Монорельс та магнітний підвіс, розроблені на кафедрі у 1960-70-х роках.
Монорельс та магнітний підвіс.
1. Монорейки КПІ: історія магнітного польоту
Історія Київського політехнічного зберігає чимало фактів про наукові розробки, які починалися саме в КПІ, видавалися вельми прогресивними, але з різних причин не знайшли подальшого розвитку в Україні. Зокрема, монорейкова дорога з лінійним електроприводом – розробка 1960-70-х рр. на кафедрі електроприводу і автоматизації промислових установок (нині автоматизації електромеханічних систем та електроприводу АЕМС-ЕП) за участю кафедри електричних машин на електроенергетичному факультеті (нині ФЕА). За півстоліття ті дослідження монорейкової естакадної транспортної системи обросли легендами і переказами. Згадаємо деякі з них.
Вони були першими
Розповідають, що історія вітчизняного монорейкового транспорту з лінійним асинхронним двигуном почалася з першотравневої демонстрації. Група співробітників Київського політехнічного інституту зробила модель вагончику з лінійним двигуном для святкового демонстраційного стенду потужністю всього 15 Вт. Науковці КПІ (О.Шаповаленко, К.Биков, А.Вишнікін, керівник С.Ребров) спільно з Київським заводом електротранспорту (директор Г.Іжеля) з 1963 р. почали розробляти та досліджувати електроприводи з лінійними двигунами. У 1966 р. був створений вагон на 6 пасажирів та 1 водія з двома тяговими лінійним двигунами потужністю по 5 кВт.
Це і дозволило отримати від уряду України кошти на будівництво кільцевої дороги завдовжки 525 м для Виставки досягнень народного господарства (ВДНГ) України в Києві. Розробка обіцяла згодом вийти на широкі міські та міжміські простори.
Пошуки і знахідки
У початкових проектах статор лінійного двигуна жорстко кріпився до вагончику монорейки та зазор між ним і ротором (реактивною полосою) доводилося робити великим, щоб при поперечних коливаннях вагона та на поворотах вони не торкалися один одного. Двигун виходив важким та енергоємним. Науковці знайшли просте, але вдале рішення: статор став спиратися на ротор через обгумовані колеса і слідувати за ним, а сила тяги передавалася на кузов через гнучкий зв’язок. Вагончики могли рухатися по легкій естакаді зі сталевого прокату зі швидкістю до 52 км/год.
Плани, плани
У 1966 р. НДІ Промтранспроект розробив для Києва проект навісної монорейкової траси від станції метро «Гідропарк» до моста Патона довжиною 1,8 км. На ній повинні були розташовуватися дві станції. Дорога мала проходити на висоті 6-11 м. По трасі повинен був курсувати вагон вагою 20 т, розрахований на 120 пасажирів. Тягові двигуни потужністю 160 кВт повинні були забезпечити максимальну швидкість 120 км/год. Багато уваги приділяли безпеці руху. На станціях вагон повинен був зупинятися незалежно від помилок машиніста.
У 1970 р. було спроектовано лінію «Березняки – Гідропарк» завдовжки 3,5 км. Дуже зацікавилися ініціативою в Казахстані, оскільки метро там побудувати не вдалося, планували новий екзотичний вид транспорту. Та незабаром роботи над проектами були зупинені.
Демонстрація на ВДНГ, полігон на Київському морі
Зусилля політехніків не пропали марно. Монорейкова дорога була побудована в 1967 р. на території ВДНГ в Голосієво. Її вважають першою в світі трасою монорейки з лінійним електроприводом (наприклад, транспортна система «Трансрапід-01» з лінійним двигуном і магнітним підвісом в Німеччині почала будуватися в 1969 р.).
Демонстраційна монорельсова дорога на ВДНГ проіснувала до 1972 р. і була розібрана при будівництві павільйону товарів народного споживання. У 1971 р. подивитися на київський атракціон приїжджала делегація з Міністерства транспорту ФРН
У 1970 р. дорога була знята в телевізійному фільмі «Сміхонічні пригоди Тарапуньки і Штепселя», завдяки чому ми й можемо побачити, як виглядала в дії розробка київських політехніків (Монорельс КПІ на ВДНГ, кадри з телефільму).
Бурхливі шістдесяті роки були часом поступу і надій на краще майбутнє. Численні експонати ВДНГ надихали публіку до творчої праці. Ентузіасти марили, що вже незабаром можна буде промчати по монорейці.
Модель транспортного екіпажу з лінійним асинхронним електродвигуном (ВДНГ СРСР, 1974 р.)
Для подальших досліджень було відведено полігон на лівому березі Київського моря, не доїжджаючи до села Лебедівки. Там в якості дослідного транспортного засобу уже був використаний повнорозмірний вагон метрополітену з лінійним асинхронним електроприводом.
Проте широкого поширення в Києві монорейковий транспорт так і не отримав. Це пов’язано з недоліками лінійних електродвигунів, які з технічних причин мають значну величину робочих повітряних зазорів, що призводить до додаткових втрат і суттєво погіршує масогабаритні та енергетичні показники машини.
2. Магнітний політ
Важливою проблемою при створенні транспортних систем з лінійним електроприводом виявилось забезпечення безконтактного регулювання положення транспортного екіпажу на основі використання магнітного підвісу, що забезпечує його «паріння» у просторі (левітацію) і дає можливість підвищити швидкість руху до 350-500 км/год.
У середині 70-80-х років кафедра електроприводу ФЕА брала активну участь у Всесоюзній програмі розробки системи високошвидкісного наземного транспорту з лінійним електроприводом та системою магнітного підвішування (О.Шаповаленко, В.Гаврилюк, В.Теряєв, О.Редько, зав. кафедрою М.Попович). На той час у дворі головного корпусу існувала ділянка транспортної структури довжиною 50 м з діючим макетом масою 400 кг, який утримувався на магнітному підвісі
Макет транспортної платформи з 4-точковим електромагнітним підвісом (дослідна ділянка КПІ, 1977 р.)
Інша група науковців, яка працювала в КПІ у той же період (керівник Л.Півень), намагалася зробити магнітний підвіс на зусиллях зсуву полюсів нерегульованих електромагнітів. Але така система мала стійкість лише по вертикалі, і всі спроби отримати нейтральний стан по горизонталі за рахунок оптимізації геометрії полюсів не надали результатів.
Макет транспортного екіпажу з найбільшою масою – 2500 кг, що повністю утримувався на регульованому електромагнітному підвісі як по вертикалі, так і по горизонталі, у 1981 р., вперше в СРСР, створили в КПІ на кафедрі електроприводу в лабораторії корпусу №20 ФЕА
Макет транспортного екіпажу з 4-точковими системами електромагнітного підвісу та горизонтальної стабілізації масою 2500кг (корпус 20 КПІ, 1981 р.)
За результатами цієї роботи була захищена кандидатська дисертація к.т.н. В.І.Теряєва.
Сучасний стан
На даний час монорейковий транспорт утвердився в декількох нішах – як розважальний (у парках, зоопарках, зонах відпочинку, на виставках), як автоматичний транспорт в аеропортах для зв’язку між терміналами та підвезення до міського транспорту, а також як міський та міжміський пасажирський транспорт. Завдяки безшумності та відсутності вібрацій в густонаселених містах монорейковий транспорт може проходити через житлові квартали і навіть наскрізь будинки, про що свідчать відео, зокрема з КНР:
https://www.youtube.com/watch?v=g-y-xSkOzwA,
https://www.youtube.com/watch?v=–fX9XJPics.
Міжміський високошвидкісний наземний транспорт з лінійним електроприводом у сполученні з магнітним підвісом забезпечує можливість безконтактного руху і складає достойну конкуренцію авіаційному, автомобільному та залізничному транспорту, перш за все з точки зору безпеки, екологічності, безшумності, можливості доставки пасажирів та вантажів безпосередньо в пункти призначення, без пересадок на інші види транспорту. Такі транспортні системи широко використовуються Японії, Китаї, Німеччині, США та Канаді.
Пріоритет все ж таки залишається за КПІ, але, на жаль, лише пріоритет.
Незважаючи на фінансові обмеження і технічні складнощі, роботи в галузі систем магнітного підвішування та лінійного електропривода в КПІ продовжуються на кафедрі АЕМС-ЕП, ФЕА. Так, в останні роки під керівництвом доц. В.І.Теряєва було захищено 7 магістерських дисертацій за тематикою лінійного електроприводу та магнітного підвішування, у т.ч. з демонстрацією дії системи електромагнітного підвісу з активним віброзахистом, опубліковано більше 5 наукових статей і розділ у підручнику, у 2017 р. отримано 2 патенти України на системи регульованого електромагнітного підвісу.
Питання вільного паріння у просторі (левітації) здавна цікавило людей. Використання різних систем магнітного підвішування надає таку можливість, але це тема для окремого розгляду.
В.Теряєв. к.т.н., доцент кафедри АЕМС-ЕП (kpivit@gmail.com)
За матеріалами статті “Київський Політехнік”, газета НТУУ КПІ ім. Ігоря Сікорського, №3 (3219), 1 лютого 2018 року. URL: https://epa.kpi.ua/wp-content/uploads/2020/10/Gazeta-Kiyivskij-politehnik-2018-3.pdf.
Додаткові фотокартки розробок магнітного підвісу.
