Тросовое энергопоглощающее ограждение
ROPE ENERGY ABSORBING BARRIER

Предлагаемое изобретение относится к дорожному строительству и может найти применение для оснащения опасных участков дорог, в местах возможного съезда транспортного средства с обочины дороги, переезда через разделительную полосу, наезда на массивные препятствия и сооружения, расположенные на обочине и в полосе отвода дороги, а также для оснащения участков дорог с затяжным спуском.
Известны многочисленные виды тросовых ограждений, включающие в себя стойки на которых размещаются тросы (в пазах или отверстиях стоек, или на закрепленных на стойках поддерживающих устройствах), расположенные на концевых участках ограждения анкерные блоки, предназначенные для закрепления начала и конца участка ограждения и стяжные устройства, обеспечивающие заданное натяжение троса [1]. Главной задачей тросовых ограждений является обеспечение нормативного уровня удержания для отклонившихся от пути транспортных средств. Конструкции тросовых ограждений обладают высокими удерживающей способностью, но низкой энергоемкостью, т.к. рассеивание кинетической энергии транспортного средства за счет трения, возникающего между элементами транспортного средства и дорожным ограждением мало и большая часть энергии удара будет израсходована на работу деформации и разрушения элементов автомобиля, в связи с чем, транспортному средству будет нанесен значительный ущерб. При высоких скоростях столкновения транспортного средства с тросовым дорожным ограждением высокая удерживающая способность при минимальном прогибе станет причиной того, что действующие перегрузки превысят допустимые значения, и чем выше удерживающая способность и прочность, тем больше процесс столкновения будет похож на наезд на неподвижное препятствие, считающийся одним из самым опасным видов дорожно-транспортного происшествия. Кроме того, особенно для легковых автомобилей, существует опасность отброса транспортного средства обратно, что может вызвать и более негативные последствия чем выезд с полосы движения, связанные со столкновением с транспортными средствами, движущимися в попутном направлении.
Наиболее близким - по совокупности признаков - аналогом является конструкция тросового дорожного ограждения, содержащая анкерные бетонные блоки с якорными устройствами, тросовую систему со стальными тросами, имеющими концевые натяжные устройства, соединенные с якорными устройствами, фундаментные бетонные блоки с закрепленными в них металлическими стаканами, профильные стойки с вертикальной прорезью в верхней части, установленные в стаканах, при этом стальные тросы уложены в прорези стоек и отделены друг от друга по вертикали распорками, установленными в прорезях стоек, снабженное, по меньшей мере, одним дополнительным натяжным устройством каждого ряда тросов тросовой системы, якорное устройство выполнено в виде анкерной плиты с косынками и отверстиями под анкерные болты и концевые натяжные устройства, а фундаментный бетонный блок с металлическим стаканом представляет собой бетонный цилиндр с заложенным в него соосно стаканом, открытый конец которого совпадает с одним из торцов бетонного цилиндра [2].
К основному недостатку прототипа необходимо отнести следующие: конструкция тросового дорожного ограждения, обладая высокими удерживающей способностью и прочностью, технологичностью изготовления и монтажа, простотой обеспечения требуемого натяга каждого троса тросовой системы, имеет низкую энергоемкость, и, следовательно, столкновение транспортного средства с тросовым дорожным ограждением может вызвать большие негативные последствия, как для пассажиров и перевозимых грузов, так и для самого транспортного средства.
Задача, на решение которой направлено предлагаемая конструкция, заключается в повышении безопасности пассажиров и перевозимых грузов при столкновении транспортного средства с тросовым дорожным ограждением, в снижении причиняемого транспортному средству и дорожному ограждению ущерба, а также повышение удерживающей способности тросового дорожного ограждения.
Технический результат заключается также в том, что кроме указанных достоинств обеспечивается возможность многоразового использования элементов тросовых дорожных ограждений, восстановление заданных демпфирующих характеристик ограждения после наезда на него транспортного средства, при проведении несложных ремонтных операций, а также в том, что модернизация существующих тросовых дорожных ограждений, выполненных по ОДМ 218.6.004-2011, не требует изменений конструкций основных элементов ограждений таких как тросы, стяжные устройства, стойки и мест их установки, а заключается в изменении концевого участка тросового дорожного ограждения, в частности в установке на концевых участках тросовых дорожных ограждений дорновых энергопоглощающих модулей.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид сбоку тросового энергопоглощающего ограждения; на фиг. 2 представлен вид сверху тросового энергопоглощающего ограждения; на фиг. 3 представлен дорновый энергопоглощающий модуль; на фиг. 4 показана работа тросового энергопоглощающего ограждения при наезде на него транспортного средства; на фиг. 5 показана работа дорнового энергопоглощающего модуля при воздействии нагрузки.
Конструкция тросового энергопоглощающего ограждения (см. фиг. 1, 2) включает расположенные на заданном расстоянии стойки 1, имеющие отверстия, через которые проходят стальные тросы 2, концы которых, разведенные направляющим устройством 3, соединены с дорновыми энергопоглощающими модулями 4, задние крышки которых крепятся болтовым соединением 5 к забетонированному швеллеру 6. Требуемое натяжение тросов обеспечивается стяжными устройствами 7. Направляющее устройство 3, крепиться к анкерным болтам фундаментного бетонного блока 8. Стойки 1 тросового энергопоглощающего ограждения фиксируются с фундаментными бетонными блоками посредствам анкерных болтов блоков (поз. 9) или фиксируются в забетонированном металлическом стакане (поз. 10). Дорновый энергопоглощающий модуль (см. фиг. 3) состоит из трубчатого рабочего элемента 11, имеющего переменный диаметр (начальный участок - внутренний диаметр D, рабочий участок - внутренний диаметр d), дорна 12 с прикрепленным к нему заданной длины тросом 13, жестко зафиксированных с трубчатым рабочим элементом передней крышки 14, имеющей в центре цилиндрическое отверстие для прохождения троса и задней крышки 15, снабженной проушиной 16, предназначенной для крепления дорнового энергопоглощающего модуля к забетонированному швеллеру. В задней крышке имеется отверстие 17, соединяющее полость между задней крышкой и дорном с наружным воздухом, выполненное с целью уменьшения сопротивления движению дорна за счет разряжения воздуха. Внутренняя поверхность трубчатого рабочего элемента и дорн для исключения прихватывания между собой и защиты от коррозии обрабатывается твердой смазкой.
Изготовление и сборка дорнового энергопоглощающего модуля просты и выполняются обычными известными методами. Трубчатый рабочий элемент 11 может изготавливаться из труб малоуглеродистых и легированных сталей имеющих заданные размеры, путем поперечного растяжения (дорнования) начального участка трубы, с целью формирования переходного участка, имеющего вид усеченного конуса (с диаметрами оснований D и d и углом наклона равным углу конусности дорна). Дорн может изготавливаться из малоуглеродистых сталей с последующей химико-термической обработкой, среднеуглеродистых сталей или твердых сплавов. Перед сборкой дорнового энергопоглощающего модуля проводиться обработка твердой смазкой дорна и внутренней поверхности трубчатого рабочего элемента, далее установка дорна с прикрепленным к нему тросом 13 в трубчатый рабочий элемент, установка и фиксация крышек. Длина прикрепленного к дорну троса 13 должна обеспечивать его монтаж с соответствующим тросом 2, осуществляемый в стяжном устройстве 7 тросового энергопоглощающего ограждения. После установки дорновых энергопоглощающих модулей, для защиты их внутренних поверхностей от воздействия внешней среды, отверстие 17 задней крышки и зазор между тросом и отверстием передней крышки 14 герметизируются.
В случае наезда транспортного средства на тросовое энергопоглощающее ограждение, при силе воздействия превышающей суммарную силу сопротивления, вовлеченных в работу дорновых энергопоглощающих модулей, происходит перемещение дорнов на величину х относительно неподвижных трубчатых рабочих элементов, обусловленное движением тросов (направление показано стрелками), вызванное вытягиванием тросов относительно стоек в месте наезда транспортного средства, отклонившего при столкновении трос на величину b (см. фиг. 4а, б). Кинетическая энергия транспортного средства расходуется на работу поперечного растяжения трубчатых рабочих элементов (дорнование), а также рассеивается за счет трения в дорновой паре и трения при перемещении тросов в стойках, большей частью переходя в тепло.
1
max
На фиг. 5 представлена работа дорнового энергопоглощающего модуля при наезде транспортного средства на тросовое энергопоглощающее ограждение. В исходном состоянии (см. фиг. 5а) за счет натяжения троса 13 стяжным устройством 7 материал трубчатого рабочего элемента 11 в зоне контакта, имеющей вид усеченного конуса, с дорном 12 находиться в области упругих деформаций. В случае если параметры столкновения транспортного средства с тросовым энергопоглощающим ограждением не критичны (например, невысокая скорость столкновения, не большой угол столкновения) тросовое энергопоглощающее ограждение сработает также как аналог, т.е., не позволит транспортному средству проехать в запрещенном (опасном) направлении или отклониться от пути следования. При этом напряжения в материале трубчатого рабочего элемента не превысят упругой зоны, а конструкция ограждения не получит повреждений. В случае если параметры столкновения транспортного средства с тросовым энергопоглощающим ограждением превышают допустимые с точки зрения обеспечения безопасности (например, действующие перегрузки превысят допустимые значения) в работу включается демпфирующая система (см. фиг. 5б). Ударное воздействие (на рисунке обозначено F), величина которого превышает приведенную на один дорновый энергопоглощающий модуль силу сопротивления поперечному растяжению (дорнованию), вызывает перемещение дорна в трубчатом рабочем элементе. Кинетическая энергия транспортного средства расходуется на работу поперечного растяжения трубчатых рабочих элементов (дорнование). Движение дорна будет осуществляться либо до полного рассеивания кинетической энергии транспортного средства энергии, и тогда дорновый энергопоглощающий модуль остается в каком-то промежуточном деформированном положении, обусловленном величиной воздействующей нагрузки вызвавшей перемещение дорна на величину x относительно неподвижных трубчатых рабочих элементов (фиг. 5б), либо продолжается до тех пор, пока ход амортизации не будет исчерпан полностью (дорн находиться в крайне правом положении, и его движению препятствует крышка 14), при этом перемещение дорна составит x (фиг. 5в).
В случае воздействия ударной нагрузки, при которой дорновые энергопоглощающие модули исчерпали ход амортизации, а кинетическая энергия транспортного средства полностью не рассеяна дальнейшая работа тросового энергопоглощающего ограждения по удержанию транспортного средства от перемещения в запрещенном (опасном) направлении будет аналогична обычным тросовым ограждениям. При этом за счет частичной диссипации кинетической энергии транспортного средства сила воздействия на ограждение уменьшается, что в свою очередь повышает удерживающую способность ограждения.
Следует отметить, что дорновые энергопоглощающие модули обладают высокой удельной энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, принцип действия которых основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического деформирования металлических элементов. Общая величина энергопоглощения и ход амортизации дорнового энергопоглощающего модуля могут быть заданы в широких пределах путем задания определенных размеров (длин, диаметров и толщин) трубчатых рабочих элементов, изменения величины угла конусности дорна, а также путем выбора материала трубчатых рабочих элементов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Методические рекомендации по устройству тросовых дорожных ограждений для обеспечения безопасности на автомобильных дорогах. Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.6.004-2011.
2. Тросовое дорожное ограждение. Патент РФ на полезную модель №105632, E01F, 2011 г.