ЭСТАКАДНАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА

Полезная модель относится к надземному пассажирскому транспорту и, в частности, касается строительства высокоскоростных железных дорог.
Поскольку строительство наземных скоростных дорог связано со значительной стоимостью прокладки пути из-за отчуждения больших площадей вдоль трассы; очень большими объемами земляных работ и затрачиваемых строительных материалов (песок, гравий), затрат на нивелирование пути и т.д., одним из перспективных путей решения этой проблемы является строительство надземных (эстакадных) дорог.
Известна эстакадная транспортная система, содержащая установленную на опорных колоннах горизонтальную путевую балку желобообразного профиля, по которой перемещается транспортное средство на колесных парах, связанных с силовым приводом [1].
Затраты на строительство этого типа транспортной системы существенно ниже, однако в ней используется небольшое транспортное средство малой грузоподъемности, не рассчитанное на перевозку большого количества пассажиров, которое целесообразно использовать в качестве городского вида транспорта.
Железнодорожный же транспорт характеризуется возможностью перевозки на большие расстояния существенно большего количества пассажиров (или грузов), но
при этом увеличивается и нагрузка на путь, что приводит к увеличению потерь, снижению ресурса и снижению скорости.
Известна также эстакадная транспортная система, содержащая установленные на опорных колоннах путевые балки, по которым перемещается транспортное средство с тяговым двигателем и аэродинамическими поверхностями, обеспечивающими создание в процессе движения подъемной силы [2].
В этой транспортной системе возникающие в процессе движения аэродинамические силы позволяют существенно снизить нагрузку на ходовую балку, но за счет значительного увеличения энергозатрат - транспортное средство (фактически летательный аппарат) снабжается мощным реактивным двигателем.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является скоростная эстакадная железная дорога, содержащая установленные на опорных колоннах и сочлененные между собой железобетонные балки, каждая из которых выполнена объемной с внутренними перегородками, образующими продольные полости, закрепленные на верхней поверхности путевых балок рельсы и установленные по бокам путевых балок вертикальные панели ограждения, образующие корытообразный профиль, внутри которого перемещаются вагоны [3].
Конструкция этой эстакадной железной дороги достаточно проста, а стоимость ее строительства значительно ниже стоимости строительства наземной магистрали, однако при использовании традиционного подвижного состава из-за большой нагрузки на путь возрастают эксплуатационные расходы, снижается ресурс и скорость движения по дороге. Для повышения же скорости подвижного состава без
снижения нагрузки на путь требуется повышение прочности и жесткости конструкции пути, что влечет за собой повышение материалоемкости и стоимости.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение стоимости строительства скоростной железной дороги, а технический результат, который может быть получен при ее использовании заключается в увеличении скорости движения подвижного состава и снижения при этом как статических, так и динамических нагрузок на путь, а также в увеличении ресурса строений пути и ходовых частей поезда.
Для достижения указанного технического результата в эстакадной железной дороге, содержащей установленные на опорных колоннах и сочлененные между собой путевые горизонтальные балки, каждая из которых выполнена объемной с внутренними перегородками, образующими продольные полости, закрепленные на верхней поверхности каждой путевой балки рельсы и установленные по бокам путевых балок вертикальные панели ограждения, образующие корытообразный профиль, внутри которого движутся вагоны, предлагается выполнить путевые балки методом формования из композиционных материалов, а по верхней кромке вертикальных панелей ограждения закрепить профиль из упругого гибкого материала, обеспечивающий уплотнение зазора между панелями ограждения и боковыми стенами вагонов для образования динамической воздушной подушки в подвагонном пространстве.
Для снижения массы и повышения несущей способности, а также для обеспечения точности размеров, чистоты и гладкости поверхности путевые балки
могут быть выполнены из различного вида стеклопластиков (ровинга, стеклоткани, стекломатов) или углепластиков на основе полиуретанового или эпоксидного связующего методом пултрузии [6].
Для выравнивания пути и компенсации его отклонений, допущенных при строительстве, а также появляющихся в процессе эксплуатации, в том числе и от сезонных перепадов температур, между опорными колоннами и путевыми блоками могут быть установлены адаптивные выравнивающие механизмы, действующие по сигналам размещенных вдоль пути датчиков [7], при этом эти механизмы могут быть выполнены в виде домкратов, например, с планетарной винтовой передачей [8].
Для надежного крепления рельсов они могут быть установлены на верхней поверхности путевых балок в образованных на них пазах и закреплены длинномерными накладками, охватывающими рельс на всем его протяжении, при этом между подошвой рельса и поверхностью путевой балки могут быть размещены демпфирующие прокладки из шумо- и вибропоглащающего материала.
Кроме того, в образованных в путевых балках продольных полостях могут быть расположены различные кабели, например, электропитания и каналов связи, а часть каналов может использоваться в качестве воздуховодов системы обдува пути.
Эстакадная дорога может быть выполнена однопутной, или двухпутной, как в прототипе [3], при этом по вертикальной плоскости симметрии эстакады на путевых балках может быть установлена разделительная перегородка, снабженная закрепленными по обе стороны ее верхней части упругими уплотнительными профилями.
Схема одного из возможных вариантов реализации полезной модели представлена на прилагаемых чертежах.
На Фиг.1 - показан общий вид фрагмента эстакадной железной дороги.
На Фиг.2 - показан поперечный разрез дороги.
На Фиг.3 - показан узел крепления рельса.
Эстакадная железная дорога содержит заглубленные в грунт опорные колонны 1, на которых могут быть установлены поперечные плиты 2.
На поперечные плиты 2 опираются горизонтальные путевые балки 3 коробчатой формы с внутренними перегородками 4, образующими продольные полости 5 (фиг.2).
На верхней поверхности путевых балок 3 закреплены рельсы 6 а по бокам установлены вертикальные панели ограждения 7, образующие с балками 3 корытообразный профиль, внутри которого движутся составы с вагонами 8.
По верхней кромке вертикальных панелей ограждения 7 вдоль всей эстакады крепится профиль 9 из упругого материала для автоматического формирования уплотнения зазора между панелями ограждения 7 и боковыми стенами вагона 8 за счет упругости материала и создания в подвагонном пространстве динамической воздушной подушки [9]. Для этого вагоны 8 железнодорожных составов оборудуются воздухозаборниками и воздуховодами (на чертежах не показаны), по которым воздух в процессе движения составов поступает, сжимаясь в подвагонное пространство (исключая локомотивы). Образующаяся под вагонами воздушная
подушка компенсирует часть веса вагона, снижая на эту величину нагрузку на путь и на ходовые части вагона.
Путевые балки 3 выполнены методом формования из композиционных материалов, в качестве которых могут использоваться стеклопластики и другие высокопрочные материалы (углепластики, металлы и т.д.) на основе полиуретанового или эпоксидного связующего. Формование может осуществляться методом пултрузии. Наряду со снижением массы и повышением прочностных характеристик полученные этим методом путевые балки (по сравнению с бетонными в прототипе) характеризуются высокой точностью формы и чистотой поверхности. Последнее существенно влияет на снижение потерь от аэродинамического сопротивления, возникающего при прохождении высокоскоростных составов.
Для юстировки пути, компенсации строительных и эксплуатационных отклонений в вертикальной плоскости между опорными колоннами 1 и поперечными плитами 2 (на которых лежат путевые балки 3) могут устанавливаться адаптивные механизмы 10, которые могут быть выполнены в виде домкратов, например с планетарной винтовой передачей, действующие по сигналам размещенных вдоль пути датчиков (на чертежах не показаны).
Для точной установки, надежной фиксации и хорошей обтекаемости рельсы 6 установлены на путевых балках 3 в образованных в процессе их изготовления пазах 11 (фиг.3) и крепятся длинномерными накладками 12, охватывающими рельс 6 на всем его протяжении, а между подошвой рельса 6 и путевой балкой 3 размещены демпфирующие прокладки 13 из шумо- и вибропоглащающего материала.
Продольные полости 5 в путевых балках 3 используются для прокладки различных коммуникаций, в частности кабелей электропитания и каналов связи 14, а часть полостей 5 может использоваться в качестве воздуховодов системы обдува пути.
Предлагаемая железная дорога может быть выполнена как однопутной, так и двухпутной, при этом сохраняя основные преимущества существующих железных дорог и используемого на них подвижного состава, позволяет существенно снизить затраты на ее строительство, повысить скорость движения подвижного состава, ресурс его ходовых частей, а также надежность и безопасность дороги.
Источники информации:
[1] RU, пат. №2153430, В61В 5/00, 1999 г.
[2] SU, а.с. №709434, В61В 13/08, 1978 г.
[3] US, №5386782, В61В 5/00, 1995 г. (прототип).
[4] US, №3238894, 104-121, 1966 г.
[5] РСТ, № WD 00/01888, E01В 1/00,2000 г.
[6] RU, ПМ №55682, В61Д 17/04, 2006 г.
[7] Журнал «PC Week» Russion edition, от 20.02.2007 г.
[8] А.Крайнев «Механика машин» фундаментальный словарь, М., Машиностроение, 2001, стр.457-458.
[9] Большой энциклопедический словарь «Политехнический», изд. Большая Российская энциклопедия, М., 2000 г., стр.89-90.