Заграждение автомобильного проезда
ROADBLOCK

Изобретение относится к устройствам, препятствующим продвижению колесного транспорта посредством принудительной остановки, предназначенным для предотвращения несанкционированного проезда по контролируемому участку автодороги, в частности на контрольно-пропускных пунктах режимных объектов.
Известно автомобильное заграждение, описанное в патенте US 7258505 B2 от 21.08.2007, состоящее из пластин определенной формы (например, шляпообразной) и соединяющих их элементов, которые позволяют получить автомобильное заграждение любой длины.
Недостатком данного изобретения является форма основания пластины, которым оно соприкасается с дорожным полотном. Если грань пластины, которой она опирается на дорожное полотно, является плоской, то высока вероятность, что при наезде транспортного средства на заграждение, оно будет смещено вместе с автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Еще одним недостатком данного изобретения являются нерегламентированные прочностные характеристики материала, из которого выполнены пластины. Если прочность материала пластины будет невысока, то под действием кинетической энергии наезжающего транспортного средства пластины будут деформироваться или разрушаться. При этом не исключено дальнейшее управляемое движение транспортного средства на защищаемую территорию.
Известно дорожное заграждение «Еж» производства завода периметральных ограждений «Егоза», состоящее из горизонтальной осевой балки и крестообразных опор, прикрепленных к осевой балке. По данным производителя все силовые элементы заграждения выполнены из квадратной трубы 60×60×2. Изделие предназначено для принудительной остановки транспортного средства путем поднятия его над землей при попытке преодоления.
Недостатками данного изделия являются отсутствие каких-либо вспомогательных элементов, повышающих вероятность зацепления перекрещенных элементов за дорожные полотно при наезде транспортного средства. Крестообразные опоры представляют собой два элемента из трубы 60×60×2, сваренные между собой под углом 90 градусов. Как правило, твердость стали, из которой изготавливают квадратные трубы, не превышает 30 HRC. Опирание на дорожное полотно осуществляется на торцы труб, повернутые на угол 45 градусов относительно поверхности дорожного полотна. Если дорожное покрытие выполнено твердым (цементобетон, железобетон, асфальтобетон и т.д.), то твердости материала, из которого выполнены крестообразные опоры, может быть недостаточно для внедрения в дорожное полотно с целью поднятия транспортного средства над землей. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет просто сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Известно средство принудительной остановки автомобильного транспорта, описанное в патенте РФ №87007 (патент РФ на полезную модель №87007, опубликованный 20.09.2009). Это средство остановки содержит заградительные элементы в виде перекрещенных балок из стального профиля, установленные на горизонтальной несущей штанге с обеспечением фиксации от осевого перемещения, в нижней части каждой балки приварена опора для взаимодействия с грунтом, а верхняя часть выполнена заостренной.
Недостатком данного изобретения является то, что опора для взаимодействия с грунтом выполнена из швеллера. Опирается данное заграждение на дорожное полотно нижними полками швеллеров, которые являются плоскими (как описано в патенте и показано на рисунке к патенту). Для крепления к дорожному полотну предусмотрены отверстия для анкерных костылей. Если анкерные костыли не применяются, то высока вероятность, что при наезде на заграждение транспортного средства, оно будет проскальзывать по поверхности дорожного полотна и смещаться вместе с автомобилем. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления. Если анкерные костыли применяются, то заграждение лишается своей мобильности, а время развертывания на местности увеличивается за счет проведения работ по креплению заграждения к дорожному полотну.
Еще одним недостатком данного изделия являются нерегламентированные прочностные характеристики (твердость) материала, из которого выполнены опоры для взаимодействия с грунтом. Этот параметр очень важен, т.к. определяет способность опор для взаимодействия с грунтом внедряться в дорожное полотно с целью оказания останавливающего действия.
Если дорожное покрытие выполнено твердым (цементобетон, железобетон, асфальтобетон и т.д.), а материал опор имеет невысокую твердость (например, распространенные конструкционные стали: Ст3, Ст.08, Сталь 20 и т.д.), возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо останавливающего воздействия.
Известно заграждение автомобильного проезда, описанное в патенте RU 2755928 С1 от 09.03.2021, выбранное авторами в качестве прототипа. Это заграждение автомобильного проезда включает в себя горизонтальную осевую балку и прикрепленные к ней перекрещенные стальные элементы, на концах которых под углом 50-130° выполнены металлические пластины из стали с твердостью 50-60 HRC.
Изделие по прототипу, безусловно, является очень эффективным, и обеспечивает принудительную остановку автомобиля. При наезде транспортного средства взаимодействовать с дорожным полотном начинает дальняя нижняя пластина. Но она расположена под определенным углом таким образом, что при контакте с автомобилем она склонна к проскальзыванию вдоль дорожного полотна, а не внедрению в него. В таком случае возможна ситуация, когда заграждение будет сдвинуто автомобилем в сторону без оказания какого-либо воздействия.
Заявленное авторами заграждение автомобильного проезда включает в себя горизонтальную осевую балку 1, перекрещенные стальные элементы 2, прикрепленные к осевой балке, металлические пластины 3 на концах стальных элементов, стальные упоры 4, выполненные на металлических пластинах (см. Рис. 1). Пластины и упоры выполнены из высокопрочной стали с твердостью 50-60 HRC.
Целью изобретения является получение заграждения автомобильного проезда, которое обеспечивает останавливающее воздействие на наезжающее транспортное средство за счет гарантированного внедрения стальных упоров в дорожное полотно с целью последующего переворота и поднятия транспортного средства над собой.
Технический результат изобретения достигается за счет длины основания упоров, равной 0,6-0,8 длины металлической пластины, за счет высоты упоров, равной 0,5-0,8 длины металлической пластины, а также за счет выбора стали с твердостью 50-60 HRC в качестве материала упоров.
Выполнение этих трех условий обеспечивает при наезде транспортного средства на заграждение автомобильного проезда гарантированное зацепление его за поверхность дорожного полотна с последующим переворотом и поднятием транспортного средства над собой. При этом исключены сдвиг и проскальзывание заграждения, а следовательно, обеспечено выполнение автомобильным заграждением своей основной функции - принудительной остановки транспортного средства.
Заявленное авторами заграждение автомобильного проезда работает следующим образом. При наезде транспортного средства на заграждение происходит взаимодействие фронтальной части автомобиля (бампер, радиатор, колеса и т.д.) со стальными упорами и металлическими пластинами, расположенными на верхних концах перекрещенных стальных элементов. В этот же момент времени нижние, дальние от автомобиля упоры под действием массы автомобиля упираются (внедряются) в дорожное полотно, препятствуя проскальзыванию заграждения по поверхности дорожного покрытия. Далее под действием кинетической энергии транспортного средства автомобильное заграждение начинает поворачиваться вокруг оси, проходящей через точки внедрения упоров в дорожное покрытие. При этом заграждение оказывается под автомобилем, и, в зависимости от параметров автомобиля, либо приподнимает его переднюю ось над поверхностью земли, либо оказывается под автомобилем. И в том, и в другом случаях заграждение наносит транспортному средству различные повреждения (прокалывает колеса, повреждает радиатор, пробивает поддон картера двигателя и т.д.). В итоге, транспортное средство либо теряет способность дальнейшего управляемого движения, либо это движение существенно затрудняется.
Гарантированная эффективность достигается, когда длина основания упоров составляет 0,6-0,8 длины металлической пластины.
Уменьшение длины основания упоров менее 0,6 длины металлической пластины приводит к значительному уменьшению угла при вершине упоров. В таком случае значительно снижена жесткость упоров. Так как они являются опорными элементами заграждения, на упоры приходится вся нагрузка, действующая на заграждение. Таким образом под воздействием кинетической энергии транспортного средства вершины упоров могут деформироваться, что может привести к проскальзыванию автомобильного заграждения по поверхности дорожного покрытия и сдвигу заграждения автомобилем без оказания какого-либо останавливающего воздействия.
Если длина основания упоров более 0,8 длины металлической пластины, нижняя сторона упоров будет практически параллельна земле. В этом случае велика вероятность, что при наезде транспортного средства не произойдет внедрения упоров в дорожное покрытие, и, соответственно, не произойдет переворот заграждения, необходимый для поднятия автомобиля над поверхностью земли и повреждения элементов автомобиля. Поэтому возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет просто сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Таким образом, оптимальная длина основания упоров составляет 0,6-0,8 длины металлической пластины. При таком условии во время наезда транспортного средства будут обеспечены сцепление автомобильного заграждения с дорожным полотном, поворот заграждения относительно точек зацепления, подъем передней оси автомобиля над землей и/или повреждение узлов транспортного средства, т.е. будет оказано останавливающее воздействие.
Гарантированная эффективность достигается, когда высота упоров составляет 0,5-0,8 длины металлической пластины.
Если высота упоров менее 0,5 длины металлической пластины, упоры не будут опираться на дорожное покрытие, так как не обладают достаточной высотой. Опирание будет осуществлено посредством металлических пластин. Основной функцией упоров является повышение способности внедрения автомобильного заграждения в дорожное полотно, а также обеспечение поворота заграждения относительно точек зацепления и поднятие транспортного средства над собой, что невозможно в таком исполнении, так как упоры не соприкасаются с дорожным полотном. Это означает, что конструкция упоров не имеет смысла, а эффективность аналогична выбранному прототипу изделия.
Увеличение высоты упоров более 0,8 длины металлической пластины приводит к значительному уменьшению угла при вершине упоров. Такая непропорциональность формы снизит жесткость упоров, которые являются опорными элементами заграждения. Таким образом, при наезде транспортного средства на заграждение упоры могут деформироваться, что может привести к проскальзыванию автомобильного заграждения по поверхности дорожного покрытия и к сдвигу заграждения автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Таким образом, оптимальная высота упоров составляет 0,5-0,8 длины металлической пластины.
Гарантированная эффективность достигается, когда упоры на металлических пластинах выполнены из стали с твердостью 50-60 HRC.
Если твердость стали, из которой выполнены упоры, ниже 50 HRC, то она становится соизмерима или меньше твердости дорожного покрытия. Как правило, автомобильные заграждения используются на дорогах с твердым покрытием, таким как: цементобетонное монолитное, железобетонное или армобетонное сборное, асфальтобетонное и т.д. (согласно СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги (с Изменениями N 2-5). Такие материалы, как бетон и различные фракции щебня, которые могут входить в состав дорожного покрытия, имеют достаточно высокую твердость. Как известно, твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него более твердого тела - индентора. Соответственно, если твердость стали, из которой выполнены упоры, ниже, чем твердость дорожного покрытия, то пластины физически не смогут внедриться в дорожное полотно при наезде транспортного средства и обеспечить гарантированное выполнение автомобильным заграждением своей функции.
Если твердость стали, из которой выполнены металлические упоры, выше 60 HRC, то сталь, как правило, обладает следующими негативными свойствами: высокая хрупкость и плохая свариваемость.
Высокая хрупкость может привести к хрупкому разрушению упоров в момент динамического нагружения, т.е. во время наезда транспортного средства. После разрушения одного или нескольких упоров дальнейшее поведение автомобильного заграждения становится непредсказуемым.
Плохая свариваемость стали, из которой выполнены пластины, не позволяет обеспечить прочные сварные швы, которыми упоры соединяется с металлическими пластинами. При наезде на транспортного средства на заграждение возможно разрушение этих сварных швов, что приведет к отделению (отрыву) упоров и дальнейшему непредсказуемому поведению автомобильного заграждения.
Таким образом, оптимальный диапазон твердости стали, из которой выполнены упоры, составляет 50-60 HRC.
Для лучшего сцепления автомобильного заграждения с дорожным полотном на боковых сторонах упоров по всей длине выполнены не менее двух вырезов.
Для проведения испытаний на заводе специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» была изготовлена серия образцов автомобильных заграждений с различными значениями длины основания упоров, высоты упоров, а также твердости стали, из которой выполнены упоры. Перечень образцов представлен в таблице 1.
Для каждого образца горизонтальная осевая балка была выполнена из квадратной трубы 60×60×3, перекрещенные стальные элементы - из трубы 80×40×3, а упоры - из листовой стали СПС-43 толщиной 5,0 мм. Различные значения твердости стали были получены путем термообработки в камерной электрической шахтной печи. Перекрещенные стальные элементы были прикреплены к осевой балке с шагом 500 мм.
В испытательном центре специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» (аттестат аккредитации №РОСС RU.0001.22C308 от 26.08.2014) каждый образец был подвергнут испытаниям по принудительной остановке транспортного средства. В качестве транспортного средства был выбран малотоннажный грузовой автомобиль Газель-3302 массой 2100 кг. Дорожное покрытие, на котором проводились испытания - асфальтобетон. Закрепления автомобильного заграждения к дорожному полотну не производилось.
Была проведена серия испытаний, в ходе которых автомобиль разгоняли до скорости 30 км/час, после чего происходило взаимодействие с автомобильным заграждением.
В результате испытаний образцов №1-№6 были выделены следующие негативные явления: пластическая деформация упоров, хрупкое разрушение упоров, сдвиг и поворот заграждения из-за отсутствия должного внедрения упоров в дорожное полотно. Это означает, что данные образцы не могут обеспечить гарантированного останавливающего воздействия на транспортное средство ввиду непредсказуемости поведения заграждения автомобильного проезда при возникновении одного или нескольких перечисленных выше негативных явлений. А отсутствие стабильного и предсказуемого поведения при динамическом нагружении является причиной, по которой заграждения нельзя считать эффективными.
При наезде транспортного средства на образец №7 произошло внедрение упоров в дорожное полотно. Затем образец осуществил два переворота под транспортным средством и поднял над землей переднюю ось автомобиля. В результате наезда автомобиль получил критические повреждения: прорезано правое колесо, повреждена поперечная рулевая тяга, пробит картер двигателя. Автомобиль потерял возможность дальнейшего управляемого движения.
Образец №7 наиболее эффективно осуществил принудительную остановку транспортного средства, а также нанес автомобилю серьезные повреждения. Результаты проведенных испытаний дают достаточные основания утверждать, что наибольшую эффективность показал образец №7.
Таким образом, действие заявляемых параметров изобретения позволило обеспечить достижение заявленного технического результата - получение заграждения автомобильного проезда, которое обеспечивает останавливающее воздействие на наезжающее транспортное средство за счет гарантированного внедрения стальных упоров в дорожное полотно.
Заявленное техническое решение по конструктивным особенностям автомобильных заграждений является новым, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.
Решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.