Электромобилями называют подвижной состав, имеющий автономный электрохимический источник энергии для питания тягового электропривода ведущих колес. К основным достоинствам электромобилей относят: отсутствие токсичных отработавших газов, бесшумность, простоту управления, высокий к. п. д. и др.
Повышенный интерес к этому виду транспорта, особенно в последние годы, обусловлен важнейшей проблемой современных городов — проблемой ликвидации загрязнений атмосферы, связанной с работой промышленности и транспортных средств.
Основная задача широкого освоения электромобильного подвижного состава состоит в создании автономного источника энергии для электромобиля. В качестве таких источников применяются или могут применяться:
- аккумуляторы;
- топливные элементы (электрохимические генераторы тока);
в) комбинированные энергетические установки, имеющие два типа источников тока.
Основными типами аккумуляторов, применяемых на электромобилях в настоящее время, являются кислотные и щелочные. Низкие весовые и энергетические показатели этих аккумуляторов обусловливают их сравнительно небольшое применение на городском транспорте для тяги. Современный уровень технических характеристик электромобилей с аккумуляторными батареями позволяет использовать их лишь на транспорте для внутригородских перевозок, при которых не требуются высокие скорости движения и средний суточный пробег не превышает 50—60 км.
Существенное улучшение параметров электромобилей и тем самым значительное расширение сферы их эффективного применения возможно при увеличении запаса хода минимум в три-четыре раза в первую очередь за счет радикального улучшения параметров электрохимических источников тока. Проводимые в настоящее время исследования направлены на разработку электрохимических пар со значительно более высокой потенциальной энергоемкостью, чем в существующих аккумуляторных системах.
На рис. 1-19 показана принципиальная схема цинко-воздушной аккумуляторной батареи. Электрическая энергия в аккумуляторах этого типа вырабатывается в результате электрохимического процесса окисления цинка кислородом атмосферного воздуха. Цинк находится в батарее 4, установленной в кожухе 2 в виде, изолированных одна от другой пластин. Воздух, необходимый для процесса окисления, подается в батарею воздушным компрессором 3 через пористые никелевые электроды. Электролит (раствор гидроокиси калия в воде) нагнетается из резервуара 5 насосом 1 в пространство между цинковыми пластинами. Продукт реакции — окись цинка — выносится из этого пространства через патрубок 6 электролитом и собирается в специальном сепараторе 7. При зарядке аккумулятора электролит циркулирует в обратном направлении. Окись цинка разлагается на цинк и кислород. Восстановленный цинк осаждается на анодных пластинах.
Схема электромобиля фирмы «General Atomic» с цинк-воздушными батареями приведена на рис. J.20. Цинк-воздушные батареи 3 с резервуарами для жидкого электролита 1, системой управления 2 и электродвигателем 4 располагаются под полом кузова.
В табл. 1.5 приведена удельная энергоемкость некоторых новых аккумуляторных систем и для сравнения даны те же характеристики существующих кислотных и щелочных аккумуляторов.
Таблица 1.5
Рис. 1.19. Схема цинк-воздушного аккумулятора
Топливные элементы представляют собой химический источник тока, в котором в качестве активного материала отрицательного электрода используется либо природное топливо (например, уголь, нефть), либо вещество, которое легко может быть получено из природного топливного газа (водород, окись углерода, генераторный газ и т. д.). Активным материалом положительного электрода служит чистый кислород, находящийся в баллоне, или кислород из воздуха. Энергия электрохимической реакции окисления топлива и восстановления кислорода, происходящая на разных электродах топливного элемента, выделяется непосредственно в виде электрической энергии. Определенным недостатком топливных элементов с точки зрения обеспечения тяговых режимов является их малая перегрузочная способность.
Электромобили с топливными элементами имеют много общего с аккумуляторными электромобилями. Разница между ними заключается в замене аккумуляторов батареей топливных элементов с соответствующим вспомогательным оборудованием и запасом топлива.
Принципиальная схема энергетической установки с кислородно-водородными топливными элементами опытного электромобиля приведена на рис. 1.21.
Рис. 1.20. Схема электромобиля фирмы «General Atomic» с цинко-воздушными батареями
Рис. 1.22. Электромобиль «Electrovan»
Сжиженные водород и кислород хранят в баллонах 2 и 3, а электролит (водный раствор КОН) — в резервуаре 7, в котором размещаются испарители водорода 6 и кислорода 8. Жидкий водород из баллона 2 'поступает в испаритель 6 и уже в виде газа подается через регулятор 4 вентилятором 9 в топливную батарею 1. Вода, образующаяся в результате реакции, удаляется через охладитель 11. Кислород из баллона 3 через испаритель 8 подается насосом в батарею 1. Электролит в батарею подастся из резервуара 7 насосом 10 через охладитель 12.
На рис. 1.22 показана конструктивная схема опытного электромобиля «Electrovan». Большую часть объема кузова электромобиля занимает энергетическая установка. Батарея топливных элементов 1 и резервуар 2 с электролитом размещаются на шасси экипажа. Резервуары 6 и 7 с жидким водородом и кислородом, система управления 5 установлены в кузове вместе с другим оборудованием. Тяговый двигатель 4 переменного тока через редуктор 3 связан с ходовыми колесами. Запас хода электромобиля по литературным данным составляет около 240 км.
Одним из направлений в создании тяговых энергетических установок электромобилей является разработка комбинированных источников энергии, состоящих из аккумуляторных батарей и генераторных установок различных типов: двигатель-генераторов, батарей топливных элементов и т. д. Один источник (аккумулятор) обеспечивает форсированный расход энергии в режиме пуска, другой, например топливный элемент, — длительный расход энергии. Подобные системы находят применение на отдельных опытных образцах электромобилей и позволяют, с одной стороны, снизить вес аккумуляторной батареи, а с другой — компенсировать низкую перегрузочную способность топливных элементов.
Определенное повышение запаса хода может достигаться и путем совершенствования системы электропривода электромобиля. При современном состоянии отечественной полупроводниковой техники и .промышленного освоения силовых управляемых вентилей эта задача не представляет собой сложной проблемы и решается применением: 1) импульсных систем безреостатного пуска электродвигателей постоянного тока; 2) систем частотного регулирования с инвертированием постоянного тока в переменный для питания тяговых асинхронных двигателей; 3) тиристорно-реостатным регулированием с перегруппировкой тяговых электродвигателей.
До настоящего времени в основном применялось регулирование с помощью пусковых реостатов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. Основной недостаток этой системы — значительная потеря энергии аккумуляторов в пусковых реостатах.
Импульсные и частотные системы регулирования уже разрабатываются в настоящее время рядом отечественных организаций и находят применение на ряде зарубежных образцов электромобилей и в СССР.
Преимущество этих систем заключается в отсутствии потерь энергии в пусковых реостатах, что позволяет увеличить запас хода электромобиля, в возможности непрерывного экономичного регулирования скорости и использования полупроводниковых элементов системы для подзаряда аккумуляторных батарей от сети переменного тока.
Совершенствование электродвигателей для электромобилей направлено на дальнейшее снижение их веса. Одним из таких решений является применение электродвигателей с печатным якорем, асинхронных двигателей и однополюсных двигателей постоянного тока.
Движущиеся тротуары.
Движущиеся тротуары в настоящее время рассматривают как вспомогательный транспорт, предназначенный для обслуживания выставок, универмагов, парков, аэропортов, а также для обеспечения удобной связи периферийных районов с центром города.
Движущиеся тротуары могут быть ленточного типа, звеньевого, с лентами, оборудованным -кабинами или сиденьями.
Наиболее распространены движущиеся тротуары ленточного типа шириной от 600 до 2750 мм. Оптимальная длина секции движущегося тротуара составляет 100 м. Самый длинный (около 1000 м) движущийся тротуар сооружен в Японии.
Движущиеся тротуары ленточного типа могут располагаться над землей на эстакадах, закрытых навесами, или в пластмассовых тюбингах; они могут также размещаться на земле или под землей в виде тоннелей мелкого заложения. В последнем случае за счет меньшего поперечного сечения тоннеля движущиеся тротуары требуют значительно меньшего объема земляных работ по сравнению с метрополитеном. Стоимость такого тоннеля составляет всего 36% стоимости сооружения метрополитена.
Ленты современных движущихся тротуаров изготовляют из резины, армирующей сетчатую или пластинчатую стальную основу ленты движения. Привод лент движущихся тротуаров осуществляется от приводных барабанов. Для транспортной ленты шириной 1 м при эксплуатации на площадке длиной 20 м требуемая мощность привода составляет около 4 квт. Предельный уклон движущегося тротуара, как правило, не превышает 15°. Скорость подземных движущихся тротуаров может достигать 3 м/сек (около 11 км/ч).
Эксплуатация современных эскалаторов безопасна, если скорость движения при посадке пассажиров не превышает 1 м/сек. Поэтому для посадки пассажиров на движущуюся ленту тротуара, проходящую с большими скоростями, применяют промежуточные посадочные ленты или вращающиеся посадочные диски большого диаметра. Провозная способность одной ленты движущегося тротуара шириной 1 м ориентировочно составляет 10 тыс. пасс/ч. При размещении на транспортной ленте шириной 1,6 м 3 человек на 1 м2 ее провозная способность достигает 16 тыс. пасс/ч, что соответствует примерно провозной способности трамвайного поезда.
К числу крупных движущихся тротуаров можно отнести звеньевой тротуар в Лондоне на станции метрополитена «Бэнкстейшн» длиной 90 м для двухполосного движения вверх и вниз, преодолевающий высоту подъема 12,8 м. Скорость движения ленты 0,92 м/сек. Движущийся тротуар имеет ширину транспортной ленты 1000 мм и перевозит 16 200 пассажиров в час. Электропривод звеньевой ленты каждого направления движения осуществляется от электродвигателя мощностью 68 квт. При отсутствии пассажиров на ленте контрольное фотоэлектрическое устройство переключает тротуар на меньшую скорость 0,48 м/сек.
На стадионе Вирглей (США) построен ленточный движущийся тротуар на 8 лент движения, доставляющий зрителей к верхним трибунам. Общая длина лент составляет 122 м. В г. Далласе (США) установлено 4 движущихся тротуара длиной 430 м. В Швейцарии и ряде других стран движущиеся тротуары применяются в универмагах; скорость их движения составляет 0,65 м/сек.
На многополосных движущихся тротуарах максимальная скорость движения крайней ленты может быть доведена до 6,7 м/сек. Для доставки пассажиров с Центрального вокзала в Нью-Йорке к Тайм-скверу планируется установка кабинных движущихся тротуаров с пропускной способностью 36 тыс. пасс/ч.
В СССР опытные образцы движущихся тротуаров разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом подъемно-транспортного машиностроения (ВНИ'ИПТМАШ).