Развитие классификаций транспортных систем в СССР и России. Специфика колейного (направляемого) транспорта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

168

Общетехнические задачи и пути их решения

Рис. 9. Импульсная катушка

Рис. 10. Деструкционный блок в сборе

При разряде ГИТа на деструкционный блок импульсом с параметрами, равными расчетным значениям, происходило разрушение шины.

Библиографический список

1. Силовые электрические конденсаторы / Г. С. Кучинский, И. И. Назаров. - М. : Энергоатомиздат, 1992. - 182 с.

2. Расчет индуктивностей / П. Л. Калантаров, Л. А. Цейтлин. - Л. : Энергия, 1970. -

262 с.

3. Теоретические основы электротехники / А. Е. Каплянский, А. П. Лысенко, Л. С. Полотовский. - М. : Высшая школа, 1972. - 472 с.

4. The recycling of tires / R. Lyons // Tires&Accessories. UK. - 2000. - №3. - P. 11-12.

Статья поступила в редакцию 08.06.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Л. Б. Сватовской.

УДК 656.001.33

И. П. Киселёв

РАЗВИТИЕ КЛАССИФИКАЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ В СССР И РОССИИ. СПЕЦИФИКА КОЛЕЙНОГО (НАПРАВЛЯЕМОГО) ТРАНСПОРТА

В соответствии с общей тенденцией развития классификаций видов транспорта, транспортных систем и машин автором составлена классификация колейных (направляемых) транспортных систем, перспективы развития которых особенно актуальны в условиях усугубляющихся проблем безопасности на транспорте, экологии и энергосбережения.

2010/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

169

классификация транспортных систем, колейный (направляемый) транспорт.

Введение

Как и в любой области научных знаний, в теории транспорта большое значение имеют классификации, служащие средством определения предметной области, к которым относятся различные понятия. Классификации важны в практической деятельности при решении разнообразных транспортных задач, проведении экономического анализа, технического сопоставления транспортных систем и т. п.

В работах российских ученых и инженеров XIX века содержатся перечисления и описания существовавших тогда путей сообщений, приводятся характеристики транспортных средств, анализ их преимуществ и недостатков. Однако автору данной статьи не удалось встретить развернутые классификации видов транспорта, транспортных систем, транспортных средств. Транспортные классификации появляются в работах советских ученых в конце 10-х - в 20-е годы ХХ века. Одним из первых классификацию транспорта по видам: гужевой (шоссейный), железнодорожный, водный (речной и морской) и воздушный - привел в своей «Энциклопедии путей сообщения» (1925) профессор, впоследствии академик, В. Н. Образцов [1].

1 Разнообразие классификаций транспортных систем

Учеными предложены различные основания классификации видов транспорта, транспортных систем и транспортных средств. Одной из первых и распространенных является классификация на основе исторического принципа, при которой, исходя из последовательности зарождения отдельных видов транспорта, выделяют использование мускульной силы человека для собственного передвижения и переноски тяжестей, водный, гужевой, трубопроводный, автомобильный, железнодорожный, воздушный, ракетно-космический транспорт [2].

Классифицируют транспорт по геосферам: литосфера - наземный, гидросфера - водный, атмосфера - воздушный. Недостатком является нечеткость понятия наземный\ Академик В. Н. Образцов использовал вместо термина наземный определение сухопутный транспорт [3]. Он отмечал в конце 40-х годов ХХ столетия, что «главнейшими категориями, по которым разделяется транспорт, являются - по технике передвижения: железнодорожный, водный, автогужевой, воздушный, специальный. По характеру движения: дальний и местный районный, пригородный, городской, промышленный. По применению силы тяги различают: паровой, электрифицированный, гужевой, тепловой» [4].

1 Если следовать значению слов, то подземный метрополитен будет относиться к «подземному транспорту», а эстакадная железная дорога - к «надземному».

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/4

170

Общетехнические задачи и пути их решения

Академик Т. С. Хачатуров разделил транспорт на внутрипроизводственный, общего пользования и непроизводственный - личного пользования [5], а экономист А. А. Митаишвили предложил классификацию по видам транспорта: наземный - железнодорожный, автомобильный, трубопроводный; водный - речной и морской; воздушный; по назначению -транспорт общего пользования (обслуживание сферы обращения и населения); транспорт необщего пользования (внутрипроизводственный и др.); личный; по характеру выполняемой работы - грузовой, пассажирский [6].

Авторы «Политехнического словаря», изданного в 80-е годы ХХ столетия, классифицируют транспорт так: транспорт общего пользования - железнодорожный, речной, морской, воздушный, трубопроводный; транспорт промышленный (железнодорожный, автомобильный, конвейерный, пневматический и др.) подразделяется на внутрицеховой, внутризаводской, внешний; транспорт личного пользования [7], близкая к этому классификация дается в учебнике для вузов «Железные дороги. Общий курс» (2002) [8].

В середине ХХ века наиболее полная и всеобъемлющая классификация видов транспорта была предложена академиком В. Н. Образцовым, который принял следующие основания: вид транспорта - гужевой, водный, автомобильный, железнодорожный, авиация и специальный. Все виды транспорта подразделяются также на две больший группы: пассажирский и грузовой транспорт. По мнению ученого, городской и промышленный транспорт не являются особыми видами, поскольку утилизируют все виды, которые можно использовать в городе или на промышленном производстве [9]. За прошедшее с тех пор время далеко продвинулись в своем техническом развитии, скорости, объемах и дальности перевозок автомобильный и авиационный транспорт, что полностью подтвердило прогнозы

В. Н. Образцова1.

Из предложенных отечественными учеными в конце ХХ века заслуживает внимания классификация транспортных средств, приведенная в «Большой энциклопедии транспорта» [10]. Исследователи, изучающие транспорт на основе принципов системологии, исходя из особенностей физической среды, в которой функционируют транспортные средства, выделяют три класса: водные виды транспорта; наземные и воздушные, по-

1 Однако некоторые виды транспорта, находившиеся в расцвете, выведены из эксплуатации, при том что технически они стали гораздо совершеннее. Так, например, в конце 30-х годов прошлого века прекратились коммерческие перевозки на дирижаблях, которым в начале ХХ века предсказывали большое будущее. Не оправдались прогнозы использования планеров в качестве грузовых и пассажирских транспортных средств в воздушных поездах с самолетами-буксировщиками. В 70-е годы ХХ века практически прекратились рейсы по расписанию (остались чартерные и круизные) океанских пассажирских лайнеров на межконтинентальных маршрутах, их заменила авиация. Вместе с тем началось использование новых видов транспорта: на магнитном подвешивании, судов на воздушной подушке.

2010/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

171

скольку они предоставляют принципиально разные скоростные возможности для перевозки грузов и людей [11].

Классификации транспортных систем усложняются, появились водный и сухопутный транспорт на воздушной подушке, различные виды монорельсовых дорог, трубопроводы для сыпучих и штучных грузов, транспорт на магнитном подвешивании и т. п. Уместно введение понятия гибридный транспорт - термин, на протяжении последних десятилетий используемый в зарубежной литературе. Автор считает целесообразным его применение в отечественной практике1.

2 Колейные (направляемые) транспортные системы

В настоящее время в условиях усиливающихся экологических проблем, хронического недостатка энергоресурсов и территории под транспортные коммуникации, особенно в мегаполисах и их пригородах, усугубляющейся ситуации с транспортной безопасностью особый интерес представляет колейный транспорт (иногда называемый направляемым). Самые распространенные и типичные его представители - железные дороги2.

Подвижные единицы данных транспортных систем не имеют индивидуальных рулевых устройств и направляются по одной и той же траекто-

1 Например, к гибридным транспортным средствам следует отнести самолеты-амфибии и автомобили-амфибии, предназначенные для движения по суше и по воде, также космические корабли многоразового действия - американские челночные, советский «Буран», которые выступают то в качестве космического, то в качестве воздушного транспортного средства. Любой самолет, требующий для подъема в воздух разбег по взлетной дорожке или водной поверхности, является гибридным транспортным средством: автомобилем и самолетом или катером и самолетом. В этом смысле «чистыми», только воздушными, транспортными средствами являются вертолеты, не имеющие колес (опора в виде платформы или полозов), дирижабли, аэростаты. Экзотический пример гибридной транспортной системы являла собой существовавшая в районе Зальцбурга в 90-е годы XIX в. горная однорельсовая дорога, на которой для подъема вверх использовался прикрепленный к вагонетке аэростат с пассажирской корзиной. Колеса вагонетки, двигаясь по нижней стороне путевой двутавровой балки, не давали возможности аэростату оторвать вагонетку от рельса. Для спуска специальный бак заполнялся водой из горного источника (в виде балласта), а подъем начинался после его опорожнения. (Новая горная дорога-аэронавт // Железнодорожное дело. - 1890. - №. 9-10. - С. 104).

2 В русском и некоторых других языках, например испанском, итальянском, немецком, украинском, французском, термин «железная дорога» является, в сущности, бессмысленным. В английском языке, например, особенности этого вида транспорта отражены точно: railway (railroad) - рельс + путь (дорога). Понятие «колейная дорога» - более широкое, чем «железная дорога», - употребляли такие крупные ученые-транспортники, как профессор С. Д. Карейша и академик В. Н. Образцов (Карейша С. Д. Краткий исторический очерк возникновения и развития железнодорожной сети на земном шаре // Столетие железных дорог : труды научно-технического комитета Народного комиссариата путей сообщения. - Вып. 20. - М. : «Транспечать» НКПС, 1925. - С. 7; Образцов В. Н. Энциклопедия путей сообщения. - М.; Л. : Государственное издательство, 1925. - С. 29.).

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/4

172

Общетехнические задачи и пути их решения

рии, задаваемой неподвижной путевой структурой. Конструкции путевых структур весьма разнообразны. Путевая структура может иметь с подвижной единицей как непосредственный механический контакт твердых тел (например, колеса с рельсом), так и опосредованный контакт с помощью воздушной подушки (смазки), водной смазки1, взаимодействия магнитных полей (магнитолевитирующие транспортные системы).

В гибридных системах (направляемо-автономных) траектория движения может задаваться индивидуальными рулевыми устройствами, управляемыми с помощью бесконтактных датчиков, фотоэлементов, сканеров. Они отслеживают траекторию движения, задаваемую кабелем-антенной, излучающей электромагнитные волны, лазерным лучом, яркой световой или окрашенной контрастной полосой на полу цеха, дорожным полотном или компьютерной системой2 (в виде цифрового задания траектории -виртуальные рельсы). Главенствующим в этих гибридных системах является «колейное» начало, поскольку имеется жесткая внешняя система задания траектории.

Колейным (направляемым) транспортным системам присущи многие положительные свойства:

• в сравнении, например, с автомобильным транспортом возможно применение более жестких норм габаритов приближения строений и подвижного состава, что обеспечивает относительно меньшее занятие земной поверхности под неподвижную структуру, а следовательно, лучшие экологические характеристики: меньшая площадь отчуждаемой территории и объем выводимой из естественного биологического оборота зеленой массы растений;

• возможность с меньшими затратами создать на поверхности контакта неподвижной структуры и подвижного состава оптимальные условия для передвижения: соприкосновение колеса и рельса, устройства пневматического подвешивания (воздушная подушка) или магнитного подвешивания. Эта особенность рельсового пути определила в начале XIX века успех создания паровоза3;

• экономия энергетических ресурсов, что было реализовано уже на первых промышленных рельсовых дорогах, по которым лошадь могла везти груз на порядок больший, чем по грунтовой дороге. И сегодня на железных дорогах, в сравнении с автомагистралями, при больших в 1,5-3 раза максимальных скоростях движения требуются меньшие энергетиче-

1 Идея использования водяной смазки для транспортных средств на рельсовом ходу была реализована в ряде проектов в XIX веке.

2 В последние десятилетия подобные транспортные системы получили распространение в промышленных, складских автоматизированных транспортных системах.

3

Попытки создания парового дилижанса - прообраза автомобиля, предпринятые раньше постройки паровоза, были обречены на неудачу именно потому, что их масса вступила в противоречие с несущей способностью и качеством дорожного покрытия.

2010/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

173

ские затраты (соответственно происходят и меньшие выбросы вредных веществ) при обеспечении равных по объемам пассажиропотоков или грузопотоков;

• относительная простота управления и высокая безопасность, поскольку траектория движения всех подвижных единиц детерминирована и в рамках исправной системы1 отклонение от заданной траектории движения практически сводится к нулю. В силу этого автоматические относительно дешевые системы были созданы именно в этом классе, например: автоматические лифты, полностью автоматические системы местного пассажирского и багажного транспорта в крупных аэропортах и др. Достижения в области создания железных дорог и подвижного состава для них позволили ввести в эксплуатацию полностью автоматизированные высокоскоростные железнодорожные магистрали2.

Рассмотрим основные категории транспорта, относящегося к классу колейного.

Рельсовый транспорт, в том числе:

• железные дороги (классического типа или, как их иногда называют, «обычного» типа), имеющие два ходовых рельса;

• однорельсовые транспортные системы (имеющие один обычный железнодорожный рельс). Устойчивость экипажа обеспечивается либо тем, что экипаж помещается ниже уровня рельса (подвесные системы), либо дополнительным колесами (аутригерами), опирающимся на дорогу с грунтовым покрытием, расположенную параллельно рельсу3, либо с помощью маховика-гироскопа (так называемые гироскопические системы);

• монорельсовые4 транспортные системы - путевая структура в виде балки большего сечения, чем обычный железнодорожный рельс (одновременно несущая конструкция и ходовой рельс). Поверхность катания монорельса и колеса экипажа могут быть заменены устройствами, создающими воздушную подушку (смазку) или магнитный подвес;

• канатные подвесные дороги, у которых путевой структурой (фактически - рельсом) служит натянутый канат или трос;

1 Очень важно вести речь именно о системе, работающей в штатном режиме, как стало принято говорить в век космонавтики, поскольку «нештатные» режимы чаще всего ликвидируют систему как таковую.

2 Сложность, а главное очень большие затраты на предлагаемые проекты автоматических автомобильных дорог, автоматических аэропортов, автоматических судоходных путей, обсуждаемые в печати, не дают возможности сделать их, по крайней мере в ближайшие десятилетия, коммерчески привлекательными. Об автоматических космических транспортных системах, в том числе оборонных, мы не говорим, поскольку они имеют особый стратегический статус.

3

Получили распространение в XIX веке в ряде стран, в основном в колониях, с дешевой рабочей силой.

4 Признаем вынужденную тавтологию терминов: однорельсовые и монорельсовые.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/4

174

Общетехнические задачи и пути их решения

• движущиеся тротуары (траваллайтеры), транспортеры и конвейеры;

• вертикальные виды рельсового транспорта (лифты, патерностеры, фуникулеры, эскалаторы, нории и т. п.).

Трубопроводный транспорт - путевая структура в виде трубы. Здесь мы говорим о трубопроводном транспорте в более широком смысле, чем о трубопроводах, предназначенных для перекачки воды, газов, нефтепродуктов, земляной пульпы и т. д., которые являются, по нашему мнению, частным случаем, видовым понятием родового. В устройствах водо-, газо-, нефте-, пульпопроводах и т. п. груз и подвижной состав транспортной системы в силу особенностей физических свойств груза, являются одной неразделимой субстанцией. В отличие от них в трубопроводных транспортных системах с дискретным подвижным составом внутри трубы могут передвигаться экипажи, скользящие по стенкам трубы или опирающиеся на колеса (воздушную подушку, магнитное подвешивание)1.

Одним из видов трубопроводного транспорта являются лотковые транспортные системы, их путевая структура напоминает в сечении перевернутую букву П . Экипаж помещен внутри нее и опирается на колеса, воздушную подушку или имеет магнитное подвешивание3. Лотковые

1 Значительное распространение получили трубопроводные технологические транспортные системы с вагонетками для перевозки руды, сырья, готовой продукции, мусора и т. д., например, в виде так называемых поточно-контейнерных трубопроводных транспортных систем. В конце XIX - начале ХХ века широко использовалась пневматическая почта, устроенная на том же принципе трубопроводного транспорта. В конце XIX - первой половине ХХ века пневматическая почта была одним из распространенных средств доставки документов в крупных промышленных центрах, на транспортных объектах, например на железнодорожных сортировочных горках. Протяженность линий пневмопочты в Нью-Йорке, Париже, Лондоне, Берлине исчислялась сотнями километров. Были и попытки создания пассажирских транспортных систем в виде трубопроводов с подвижным составом.

2

В изданиях на латинице, а иногда и на кириллице сечение называют U-образным.

3 Имеются разнообразные конкретные конструктивные решения лотковых транспортных систем. Многие из них не были реализованы или осуществлены только в виде моделей, например шаровая лотковая дорога инженера Н. Г. Ярмольчука (СССР, 30-е годы), но некоторые с успехом эксплуатируются. К лотковым относятся многочисленные транспортные системы местного подвоза пассажиров типа VAL, в которых экипажи опираются на пневматические шины, а боковые перемещения ограничены пневматическими колесами, расположенными в горизонтальной плоскости. Лотковым транспортом, по сути, является и одна из линий парижского метро, где на обычных вагонных осях, помимо железнодорожных колес, установлены пневмошины, двигающиеся по бетонным путевым брусьям. К лотковым относятся специализированные автобуснотроллейбусные системы, в которых движение экипажей осуществляется по узким бетонным балкам («рельсам»), а направляющие горизонтальные обрезиненные колеса катятся по вертикально расположенным шинам. Такую конструкцию предложил концерн «Даймлер-Бенц», она уже используется в городе Штутгарте (ФРГ). Лотковая U-образная путевая структура применяется в последней разработке японской транспорт-

2010/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

175

транспортные системы могут быть с ходовыми устройствами (колесами), установленными на подвижных единицах, и ходовыми устройствами (роликами), размещенными в лотке. Примерами последней являются роликовые конвейеры (рольганги) и ленточные транспортеры на роликовых опорах. При магнитном подвесе ходовые элементы размещены и на путевой структуре, и на подвижном составе.

К лотковым транспортным системам относится также сплав леса (молевой1 и небуксируемыми плотами) по рекам.

Канатные паромные переправы - гибридные системы на основе канатной дороги и плавающего средства2.

Транспортные системы с подвижными единицами на шасси типа автомобильного и направляющими путевыми элементами в виде механических устройств: рельсов, шин и т. п. - или со следящими устройствами немеханического типа: оптическими, электронными и т. п.

На рисунке в укрупненном виде представлено схематическое изображение классификации основных колейных транспортных систем. Заметим, что в приведенной схеме не показаны многие возможные основания дальнейшего дробления типов, видов и подвидов транспортных систем, например по тяговому приводу и типам двигательных установок, по назначению (пассажирские, грузовые, смешанные) и т. д.

Заключение

Усложнение транспортных систем, их специализация в последние десятилетия привели к появлению чрезвычайного разнообразия классификаций. В отечественных и зарубежных источниках автором обнаружено более 30 оснований классификации транспортных систем и многие десятки самих классификаций.

Продолжается развитие колейных транспортных систем как в виде улучшающихся конструкций традиционных железных дорог, так и в разнообразии новых устройств, использующих не только систему колесо-рельс, но и подвижной состав с пневматическими шинами, воздушной подушкой (смазкой), магнитным подвесом.

ной системы на магнитном подвесе - проектируемой магистрали Тюо Синкансен, опытный участок которой построен в Японии в провинции Яманаси.

1 Бревна транспортируются не связанными между собой.

2

Направление движения плавсредства (судна), а часто и тяговое усилие обеспечивается с помощью укрепленного между берегами троса (линейные системы), либо троса, закрепленного на пароме и на одном из берегов вверх по течению реки (маятниковые системы). Пример последней автор в 80-е годы прошлого века наблюдал на реке Эльбе у крепости Кёнигштайн вблизи Дрездена.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/4

176

Общетехнические задачи и пути их решения

Основания классификации

По геосферам

Воздушные

I

1привязн ые | аэростаты

По видам путевой структуры

Вертикальные виды колейного транспорта (лифты, патерностеры эскалаторь^ нории и т.п.)

Траваллайтеры (движущиеся тротуары)

Транспортеры

(ковшовые, тележечные и др.)

Железнодорожные (классического типа)

Гибридные с дополнительной опорой подвижного состава ■ (аутригером)

Ш _

л =0

Ш Ш о;

d

О

CQ

Й

о

ш

Ь -Q

х Е

Ш

Л

X

ш

d

§

о.

О

с

О

X

Й

Рольганги

(роликовые

конвейеры)

ZT

пз

о

о

пз

к

S

I

пз

со

0

1

о

о

.0

I

со

пз

CL

о

с

Водные

Ленточные транспортеры

^ d

со d о 1=

Опора на колеса

Воздушная

подушка

Магнитный

подвес

| Батисферы

Классификация основных колейных транспортных систем (пунктирной линией показана связь технических идей в конструкциях путевых структур и ходовых элементов подвижного состава различных транспортных систем, пунктирной стрелкой - развитие конструкции)

2010/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

177

Колейные системы сохраняют свои преимущества перед другими сухопутными транспортными средствами, обнаруживают новые достоинства в условиях все больших ограничений на использование природных ресурсов и ужесточения экологических требований.

Библиографический список

1. Энциклопедия путей сообщения / В. Н. Образцов. - М. : Государственное издательство, 1925. - С. 3.

2. Развитие железнодорожного транспорта / С. В. Амелин. - Л. : ЛИИЖТ, 1973. -

45 с.

3. Транспорт и его будущее / В. Н. Образцов. - М. ; Л. : Изд-во Академии наук СССР, 1948 . - С. 10.

4. Транспорт / В. Н. Образцов // Большая советская энциклопедия. В 65 т. - М. : Государственный научный институт «Советская энциклопедия», 1946. - Т. 54. - С. 710.

5. Транспорт / Т. С. Хачатуров // Большая советская энциклопедия. - 2-е изд. В 51 т. - М. : Государственное научное издание «Большая советская энциклопедия», 1956.- Т. 43. - С. 132-133.

6. Транспорт / А. А. Митаишвили // Большая советская энциклопедия. -3-е изд. В 30 т. - М. : Советская энциклопедия, 1977. - Т. 26. - С. 154.

7. Политехнический словарь / гл. ред. А. Ю. Ишлинский. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Советская энциклопедия, 1989. - С. 542.

8. Железные дороги. Общий курс : учебник для вузов / М. М. Уздин, Ю. И. Ефименко, В. И. Ковалев и др.; ред. М. М. Уздин. - 5-е изд., перераб. и доп. -СПб. : Информационный центр «Выбор», 2002. - С. 8.

9. К вопросу о комплексной теории транспорта / В. Н. Образцов // Известия Академии наук СССР. Отделение технических наук. - М. : Изд-во Академии наук СССР, 1945. - № 10-11. - С. 1035-1062.

10. Транспорт / А. В. Гамаюнов, В. В. Шашкин // Большая энциклопедия транспорта. В 8 т. / гл. ред. В. П. Калявин; ред. совет: Г. А. Крыжановский (пред.) и др. - М. : Восточный банк коммерческой информации, 1994. - Т. 1. - С. 242.

11. Архитектура и методология транспортных систем / О. В. Белый, О. Г Кокаев, С. А. Попов. - СПб. : Элмор, 2002. - С. 66.

Статья поступила в редакцию 29.11.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Ю. И. Ефименко.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/4