История Киевского политехнического хранит немало фактов о научных разработках, которые начинались именно в КПИ, выдавались весьма прогрессивными, но по разным причинам не нашли дальнейшего развития в Украине. В частности, монорельсовая дорога с линейным электроприводом - разработка 1960-70-х гг. на кафедре электропривода и автоматизации промышленных установок (АЭМС-ЕП) при участии кафедры электрических машин на электроэнергетическом факультете (ныне - ФЭА). За полвека те исследования монорельсовой эстакадный транспортной системы обросли легендами и преданиями. Вспомним некоторые из них.
Они были первыми
Рассказывают, что история отечественного монорельсового транспорта с линейным асинхронным двигателем началась с первомайской демонстрации. Группа сотрудников Киевского политехнического института сделала модель вагончика с линейным двигателем для праздничного демонстрационного стенда мощностью всего 15 Вт. Ученые КПИ (О.Шаповаленко, К.Биков, А.Вишникин, руководитель С.Ребров) совместно с Киевским заводом электротранспорта (директор Г.Ижеля) с 1963 г. начали разрабатывать и исследовать электроприводы с линейными двигателями. В 1966 г.был создан вагон на 6 пассажиров и 1 водителя с двумя тяговыми линейными двигателями мощностью по 5 кВт. Это и позволило получить от правительства Украины средства на строительство кольцевой дороги длиной 525 м. для Выставки достижений народного хозяйства (ВДНХ) Украины в Киеве. Разработка обещала впоследствии выйти на широкие городские и междугородные пространства.
Поиски и находки
В начальных проектах статор линейного двигателя жестко крепился к вагончику монорельса и зазор между ним и ротором (реактивной полосой) приходилось делать большим, чтобы при поперечных колебаниях вагона и на поворотах они не касались друг к другу. Двигатель выходил тяжелым и энергоемким. Ученые нашли простое, но удачное решение: статор стал опираться на ротор через обрезиненные колеса и следовать за ним, а сила тяги передавалась на кузов через гибкую связь. Вагончики могли двигаться по легкой эстакаде из стального проката со скоростью до 52 км / ч.
В то же время были разработаны и внедрены электроприводы с линейными двигателями для злитковоза (24 кВт, 36 км / ч) и буксировочного устройства исследовательского бассейна Института гидромеханики НАН Украины.
Планы, планы
В 1966 г. НИИ Промтранспроект разработал для Киева проект навесной монорельсовой трассы от станции метро "Гидропарк" к мосту Патона длиной 1,8 км. На ней должны были располагаться две станции. Дорога должна была проходить на высоте 6-11 м. По трассе должен был курсировать вагон весом 20 т, рассчитанный на 120 пассажиров. Тяговые двигатели мощностью 160 кВт должны были обеспечить максимальную скорость 120 км/ч. Много внимания уделяли безопасности движения. Устройства энергоснабжения, связи, сигнализации, централизации и блокировки контактной сети должны были обеспечивать автоматическое ограничение скорости на криволинейных участках, стрелках и при подходе к станции. На станциях вагон должен был останавливаться независимо от ошибок машиниста.
В 1970 г. было спроектировано линию "Березняки - Гидропарк" длиной 3,5 км. Очень заинтересовались инициативой в Казахстане, поскольку метро там построить не удалось, планировали новый экзотический вид транспорта. Но вскоре работы над проектами были остановлены.
Демонстрация на ВДНХ, полигон на Киевском море
Усилия политехников не пропали даром. Монорельсовая дорога была построена в 1967 г. на территории ВДНХ в Голосеево. Считается первой в мире трассой монорельса с линейным электроприводом (например, транспортная система "Трансрапид-01" с линейным двигателем и магнитным подвесом в Германии начала строиться в 1969 г.).
Демонстрационная монорельсовая дорога на ВДНХ просуществовала до 1972 г. и была разобрана при строительстве павильона товаров народного потребления. В 1971 г. посмотреть на киевский аттракцион приезжала делегация из Министерства транспорта ФРГ. В 1970 году дорога была снята в телевизионном фильме "Смеханические приключения Тарапуньки и Штепселя», благодаря чему мы и можем увидеть, как выглядела в действии разработка киевских политехников
Бурные шестидесятые годы были временем развития и надежд на лучшее будущее. Многочисленные экспонаты ВДНХ вдохновляли публику к творческому труду. Энтузиасты мечтали, что уже скоро можно будет промчаться по монорельсе (фото 2). .
.
Для дальнейших исследований было отведено полигон на левом берегу Киевского моря, не доезжая села Лебедивки. Там в качестве исследовательского транспортного средства уже был использован полноразмерный вагон метрополитена с линейным асинхронным электроприводом.
Однако большего распространения в Киеве монорельсовый транспорт так и не получил. Это связано с недостатками линейных электродвигателей, которые по техническим причинам имеют значительную величину рабочих воздушных зазоров, что приводит к дополнительным потерям и существенно ухудшает массогабаритные и энергетические показатели машины. Не способствовали развитию и климатические и погодные условия нашего региона.
Магнитный полет
Важной проблемой при создании транспортных систем с линейным электроприводом оказалось обеспечение бесконтактного регулирования положения транспортного экипажа на основе использования магнитного подвеса, что обеспечивает его левитацию и дает возможность повысить скорость движения до 350-500 км / ч.
В середине 70-80-х годов кафедра электропривода ФЭА принимала активное участие во всесоюзной программе по разработке системы высокоскоростного наземного транспорта с линейным электроприводом и системой магнитного подвешивания (О.Шаповаленко, В.Гаврилюк, В.Теряев, О.Редько, зав. кафедры М.Попович). В то время во дворе главного корпуса был участок транспортной структуры длиной 50 м с действующим макетом массой 400 кг, который удерживался на магнитном подвесе (фото 3).
Вторая группа ученых, работавшая в КПИ в тот же период (руководитель Л.Пивень), пыталась сделать магнитный подвес на усилиях сдвига полюсов нерегулируемых электромагнитов. Но он был устойчив только по вертикали, и все попытки получить нейтральное состояние по горизонтали за счет оптимизации геометрии полюсов результата не дали.
Макет транспортного экипажа с наибольшей массой - 2500 кг, что полностью содержался на регулируемом электромагнитном подвесе как по вертикали, так и по горизонтали, в 1981 г., впервые в СССР, создали в КПИ на кафедре электропривода (ныне - АЭМС-ЭП) в лаборатории корпуса №20 ФЭА (фото 4) По результатам этой работы была защищена диссертация к.т.н. В.И.Теряева.
Современное состояние
В настоящее время монорельсовый транспорт утвердился в нескольких нишах - как развлекательный (в парках, зоопарках, зонах отдыха, на выставках), как автоматический транспорт в аэропортах для связи между терминалами и подвоза к транспорту, а также как городской и междугородний пассажирский транспорт . Благодаря бесшумности и отсутствию вибраций в густонаселенных городах монорельсовый транспорт может проходить через жилые кварталы и даже сквозь дома.
Междугородный высокоскоростной наземный транспорт с линейным электроприводом в сочетании с магнитным подвесом обеспечивает возможность бесконтактного движения и составляет достойную конкуренцию авиационному, автомобильному и железнодорожному транспорту, прежде всего с точки зрения безопасности, экологичности, бесшумности, возможности доставки пассажиров и грузов непосредственно в пункты назначения, без пересадок на другие виды транспорта. Такие транспортные системы широко используются в Японии, Китае, Германии, США, Канаде.
Приоритет все же остается за КПИ, но, к сожалению, только приоритет ...
Несмотря на финансовые ограничения и технические сложности, работы в области систем магнитного подвешивания и линейного электропривода в КПИ продолжаются на кафедре АЭМС-ЕП, ФЭА. Так, в последние годы было защищено 6 магистерских диссертаций по тематике линейного электропривода и магнитного подвешивания, в т.ч. с демонстрацией действующей системы электромагнитного подвеса с активной виброзащитой, опубликовано 5 научных статей и раздел в учебнике, в 2017 г. получено 2 патента Украины на системы регулируемого электромагнитного подвеса.
Вопрос свободного парения в пространстве (левитации) издавна интересовало людей. Использование различных систем магнитного подвешивания предоставляет такую возможность, но это тема для отдельного рассмотрения.
Н. Либерт, В.Теряев, к.т.н., доцент кафедры АЭМС-ЕП