CH713853A2 - Sistema di trasporto multifunzionale su rotaia tubolare. - Google Patents

Abstract

L’invenzione riguarda un sistema di trasporto terrestre per la movimentazione di persone, animali e/o materiale di diversa natura. Tale sistema comprende veicoli sospesi, diversi percorsi composti da un unica rotaia tubolare, stazioni, adibite a imbarco e sbarco dell’oggetto del trasporto, e guide ausiliarie, denominate scambio per collegare i diversi percorsi rotabili. Le rotaie e le guide sono fisse, mentre la parte mobile dello scambio, a differenza degli altri sistemi a rotaia, è solidale con il veicolo.

Description

Descrizione [0001] La presente invenzione trova applicazione nel settore tecnico del trasporto urbano e interurbano e ha per oggetto un sistema completo di trasporto atto alla movimentazione di persone, animali e/o materiale di varia natura. Un primo scopo della presente invenzione è quello di eliminare le problematiche dei sistemi tradizionali di trasporto urbano e interurbano, descritti successivamente nello stato dell’arte, in grado di integrarsi e/o sostituirsi a questi sistemi e che sia particolarmente semplice, efficace e affidabile. Altro scopo dell’invenzione è quello di provvedere a un sistema avente una struttura facile da realizzare e quindi estremamente economica non solo nell’installazione, ma anche nel servizio e nella manutenzione. Per brevità il sistema oggetto di questa invenzione verrà denominato nella descrizione in questo brevetto con il termine «TUBOVIA».

[0002] Nell’arte nota possiamo identificare tre tipologie di trasporto terrestre: a) Sistemi a fune: e.g. seggiovie, cabinovie, funivie, ascensori... b) Sistemi su rotaia: e.g. treni, tram, metropolitane, monorotaie... c) Sistemi su strada: e.g. autobus, automobili...

[0003] I sistemi a fune offrono il vantaggio di essere sopraelevati e quindi di essere indipendenti dalla conformazione del terreno e dalle strutture già presenti su quest’ultimo. Questi sistemi si muovono tuttavia a velocità ridotte, nell’ordine di grandezza di 5-8 m/s, e sono fortemente influenzati negativamente dalle condizioni atmosferiche, in particolare dal vento. Un ulteriore limite dei sistemi a fune è il fatto di poter percorrere solo percorsi rettilinei, non avere possibilità di deviare dall’unico percorso definito, (i.e. non sono presenti scambi) e vengono realizzati per distanze di alcuni chilometri. Bisogna inoltre considerare che è sempre necessario movimentare l’intero sistema anche per il trasporto di un’unica persona. Ultimamente stanno prendendo piede sistemi ibridi per ovviare al problema delle curve, ma con un notevole aumento dei costi e comunque offrendo velocità di trasferimento estremamente ridotte.

[0004] I sistemi su rotaia offrono una capacità di trasporto molto elevata, grazie ad alte velocità e a cabine capienti, tuttavia sono estremamente dipendenti dalla topografia del terreno e dalle infrastrutture già esistenti. L’utilizzo di questi sistemi ha elevati costi di realizzazione, soprattutto per le sopraelevazioni. Sono da considerare anche elevati costi di gestione e manutenzione.

[0005] Il sistema di trasporto su strada, seppur negli ultimi anni si stia evolvendo grazie all’introduzione di veicoli a guida autonoma o semi-autonoma, presenta ancora delle notevoli limitazioni. La rete stradale, seppur estremamente ampia, è ormai satura, se non prossima al collasso, in prossimità delle grandi aree metropolitane, e un incremento di questa rete è realizzabile solo a fronte di enormi investimenti. Inoltre si deve considerare che il trasporto su strada determina un contributo di circa il 30% delle emissioni di C02 prodotte ogni anno dall’Italia. Per quanto riguarda la velocità di trasporto, seppur teoricamente elevata, è fortemente influenzata da fattori esterni, in primis il fattore umano, non solo di chi è alla guida, ma anche, ad esempio, di pedoni e ciclisti, ed è fortemente condizionato da fattori ambientali, come pioggia, ghiaccio, neve, nebbia e illuminazione. Questi fattori sono direttamente collegati anche alla sicurezza: basti pensare che le vittime della strada sono circa 25.000 all’anno nella sola Unione Europea.

[0006] Il sistema TUBOVIA è composto da uno o più veicoli (capacità di carico per veicolo fra le 2 e le 10 persone o equivalente), a trazione elettrica, a guida autonoma, autoalimentati e sospesi a un’unica rotaia (fig. 1). Il veicolo è concepito per muoversi a una velocità maggiore di 35 m/s al fine di offrire capacità di trasporto orarie estremamente elevate. Si noti che, a eccezione delle monorotaie, i sistemi esistenti viaggiano su binari e non su una singola rotaia. Tuttavia le monorotaie finora costruite presentano ruote ausiliarie, montate con geometria tale da impedire la rotazione del veicolo attorno all’asse che identifica la direzione del moto durante il normale servizio (asse «x» in fig. 1). La TUBOVIA, a differenza dei sistemi esistenti, consente libertà di rotazione. Il veicolo e le rotaie così concepite, oltre che permettere un’infrastruttura leggera, permettono la realizzazione del principale elemento caratteristico e innovativo del sistema: uno scambio costituito da guide rotabili fisse, i.e. senza alcuna parte in movimento. Questo permette il transito di veicoli in rapida successione con la possibilità di prendere direzioni diverse in completa sicurezza. La parte mobile del meccanismo di scambio è solidale con il veicolo e indipendente per ogni veicolo. Sfruttando questa funzionalità, oltre a poter realizzare reti di comunicazione complesse, come la rete stradale, è possibile tenere la maggior parte dei veicoli in stato di «attesa» e ricondurli sul percorso principale solo a richiesta dell’utente con notevoli vantaggi sui costi di gestione e offrendo maggior rispetto per l’ambiente.

[0007] Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del sistema TUBOVIA illustrato a titolo di esempio non limitativo con l’aiuto delle tavole di disegno allegate:

Fig. 1 : include le tre viste standard del veicolo sospeso a un segmento di rotaia e una vista isometrica. In questa figura viene definito il sistema di riferimento del sistema (xyz).

Fig. 2: presenta una vista isometrica (a) e una sezione (b) della rotaia della TUBOVIA. Sono inoltre rappresentate le classiche tipologie di rotaie impiegate finora nel trasporto urbano: a vignoles (c), a cassone (d), binario tipico montagne russe (e).

Fig. 3: include due viste del sistema di scambio.

Fig. 4: mostra due immagini in sezione del veicolo in prossimità dello scambio con le due diverse configurazioni disponibili del meccanismo selettore.

[0008] Il sistema è costituito principalmente da due parti: 1. Un percorso o tracciato, composto da: [0009] • tre o più segmenti di rotaia (fig. 1, pos. 4). • guide rotabili ausiliarie (fig. 3, pos. 11/12/13/14), denominate «scambio», poste fra i vari segmenti di rotaia, che permettono di far passare un veicolo da un segmento a un altro. 2. Uno, o più veicoli, ognuno composto da: [0010] • un carrello motore, che permette il movimento del veicolo (fig. 1, pos. 2). • una cabina atta all’alloggiamento delle persone e/o del materiale (fig. 1, pos. 1). • un congegno, denominato «meccanismo selettore», che permette di far transitare il veicolo da un segmento di rotaia a un altro, rendendosi solidale con lo scambio (fig. 1, pos. 5).

[0011] Da notare che, lungo il tracciato, sono presenti una o più aree, dette «stazioni», adibite al carico/scarico dei passeggeri e/o del materiale. Le stazioni, similari alle piattaforme d’imbarco di funivie, metropolitane o ferrovie, non presentano, al momento, caratteristiche di rilievo e non sono descritte ulteriormente. Di seguito verranno descritti i vari elementi costitutivi del sistema.

[0012] Si è scelto di realizzare la rotaia sospesa con un unico elemento in acciaio a sezione tubolare (fig. 2-a), con un diametro approssimativo da 300 a 600 mm, a spessore variabile a seconda della lunghezza della campata (i.e. distanza fra due sostegni successivi della rotaia). Si noti come la rotaia impiegata si discosti dagli elementi rotabili finora impiegati nel trasporto di persone: la rotaia non ha la tipica forma a cassone (fig. 2-d), a vignoles (fig. 2-c), con trave con profilo H ο I o dai binari delle montagne russe (fig. 2-e) che, pur presentando elementi tubolari, non consentono la rotazione del veicolo attorno al loro asse principale. La rotaia può presentare delle anime di rinforzo (fig. 2-b, pos. 7). Queste anime di rinforzo sono presenti anche in corrispondenza dei punti di collegamento della rotaia (fig. 2, pos. 8) con i sostegni. I collegamenti con i sostegni possono essere effettuati attraverso elementi di collegamento rigidi o funi. I sostegni sono invece costituiti da normali piloni o tralicci. Questa tipologia di rotaia permette la rotazione del veicolo attorno al suo asse principale «x» (fig. 1), che definisce la direzione del moto del veicolo: durante il normale servizio, non viene trasmesso dal veicolo nessun momento torcente alla rotaia dovuto alle forze laterali agenti su quest’ultimo, quali ad esempio il vento o la forza centrifuga. È inoltre possibile effettuare curve a velocità elevata senza dover costruire rotaie complesse, quindi costose, per la necessità di realizzare angoli di banking. Inclinazioni troppo ampie del veicolo, dovute a condizioni di moto estreme, verranno bloccate da un finecorsa (comunemente indicato con il termine «hard-stop»), non rappresentato nei disegni. Solo in quest’ultimo caso verrà trasmesso un momento torcente alla rotaia e alla relativa struttura di sostegno. Con una opportuna dimostrazione della straordinarietà della situazione si potrà procedere con un dimensionamento statico alla torsione, anziché a un dimensionamento a fatica.

[0013] Il sistema concepito con questa struttura estremamente semplice risulterà economico non solo nella realizzazione, ma anche nell’installazione e nella manutenzione. La forma della rotaia infatti non permette l’accumulo di sporco, pioggia 0 neve. Il mancato accumulo di acqua riduce altresì lo stratificarsi di ghiaccio. In ogni caso, si potrebbe facilmente evitare la formazione di quest’ultimo con l’inserimento di elementi riscaldanti a basso costo lungo la rotaia.

[0014] La struttura semplice e l’utilizzo di veicoli sospesi consentono la realizzazione di ponti sospesi o strallati dal ridotto impatto economico: basti pensare per esempio che una corsia di un ponte stradale può pesare oltre 5.000 kg/m.l. contro 1 300 kg/m.l. della rotaia della TUBOVIA.

[0015] In corrispondenza di uno scambio, la rotaia principale (fig. 3, pos. 9) si interrompe per poi riprendere in due direzioni prestabilite (fig. 3, pos. 15/16) il segmento (9) e (15) definiscono il percorso principale, mentre il segmento (16) rappresenta il percorso alternativo. In corrispondenza dell’interruzione di (9) sono installate due coppie di guide (fig. 3, pos. 11/12/13/ 14). Le guide (11) e (12) hanno lo scopo di sostenere il peso del veicolo mentre le guide (13) e (14) hanno la funzione di impedire la rotazione di quest’ultimo. A differenza degli scambi tradizionali, gli elementi rotabili hanno posizioni fisse.

[0016] La destinazione è selezionata dall’utente o da un operatore al momento dell’imbarco e sarà il veicolo stesso, attraverso il meccanismo selettore solidale con quest’ultimo, a selezionare la rotaia da percorrere al fine di raggiungere la destinazione desiderata. Il veicolo viaggerà sempre alla maggior velocità possibile considerando le limitazioni imposte dal programma di controllo in corrispondenza delle stazioni, degli scambi, delle curve o di altre criticità definite lungo il percorso. Il veicolo sarà inoltre munito di sistemi di sicurezza come nelle moderne autovetture: e.g. frenate di emergenza e mantenimento di distanza da altri veicoli. Per una maggior comprensione si può immaginare il veicolo come una moderna autovettura a guida autonoma, con il vantaggio di trovarsi su un percorso dedicato, il che elimina le problematiche intrinseche nelle vetture a guida autonoma (e.g, il fattore umano, ambientale).

[0017] Il veicolo è caratterizzato da un carrello motore (fig. 1, pos. 2), uno o due meccanismi selettori di direzione (fig. 1, pos. 5), una cabina (fig. 1, pos. 1) e un gruppo batterie (fig. 1, pos. 3).

[0018] Il carrello motore è composto principalmente da un telaio e da almeno quattro elementi rotativi che sostengono il peso di tutto il veicolo: ogni elemento rotativo è azionato indipendentemente da un motore elettrico. La componente mobile del meccanismo di scambio, che è solidale con il veicolo, è detta anche «selettore di direzione». Il selettore di direzione (fig. 4) è composto da un asse con due ruote all’estremità (fig. 4, pos. 18/19). Questo asse si può muovere fra due posizioni estreme, come rappresentato nelle due configurazioni: in fig. 4-a, l’elemento rotabile (18) si accoppia prismaticamente con la guida (11), mentre in fig. 4-b, l’elemento rotabile (19) si accoppia prismaticamente con la guida (12). Si noti che le due configurazioni sono esclusive e non possono coesistere. Il meccanismo selettore è unistabile: un elemento elastico, come ad esempio una molla (fig. 4, pos. 20) spinge il meccanismo sempre nella configurazione della fig. 4-b: attraverso un sistema meccanico a ingranaggi o cinghie (fig. 4, pos. 21), l’elemento elastico viene compresso e il meccanismo si posiziona nell’altra condizione estrema di fig. 4-a, detta «posizione di servizio». Quando il programma di controllo automatico impone un cambio di direzione invia un segnale al meccanismo che «sbloccandosi» permette all’asse di muoversi spinto dalla forza dell’elemento elastico. Elementi smorzatori possono essere inseriti in prossimità del finecorsa. Il meccanismo selettore è concepito in questo modo sia per motivi di sicurezza sia per poter installare nelle stazioni scambi consecutivi (i.e. breve distanza fra due scambi), che richiedono un movimento molto rapido. Il tempo per tornare nella posizione di servizio non è critico e, come detto, avviene attraverso un sistema a ingranaggi, a cinghia o, eventualmente, a camma. All’interno del veicolo è installata una leva meccanica di emergenza che attiva il meccanismo selettore per poter prendere deviazioni di emergenza. Il veicolo potrà muoversi sulle guide ausiliarie dello scambio in diverse modalità: con un azionamento ausiliario inserito negli elementi rotativi del meccanismo di selezione, attraverso elementi di trascinamento similari ai sistemi nelle stazioni funiviarie ad ammorsamento automatico o semplicemente trascinandosi sfruttando la gravità e l’inerzia del veicolo stesso.

[0019] La cabina può essere simile alla cabina di un autoveicolo o di una funivia, tuttavia, essendo il sistema compieta-mente modulare, la cabina può assumere qualsiasi forma. Una variante costruttiva può essere la realizzazione di una piattaforma per permettere di imbarcare automobili tradizionali o a trazione elettrica. In quest’ultimo caso, si potrebbe inserire una linea di alimentazione lungo il percorso per ricaricare la batteria del veicolo elettrico imbarcato. Il gruppo della batteria viene montato sul fondo del modulo cabina per facilitare la sostituzione. Il meccanismo di sostituzione della batteria non è oggetto di questo brevetto. Va inoltre considerata una variante costruttiva che prevede la presenza di una linea d’alimentazione lungo il percorso.

[0020] Da quanto descritto, appare evidente che lo strumento secondo l’invenzione raggiunge gli scopi prefissati. L’oggetto dell’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti e i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione. Anche se l’oggetto è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l’intelligenza dell’invenzione e non costituiscono alcuna limitazione all’ambito di tutela rivendicato.

Claims (5)

1. Rivendicazioni

   1. Sistema di trasporto costituito da almeno un veicolo auto-traente, da almeno tre segmenti di rotaia (9) (15) (16) e da guide ausiliarie (11) (12) (13) (14), denominate «scambio», caratterizzato dal fatto che le rotaie e guide non presentano parti in moto relativo tra loro, i.e. sono fisse e ogni veicolo, appeso alle rotaie e non appoggiato su queste, presenta almeno un meccanismo selettore (5) che permette di accoppiarsi con diversi segmenti di rotaia e seguire quindi percorsi diversi.
2. 2. Sistema di trasporto, come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, in prossimità dello scambio, la distanza minima fra i segmenti di rotaia (9) (15) (16) è di almeno 0,5 m in ogni situazione di transito del veicolo.
3. 3. Sistema di trasporto, come da rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che, gli elementi rotativi agenti sulle rotaie atti alla movimentazione del veicolo presentano un asse di rotazione perpendicolare all’asse «x» e non parallelo né all’asse «y» né all’asse «z», quindi in condizione di veicolo fermo gli assi in questione non sono né paralleli alla direzione del filo a piombo, quindi non verticali, né giacenti in un piano in bolla, quindi non orizzontali.
4. 4. Sistema di trasporto, come da rivendicazioni 1,2 e 3, caratterizzato dal fatto che, il meccanismo selettore di direzione è dotato di almeno un elemento rotabile (18) (19) ad entrambe le estremità del suo asse. Inoltre è installato un elemento elastico (20) che esercita sull’asse principale del meccanismo selettore una forza parallela a quest’ultimo.
5. 5. Sistema di trasporto, come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il meccanismo selettore di direzione presenta almeno un elemento smorzatore del moto dell’asse lungo la direzione «z».