На весу, не зависая. Канатное метро разгрузит улицы - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

На весу, не зависая. Канатное метро разгрузит улицы

30.10.2020

От автомобильных пробок устали жители всех крупных городов. Количество машин с каждым годом только увеличивается, и как эту ситуацию «разрулить», знают немногие. Ясно одно: помочь тут может комплексный подход, когда будут предложены разные  взаимодополняющие варианты решения. Над одним из них работает профессор Игорь ЛАГЕРЕВ (на снимке справа) из Брянского государственного университета им. академика И.Г.Петровского. Вместе со своей научной командой он разрабатывает научные основы для канатного метро. Что это такое и как такая идея может быть воплощена на практике? Об этом «Поиск» узнал у молодого ученого.

– Когда мы слышим словосочетание «канатная дорога», то сразу представляем заснеженные горные вершины, по склонам которых стремительно несутся вниз лыжники и сноубордисты, – рассказывает Игорь. – Или, например, город, где через широкую реку проложена прогулочная веревочная дорога для туристов. И это неудивительно. Канатный транспорт, зародившийся в древности, спустя годы стал возрождаться, но уже на другом эволюционном витке. Сегодня активно развиваются научные концепции такого транспорта, в частности, мобильных канатных дорог и мехатронных систем типа «Канатное метро».
Что такое канатная дорога? В пролетах между опорами-башнями вдоль трассы дороги натянуты один или несколько канатов. По ним перемещаются кабины с грузами или пассажирами. Подавляющее большинство таких систем стационарные, то есть их станции представляют собой капитальные строения, а опоры имеют мощные фундаменты.
Но есть и мобильные канатные дороги. Оборудование в этом случае размещается на подвижных шасси – тракторах, грузовых автомобилях, судах. Серьезного распространения такие системы пока не получили. В основном они используются в лесной промышленности для организации вывоза древесины в условиях труднодоступной местности (болота, поймы рек, горные районы), а также для решения некоторых специальных задач. Грузоподъемность мобильных канатных дорог пока существенно ниже, чем стационарных. Для улучшения их характеристик нужно решить ряд сложных научно-технических задач. Например, обеспечить устойчивость машин, на которых размещено оборудование, во всех режимах работы канатной дороги. Также стоит вопрос рациональной компоновки оборудования на базовых машинах.
Мы создаем научные основы проектирования протяженных мобильных канатных дорог, предназначенных для перевозки грузов и пассажиров в труднодоступной местности, в условиях чрезвычайных ситуаций, например, при эвакуации граждан из зоны наводнения, организации временной переправы в случае разрушения моста или размыва дамбы. В качестве базовых машин будут использоваться четырехосные и пятиосные шасси повышенной проходимости. Такие шасси, кстати, выпускаются российской промышленностью.

– Как внедрение канатных дорог улучшит систему городского транспорта?
– Сейчас для внутригородских перевозок используют наземный пассажирский транспорт: трамвай, троллейбус, автобус, маршрутное такси. Даже при самом быстром их движении скорость перемещения пассажиров относительная низкая, в том числе из-за светофоров, перекрестков, автомобильных пробок, дорожно-транспортных происшествий, ремонта дорожного полотна, прокладки подземных коммуникаций.
Частично эту проблему решает метрополитен благодаря подземным и надземным путям. Транспортную напряженность также снижают электропоезда, интегрированные в систему городского транспорта. Несмотря на высокую эффективность, для большинства региональных городов строительство метрополитенов невозможно ввиду высокой стоимости. Это ведет к диспропорции в их социальном и экономическом развитии по сравнению с мегаполисами.
К сожалению, возможности модернизации традиционного общественного транспорта во многом исчерпаны. Поэтому для того, чтобы существенно повысить эффективность городских перевозок, нужны новые виды внеуличного пассажирского транспорта, которые обладали бы преимуществом метрополитена при значительно меньшей стоимости строительства. Канатные дороги как раз отвечают таким требованиям. Они уже завоевали популярность в Европе, Азии и Латинской Америке, есть и в Северной Америке, и в Африке.
В крупных городах подвесной пассажирский канатный транспорт используется для разгрузки движения в сильно застроенных деловых частях городов и в условиях сложного рельефа местности. В Нью-Йорке канатная дорога связывает остров Рузвельта и Манхеттен. В Барселоне используют несколько дорог. Одна расположена в районе порта, другая позволяет подняться на гору Монтжуик. В Лондоне дорога соединяет район доков и Гринвич.
– И все-таки скорость перемещения по канатной дороге невысока. Сможет ли она по этому параметру конкурировать с другими видами?
– В данном случае важна не максимальная скорость, а средняя скорость в условиях городской среды. Какая разница, что автомобиль может разгоняться до 200 км/ч? В пробке его средняя скорость может быть и 5 км/ч, и 10. Различные исследования показывают, что средняя скорость автобусов и троллейбусов в городе – 20 км/ч, а трамваев – 24 км/ч. Канатное метро проектируется для движения со скоростями до 30-40 км/ч.
Важно и то, что подвесные канатные дороги требуют мало земли. Это особенно актуально в связи с высокой стоимостью и дефицитом свободных площадей в центральных частях крупных городов. Правда, они имеют ряд ограничений, что снижает эффективность их применения.
Самый серьезный недостаток – это ограниченная длина трассы, определяемая прочностью каната и мощностью привода. Для решения этой проблемы наш научный коллектив предложил и запатентовал концепцию канатной транспортной системы нового поколения «Канатное метро». Такая система состоит из подвешенных на канатах пассажирских кабин, которые перемещаются по произвольным маршрутам вдоль разветвленных многоканатных трасс неограниченной длины.
На трассах через определенное расстояние установлены управляемые мехатронные механизмы: приводы, стрелочные переводы, конвейеры. Они выполняют программируемые манипуляционные операции по многовариантной маршрутизации и транспортированию подвижного состава как по радиальным, так и по кольцевым маршрутам. При этом обеспечивается многократное резервирование, гарантирующее безопасную доставку пассажиров в пункт назначения.
Если у традиционной дороги отказывает привод, то придется организовывать эвакуацию пассажиров. Распределенный привод системы «Канатное метро» позволяет избежать этой проблемы. При отказе одного из приводов его замещают остальные.
– Чем отличается ваше метро от традиционных канатных дорог с фуникулерами?
– Во-первых, электропривод каната размещен не на одной из базовых станций, а распределен по всей трассе. Это решение позволяет создать линии неограниченной длины, сделать ход кабин более плавным, снизить мощность привода, а также повысить надежность работы за счет резервирования приводов.
Во-вторых, в отличие от традиционных систем наличие стрелок в сочетании с отключаемыми захватами кабин позволяет перемещаться по произвольным маршрутам, подобно тому, как автобусы курсируют по различным улицам. Стрелки представляют собой манипуляторы, передающие кабину от одного канатного участка к другому.
В-третьих, остановка кабин на станциях дает возможность  перевозить маломобильные группы населения (инвалидов, пассажиров с детскими колясками, пожилых людей) и обеспечивает комфорт пассажирам при ожидании посадки или высадки вне зависимости от погодных условий. Дело в том, что на традиционных канатных дорогах посадка и высадка пассажиров часто осуществляются без остановки кабин.
– Из чего делают канаты? Как обеспечивается их прочность?
– Они изготавливаются методом свивки из стальной проволоки. Внутри каната находится полимерный, органический или металлический сердечник. При проектировании прочностные характеристики выбираются с учетом действующих нагрузок. В этом помогают разработанные в ходе исследования математические модели. Основная прочностная характеристика каната – сопротивление разрыву, зависящее от его диаметра, количества прядей, конкретной марки стали.
– Как физически будет выглядеть канатное метро? Оно будет простираться над головами людей?
– Конкретное техническое решение зависит от особенностей городской среды и пожеланий заказчика. Часть линий может проходить над выделенными участками, над территориями пойм и городских парков. Также линии могут простираться над улицами, во втором ярусе. Вместо традиционных опор могут использоваться конструкции, установленные на домах, станции канатного метро могут быть встроены в высотные здания.
– Реально ли, на ваш взгляд, внедрить канатные дороги в ­инфраструктуру города?
– Традиционные канатные дороги уже используются в качестве городского транспорта во всем мире с начала XIX века. Что касается систем нового поколения, построенных по технологии «Канатное метро», то я уверен, что за ними будущее. Это часть активно развиваемой сейчас концепции «Умный город». Такие системы эффективны в городах, расположенных на холмистой или гористой местности, состоящих из нескольких удаленных друг от друга районов, разделенных природными препятствиями. Однако для создания таких сложных инженерных систем требуется участие большого количества заинтересованных сторон.
– Как выглядит исследовательский процесс в данном случае?
– Миссия нашей группы заключается в создании математических моделей, позволяющих исследовать на этапе проектирования рабочие процессы многоканатной системы, в первую очередь динамику и прочность. Используем при этом системный подход. Решаем многочисленные задачи проектирования: от технико-экономической оптимизации линий канатного метро до улучшения параметров конструкций отдельных механизмов и деталей. Кроме теоретических исследований проводим эксперименты на стендах и макетах.
Что касается интеллектуальных систем управления, то работы ведутся по ряду направлений. Во-первых, в канаты предполагается внедрять радиочастотные метки, позволяющие оперативно определять текущую конфигурацию канатной дороги, расположение и параметры движения пассажирских кабин.
Во-вторых, на основе математических моделей ведется разработка цифровых двойников канатного метро и мобильных дорог. Применение цифровых двойников позволяет в режиме реального времени предсказывать возможные нештатные ситуации и вовремя предотвращать их благодаря управляющим воздействиям. Например, при сильном ветре может быть снижена скорость движения кабин по отдельным участкам маршрута.
В-третьих, на разрабатываемых канатных дорогах мы будем применять запатентованное нами решение по дистанционному мониторингу с использованием риск-ориентированного подхода. Система мониторинга собирает информацию с датчиков, установленных на канатной дороге, и передает на головной сервер для обработки. Здесь с использованием математической модели выполняется оценка риска. В случае возникновения угрозы аварийной ситуации система оперативно информирует ответственных лиц.
– Расскажите о вашей научной команде.
– В нашем проекте участвуют ученые из Ростова-на-Дону, Мос­квы, Новочеркасска, Брянска и других городов. Мы давно знакомы по другим проектам в области подъемно-транспортного машиностроения, постоянно встречаемся на научных конференциях, в диссертационных советах. Когда дело доходит до конкретных совместных научных исследований, то тут на помощь приходят современные технологии: электронная почта, чаты, видеоконференции и облачные сервисы.
Для работы над проектом я собрал небольшой коллектив молодых ученых из нашего университета, в который кроме меня входят три молодых кандидата наук. Также я стараюсь привлекать к работе студентов старших курсов. Не скрою, моя мечта – создание собственной научной школы. Однако для достижения этой цели необходимо еще много потрудиться.
– Каким вы представляете себе конечный продукт?
– Что касается мобильных канатных дорог, то здесь все достаточно понятно. Уже сейчас готов эскизный проект мобильного транспортно-перегрузочного канатного комплекса, который мы с коллегами назвали «Змееносец». Он состоит из двух четырехосных грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Сейчас работаем над математическими моделями, которые помогут доработать и протестировать технические решения. Затем можно будет говорить об опытном экземпляре.
Наш комплекс в первую очередь предназначен для использования специализированными строительно-монтажными организациями, спасательными отрядами. Однако с его помощью можно также организовать доставку пассажиров к местам проведения разовых событий (фестивалей, спортивных мероприятий) – в локациях, где затруднено использование традиционных видов транспорта, например, в поймах рек, городских парках. К слову, ранее наш коллектив получил патент на использование мобильных комплексов для доставки зрителей на стадион.

Фирюза ЯНЧИЛИНА

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2