, а надежная работа без нее невозможна.

Стальной путь нуждается в серьезной защите от коррозии, а также в специальных стыках, которые компенсировали бы его удлинение из-за нагрева летом и укорачивание зимой. Такие необходимые для обеспечения путевого развития элементы, как стрелочные переводы и крестовины, у монорельсовых дорог крайне громоздки, сложны и ненадежны, а без них невозможны ни крупные станции и вокзалы, ни разветвленные сети линий, ни тем более депо.

Монорельсовый стрелочник

Принцип конструкции монорельсового стрелочного перевода достаточно прост. Один из участков пути вынимают, а на его место ставят другой или изготавливают его из какого-либо гибкого сплава, а у крестовины отрезок балки вращается вокруг вертикальной оси, как разворотный круг у веерного локомотивного депо. Наиболее велики размеры у стрелочных переводов навесных дорог: их длина равна сорока пяти метрам, на подвесных монорельсовых дорогах они компактнее.

Подобные конструкции очень тяжелы и тихоходны, переключают их с помощью гидравлических домкратов или мощных электроприводов. О надежности работы таких систем стрелочных переводов и крестовин в наших зимних условиях можно отозваться крайне скептически - трудности, связанные с их очисткой от снега и льда или с замерзанием приводов, несомненны. Низкая скорость их срабатывания - очень серьезный изъян: она накладывает ограничения на скорость движения поездов и делает невозможным, например, при возникновении экстренной ситуации перевод стрелки непосредственно перед идущим составом. Следует также особенно подчеркнуть, что монорельсовых дорог, работающих в климатических условиях, сопоставимых с российскими, нигде в мире нет. Даже в Монреале климат значительно мягче, а Франция и Япония и вовсе не знают, что такое зима в привычном нам смысле.

Однако в Германии очень серьезной проблемой считают зимнее обледенение монорельсовых балок, а в Японии монорельсовые дороги на зиму предпочитают закрывать. Очистка монорельсового пути от мусора, снега и льда - достаточно трудная задача, особенно на подвесных дорогах с симметричным подвешиванием: в этой конструкции колеса вагонов идут внутри балки. Кстати, практика эксплуатации во Франции таких подвесных дорог системы "Сафеже" показала, что поезда при быстром движении часто засасывают мусор внутрь балки.

В условиях нашего климата зимнее обледенение способно остановить работу дороги, а механическая очистка монорельса из-за его сложной конфигурации - довольно сложная техническая задача. Следовательно, необходимо либо оснащение всего монорельсового пути системой подогрева, либо применение очистки раскаленными газами - так чистят списанными реактивными двигателями аэродромы. Однако и то и другое дорого.

Плата за компактность

За компактность эстакады монорельсовым дорогам традиционного типа приходится расплачиваться сложностью ходовой части вагонов.

У дорог навесного типа ходовая часть включает несколько пар несущих колес, которые имеют электроприводы и многоступенчатую подвеску, и несколько пар колес боковой поддержки для снижения раскачивания и предотвращения схода вагона с монорельсовой балки. У подвесных дорог устройство подвески проще, и, кроме того, у старинных типов дорог с несимметричным подвешиванием и всех типов дорог с симметричным подвешиванием вагоны не имеют колес боковой поддержки. Однако вагон подвесной дороги состоит из двух фактически изолированных друг от друга частей: кузова и несущих тележек, посредством которых он и передвигается по монорельсу. Такая конструкция требует более мощных, чем у навесных дорог, электроприводов. Помимо этого, элементы ходовой части подвесных дорог, по сути, открыты и атмосферным осадкам, и всевозможным загрязнениям, что сказывается на надежности работы.

Подвесным дорогам также присуща и еще одна, крайне неприятная особенность: если вагон навесной дороги может сойти с эстакады только в случае полного разрушения пути, то на подвесной дороге достаточно, чтобы износились узлы, которыми кузов вагона крепится на тележках. А что такое срыв поезда с эстакады, имеющей более пяти метров высоты, хорошо показало крушение, не так давно случившееся на Вуппертальской дороге, когда двухвагонный поезд ушел на дно реки Вуппер. Однако если бы поезд упал не в реку, а, например, на шоссе, то последствия были бы еще более плачевными.

Следствие сложной конструкции ходовой части вагонов навесных дорог традиционного типа и всех подвесных - очень большое сопротивление движению. Этот факт влечет за собой совершенно чудовищный удельный энергорасход в несколько раз больший, чем у метрополитена. (Для сравнения. Удельный энергорасход троллейбуса вдвое больше, чем у трамвая, в результате на Западе, где электроэнергия значительно дороже, чем у нас, троллейбус экономически невыгоден и поэтому, кроме Франции и Швейцарии, почти нигде не используется.) Именно высокий удельный энергорасход и не дал традиционным монорельсовым дорогам получить широкое распространение. Второй по значимости их недостаток - быстрый износ шин несущих колес, в особенности при движении составов на высоких скоростях.

Токоприемник скоростного монорельсового электрического транспорта

Токоприемник Московской монорельсовой транспортной системы (ММТС) предназначен для питания линейных тяговых электродвигателей подвижного состава от питающих токопроводов. Устройство содержит нажимную пружину, систему рычагов и контактный элемент, выполненный из материала ПМГ. Комплект токоприемников состоит из шести одинаковых токосъемных устройств.

Система токосъема имеет ?-образный охватывающий контакт, который обеспечивает самоцентровку токосъемного элемента относительно токопровода, а также малый уровень радиопомех, генерируемых электрическими разрядами в зоне скользящего контакта.

Основные параметры:

рабочее напряжение -- 600 Вт;

сила нажатия в контакте 10 - 60 Н;

максимальный снимаемый ток -- 300 А.

Устройство содержит вторичное подрессоривание токосъемного элемента и узел регулирования статического нажатия, которые позволяют повысить экономичность и надежность токосъема, а также максимальную скорость движения подвижного состава до 150 км/ч. Данное устройство токосъема позволяет увеличить срок службы токосъемных элементов и токопровода, снижая тем самым на 20 - 24 % расходы на содержание системы токосъема. Устройство внедрено на предприятии ОАО «Московские монорельсовые дороги», осуществляющей разработку и ввод в эксплуатацию первой отечественной линии монорельсового транспорта.



2.3 Характеристики

Транспортное средство общего пользования. Может обладать высокой скоростью, малой стоимостью и экологической безопасностью.

Балка

В обычном монорельсе пролет представляет собой массивную железобетонную балку на опорах, причем ширина балки проектируется приблизительно равной ширине самого вагона для обеспечения устойчивости. В данном проекте для сохранения устойчивости применяется маховик, поэтому пролет представляет собой один обычный рельс, по которому движется одноколейный высокоскоростной вагон. Кроме того, маховик может использоваться как накопитель энергии торможения, что позволит снизить суммарные затраты энергии при движении с частыми остановками. Благодаря высокой ровности и жесткости пути на монорельсе легко достижимы скорости движения в 200 км/час и выше.

Рельс представляет собой жесткую конструкцию, состоящую из обычного рельса и размещенных снизу с провесом двух высокопрочных стальных канатов. Канаты растянуты с помощью домкратов до суммарного усилия в несколько сотен тонн.



Конструкция рельса-струны, общий вид пролета и вид сверху

Рельс спроектирован таким образом, что провесы струны (каната) при пролетах 10-100м. составляют 1-10см. Кстати, можно подобрать такую высоту прокладки, чтобы в случае аварии на одной из опор угол между краем упавшего пролета и землей допускал плавный "перекат" вагона на дорогу.

На один рельс оптимальное усилие натяжения составит 250 тонн (при расчетной прочности проволоки на разрыв 100 кгс/мм2 их суммарная площадь поперечного сечения составит 25 см2 на один рельс, а масса - около 20 кг/м; если струну выполнить в виде трех канатов, диаметр каждого каната будет около 35 мм).

ПРИМЕЧАНИЕ: Для сравнения: канаты современных висячих мостов достигают в поперечнике 1500 мм, а усилия их натяжения - 100 тыс. тонн и более. Усилия натяжения в 250 тс на один рельс обеспечат длину пролета до 100 м, 500 тс - до 1000 м, 1000 тс - до 2000 м.

Пролеты путевой структуры, превышающие 100 м, должны поддерживаться специальным тросом (размещенным снизу или сверху), т.е. они должны быть выполнены по типу висячих или вантовых мостов. Учитывая малый вес путевой структуры и транспортных модулей, канаты диаметром 10 см из высокопрочной стальной проволоки обеспечат поддержание пролета длиной до 2000 м, 20 см - до 4000 м. Современные композиционные материалы обеспечат максимальную длину пролета в 5000...6000 м.



Таким образом, каждый рельс поддерживается снизу двумя тросами. В случае обрыва одного из них система сохранить свою работоспособность.

Подобная конструкция обладает малой массой и низкой трудоемкостью в изготовлении, что позволит значительно снизить расходы на строительство и эксплуатацию линии.

Кстати, вместо колес (или вместе с колесами) можно применить воздушную подушку для частичной разгрузки колес. Для этого над рельсом устанавливается металлический желоб, под который подается воздух. При длине желоба 10 м и ширине 5см площадь составит 5000см, что при давлении в 1 атм составит усилие в 5 тонн.

Опора

Существует довольно простая технология установки свайных опор мостов. Она заключается в том, что вместо рытья котлованов или забивки копром, в грунт вкручивают стальную трубу. Разумеется, труба предварительно подготовлена. На конец трубы наваривают стальную площадку с зубцами для разрыхления грунта, а по всей поверхности трубы наваривают спираль из стальной полосы. Вворачивают трубу с помощью буровой машины. После установки внутрь трубы помещают заранее сваренную металлическую арматуру и заливают раствор. Свая готова.

Поворотное устройство

Представляет собой механизм для параллельного переноса вагона с одного пути на другой.

Вагон

Предположительно должен состоять из двух однотипных частей. Это для возможности движения, как в прямом, так и в обратном направлении.

Источник энергии

Маховик с подзарядкой на станциях от сети. В вагоне установлены два маховика (по одному на каждом конце вагона). Маховики соединены с обратимым разгонным электродвигателем. Энергии маховика должно быть достаточно для преодоления пути как минимум между несколькими станциями. На каждой станции есть контактное устройство, запитываемое от электрической сети. Вагон, прибыв на станцию, подключается к сети в случае падения энергии маховика ниже заданного значения.

Попытаемся представить себе новое транспортное средство с маховичным аккумулятором энергии, например, монорельс. Именно этот вид транспорта по своим технико-эксплуатационным показателям наиболее подходит для установки на нем маховичного аккумулятора-двигателя. Восполнение энергии целесообразнее всего производить на конечной станции, где вагоны стоят минут пять.

Прикинем размеры силовой установки. Протяженность среднего городского маршрута (в оба конца) колеблется в пределах 10-12 км. Возьмем для гарантии путь длиной 25 км. Сила, которая идет на преодоление дорожных сопротивлений вагона весом 10 т около 200 кг. Тогда количество энергии, необходимой для прохождения пути 25 км по ровной дороге без подъемов и остановок, будет равно 5 миллионам кгм. Известно, что маховик позволяет накапливать механическую энергию на спусках и остановках, а затем выделять ее при необходимости на подъемах и при разгоне. Поэтому для маховичного транспорта остановки и подъемы почти не снижают пути пробега. Если мы учтем КПД трансмиссии (примерно 90 процентов) и то обстоятельство, что скорость маховика не должна падать более, чем вдвое, а также прибавим еще 500 тысяч кгм на всякие непредвиденные случаи, то в итоге получим почти 8 миллионов кгм. Потери на собственное вращение маховика не учитываем, так как за час работы (а примерно за это время с остановками вагон и проходит 25 км) они ничтожны.

Если применить ленточный маховик уже испытанной конструкции с плотностью энергии около 10 тысяч кгм на килограмм веса, то надо будет применять маховик весом менее 1 т Располагать маховик удобнее всего под полом. Важно только, чтобы ось вращения маховика была вертикальна и гироскопический эффект не мешал поворотам.

Принцип движения

Светофор на следующей станции. Если на следующей станции стоит вагон, то пролет закрыт для движения и над станцией должен гореть красный сигнал. Как только вагон со следующей станции отправился в путь, вагон с предыдущей станции тоже может начинать движение.

Выводы: препятствия на пути...

Особенность строения пути. Поскольку рельс-струна может быть только прямой, то путь должен представлять собой прямую линию. В противном случае возможен динамический удар при переходе с одной струны на другую. Правда, некоторый изгиб трассы возможен при частых остановках на станциях. Разумеется, это возможно только при городском режиме движения с частыми остановками. Тогда при входе на следующий участок линии скорость движения вагона будет минимальна.

В остальных случаях как альтернативу можно предложить поворотные участки пути выполнять не из рельс-струн, а из обычных рельс на бетонном или стальном основании.

Резонанс. Всем известно, что туго нятянутые провода в ветренную погоду гудят. Гораздо более сильно натянутые провода линии вероятно, будут гудеть на еще более высокой частоте. Но самое неприятное то, что при движении вагона колебания пути могут вызвать механический резонанс и тогда возможно все, начиная от схода вагона с линии и заканчивая обрывом струны и разрушением пути.

Эффект Бернулли. При движении поездов навстречу друг другу между вагонами создается разрежение, причем настолько сильное, что может выдавить стекла из вагонов или оторвать одну сторону вагона от рельса. С этим впервые столкнулись строители скоростных железных дорог. Для снижения этого влияния приходиться снижать скорость поездов при встрече и увеличивать при строительстве расстояние между путями. С этим приходится считаться, ибо при встрече вагонов со скоростью 160 км/час+160 км/час = 320 км/час, на боковую поверхность вагона уменьшение давления составит до 1800 Па. При относительной скорости 400 км/час и расстоянии между осями параллельных путей 4,1 м аэродинамическая поперечная сила достигает 4-4,5 тыс.кгс или 44 кН на каждый вагон



3. Перспективы строительства монорельсовых дорог в г.Екатеринбуре(практика)

Главными перспективами монорельсовых дорог являются: бесшумность их движения, низкая цена строительства в отличие от метро, разгрузка автотранспортных дорог в черте города, скорость доставки пассажиров, а также экологичность данного вида транспорта.

Преимущества

1. Бесшумность транспорта объясняется индукцией магнитного поля так как передвижение под действием магнитов бесшумно.

2. Цена строительства ниже, чем у метро так как не нужно тратить деньги на бурительные машины и не будет сложности со строительством под землей.

3. Разгрузка дорог будет обусловлена заменой маршруток монорельсом, а так же после строительства сетей монорельсовых дорог тем кому нужно добираться на другой конец города смогут добраться быстрее чем на автомобиле в два раза.

4. Для монорельсовых дорог не будет ограничений в виде светофоров или пересекающих пути автодорог, потому что монорельсовые дороги находятся в воздухе

5. Экологичность данного вида транспорта состоит в том, что для его движение необходимо электричество.

6. Возможность построить дорогу на любом типе местности, что очень подходить для Екатеринбурга из-за своей каменистой местности.

7. Монорельсовый состав может преодолевать более крутые вертикальные уклоны по сравнению с любым двурельсовым транспортом.

8. Скорость, развиваемая монорельсом, в теории может значительно превышать скорость традиционных рельсовых составов, так как отсутствует опасность схода состава с рельс. Кроме того, вероятность столкновения с другими объектами дорожного движения ничтожно мала.

Недостатки

1. На практике монорельсовый транспорт часто движется с низкой скоростью, а монорельсовые дороги не могут справиться с большими пассажиропотоками.

2. Монорельсовые дороги почти нигде не стандартизированы. Исключением является Япония.

3. Монорельсовая стрелка -- сложное громоздкое сооружение, время перевода монорельсовой стрелки -- 30 с, в отличие от обычных стрелок, которые переводятся за долю секунды.

4. Существует потенциальная опасность падения состава с большой высоты (по сравнению с трамваем), особенно у подвесных поездов.

5. На некоторых линиях, в случае остановки вагона из-за аварии или технических проблем, пассажиры не могут покинуть вагоны.

6. Рельс принимает на себя мощные крутильные напряжения. На подвесном -- не только рельс, но и конструкция вагона.

7. На подвесном монорельсе возникает качка.

8. Содержание монорельсовой линии гораздо дороже, чем линии любого другого общественного транспорта.

Также монорельсовая дорога сможет город с аэропортом тем самым в пределе 30 минут до аэропорта смогут добираться люди не имеющие личного автомобильного транспорта. С помощью монорельсовой дороги можно будет в полчаса доставить рабочих из ближайших городов таких как: Кольцово, Среднеуральск, Верхняя Пышма, Берёзовский.

Моей идеей является постройка монорельсовых дорог в г.Екатеринбруге, так как многим очень трудно добираться со своих районов, до места работы поэтому я хочу предложить такой вариант строительства монорельсовой дороги: №1 Пехотинцев - Черепанова - Ж/Д Вокзал - Челюскинцев - Восточная - ЦПКиО, №2 В.Пышма - пр. Космонавтов. - Ж/Д Вокзал, №3 7 Ключей - Уральских Коммунаров - ЦХП - Кирова - ВИЗ - Волгоградская - Онуфриева - Амундсена - Ботаническая - Автовокзал - ЦПКиО, №4 Бородина - Нижнеисеткск - Уктус - Самолётная - ЦПКиО

При условии, что один километр эстакады стоит 3-3,5 млн рублей



Вывод

В процессе написания данной работы я узнал многое нового, о том как используется магнитная индукция в техники, подробно изучил устройство монорельсовой дороги.

По моему мнению я выполнил цель работы и задачи для её выполнения.

Цель работы: (Выполнена) Изучить структуру с точки зрения физики, сопоставить все плюсы и минусы и разработать план постройки монорельсовых дорог в г.Екатеринбурге

Задачи: (Выполнены)

ь - Изучить историю создания первых монорельсовых дрог и их конструкцию

ь - Изучить физические явления проявляемых при движении монорельсовых дорог

ь - Изучить особенности разных видов монорельсовых дорог

ь - Рассмотреть перспективы строительства монорельсовых дорог в г.Екатеринбурге

ь - Выявить все плюсы и минусы монорельсовых дорог



Список литературы

1. http://trended.ru/tag/podvesnye-monorelsy

2. Игорь Лебедев. И все-таки монорельс! "Техника - Молодежи", 5, 1989.

3. http://ppservis.ru/monorelsovye-dorogi.html

4. http://wikipedia.org

5. http://www.rikshaivan.ru/obschestvennyi-transport/monorel-s/vse-samoe-interesnoe-o-poezdah-na-magnitnom-podvese.html

6. http://forum.nashtransport.ru/index.php?showtopic=4884

7. http://science.ng.ru/policy/2001-01-24/1_transport.html

8. http://www.rikshaivan.ru/

9. Александр Бородулин. Магнитные страдания. "Техника - Молодежи", 1-2, 1992.

10. З.К. Сика, И.И. Куркалов, Б.А. Петров. Электродинамическая левитация и линейные синхронные двигатели транспортных систем. Рига, "Знатне", 1988.

11. monorail.narod.ru.



Приложение 1

монорельс железный дорога строительство

Параметр	сравнивыемые поезда
Моделель поезда	ICE 2	ICE 3
Мощность, МВТ	2 х 4,8	16
Масса тары, т	814	900
Длинна поезда, м	385	398
Полезная длина, м	306 (80 %)	341 (86 %)
Число мест для сидения без учета ресторана	927 (28 % в первом классе)	1124 (27 % в первом классе)
Затраты на поезд, %	100	118
Удельные затраты на место для сидения, %	100	98
Срок службы, лет	25	25-27
Годовой пробег, тыс. км	550	600
Капитальные затраты, % LCC*	20,2	21,5
Затраты на эксплуатацию без учета расхода энергии, % (%LCC)	100 (47,5)	104 (44,9)
Затраты на энергию, % (%LCC)	100 (11,3)	125 (13,5)
Затраты на техническое обслуживание, % (%LCC)	100 (21)	105 (20)
Общие LCC, %	100	110
Удельные LCC на место для сидения, %	100	91
Анализ затрат жизненного цикла (LCC)*

Приложение 2

История показателя максимальной скорости пробным запуском

1971 - Западная Германия - Prinzipfahrzeug - 90 km/h

1971 - Западная Германия - TR-02 (TSST) - 164 km/h

1972 - Япония - ML100 - 60 km/h - (после того как я укомплектоватьны личным составом)

1973 - Западная Германия - TR04 - 250 (укомплектоватьнных личным составом) km/h

1974 - Западная Германия - EET-01 - 230 (unmanned) km/h

1975 - Западная Германия - Komet - 401.3 km/h (unmanned движением вперед ракеты пара,)

1978 - Япония - HSST-01 - 307.8 km/h (путем поддерживать движение вперед ракет, сделанное внутри Nissan, unmanned)

1978 - Япония - HSST-02 - 110 (укомплектоватьнных личным составом) km/h

1979-12-12 - Japan-ML-500R - 504 (unmanned) km/h оно преуспевает in operation над 500 km/h for the first time в мире.

1979-12-21 - Япония - ML-500R- 517 (unmanned) km/h

1987 - Западная Германия - TR06 - 406 (укомплектоватьнных личным составом) km/h

1987 - Япония - MLU001 - 400.8 (укомплектоватьнного личным составом) km/h

1988 - Западная Германия - TR-06 - 412.6 (укомплектоватьнного личным составом) km/h

1989 - Западная Германия - TR-07 - 436 (укомплектоватьнных личным составом) km/h

1993 - Германия - TR-07 - 450 (укомплектоватьнных личным составом) km/h

1994 - Япония - MLU002N - 431 (unmanned) km/h

1997 - Япония - MLX01 - 531 (укомплектоватьнный личным составом) km/h

1997 - Япония - MLX01 - 550 (unmanned) km/h

1999 - Япония - MLX01 - 548 (unmanned) km/h

1999 - Япония - MLX01 - 552 укомплектоватьнного личным составом km/h (/образование 5).

Guinness утверждение.

2003 - Китай - TR-08 - 501 (укомплектоватьнный личным составом) km/h

2003 - Япония - MLX01 - 581 укомплектоватьнный личным составом km/h (/образование 3).

Размещено на allbest.ru