История Монорельса в России

XIX век

Первый монорельс в мире появился в 1820 году в России. Тогда житель селаМячково в Подмосковье Иван Эльманов построил «Дорогу на столбах» — по верхнему продольному брусу катились вагонетки, которые тянули лошади[1].

Немногим позже, независимо от русского изобретателя, монорельс схожей конструкции был изобретён в Великобритании Генри Робинзоном Пальмером. Он запатентовал своё изобретение 22 ноября 1821 года. В 1824 году в Великобритании был построен первый действующий монорельс. Он использовался на военно-морской верфи исключительно для перевозки грузов.

Первый пассажирский монорельс в мире был открыт 25 июня 1825 года. Он был устроен по принципу Пальмера.

В общем в конце XIX века монорельс был частым гостем на разнообразных выставках. В 1872 году монорельс на кабельной тяге демонстрировался в Лионе, в 1891 году в Сент-Луисе демонстрировался монорельс с вагонами наподобие трамвайных.

В то же время создание действующего, работоспособного монорельса оказалось гораздо более сложным делом. В XIX веке было создано огромное количество конструкций монорельса, но большинство из них так и остались на бумаге, а те, которые были реализованы, не отличались долголетием. В 1878 году начал действовать паровой монорельс, соединяющий Брадфорд и Гилмор (Пенсильвания)[2]. Его длина составляла 6,4 км. Этот монорельс создавался для перевозок промышленного оборудования, но он также перевозил пассажиров. Брадфордский монорельс закрылся вскоре после случившейся 27 января 1879 года серьёзной катастрофы, когда погиб машинист монорельса и три его пассажира.

Внешние изображения
	Участок монорельсовой дороги конструкции инженера Лярского.
	Одна из первых электрических монорельсовых дорог — Enos Electric Railway

После этого в течение примерно полувека ничего нового в области строения монорельса не происходило. Попытки создать работоспособный монорельс, теперь уже на паровой тяге, возобновились в конце XIX века. Известно, что в 1872 году на политехнической выставкев Москве демонстрировался участок монорельсовой дороги конструкции инженера Лярского[3][4]. В 1876 году паровой монорельс демонстрировался на выставке Centennial Exposition в США. Длина трассы монорельса составляла 170 ярдов (около 150 м)[5]. С развитием электротехники на монорельсах стали использовать электрический привод. Одна из первых электрических монорельсовых дорог, известная как Enos Electric Railway, была построена в 1887 году в Гринвилей, Нью-Джерси.

Иллюстрация из энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона

Как уже было указано выше, несмотря на активные поиски, создать монорельс, способный быть полноценным транспортным средством, в XIX веке так и не удалось. Единственный успешный монорельс той эпохи — построенный вИрландии в 1888 году монорельс, соединявший Баллибунион и Листоуэл. Он просуществовал до 1924 года. Однако распространения эта конструкция не получила (более подробно — см. Монорельс системы Лартига).

Первые монорельсы на конной тяге были подвесными. Паровые монорельсы имели своеобразную полуподвесную конструкцию: состав опирался на несущий рельс, стабильность обеспечивалась боковыми направляющими рельсами. Поперечный разрез такого пути напоминал букву «А», где верхняя точка соответствует несущему рельсу, а точки соединения боковых сторон и поперечной перекладины — направляющим. С появлением электрических монорельсов снова стала использоваться подвесная компоновка.

Однако предлагались и более необычные конструкции. В 1894 году в США была построена монорельсовая железная дорога Boynton Unicycle Railway [6]. На этой дороге поезд опирался на один несущий рельс, сверху же проходил поддерживающий деревянный рельс. Основным недостатком такой дороги было то, что на поворотах из-за инерции(«центробежной силы») на поддерживающий рельс действовали высокие нагрузки.

Монорельс Larmanjat

В 1869 г. устроена была в виде опыта однорельсовая железная дорога системы Ларманжа на участке от ле-Ренси до Монфермея. В этой системе два главных колеса вагона, расположенные по продольной оси его, поддерживаются одним рельсом. Последний возвышается над уровнем земли всего на 20 мм. Для устойчивости под серединой вагона расположены два боковых колеса, катящиеся по земле, как в обыкновенных экипажах. Для ослабления толчков на неровностях, колеса — на рессорах. Боковые колеса локомотивов служат вместе с тем для передачи движения. Система эта была применена в некоторых местах Франции и Португалии, но затем была вытеснена лучшими устройствами. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (1890—1907)

Монорельс Meigs[7]

В конце XIX века появились опорные монорельсы. В 1886 году в США был построен опытный монорельс такого типа, Meigs Monorail, но в те времена распространения такая конструкция не получила.

Появившаяся в Америке система капитана Мейгса составляется из двух рельсов, расположенных один над другим отвесно и поддерживаемых металлическими колоннами. В основание этой системы положена идея сосредоточения всего давления, передаваемого на путь подвижным составом, в осевой линии поезда. Каждый вагон покоится на паре поворотных тележек, поддерживаемых двумя направляющими горизонтальными колёсами и четырьмя наклонными колёсами, с клиновидными желобами по ободу. Последние катятся на двух рельсах квадратного сечения, прикреплённых к нижним поясам решетчатых балок, образующих нижнее строение пути. Горизонтальные колеса локомотива служат, вместе с тем, для передачи движения, а потому эти колеса, для увеличения давления, прижимаются особыми приспособлениями к рельсам. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (1890—1907)

Монорельс General LeRoy Stone’s Centennial

Монорельс системы Лартига

Монорельс Boyes

Вырезка из дизайна Kearney high-speed railway

Метрополитен на шинном ходу в Саппоро, Япония

В Саппоро используются вагоны на шинном ходу, для страховки схода поезда с колёс в случае разрыва шин, используется находящийся под днищем вагона монорельс, вполне возможным является использование в будущем на этих линиях монорельсовых вагонов.

История Монорельса в России

Общий вид шаропоезда конструкции Николая Ярмольчука (1932 г.)

Каждое колесо его поезда представляло собой гигантский шар высотой с человеческий рост. Боковушки шаров — срезаны, здесь проходят оси и установлены электродвигатели. Два таких шара, «одетые» в резину, закреплены в голове и хвосте цилиндрического вагона. Шары выступают наружу через прорези в днище.

Первый российский монорельс был построен в 1820 году в подмосковном селе Мячково. Иван Эльманов построил «дорогу на столбах», на ней по верхнему продольному брусу катились вагонетки, которые тянули лошади.

Первая электрифицированная монорельсовая дорога в России появилась в Гатчине Петербургской губернии в 1899 году по проекту инженера И. В. Романова[10].

Лесовозный монорельс, 1933 год

В Москве первые попытки построить монорельс проводились в 1933 году. В парке им. Горького была создана уменьшенная действующая модель «аэропоезда Вальднера» — модель пассажирского вагона длиной 2,5 метра с двумя воздушными винтами, передвигавшегося на эстакадах по среднему рельсу. Вагон мог развивать скорость до 120 км/ч и работал даже тогда, когда из-за сильных снежных заносов в Москве вставали трамваи. В 1935 году у платформы Северянин был сооружён участок эстакады в натуральную величину.

В 1967 году планировалось построить разветвлённую линию подвесного монорельса от станции метро «Автозаводская» до железнодорожной станции «Коломенская» Павелецкого направления МЖД; был выпущен опытный вагон, который выставлялся на ВДНХ. Позднее оказалось, что на пути монорельса располагается районЦарицыно — в то время посёлок Ленино, ставший районом массовой жилой застройки, и с его пассажиропотоком могла справиться только линия традиционного метрополитена.

В начале 2000-х годов были проекты постройки монорельса в Воронеже, однако из-за высоких затрат на содержание монорельсовой линии они были отвергнуты.

20 ноября 2004 открыта первая публичная монорельсовая дорога в Москве в районе Останкино, с 10 января 2008ставшая полноценным видом городского общественного транспорта. Особенность отечественной линии заключается в использовании составом линейного двигателя.

Подвесная монорельсовая дорога может быть построена от подмосковного города Видное до московского района Южное Бутово. С таким предложением выступила строительная компания "Мортон", застраивающая микрорайоны в Видном и Бутово. Протяженность дороги составит 14 км, она сможет перевозить 2 тыс. пассажиров в час, её проектирование уже началось.[11]

Переспективные направления развития.

В настоящее время высокоскоростной пассажирский наземный монорельсовый транспорт с бесколесными системами на электромагнитном подвесе с использованием эффекта сверхпроводимости еще не имеет значительного применения. По мнению сторонников указанного вида транспорта, основными достоинствами системы магнитного подвеса являются полное отсутствие механического износа и возможность развивать сверхвысокую скорость.

Система, где поезд движется без контакта с путем и где электроника заменила механику, находится на более высоком техническом уровне по сравнению с традиционной системой колесо - рельс.

Работа в этой области, начатая в Германии в 70-х годах XX века, увенчалась созданием уникального поезда типа Transrapid, скорость которого составляла 400 км/ч. Бесколесные поезда с линейным приводом и электромагнитным подвесом при воздушном зазоре 10 мм были предназначены для использования на высокоскоростной линии Гамбург - Берлин.

В системе Transrapid используется принцип линейного электрического двигателя. В ней имеются статор и ротор, однако статор выполнен в развернутом виде и интегрирован в несущую структуру, а роль ротора выполняют магниты подвеса, смонтированные на поезде.

Когда на развернутую статорную обмотку с обоих концов подается напряжение переменного трехфазного тока, в ней возникает линейно перемещающееся магнитное поле. Это поле увлекает за собой ротор, а с ним - и весь поезд. Сила тяги и скорость движения поезда регулируются путем изменения амплитуды напряжения и частоты. Торможение поездов в системе Transrapid также осуществляется без использования сил трения. Переключив направление линейного перемещения магнитного поля, систему переводят из режима двигателя в режим генератора. Поезд замедляется, а вырабатываемая при этом энергия возвращается в сеть.

Вместо традиционной ходовой части и рельсового пути в системе Transrapid используются системы магнитного подвеса, направления и тяги. Системы подвеса и направления (рис. 1-32) работают по электромагнитному принципу, используя силы притяжения.

Рис. 1-32. Модуль с магнитами подвеса и направления

Система подвеса состоит из электромагнитов, симметрично расположенных с обеих сторон вдоль всего поезда и притягиваемых статорной обмоткой, уложенной на нижней поверхности несущей балки монорельса. Сила притяжения электромагнитов автоматически регулируется средствами электроники таким образом, чтобы она уравновешивала силу тяжести при сохранении заданного воздушного зазора между магнитами поезда и монорельсом.

Система направления включает в себя расположенные с обеих сторон поезда электромагниты с электронным регулированием, которые взаимодействуют с реактивными шинами, закрепленными с обеих сторон балок монорельса по всей ее длине. Система электронного регулирования следит за тем, чтобы зазор между магнитами подвеса и монорельсом в среднем поддерживался равным 10 мм. Расстояние между днищем кузова и поверхностью пути составляет 150 мм. Благодаря этому небольшие предметы или снежный покров на монорельсе не оказывают помех движению поезда в режиме магнитного подвеса.

На основе макетных проработок, выполненных в Японии, принято решение оборудовать линию Токио-Осака поездами с электродинамическим подвеском и линейными синхронными двигателями со сверхпроводящими электромагнитами. В ходе испытаний экспериментального поезда на испытательном полигоне (линия длиной 42,8 км) в провинции Яманаси в апреле 1999 г был установлен рекорд скорости - 552 км/ч. Новые поезда смогут обеспечить регулярные пассажирские перевозки с эксплуатационной скоростью до 500 км/ч.

В 2001 году начаты испытания этой системы, рассчитанные на 5 лет. Они позволят уточнить эксплуатационную готовность, проверить надежность и сроки службы элементов системы, а также ее технические и экономические показатели.

Общими особенностями для немецкой и японской систем на магнитном подвесе являются отсутствие контактной сети и замена колеса (как опоры и направляющих подвижного состава) магнитным подвесом. Совершен переход от тяги, основанной на сцеплении колесо-рельс, к тяге электромагнитным полем с помощью линейных синхронных двигателей, уложенных вдоль путевого полотна.

Казалось бы, благодаря способности развивать высокие скорости (до 500 км/ч при использовании воздушной подушки) и возможности сообщения по кратчайшему расстоянию монорельсовый транспорт является перспективным видом городского, пригородного и промышленного транспорта. Однако, несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, монорельсовый путь сложен в устройстве, трудоемок в постройке и экологически небезопасен. Поэтому возможности его применения ограничиваются из-за большой капиталоемкости сооружения и дороговизны обслуживания. Но, несмотря на огромные затраты, в 2002 г. в Шанхае (Китай) проведены испытания первой коммерческой трассы поездов на магнитном подвесе (рис 1-33). Поезд преодолел 30 км всего за 8 мин, развив скорость 405 км/ч. Опытная эксплуатация первой коммерческой линии в Шанхае поездов на магнитном подвесе была начата в канун 2003 года.

Стоимость проекта оценивается в 1,2 млрд. долларов. Если линия будет работать успешно, то такие поезда в будущем будут использоваться в Китае и на других маршрутах.

Рис. 1-33. Поезд системы Transrapide Шанхае

Следует отметить, что в Японии проводятся также работы по созданию поездов на воздушной подушке. Японские исследователи обратились к этой технологии в ходе совершенствования системы магнитного подвеса. Это объясняется тем обстоятельством, что для создания воздушной подушки требуется в 4 раза меньше энергии. В качестве источника питания предложено использовать солнечные батареи, устанавливаемые на плитах, на которых смонтирован монорельс. Создан 8-метровый опытный образец вагона на воздушной подушке, который успешно прошел испытания со скоростью 50 км/ч. Ведутся работы над созданием новой модели поезда для движения со скоростью 150 км/ч, а в 2003 г. планировалось построить экипаж-прототип, рассчитанный на скорость 500 км/ч.