На прошлой неделе мы рассказывали вам о том, как работает подвесная канатная дорога, сегодня же речь пойдет о другом типе канатных дорог — рельсовом. Транспортные средства, которые перевозят по ним пассажиров или грузы, именуются фуникулерами. Впервые использование фуникулера в качестве пассажирского транспорта было предложено в 1825 году, а спустя почти 30 лет идея была реализована одновременно в итальянском городе Генуя и австрийском Зоммеринге. Сегодня в мире функционирует около 400 рельсовых канатных дорог. Большинство из них расположено в США и Швейцарии. Как же работает рельсовая канатная дорога — об этом в сегодняшнем выпуске!
Существует два основных типа фуникулёров: одновагонный и двухвагонный. Принцип работы первого из них достаточно прост: двигатель, расположенный на вершине канатной дороги попеременно поднимает и опускает вагон при помощи каната. На некоторых дорогах перемещением управляет оператор, используя механический захват. Захват обжимает канат, который движется в специальном углублении под поверхностью. Для того, чтобы остановить вагон, оператору достаточно отпустить захват. Канат при этом безостановочно продолжает движение.
Наиболее распространен тип фуникулёра с двумя немоторными вагонами. Они жёстко соединены канатом, перекинутым через шкив. Сам шкив и двигатель, вращающий его, также расположены на верхней станции фуникулёра. Двигатель приводит в движение уложенный между опорными рельсами канат, на концах которого и закреплены вагоны. Таким образом, они всегда движутся и останавливаются одновременно, а разъезжаются ровно посередине линии. Такая схема наиболее экономична: энергия тратится не на подъём и спуск вагонов, а фактически на перемещение разницы в весе двух по-разному загруженных пассажирами вагонов, а также на преодоление силы трения и торможение. Стоит отметить, что движение каната, перемещающего вагоны, реверсивное. Его направление меняется всякий раз, когда вагон или вагоны достигают конца линии.
Если двухвагонная канатная дорога имеет лишь одну пару рельсов, то посередине маршрута делается двухколейный участок, чтобы встречные вагоны могли разойтись. Вагоны на таких дорогах имеют разные колеса на противоположных сторонах. На колесах левой стороны имеется обод с двойным гребнем, а правой стороны - гладкий обод. При приближении к разъезду колеса с двойным гребнем заставляют вагон всегда переходить на левую колею.
Если на канатной дороге лопается канат или ослабляется его натяжение, то автоматически срабатывает пружина, сдавливающая рельс клиньями с обеих сторон. Это в случае аварии предотвращает возможность неуправляемого скатывания вагона с горы.
Трассы фуникулёров обычно делаются достаточно короткими — как правило несколько сотен метров — с крутым уклоном, достигающим 35 градусов. Уклон канатной дороги обычно постоянен, но иногда незначительно меняется на разных участках. Вагоны фуникулёра проектируются индивидуально под каждый маршрут, с учётом его крутизны. При этом линии фуникулёра никогда не образуют сети, не разветвляются и не пересекаются.
Вагон канатной дороги доставляет пассажиров на один из холмов Сан-Франциско.
В тех местах, где подъемы слишком круты для движения обычных поездов, вагоны канатных дорог спокойно двигаются вверх и вниз. Вагоны современных канатных дорог поднимают и опускают людей на горных склонах и переправляют их через глубокие ущелья.
Некоторые канатные вагоны двигаются по колее, другие крепятся к канатам, натянутым по воздуху. Но все они имеют захватывающие устройства, которые позволяют вагону зацепиться за канат, движущийся между двумя станциями. На некоторых канатных дорогах - вроде той, что находится в Сан-Франциско - оператор управляет механическим захватом. Этот захват обжимает канат, который движется в специальном углублении под поверхностью. Для того, чтобы остановить вагон, оператору достаточно отпустить захват. А канат продолжает двигаться безостановочно.
Тормоза
Если лопается канат или ослабляется его натяжение на канатной дороге в гористой местности, то автоматически срабатывает пружина, сдавливающая рельс с обеих сторон клиньями. Так предотвращают в случае аварии возможность неуправляемого скатывания вагона с горы.
Движение на разъезде
Если на канатной дороге есть двухколейный участок, то встречные вагоны могут разойтись. Вагоны на таких дорогах имеют двойные колеса. На одном колесе обод с двойным гребнем, на другом - гладкий обод. При подходе к разъезду колеса с двойным гребнем заставляют вагон всегда переходить на левую колею
Фуникулер
Фуникулер - это подвесной тип канатной дороги, где вагончики движутся в гору и с горы на двух канатах, натянутых в воздухе. Вагонные колеса вращаются по неподвижному канату, выполняющему роль опоры. Захватывающее устройство вагончика сцепляется с подвижным канатом, который и тянет вагон между станциями. Направляющие рельсы на каждой станции освобождают захваты и снимают вагоны с канатов. Когда вагон снова готов к отправке, он сходит с направляющего рельса на канаты. На нижней станции есть специальный механизм, который поддерживает канаты в натянутом состоянии.
Там, где нужно поднимать на горы людей и грузы, а построить шоссе или проложить железную дорогу невозможно, - там действуют подвесные канатные дороги.
Вагонетки канатной дороги висят на стальных канатах; колеса находятся на крыше и двигаются по несущему тросу, как по рельсу. По большинству канатных дорог двигаются две вагонетки или кабины, одна из которых едет вверх, а другая одновременно скользит вниз.
На канатных дорогах обычно натянуты два каната. Несущий канат функционирует подобно рельсу железной дороги. Он связывает верхнюю и нижнюю станции и часто лежит на опорных мачтах. К несущему тросу подвешена кабинка, которая катится по нему на роликах.
Второй канат - тяговый. Он тянет кабинки вверх и вниз. Обе кабинки прочно связаны друг с другом тяговым канатом. Его длина точно равна расстоянию от подножия горы до верхней станции.
На верхней остановке он проходит через ролик. Когда одна кабинка висит высоко на горе, другая находится в долине у подножия горы. Потом первая кабинка катится по несущему канату вниз. При этом вторая одновременно поднимается по тяговому канату вверх
Таким образом можно сэкономить большое количество энергии на подъем и торможение кабинок.
Обе кабинки двигаются всегда одновременно и в разном направлении. На середине дороги они проезжают мимо друг друга.
В 1834 году немецкий инженер Альберт Фогтс изобрел металлический канат - из переплетенных друг с другом стальных проволок. А спустя три десятилетия на севере Швейцарии возле Шаффхаузена появилась первая в мире канатная дорога для перевозки пассажиров. С ее помощью туристы поднимались на смотровую площадку. Как же работает современная подвесная канатная дорога?
Канатные дороги бывают двух типов: одноканатными и двухканатными. Характерной особенностью подвесных дорог первого типа является то, что функции несущего и тягового элемента выполняет один стальной канат, замкнутый в кольцо. Сам канат состоит из проволок, свитых в пряди вокруг жесткой сердцевины. Кабинки совершают кольцевое движение, будучи подвешенными к непрерывно движущемуся канату с помощью специальных отцепляющихся зажимов. По прибытии на станцию кабины отсоединяются от каната, переходят на станционный подвесной конвейер и передвигаются по жестким рельсовым путям при помощи ходовых колес. При этом скорость кабины уменьшается до 0,3 м/с. Двери автоматически открываются, и пассажиры выходят из кабины. Затем вагонетка продолжает движение на станционном конвейере на другую сторону станции, пассажиры заходят в кабину, двери автоматически закрываются, кабина разгоняется конвейером до скорости каната, и при сходе с рельсового пути она снова сцепляется с ним зажимным аппаратом. Сам канат приводится в движение фрикционным приводом с канатоведущим шкивом.
Более распространены в настоящее время двухканатные подвесные дороги. Кабинки такой канатной дороги висят на гибком несущем канате и движутся по нему как по рельсу при помощи расположенных на крыше роликовых колес. Несущий канат связывает верхнюю и нижнюю станции дороги и опирается на специальные мачты. Второй канат является тяговым. Кабинки присоединены к нему и служат для него опорой. Однако при большом расстоянии между кабинами провес каната может быть значительным, поэтому на опорах устанавливают специальные поддерживающие ролики. Привод приводит в движение тяговый канат, и кабины перемещаются в нужном направлении.
Управление дорогой осуществляется централизованно с диспетчерского пульта. Каждая канатная дорога оборудована антиколлизионной системой, которая отслеживает расстояние между кабинами и исключает их столкновение друг с другом. На опорах некоторых канатных дорог также устанавливают ветровую систему, которая при сильном ветре замедляет скорость кабинок и информирует об этом персонал канатной дороги. Для предотвращения соскакивания каната с роликов на каждой опоре есть специальные датчики и ловушки рядом с роликами, которые не дадут тросу упасть.
Провозная способность пассажирской канатной дороги может достигать 2000 человек в час. А угол подъёма канатной дороги может доходить до 50 градусов. Самая длинная в мире 96-километровая канатная дорога существовала в Швеции. По ней доставляли железную руду из Лапландии на берег Ботнического залива. Ее участок длиной 13,2 километра переоборудован в самую длинную в мире пассажирскую канатную дорогу.
В ряде случаев, при сильно пересеченной или густо застроенной местности, для доставки на заводы сырья с карьеров применяют канатно-подвесные дороги (рис. 174).
Канатно-подвесные дороги разделяют:
1) по числу канатов на: а) одноканатные, в которых один и тот же канат является несущим и тяговым; б) двухканатные, когда один каиат является несущим, а другой - тяговым;
2) по характеру движения вагонеток: а) с кольцевым. движением вагонеток; б) с маятниковым движением вагонеток.
Схемы канатно-подвесных дорог имеют много общего со схемами канатных откаток по рельсовым путям. Так, например, дороги с кольцевым движением аналогичны (но схеме) откатке бесконечным канатом, а дороги с маятниковым движением - откаткам коицевыми канатами.
Главное различие между канатными откатками и подвесными Канатными дорогами заключается в том, что в последних вагонетки движутся по гибкому рельсовому пути (канату), подвешен Ному па некоторой высоте на опорах.
На заводах строительных материалов наибольшее распространение получили двухканатные двухпутевые дороги с замкнутым кольцевым движением вагонеток. Основными частями канатио - подвесной дороги (рис. 174) являются: погрузочная станция, линия движения, разгрузочная станция, подвижной состав - вагонетки и привод тягового каната.
Погрузочная станция включает в себя приемный бункер 1, загрузочное устройство для вагонеток, жесткий рельсовый круговой обгонный путь 2, концевой шкив для тягового каната 3 (в зави-
Симости от условий работы дороги), включатель и выключатель для присоединения и отсоединения тягового каната к вагонеткам. Линия движения имеет опоры 4, несущие канаты 5, тяговый канат 6. Разгрузочная станция включает рельсовый обгонный путь 7, приемные бункеры или открытую приемную площадку и приводную лебедку 8.
На линии движения несущие канаты располагают на металлических опорах.
По одному из канатов идут груженые вагонетки, по второму - " порожние. Расстояние между канатами на опорах 2,5-3,0 м. На одном конце несущие канаты заякоривают в специальном фун - ; даменте 9, а на другом - натягивают грузами 10.
Несущие канаты (рис. 175) для подвесных дорог изготовляют закрытого типа из фасонных проволок со слоем клиновидных проволок (ГОСТ 7675-55) и канаты по ГОСТу 3090-55 без слоя " клиновидных проволок.
Применение свободно висящих грузов обеспечивает постоян - , ство натяжения канатов. При изменениях нагрузки изменяется только стрела провеса канатов, а натяжение остается постоянным.
В качестве тяговых канатов используют канаты параллельной свивки с линейным касанием проволок, а также нераскручиваю - щиеся канаты.
Вагонетки присоединены к тяговому канату и служат для него опорой. Однако при большом расстоянии между вагонетками стрела провеса каната может быть значительной, поэтому на опорах устанавливают поддерживающие ролики.
Вагонетки типовых подвесных канатных дорог изготовляют с опрокидным кузовом на двух или четырех колесах, каждая пара
|
Рис. 175. Типы несущих канатов: А - закрытый; б - открытый |
Которых образует тележку, основные параметры вагонеток принимают по ГОСТу 10353-63.
Двухколесная вагонетка допускает нагрузку на тележку до 1 т, четырехколесная - до 3,2 tn. Следует иметь в виду, что нагрузка на тележку включает собственный вес тележки и вес приходящегося на нее тягового каната, поэтому при вычислении полезной грузоподъемности вагонетки необходимо учитывать указанные нагрузки. Для маятниковых каиатно-подвесных дорог грузоподъемность вагонеток может быть принята большей.
Основными частями вагонетки (рис. 176, б и в) являются. ходовая тележка, подвеска, кузов, зажимной аппарат (замок).
От опрокидывания кузов удерживается рычагом 1. Ось вращения кузова смещена относительно его средней оси на 20-25 мм, Вследствие чего прн набегании рычага на неподвижный упор, установленный в месте разгрузки, рычаг откидывается и кузов опрокидывается.
Кузов в рабочее положение возвращают вручную или посредством противовеса, расположение и вес которого выбраны с таким расчетом, чтобы при груженой вагонетке опрокидывающий момент Был больше восстанавливающего, а при порожней - меньше. 302
В четырехколесных вагонетках каждая тележка шарнирно закреплена па раме и имеет возможность самоустанавливаться, чем достигается равномерное распределение нагрузки иа все колеса.
Зажимной аппарат, служащий для присоединения вагонетки к тяговому канату, представляет собой шарнирные клещи
(рис, 176, я) с двумя щеками - неподвижной 2 и подвижной 3, Имеющей рычаг 4. Подвижная щека приварена к раме тележки 5. Рычаг подвижной щеки связан с тягой 6, иа верхнем конце которой закреплена ось 7 с двумя роликами 8 , а на нижнем подвешена рама 9 Вагонетки. Когда вагонетка роликами 8 набегает на специальные рельсы 10 (рис. 176, а), клещи раскрываются, и каиат освобождается при сбегании роликов с рельсов. Вес рамы и кузова вагонетки передается через тягу на рычаг и канат зажимается.
В качестве привода тягового каната применяют лебедки со шкивами треиия горизонтального или вертикального типов с одним
Или двумя желобами трення и противостоящим шкивом, а также лебедки с уравнительными приводами. В последнем случае ведущими являются одножелобчатые шкивы трения, соединенные между собой дифференциалами, что дает возможность каждому шкиву вращаться с разной угловой скоростью и избежать скольжения каната при неравномерном износе футеровки. Иногда применяют приводные лебедки повышенной силы, в которых увеличение силы сцепления каната со шкивами достигается применением специальных зажимов.
Привод лебедок - редукторный. Лебедки могут работать как в двигательном, так и в тормозном режиме (при спуске груза сверху вниз). В последнем случае двигатель, вращаясь со сверх - синхроппой скоростью, работает как генератор.
Для остановки лебедки при превышении нормальной скорости вагонеток устанавливают центробежные выключатели.
Четкая н безаварийная работа канатной подвесной дороги достигается строгим соблюдением правил эксплуатации и своевременным проведением всего комплекса планово-предупредительных ремонтов, а также оснащением дороги средствами контроля, сигнализации и связи.
Управление дорогой осуществляется централизованно с пульта управления диспетчера.
На каждой станции в коитакториой панели устанавливают реле сигнализации, а иа галереях около кареточных шкивов - концевые выключатели и кнопки аварийной остановки движения. При нажатии одной из кнопок аварийной службы или замыкании любого из концевых выключателей срабатывают все реле сигнализации. Нормально замкнутые контакты размыкаются, двигатель отключается и срабатывает тормоз. Нормально разомкнутые контакты, наоборот, замыкаются и включают в машинном зале звонок громкого боя и сигнальные лампы, а также звонок громкого боя па галерее. Между станциями связь осуществляется телефоном, а также по радио.
Режим работы канатной подвесной дороги регулируется специальными правилами эксплуатации, а работа обслуживающего персонала - соответствующими должностными инструкциями. В процессе эксплуатации дороги систематически ведется документация, в которой отражается вся работа дороги и ее основные показатели.
Когда выбрана скорость движения и грузоподъемность вагонетки, составляют схему дороги в соответствии с планом и профилем и производят тяговый расчет.
Наиболее универсальным методом расчета является в данном случае «Метод обхода по контуру» или, как его еще называют «Метод расчета по точкам», уже применявшийся для расчета конвейеров. Для этого весь контур дороги в плане разбивают иа криволинейные и прямолинейные участки. Если прямолинейные 301 участки имеют разный уклон, то их подразделяют еще на части и для каждого участка в отдельности подсчитывают сопротивления, а затем все сопротивления суммируют.
