Путевая балка монорельсовой дороги навесного типа

Полезная модель относится к области специального строительства и может быть использована при создании монорельсовых транспортных систем.
Надземная транспортная система основана на применении подвесного монорельса, выполненного в виде путевой балки, внутри которой располагаются моторные тележки. Основными составными частями путевой инфраструктуры являются путевые балки, стрелки и опоры, включая соответствующие основания. Путевая балка состоит из коробчатого несущего элемента с продольным пазом внизу, через который ходовые тележки связаны с пассажирским вагоном. Несущие металлические листы, располагаемые горизонтально по обеим сторонам от продольного паза, образуют дорожки, по которым катятся опорные колеса. А направляющие боковые ролики имеют возможность опирания в режиме свободного качения на боковые стенки путевой балки. Также внутри балки установлена система токоподвода для питания приводов ходовых тележек и пассажирского вагона.
Такая конструкция путевой балки обладает существенным преимуществом перед открытым рельсом, так как сама ходовая тележка, путевая балка и необходимое для эксплуатации оборудование защищены от влияния погодных факторов.
Так, известна путевая балка монорельсовой дороги навесного типа, содержащая коробчатый несущий элемент с П-образной формой поперечного сечения, состоящий из боковых пластин, соединенных в верхней части с горизонтально расположенной пластиной, а в нижней части каждая боковая пластина соединена с отдельной горизонтально расположенной пластиной, отстоящей на расстоянии от такой же пластины, принадлежащей другой боковой пластине, для образования по длине путевой балки продольного паза, при этом коробчатый несущий элемент охвачен по всему наружному периметру дистантно расположенными относительно друг друга поперечно направленными ребрами жесткости (CN 107839696, B60L 11/18, В61В 3/02, В61Н 11/00, опубл. 27.03.2018 г.).
Данное решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Недостаток данного решения заключается в том, что для обеспечения сохранности пространственной формы коробчатого несущего элемента, на пластины которого, выполняющие функцию дорожек качения для колес ходовой тележки, используют схему, при которой подпирающие снаружи эти пластины ребра жесткости размещены поперечно этим пластинам. Если учесть, что сами пластины закреплены консольно, а нагрузка от веса ходовых тележек и подвешенного к ним пассажирского вагона действует на краевых участках этих пластин в направлении вниз, то получается, что ребра жесткости предохраняют пластины только от деформации по их ширине. А сами пластины из-за консольной заделки испытывают те же напряжения по изгибу, что и обычная заделанная одним концом в стену балка. Охватывающее наружные пластины коробчатого элемента ребро обеспечивает прочность этих пластин, но это же ребро упирается в выступающий наружу конец пластин, выполняющих функцию дорожек качения для колес ходовой тележки. В этом случае именно этот край пластин имеет надежное опирание и защиту от деформации. Но это охватывающее ребро не оказывает влияния на ту часть пластины, которая находится внутри короба путевой балки из-за того, что эта пластина приварена посередине к пластине боковой стенке. Точка (линия) сварки - это заделка пластины. И именно эта заделка обуславливает ограничение действия наружного охватывающего ребра жесткости на часть пластины по другую сторону заделки. Исключение этого явления или его уменьшение возможно только с увеличением размеров охватывающего ребра жесткости и ребер под пластинами, являющимися дорожками качения. Как правило, эта задача решается за счет того, что короба делают двустенными с внутренними перегородками межу наружной и внутренней стенками (CN 206552034), или охватывающее ребро выполняют в виде пояса прямоугольного сечения (DE 19508719). Но в этом случае сильно увеличиваются размеры путевой балки и ее вес.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в уменьшении веса при сохранении прочностных характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что в путевой балке монорельсовой дороги навесного типа, содержащей коробчатый несущий элемент с П-образной формой поперечного сечения, состоящий из боковых пластин, соединенных в верхней части с горизонтально расположенной пластиной, а в нижней части каждая боковая пластина соединена с отдельной горизонтально расположенной пластиной, отстоящей на расстоянии от такой же пластины, принадлежащей другой боковой пластине, для образования по длине путевой балки продольного паза, при этом коробчатый несущий элемент охвачен по всему наружному периметру дистантно расположенными относительно друг друга поперечно направленными ребрами жесткости, в нижней части коробчатого несущего элемента каждая пластина, примыкающая к боковой пластине выполнена на внешней стороне с продольным ребром жесткости, а каждое поперечно направленное ребро жесткости на наружной поверхности коробчатого несущего элемента выполнено тавровым Т-образной формы в сечении с прикреплением его ребра к наружной поверхности коробчатого несущего элемента, при этом это ребро загнуто под пластины в нижней части коробчатого несущего элемента, примыкающие к боковым пластинам, и прикреплено к этим пластинам и к их продольным ребрам жесткости.
При этом на участках перегиба поперечно направленного ребра жесткости в угловых зонах коробчатого несущего элемента ребро тавра Т-образной формы выполнено с вырезом для образования зазора между пластинами коробчатого несущего элемента, образующими в нем угловые зоны и поперечно направленным ребром жесткости.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - поперечный разрез путевой балки с ходовой тележкой внутри коробчатого элемента;
фиг. 2 - вид сбоку на путевую балку, составленную из коробчатых элементов;
фиг.3 - поперечное сечение коробчатого элемента путевой балки.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается новое техническое решение закрепленной на опоре 1 путевой балки 2 монорельсовой дороги навесного типа, которая предназначена для перемещения внутри балки полузамкнутого сечения ходовых тележек 3 с подвешенным к ним пассажирским вагоном 4 и которая составлена из последовательно соединенных между собой коробчатых несущих элементов 5 с продольным пазом 6 снизу (фиг. 2), несущих металлические пластины 7, образующие дорожки качения для ходовых колес тележки, по которым катятся опорные колеса и направляющие ролики этой тележки (фиг. 1). Также внутри балки установлена система токоподвода для питания электродвигателя/лей ходовых тележек и систем жизнеобеспечения пассажирского вагона (не показана).
В общем случае, путевая балка монорельсовой дороги навесного типа представляет собой коробчатый несущий элемент 5 с П-образной формой поперечного сечения. Этот коробчатый несущий элемент 5 состоит из боковых пластин 8, соединенных в верхней части с горизонтально расположенной пластиной 9, а в нижней части каждая боковая пластина 8 соединена с отдельной горизонтально расположенной пластиной 7, отстоящей на расстоянии от такой же пластины, принадлежащей другой боковой пластине 7, для образования по длине путевой балки продольного паза 6 (фиг. 3). Эти пластины являются дорожками качения ходовых колес приводной тележки.
В нижней части коробчатого несущего элемента 5 каждая пластина 7, примыкающая к боковой пластине 8, выполнена на внешней стороне с продольным ребром жесткости 10, идущим вдоль длины этих пластин 7. Это ребро жесткости определяет прочность и неизгибность пластин 7 как дорожек качения вдоль их длины. При этом про отношению к боковым пластинам 8 пластины 7 прикреплены консольно.
Коробчатый несущий элемент 5 охвачен по всему наружному периметру дистантно расположенными относительно друг друга поперечно направленными ребрами жесткости 11. Каждое поперечно направленное ребро жесткости 11 на наружной поверхности коробчатого несущего элемента выполнено тавровым Т-образной формы в сечении, которое имеет полку 12 и отходящее от него ребро 13 (ножку) с прикреплением его ребра 13 к наружной поверхности коробчатого несущего элемента.
При этом это ребро 13 загнуто под пластины 7 в нижней части коробчатого несущего элемента, примыкающие к боковым пластинам, и прикреплено снизу к этим пластинам 7 и к их продольным ребрам жесткости 10. Таким образом, ребро тавра образует на наружной поверхности пластины 7 поперечное ребро жесткости, которое упирается и жестко связано с продольным ребром жесткости 10. На нижней поверхности пластин 7 образуется опора, исключающая деформацию пластины 7, как консольно закрепленной балки, в сторону раскрытия продольного паза 6. Такая опора сохраняет положение пластин 7 в горизонтальной плоскости и напротив друг друга.
Из общей механики и сопромата известно, что по отношению к профилям квадратного или прямоугольного поперечного сечения, тавровый профиль при тех же размерах по площади сечения обеспечивает прочность до 30 раз больше. Учитывая это обстоятельство, можно существенно снизить расход металла на изготовление охватывающих ребер прочности и уменьшить толщину пластин, образующих П-образную форму путевой балки.
Путевая балка эксплуатируется во внешней среде и подвержена климатическим воздействиям, в том числе температурным, приводящим к расширениям металла, при которых габаритные размеры пластин и охватывающего короб ребра жесткости изменяются (различные коэффициенты температурного расширения металлов - коэффициенты линейного расширения металлов). При плотном прилегании и жестком соединении в местах таких соединений происходит деформация структуры металла или проварочного шва, что может привести к короблению короба как геометрического тела или образованию зон с высокой концентрацией внутренних напряжений. Для исключения этого негативного процесса необходимо предусмотреть зоны, свободные от жестких связей разных по структуре металлов, которые могли бы рассматриваться как компенсаторы напряжений. Для этой цели на участках перегиба поперечно направленного ребра жесткости в угловых зонах 14 коробчатого несущего элемента ребро тавра Т-образной формы выполнено с вырезом для образования зазора между пластинами коробчатого несущего элемента, образующими в нем угловые зоны и поперечно направленным ребром жесткости. Такие вырезы позволяют снимать перенапряжение металлов при расширении. Кроме того, поперечно направленное ребро жесткости, устанавливаемое на наружной поверхности коробчатого несущего элемента, по общемашиностроительной технологии изготавливается из прямолинейного отрезка профиля, который подвергается изгибу по ребру. Наличие вырезов в ребре напротив углов короба позволяет упростить процесс изгиба тавра с целью приведения его к точному соответствию с контуром короба.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может использоваться как мееталлосберегающее решение при изготовлении монорельсового пути, позволяющее обеспечить прочность путевой балки и снизить нагрузку на опоры для нее.