Барьер противотаранный
ANTIRAM BARRIER

Изобретение относится к механическим устройствам, в частности к средствам ограничения движения транспорта, предназначенным для преграждения несанкционированного проезда через них транспортных средств.
Известны конструкции механических барьеров и шлагбаумов для задержания транспортных средств в виде стоек с пневмоприводом (см. US 4576508 A, F01F 13/00, E01F 15/00 от 18.03.1986), противотаранных устройств в виде ежей с пневмо- и электроприводом (см. SU 1799452 A3, E01F 13/00, F41H 11/08 от 28.02.1993) и барьера противотаранного (см. US 5997211 А, Е.)
Недостатком этих устройств является низкая механическая прочность, сложность конструкций и высокая трудоемкость при их возведении и эксплуатации.
Аналогом является барьер противотаранный, содержащий балку, один конец которой шарнирно закреплен на одной опоре, а другой закреплен на другой опоре с помощью механического замкового устройства (см US 5997211 А, E01F 13/06, 07.12.1999).
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату выбранного в качестве прототипа является техническое решение по патенту RU 2224840 С1 опубл. 27.02.2004 согласно которому шарнирно закрепленная балка противотаранного барьера выполнена сварной из двух швеллеров, а внутри по концам балки закреплены предварительно натянутые стальные тросы.
Недостатком такой конструкции является излишняя материалоемкость и масса изделия. Стальной трос тяжелее троса, выполненного из высокомолекулярных полимерных волокон, аналогичного по разрывной нагрузке, минимум в 10 раз. Например, 100 м стального троса ГОСТ 7668-80 по высшей маркировочной группе, рассчитанного на разрывную нагрузку 561500 Н весит около 365,5 кг. В то время как ориентировочная масса троса из высокомолекулярных полимерных волокон Dyneema, рассчитанного на разрывную нагрузку 56900 кгс (557620 Н) составляет 36,4 кг. Гораздо большая масса троса вынуждает выполнить более массивной и прочной как саму балку противотаранного барьера, так и шарнирной опоры удерживающей эту балку. К тому же это приводит к необходимости применять более мощную автоматику для обеспечения требуемых характеристик по времени открывания-закрывания.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, и техническим результатом, который достигается при осуществлении настоящего изобретения, является существенное облегчение конструкции балки барьера противотаранного за счет применяемых элементов конструкции, а также повышение заградительных характеристик барьера при уменьшении материалоемкости, равномерного распределения всей энергии взаимодействия по всем силовым элементам барьера. При этом внешний корпус балки и ее шарнирная опора могут не нести противотаранной обеспечивая прочность только для удержания силовых элементов внутри балки, троса, и обеспечивая функциональность горизонтального шлагбаума.
Поставленная задача решается регламентированием материала и размера силового троса.
Технический результат достигается тем, что трос выполнен из высокомолекулярных полимерных волокон 1, причем толщина троса составляет от 0,05 до 0,5 от диаметра балки.
Барьер противотаранный шлагбаумного типа включает шарнирную и две силовые опоры, балку с возможностью ее поворота в горизонтальной плоскости на угол не менее 90°. На концах балки вмонтированы силовые элементы, выходящие за ее габарит. Внутри балки между силовыми элементами натянут трос из высокомолекулярных полимерных волокон. На силовых опорах барьера выполнены специальные зацепы таким образом, чтобы при таранном воздействии на барьер надежно вступать в контакт с силовыми элементами балки, передавая нагрузку от троса на опоры.
С применением троса из высокомолекулярных полимерных волокон становится возможным создание конструкции балки, которая несет лишь декоративные функции и только прячет трос внутри себя. Всю противотаранную функцию при этом воспринимает на себя трос. Повышается предсказуемость поведения барьера при таранных нагрузках при оптимальном соотношении прочность-материалоемкость.
При толщине троса более, чем 0,5 от диаметра балки, становится затруднительным закрепление его внутри балки, т.к. для закрепления на концах троса необходимо применение специальных устройств для закрепления его к силовым элементам балки (коуши и пр.), а они имеют минимум вдвое большую площадь сечения для обеспечения прочности не меньшей, чем у основного троса.
При применении троса из высокомолекулярных полимерных волокон диаметром менее 0,05 от диаметра балки возникает диспропорция между размерами балки и прочностью троса. Вклад троса в общую прочность балки становится критически малым за счет прочности балки и его применение становится нецелесообразным.
Противотаранный барьер работает следующим образом:
- в начальный момент времени транспортное средство взаимодействует с балкой барьера, которая может нести лишь декоративную функцию.
- дальнейшее движение транспортного средства на барьер приводит к натягиванию тросов, которые закреплены вокруг силовых элементов, которые в свою очередь надежно зацепляются за силовые опоры, вмонтированные в основание барьера. Сопротивление деформации балки определяется прочностью на разрыв троса, прочностью мест его закрепления, а также их местами связи с опорами. Транспортное средство начинает разрушаться.
В результате чего, вся энергия взаимодействия транспортного средства с барьером распределяется по всем силовым элементам барьера. Транспортное средство остановлено.
При заданном соотношении диаметров трос внутри балки может быть уложен в несколько слоев, например, будучи обернутым на концах балки вокруг силовых элементов передающих усилие на стойки барьера. Таким образом, при таранном воздействии на балку, трос имеет свободу натягиваться равномерно, целиком используя свою прочность, эффективно распределяя нагрузку по всем отдельным нитям.
Так же свободные концы троса могут быть сплетены в кольцо перед установкой в балку, что дает возможность исключить из конструкции классические металлические элементы крепления троса к силовым элементам балки и, следовательно, значительно уменьшить массу балки и конструкции в целом при сохранении противотаранных характеристик.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Таким образом, предлагаемое техническое решение было реализовано в качестве опытного образца барьера противотаранного, включающего цельносварное основание, выполненное из швеллера №12 и рифленого стального листа толщиной 8 мм, ориентированного рубашкой наружу. В основание вварено 2 силовые опоры, выполненные в виде каркаса из стальной трубы 200×200 обшитого стальными листами. Так же в основание вварена шарнирная опора, выполненная из трубы ∅245 мм. Поворотная балка закреплена на шарнирной опоре посредством вала ∅120 мм и подшипников внутри шарнирной опоры. Балка содержит 2 силовых элемента выходящих за габариты балки, выполненных из стального круга ∅60 мм, закрепленных таким образом, чтобы входить в зацеп с силовыми опорами при таранном воздействии на барьер. Балка выполнена полой, при этом внутри нее вокруг силовых элементов был закреплен трос из высокомолекулярных полимерных волокон Dyneema ∅25 мм. Концы троса были сплетены в кольцо.
В центре испытаний «НАМИ» были проведены испытания по экстремальному нагружению противотаранного барьера - таран автомобилем КАМАЗ весом 20 т на скорости 30 км/ч. Испытания опытного образца показали: декоративная часть балки, как и предполагалось, разрушена, трос и силовые опоры сохранили целостность при незначительной деформации, транспортное средство успешно остановлено. Таким образом, замена стального троса на трос из высокомолекулярных полимерных волокон привела к значительному уменьшению массы поворотной балки и ее узла крепления к основанию (шарнирной опоры), повышению технологичности изготовления изделия при полном сохранении защитных противотаранных характеристик.