Понятие подвесных канатных дорог. Общие сведения

Глава 1. Понятие подвесных канатных дорог. Общие сведения

Канатная дорога (а. cable way; н. Seilbahn; ф. funiculaire, teleferique; и. transpoptador por cable) — транспортная установка для перевозки грузов в подвесных вагонетках, а также пассажиров в подвесных вагонах и креслах по натянутому между конечными станциями и поддерживаемому на линии промежуточными опорами стальному канату. Канатные дороги строят в горной, пересечённой и труднопроходимой местности, а также в городах и рабочих посёлках для создания наиболее экономичных, кратчайших транспортных связей между различными объектами. 

По назначению различают  канатные дороги грузовые, пассажирские и грузопассажирские; по устройству — двухканатные (один из канатов несущий, другой — тяговый) и одноканатные. Канатные дороги бывают с кольцевым движением, при котором вагоны перемещаются по двум параллельным линиям подвесного пути всегда в одном направлении, и с маятниковым — на каждом пути подвешено по одному вагону, совершающему возвратно-поступательное движение между конечными станциями. Маятниковые канатные дороги подразделяются на одно- и двухпутные; в последнем случае вдоль трассы навешены два несущих каната для каждого пути и один тяговый, связывающий оба вагона. 

Маятниковые канатные подвесные  дороги с колебательным или маятниковым движением применяются при небольших расстояниях перемещения и малых объемах 190 т/ч обслуживаемых грузопотоков.

Принцип действия пассажирских подвесных канатных дорог аналогичен принципу действия грузовых подвесных канатных дорог. Пассажирские подвесные канатные дороги выполняют одно- и двухканатными; они имеют кольцевое и маятниковое движение. Принципиальное отличие пассажирских канатных дорог от грузовых состоит в конструкции подвижного состава и повышенных требованиях к безопасности.

  По конструкции подвижного состава пассажирские подвесные канатные дороги делят на:

- Кресельные (обычно одноканатные кольцевые) – с открытыми креслами или легкими полуоткрытыми кабинами, подвешенными к непрерывно движущемуся несуще-тяговому канату; посадка и высадка пассажиров происходит на ходу.

- Гондольные канатные дороги (одно- или двухканатные кольцевые) с кабинами (гондолами) или креслами, отцепляемыми от каната на конечных станциях и обеспечивающими более комфортабельный вход и выход пассажиров.

- Буксировочные  канатные дороги (одноканатные кольцевые) с неотцепляемыми подвесками (бугелями), снабженными буксировочными приборами для одного или двух лыжников (пассажиры захватывают приборы на ходу). 

Глава 2. Основные аспекты развития подвесных канатных дорог

Строительство канатных дорог имеет многовековую историю. Во все времена перед людьми стояла задача эффективной транспортировки грузов через пересеченную местность. Проектирование канатных дорог и эксплуатация их в различных географических условиях – это целая наука.

Еще до нашей эры в Китае  подвесные канатные дороги использовались для поднятия необходимых грузов на стены крепостей. В средние века жители гор переправлялись через ущелья с помощью корзин, которые крепились на канатах.

Первые стальные канаты появились  в Германии в 1834 году. Переплетенные стальные проволоки оказались эффективным изобретением и дали новый толчок к развитию канатного транспорта в мире. В это же время начинают применятся первые фуникулеры, эти рельсовые дороги с канатной тягой при эксплуатации получили положительные отзывы у горняков и нашли свое применение у промышленников. Рельсы давали хорошую устойчивость перевозимым вагонам и защищенность от боковых ветров.

В 1866 году на севере Швейцарии  была построена первая пассажирская канатная дорога, которая доставляла туристов на смотровую площадку, откуда открывался шикарный вид на водопад.

После второй мировой войны  в Европе, США и Японии начал  набирать все большую популярность горнолыжный спорт и, соответственно, начали строиться подъемники для спортсменов и посетителей горнолыжных центров.

В Швеции существовала самая длинная в мире 96-километровая дорога, доставлявшая железную руду из Лапландии на берег Ботнического залива. Участок длиной 13.2 километра переделан в самую длинную в мире пассажирскую дорогу.

В настоящее время самой  длинной промышленной канатной дорогой  в мире является канатная дорога в Моанде (Габон).  Дорога служит для доставки марганцевой руды из шахты и имеет длину 76 км. Она построена в 1959—1962 гг., и имеет 858 вышек и 2800 ковшей. 155-километровый проволочный трос проходит через 6 тыс. направляющих роликов.

Осенью 2010 года в Армении состоялось открытие Татевской канатной дороги, самой длинной однопролетной дороги в мире (5.7 км).

За последние годы во многих развитых странах мира усилилось  внимание к грузовым подвесным канатным дорогам , которые с успехом используются для транспортировки отбитой горной массы при отработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.

Грузовые подвесные канатные дороги обеспечивают наименьшую стоимость  перевозки руды по сравнению с  другими видами транспорта при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах (табл. 1).

В настоящее время во многих странах осуществляется проектирование и строительство канатно-подвесных дорог. При этом применяются различные типы дорог: одно- и двух-канатные, с кольцевым и маятниковым движением, с вагонетками и платформами большой грузоподъемности.

Дальность транспортирования  грузов канатно-подвесными дорогами непрерывно увеличивается. Протяжение канатно-подвесных  дорог для транспортирования  сернистой руды в Швеции составляет 96 км, в Конго 76 км - для перевозки марганцевой руды, в Бразилии 51 км - для перевозки угля и т. д.

Основными направлениями  в развитии канатно-подвесных дорог  являются: повышение их производительности за счет увеличения грузоподъемности вагонеток и сокращения интервала между ними; полная автоматизация работы дорог, совершенствование погрузочно-разгрузочных устройств; создание новых типов канатно-подвесных дорог.

Часовая производительность одноканатных дорог составляет примерно 150 т и двухканатных 250 т. Однако в последнее время проектируются и создаются дороги производительностью 300 т/ч и более.

Так, в Италии для перевозки известняка из карьера на цементный завод запроектирована двухканатная кольцевая дорога протяжением 5,9 км, которая имеет производительность 400 т/ч . Полезная нагрузка вагонетки на этой дороге принята 2240 кг и скорость движения тягового каната 3 м/сек.

Экономическая эффективность  применения канатно-подвесных дорог  резко увеличивается в результате автоматизации их работы, особенно процессов погрузки и разгрузки вагонеток.

Обычно при погрузке вагонетки  отключаются от тягового каната и  толкающим конвейером подаются к  загрузочному устройству с питателем  или дозатором. Разгрузка вагонеток  производится опрокидыванием без отключения от тягового каната или также с помощью толкающего конвейера или цепи. В последнее время за рубежом применены новые способы автоматизации погрузки и разгрузки вагонеток.

На вновь построенной  одноканатной кольцевой дороге в  Конго протяжением 76 км применено своеобразное загрузочное устройство. Оно состоит из четырех лотков, вращающихся вокруг вертикальной оси, и двухканатных поверхностей, распределяющих по лоткам руду, поступающую с ленточного питателя. У лотков имеются упоры, которые захватывают порожние вагонетки и перемещают их по кольцевому рельсу. Во время этого двжения вагонетка находится под одним из лотков и успевает загрузиться. На ленточный питатель руда подается вибролотком.

В Мексике на железорудном карьере фирмы Las Encinas S. А. на кольцевой канатно-подвесной дороге протяжением 22 км для погрузки руды в вагонетки применена специальная погрузочная установка. Она представляет собой секционированный вращающийся бункер с несколькими (по числу секций) рациональными желобами. Каждый желоб снабжен автоматическим замком для фиксирования вагонетки в процессе загрузки, когда она вращается вместе с бункером. В момент загрузки вагонетка движется со скоростью, равной скорости тягового каната.

На канатно-подвесной  дороге длиной 7,2 км, построенной на Ямайке фирмой British Railway для перевозки боксита, загрузка вагонеток происходит на ходу из передвижного бункера. В момент установки кузова вагонетки под передвижным бункером последний движется вместе с кузовом, загружая его. Время загрузки вагонетки равно 20 сек, ход бункера 1,22 м.

Особенно большой эффект дает полная автоматизация работы        канатно-подвесных дорог. В США на дороге протяжением 2 км транспортирующей руду от рудника Моут на обогатительную фабрику, автоматизированы все операции и управление ими производится с единого пульта. Для контроля за разгрузкой вагонеток применяется телевизионная установка. Дорога обслуживается всего двумя работниками. Стоимость работ по автоматизации дороги окупилась за 7 месяцев. такие же автоматизированные дороги построены во Франции, Англии и других странах.

В связи с ограничением производительности канатно-подвесных  дорог 350-400 т/ч и скорости движения тягового каната 3,5 м/сек за рубежом ведется работа по созданию новых канатно-подвесных дорог.

Представляет интерес  канатно-подвесная дорога нового типа, построенная во Франции для транспортирования и закладки камня в тело плотины. Дорога длиной 1,9 км имеет две станции и три опоры высотой соответственно 30, 42 и 30 м. Два несущих каната специального изготовления имеют диаметр 92,2 мм и погонный вес 47,1 кг/м. Канат заякорен на обводной станции и натянут контргрузом на погрузочной станции. Дорога не имеет тяговых канатов. На каждой из 12 вагонеток установлен двигатель мощностью 300 л. с. Вагонетка имеет кабину для двух человек и несет бадью грузоподъемностью 10 т. тележка вагонетки имеет 16 ходовых и 8 прижимных роликов. Максимальная скорость передвижения 9 м/сек . Проектный интервал между вагонетками 3 мин, полный цикл вагонетка совершает за 20 мин. Вагонетки могут совершать полный обход через обводную станцию или курсировать по каждому из двух канатов маятниковым движением. Последний метод работы оказался более удобным. Производительность дороги 300 т/ч . При работе с двух погрузочных станций, с обоих концов дороги, производительность может быть повышена путем ликвидации порожних ездок.

Безопасность движения на дороге обеспечивается системой световой блокировки. На каждой опоре установлены  светофоры. Разгрузка вагонеток  осуществляется в пролете. Особое устройство обеспечивает постепенность разгрузки в течение 85 секунд, что значительно уменьшает раскачивание вагонетки и каната после разгрузки. Указание места разгрузки осуществляется при помощи световой сигнализации с поста, установленного в районе разгрузки, или через центральный пост управления, который передает команды на табло, имеющееся в кабине вагонетки.

В СССР канатно-подвесные  дороги получили довольно широкое применение. Всего в стране имеется примерно 1000 установок, в том числе за последние 7 лет построено и реконструировано около 400 дорог. Однако по техническим параметрам имеющиеся в СССР канатно-подвесные дороги значительно отстают от зарубежных.

Глава 3. История развития подвесных канатных дорог в России

История начала развития грузовых подвесных канатных дорог и пассажирских подвесных канатных дорог уходит в 70-е годы XIX в., когда в Москве были построены первые две грузовые дороги. 

Первая канатная дорога в  России была построена в 1871 году для  перевозки леса через заболоченную местность около Ж.Д. станции Покров. Эта девятикилометровая канатная дорога работала за счет парового двигателя. Подвесные вагонетки на 16-мм канате достигали скорости в 7 км/ч, а производительность такой дороги составляла 50 т/ч.

В 1873 году в эксплуатацию была введена одноканатная подвесная  дорога (427 метров в длину) на москворецкой ситцепечатной фабрике. Дорога соединяла  котельную с топливным складом, пересекая реку Москву.

Перед первой мировой войной с помощью канатных дорог велось строительство военного флота во Владивостоке, а уже к началу первой мировой войны длина всех канатно-подвесных дорог России составляла 1/10 от общей протяженности подобных дорог в мире.

Канатные дороги оказались  оптимальным видом транспорта для  болотистой и горной местности при минимальных эксплуатационных затратах. Грузовые канатные дороги начали активно использоваться на рудниках, перерабатывающих предприятиях, при строительстве гидроэлектростанций.

C 1917 по 1991 года в СССР  было построено около 110 канатных  подвесных дорог. Большинство грузовых канатных дорог были построены для горняков и шахтеров. Рельсовые канатные дороги в Москве обслуживали цементные и химические заводы.

В СССР первую кресельную дорогу для лыжников построили в районе Приэльбрусья в 1963 году. В Сочи, Ялте, на Домбае и в ряде других мест также действовали туристические пассажирские подъемники, хотя, в целом по стране их было построено немного. Проектировать дороги без помощи компьютерных вычислительных мощностей было нелегким делом для инженеров.

Российское производство подъемников активно заработало только в конце XX – начале XXI века. На смену неновому зарубежному оборудованию на горнолыжные курорты России пришли отечественный производитель СКАДО (SKADO) и австрийская компания Доппельмайр (Doppelmayr).

9 февраля 1963 года вступила  в строй первая в СССР канатно-кресельная  подвесная дорога на горе Чегет. Нижняя станция находится на высоте 2100 метров над уровнем моря, верхняя расположена на отметке 2750 метров. Длина дороги 1600 метров. Трос поддерживают 18 стальных мачт-опор, установленных на разном расстоянии друг от друга с учётом рельефа. 
       В 1966г. была введена в эксплуатацию вторая очередь канатно-кресельной дороги на горе Чегет - "Чегет-2". В 1969 году начала действовать парно-кресельная подвесная канатная дорога Чегет. Тогда же на склоне горы Эльбрус запустили первую маятниковую канатную дорогу «Эльбрус 1» от

станции Азу до станции Кругозор.  
           В 1976 году строители-высотники закончили вторую очередь маятниковой канатной дороги «Эльбрус 2» от станции Кругозор до станции Мир.

Уже в марте-апреле 1965 года на Чегете были проведены соревнования по горнолыжному троеборью на первенство Советского Союза, в которых впервые приняли участие горнолыжники из Австрии. Тогда же в ознаменование тридцатилетия спортивного общества "Спартак" состоялись горнолыжные соревнования с участием спортсменов из Швейцарии.

Постепенно первая в Приэльбрусье высокогорная лыжная трасса завоевала мировую известность и зарекомендовала себя как одна из сложнейших горнолыжных трасс мира.

У истоков создания канатных дорог стояли:

1. Кафедра подъемно-транспортных  машин Ленинградского политехнического института, которую до 1975 г. возглавлял проф., д-р техн. наук А.И. Дукельский. Неоценимая заслуга ученого состоит в создании отечественной школы проектирования и конструирования канатных дорог. Его четыре монографии, последняя из которых вышла в 1966 г., были единственным в стране учебным материалом для создателей канатных дорог. 

2. Специализированная лаборатория  канатных дорог и кабельных  кранов при Всесоюзном научно- исследовательском институте подъемно-транспортного машиностроения. Ее возглавлял соратник А.И. Дукельского, канд. техн. наук Г.Г. Куйбида. Научные труды лаборатории были посвящены теоретическим расчетам канатных систем, конструкторским решениям, исследованиям надежности и долговечности узлов оборудования различного типа канатных дорог. 

3. Головное проектно-конструкторское  бюро по канатным дорогам Государственного  проектного и конструкторского  института механизированного конвейерного транспорта и подвесных канатных дорог «Союзпроммеханизация» (ГПКИ "Союзпроммеханизация") с филиалами в г. Харькове и Тбилиси. Конструкторы и проектировщики института были разработчиками транспортных и отвальных грузовых, а также пассажирских кресельных и маятниковых дорог. Ведущие специалисты института, такие как Ю.С. Леонтьев, Л.Н. Кубышкин, В.А. Поляков, Д.С. Бенцианов, М.Б. Беркман, В.И. Ермаков, Ю. Ветохин, В. Нечипуренко были разработчиками проектно-конструкторской документации, по которой были изготовлены и построены сотни канатных дорог.

Значительную роль, особенно в развитии маятниковых пассажирских дорог, внес Государственный институт по проектированию угольных шахт «ГрузГипрошахт» (г. Тбилиси), отдел которого возглавлял В. Лежава. 

4. Основные предприятия-изготовители  специального оборудования для  грузовых дорог – казанский  завод «Серп и Молот» (г. Казань) и для пассажирских дорог – завод имени И.Е. Котлякова (г. Ленинград).    

Металлоконструкции линейных опор подвесных канатных дорог изготовлял входивший в трест «Союзлифтмонтаж» специализированный завод в г. Куйбышеве (г. Самара). 

5. Специализированный трест  «Союзлифтмонтаж». Монтажные управления из Волгограда, Новосибирска, Еревана, Тбилиси, входившие в его состав, вели монтаж всех типов канатных дорог на территории Советского Союза. Опыт и знания монтажников, высокая оснащенность специальным оборудованием позволяли проводить уникальные виды монтажа с помощью вертолетов, специальных самоподъемных кранов, специализированной оснастки (мачты, поворотные шевры и т.п.). Техническими руководителями этой отрасли были Я.Л. Французов и С.Я. Юцис.

Разработкой проектов производства работ и конструкторской документации специальной монтажной оснастки занимался отдел канатных дорог  Гипротехмонтаж (г. Москва). Руководителем отдела был О. Харитонов, а ведущими специалистами М. Райхлин, О. Рыбаков, Г. Бовский. 

Инженеры Союзлифтмонтажа и Гипротехмонтажа оформили и внедрили около 30 изобретений, опубликовали около 40 статей в специализированных журналах по монтажу сооружений грузовых и пассажирских канатных дорог. 

6. Госгортехнадзор и его  региональные управления, специалисты  которых обеспечивали контроль всего цикла создания канатных дорог, начиная с проектной документации и заканчивая сдачей объекта в эксплуатацию, а затем контролировали и эксплуатацию канатных дорог. Под руководством Госгортехнадзора были разработаны и внедрены отечественные правила проектирования и безопасной эксплуатации как грузовых, так и пассажирских канатных дорог (начиная с 1970 г. по грузовым канатным дорогам было выпущено два издания, а по пассажирским - четыре).

В итоге, труд коллективов  указанных выше организаций позволил к 1985 г. ввести в эксплуатацию на территории Советского Союза более 1000 грузовых и пассажирских канатных дорог, создав, таким образом, специализированное направление в транспортной отрасли. При определенных условиях канатные дороги стали конкурентом автомобильному, железнодорожному и конвейерному транспорту, а в горной и пересеченной местности – единственно возможным и рентабельным видом как грузовых, так и пассажирских перевозок.

В инженерном плане канатные дороги можно отнести к уникальным сооружениям. Их создание требует высоких теоретических и практических знаний в таких областях, как инженерные изыскания, расчеты устойчивости склона и защиты от оползневых и лавинных явлений, расчеты мачтовых и высотных металлоконструкций линейных опор, специальные расчеты статики и динамики многопролетных канатных систем, а так же глубоких знаний механики, гидравлики, электроники. 

Для пассажирских канатных дорог, особенно в городских условиях, важны знания в области архитектурных решений и задач обеспечения повышенной надежности, долговечности и безопасности.  

К 1980г. исследовательские и проектные организации вплотную подошли к созданию высокопроизводительных грузовых подвесных канатных дорог с объемом перевозки более 500 т/ч и пассажирских подвесных канатных дорог с отцепляемым зажимом подвижного состава (кресла, кабины). Внедрение таких канатных дорог вплотную приблизило бы нас к уровню некоторых передовых зарубежных фирм. Но условия и причины, из-за которых к 1990 г. распался Советский Союз, привели к остановке дальнейшего развития канатных дорог. Закрылись научно-исследовательские, проектные институты, заводы, значительная часть монтажных организаций, учебные заведения подготовки профильных специалистов. 

Часть канатных дорог была демонтирована, часть осталась в  соседних странах и их судьба неизвестна. Канатные дороги, которые остались в России, с трудом поддерживались в рабочем состоянии благодаря неимоверным усилиям эксплуатационного персонала и организациям-владельцам канатных дорог. 

Всего лишь несколько организаций  в то время поддерживали эту отрасль в России: Госгорстехнадзор, Куйбышевский завод монтажных заготовок «Союзлифтмонтаж», ГПКИ «Союзпроммеханизация», некоторые поставщики запасных частей. За период с 1991 по 1997 г. куйбышевский завод произвел более 130 бугельных и кресельных дорог, тем самым поддержав спрос. Но, вопреки всему, отрасль пассажирских канатных дорог выжила благодаря развитию частного предпринимательства в областях отдыха, туризма и спорта. 

Перелом наступил в 1997 г., Президент и владелец австрийской фирмы «Doppelmayer» г-н Артур Доппельмайер выкупил куйбышевский завод, ныне самарский завод «СКАДО». Провели техническое переоснащение завода, обучение персонала, стали поставлять на российский рынок современные канатные дороги.

К концу 90-х годов XX века российский рынок, насытившись закупленными в Европе и установленными в России после ревизии и полного доукомплектования бугельными и кресельными дорогами, стал требовать при обустройстве горнолыжных и туристических комплексов применения современных высокоскоростных и высокопроизводительных пассажирских дорог. 

Благодаря усилиям коллектива группы компаний «Горимпекс» на российский рынок в 2000 г. вышла компания POMAGALSKI (Франция), или сокращенно РОМА, также мировой лидер в области канатного транспорта. 

За период работы обе иностранные  фирмы со своими российскими партнерами запроектировали и построили в России к концу 2012 г. более 200 современных подвесных пассажирских канатных дорог.

Среди объектов особенно следует  выделить первую в России канатную дорогу системы «3S» фирмы Doppelmayer на олимпийском объекте в Красной Поляне (г. Сочи) и уникальную канатную дорогу длиной 3700 м системы «TGD8» фирмы РОМА между Нижним Новгородом и Бором. Этот объект стал первым в России примером применения канатной дороги в качестве городского транспорта. Данная канатная дорога с 8-местными кабинами и пропускной способностью 2000 чел. в час вошла в книги рекордов России и Европы как одноканатная пассажирская дорога с самым большим пролетом 870 м над судоходной рекой (дорога проходит над р. Волгой с использованием опор высотой 85 м.).