вторник, 17 февраля 2015 г.

Неизвестный отечественный монорельс (часть 4)


История отечественного монорельса с линейным асинхронным двигателем (ЛАД) началась с первомайской демонстрации. Группа сотрудников Киевского политехнического института сделала ЛАД для праздничного стенда, мощностью всего 15 Вт. Затем изготовили 1,5 - киловаттный двигатель, который возил вагончик на опытной 80 - метровой эстакаде.


Работали поначалу на голом энтузиазме. Постепенно к ученым присоединились инженеры с завода имени Дзержинского. Выкраивая время, за счет обеденных перерывов, сна и отдыха, сделали двигатель на 5 кВт. В 1966 году был создан вагон на 4 пассажиров с линейным двигателем 10 кВт. Это и позволило получить от правительства Украины средства на строительство кольцевой дороги длиной 525 метров для Выставки передового опыта в Киеве.


Эта дорога была построена в 1967 году и являлась первой в мире трассой монорельса с линейным электродвигателем (трасса "Трансрапид-01" с ЛД и магнитным подвесом в Германии начала строиться только в 1969 г.). Авторы киевского чуда - сотрудники КПИ А. Шаповаленко, К. Быков, А. Вишникин и С. Ребров. Следует отметить также большой непосредственный вклад директора завода Г. Ижели.


Монорельс по своим параметрам относился к парково-рекреационным и представлял собой кольцевой путь на очень легкой эстакаде из двутавровых металлических балок, с радиусами кривых 50 метров. Высота подвеса для обеспечения свободного проезда транспорта была относительно большой - 6...9 метров. Небольшие вагоны возили вначале 4, а потом 8 человек и развивали скорость до 40 - 50 км/ч. Был использован двигатель оригинальной конструкции, в котором статор был жестко связан с рельсом с помощью нажимных роликов, и упруго - с корпусом вагона. Кроме того, сам статор был выполнен гибким на шарнирах для прохождения крутых кривых. Такая конструкция позволяла существенно снизить вес ЛАД при том же тяговом усилии, по сравнению с применявшимся за рубежом жестким креплением статора к вагону.


Фактически этот парковый монорельс являлся стендом-макетом для отработки конструкции монорельсовых дорог. Успешный опыт его эксплуатации позволил создавать более мощные конструкции. К 1970 году была на экпериментальном участке пути в Коммунарске была создана и испытана тележка с двигателем 40 кВт для вагона на 44-60 пассажиров.


В 1966 году Промтрансниипроект разработал для Киева проект навесной монорельсовой трассы от станции метро "Гидропарк" до моста им. Патона. Длина трассы составляла 1,8 км, и на ней должны были располагаться две станции. Радиусы кривых на трассе составляли 600 метров, на гибких стрелочных переводах - 200 метров. Путь должен был проходить на высоте 6-11 метров над землей, на балках длиной 24 метра в прямых и 21 метр в кривых.


По трассе должен был курсировать вагон весом 20 тонн, рассчитанный на 120 пассажиров; тяговые двигатели мощностью 160 кВт должны были обеспечить максимальную скорость 120 км/ч. Много внимания было уделено безопасности. Устройства энергоснабжения, связи, сигнализации, централизации и блокировки и контактной сети должны были обеспечивать автоматическое ограничение скорости в кривых, на стрелках и при подходе к станции; на станциях вагон должен был останавливаться независимо от ошибок машиниста.


В свою очередь, эта линия также должна была, помимо основного назначения, служить исследовательским полигоном для создания сверхскоростных междугородних линий. В том же 1970 году была также спроектирована линия "Березняки - Гидропарк" длиной 3,5 км. Однако в семидесятых годах работы над данными проектами были остановлены. Известно, что демонстрационная монорельсовая дорога на Киевской ВДНХ просуществовала, по меньшей мере, до 1971 года, когда с ней приезжали знакомиться делегаты из Министерства транспорта ФРГ. В 1970 году дорога была снята в телевизионном фильме "Смеханические приключения Тарапуньки и Штепселя":


Тем не менее работы продолжались. Постановлением ЦК КПУ и Совета Министров УССР № 104 от 16.02.1971 г. "О дальнейшем развитии работы по созданию новых моделей электропривода с линейными электродвигателями", опытное бюро линейных электродвигателей завода электротранспорта было преобразовано в "особое конструкторское бюро линейных электродвигателей" (ОКБ ЛЭД) с опытно-производственной базой и самостоятельным балансом. Тем же постановлением при Киевском политехническом институте была открыта научно-опытная Проблемная лаборатория по линейному электроприводу.

Монорельс сиcтемы Алвег с ЛАД c кузовом трамвая РВЗ-7 на опытном полигоне под Киевом (из архива Государственного политехнического музея КПИ)

В 1972 году Госкомитет по науке и технике принял первую Всесоюзную долгосрочную программу, согласно которой ОКБ ЛЭД создал и испытал для пассажирских транспортных систем целую гамму линейных двигателей мошностью от 120 до 1200 кВт с диапазоном скоростей 70 - 120 км/час и тяговым усилием 6000 - 21600 Н. В 1977 году за Вышгородом, севернее Хотяновки, был создан опытный полигон с опытной трассой навесного монорельса для городского транспорта с ЛАД. Было использовано подвешивание по системе Алвег, линейный двигатель размещался вертикально наверху балки. Для монорельса был использован кузов, подобный кузову трамвая РВЗ-7 (максимальная вместимость 218 чел), на испытаниях достигнута скорость 60 км/час. Линейный двигатель здесь также был выполнен с гибкой связью с кузовом, что выгодно отличало киевский монорельс от более поздних аналогичных конструкций, в частности, от нового московского монорельса. Еще один полигон ОКБ находился в Гостомеле, а также была эстакада монорельса в самлм ОКБ (по данным К. Антоненко, сохранилась до настоящего времени)


Эстакада монорельса на опытном полигоне и путь мини-метро; то же, с опытной тележкой мини-метро (из архива Государственного политехнического музея КПИ)

Также еще в марте 1968 года Г.И. Ижеля предложил мини-метро с линейным двигателем, диаметр туннеля для которого можно было бы уменьшить на 1,5 метра. Такое метро позднее было построено в Японии, в Осаке - линия номер 7 Нагахори Цуруми-Риокиши. После распада СССР полигон был закрыт, а оборудование демонтировано, сохранились только здания и остатки железобетонного пути. Материалы о киевских разработках монорельса, в частности, макет монорельсовой дороги, хранятся в Музее электротранспорта города Киева. В настоящее время научным сотрудником Государственного политехнического музея В.П. Никоновым выдвигается предложение установить мемориальные знаки, в частности, на территории экспоцентра, посвященные первому в мире монорельсу с ЛАД и его создателям.

Полёт над потоком машин


В 1977 году в СССР было принято решение строить первую в мире линию транспорта на магнитной подвеске, предназначенную для постоянной коммерческой эксплуатации. До этого в мире существовали только исследовательские полигоны.

Строить линию магнитолета было решено в столице Казахстана, чтобы связать центр города с новыми микрорайонами. Проект поддерживал Первый секретарь Компартии Казахстана Динмухаммед Кунаев. Одним из важных мотивов для реализации проекта было желание дать столице республики престижный внеуличный транспорт - метро, как в столице соседней республики, Ташкенте. Однако численность населения в Алма-Ате в то время была недостаточной, чтобы получить возможность финансирование метрополитена. Это ограничение и решил обойти Кунаев, выбрав транспорт, близкий по пропускной способности к наземному метрополитену, но не подпадавший под установленные нормы.
Протяженность трассы должна была составить 11 км. Разработка делалась под эгидой казахского отделения института Промтрансниипроект (управляющий отделением В. Петухов), автор проекта Н. Карасев, главный инженер проекта М. Лесовиченко (на снимке слева - у действующего макета монорельса).

Движение поездов скоростной пассажирской транспортной системы или СПТС, как она официально называлась, предполагалось осуществлять по эстакаде высотой 5-6 метров, по которой прокладывалось двухколейное полотно с бегущим магнитным полем, ширина полотна около 7 метров. Опоры с двухметровым основанием было решено установить на разделительных полосах проезжей части улиц. Первоначально предполагалось, что строительство маглева обойдется втрое дешевле, чем метро.

Поезд СПТС должен был состоять из нескольких вагонов. По проекту управление поездом автоматизированное, на долю водителей оставалось лишь контролировать по приборам работу систем.


В конце 70-ых годов на полигоне института ВНИИПИтранспрогресс в Раменском, в рамках проекта СПТС в г.Алма-Ате, совместно с инженерами и рабочими завода "Газстроймаш" был построен и испытан на экспериментальной трассе опытный экземпляр вагона на магнитном подвесе (фото справа), под названием СПТС-1.

Первый вагон был создан с подвешиванием на постоянных магнитах. Это имело определенные преимущества для транспорта, предназначенного для коммунального хозяйства, т.к. при этом резко упрощается обслуживание системы транспортным приедприятием и может быть обеспечена высокая надежность работы без привлечения высококвалифицированной рабочей силы или создания сети фирменного обслуживания. Постоянные магниты были уложены в днище вагона в 24 параллельных ряда. Поперечная устойчивость вагона обеспечивалась колесами.

Вместимость вагона составляла 35 человек, длина вагона составляла 9 метров, а вес - 8 тонн, зазор подвешивания был принят, по одним данным, 20 мм, по данным статьи Ф. Патрунова - 10-15 мм (последнее представляется более реальным). Таким образом, на каждого пассажира советского магнетоплана приходилось вдвое меньше веса конструкции, чем у западногерманского - а от этого напрямую зависела стоимость эстакады. Опытная партия ТЛАД для экспериментального вагона была изготовлена в 1978-1979 гг киевским ОКБ ЛЭД и успешно испытана. 

Для испытания СПТС-1 была создана опытная трасса длиной 30 м.


После испытаний варианта с подвеской на постоянных магнитах уже в к 1979 г. было решено перейти к варианту маглева с электромагнитным подвешиванием. Для этого началось развитие полигона в Раменском, трассу которого было намечено удлинить примерно до километра. Вариант с электромагнитным подвешиванием на этом этапе предполагалось строить с раздельными системами подвешивания и движения, с охватывающей балкой и тем же ТЛАД с двойным зазором.

Расчеты экономической эффективности городского транспорта на магнитной подвеске, проведенные в 70-х годах, показывали, что городской маглев, так же, как и монорельс, позиционировался как скоростной городской транспорт, промежуточный по провозной способности между скоростным трамваем и метрополитеном. Рациональная провозная способность для маглева была определена в 25 тысяч пассажиров в час, эксплуатационная скорость - 60 км/ч, капиталовложения должны были составить 4-5 млн. руб/км (в сравнении с 1,7-4 млн. руб/км для скоростного трамвая и 8-14 млн. руб/км для метро), удельные приведенные затраты должны были составить 1-1,2 коп./пасс-км, т.е. быть на том же уровне, что для метро и скоростного трамвая.

Именно СССР, а не Китай мог стать страной, первой пустившей поезда на магнитной подвеске в постоянную эксплуатацию. Завершить строительство первой очереди магнитоплана планировалось в первой половине 80-х годов 20 столетия. К сожалению, трасса СПТС в Алма-Ате так и не была построена. В 1981 году численность населения в столице Казахстана достигла миллиона, и в городе тут же началось строительство более престижного транспорта - метро. Вагон СПТС-1 в дальнейшем был переоборудован в вагон-лабораторию.

От Москвы до Чёрного моря


Вообще в семидесятые годы работы по созданию монорельса на магнитной подвеске велись целым рядом организаций, существовал даже координационный план работ по развитию такого вида транспорта. Планом было предусмотрено создание макетных образцов и строительство опытного полигона для их испытаний.

Во ВНИИЖТ была создана большая лаборатория. Силами ВНИИЖТ были разработаны технические условия на скоростной междугородний магнитоплан для направления Москва-Юг. Его скорость должна была составлять 400 километров в час, поезд должен был состоять из 10 вагонов весом 40т и вмещающих по 75 пассажиров. Зазор магнитного подвеса должен был составлять 25-30 мм. При интервале движения в 6 минут суточная провозная способность должна была достигнуть 100000 пассажиров. В качестве пути предполагалось использовать железобетонную эстакаду. ВНИИЖТ и ВНИИ электромеханики разработали проект такого поезда.

Аналогичные работы вел Ростовский ИИЖТ и ряд других организаций в системе МПС. В Днепропетровском и Ленинградском институтаж железнодорожного транспорта также велись работы по созданию магнитоплана с подвешиванием на постоянных магнитах - в связи с созданием новых материалов с высокими магнитными характеристиками к этому направлению возник практический интерес; был построен опытный макет.


В 70-80 годах большой объем работы был выполнен по договорам с ВЭЛНИИ (Новочеркасск) - головной организацией по линии Минэлектротехпрома в рамках финансирования Государственной научно-техническая программы развития новых видов транспорта. В программе участвовал ряд вузов: ЛПИ (по подвешиванию и линейным двигателям), создатели ранее упомянутого киевского монорельса из Киевского политехнического ин-та и ОКБ ЛЭД, Днепропетровское отделение АН УССР - разрабатывали криостат и СЭМ для ЭДП, Ереванский политехнический построил полигон для испытаний магнетоплана вдоль реки Раздан (который прекратил работу в связи с событиями в НКАО в конце 80-х). Был задействован целый ряд организаций в Белоруссии, Латвии, а в Омске построен полигон для испытания систем токосъема при высоких скоростях).

В 1977-1980 годах ОКБ ЛЭД создало для ВЭЛНИИ опытные образцы односторонних ТЛАД мощностью 800 кВт, не имеющих мировых аналогов. Они были рассчитаны на номинальную скорость 400 км/час.


К 1979 году был сделан проект полномасштабного экипажа магнитолета на сверхпроводящих магнитах на 400 км/час, который намечалось строить в 80-х годах. Поезд должен был состоять из 10 вагонов на 75 мест в каждом, масса каждого вагона 40 т. До скорости менее 60-80 км/час поезд должен был двигаться на пневмоколесном шасси, которое убиралось, как у самолета. Для решения проблемы токосьема на высоких скоростях велись разработки плазменного токосъемника (электродугового) и комбинированного, контактно-плазменного.


В ходе этих работ ОКБ ЛЭД была предложена новая концепция магнитоплана. В основу идеи была положена дискретная структура многоиндукторного одностороннего линейного двигателя с эластичными механическими связями между элементарными индукторами. Это позволило создать многофункциональную систему подвешивания, которая одновременно обеспечивала тягу, подвеску и, частично, боковую стабилизацию магнитоплана. Был изготовлен и успешно прошел испытания опытный образец весом 5 т, переданный ВЭЛНИИ.


Ходовая часть магнитоплана ВЭЛНИИ без кузова - вид с другой стороны; 

узел магнитной подвески.


В конце 70-х начале 80-х практически все кафедры МИИТ участвовали в программах работы по магнитопланам. Причём успешные работы продолжались и при перекрытом финансировании.

Олег Измеров

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ