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 средство принудительной остановки автомобильного транспорта, описанное в патенте DE 102017101589B3 от 26.07.2018, представляющее собой призматическую конструкцию, основание которой имеет вид трехконечной звезды. Оно опирается на дорожное полотно на два боковых ребра призмы, проходящих через вершины звезды.
Недостатком изобретения является то, что данное средство представляет собой цельнометаллическую полую конструкцию из листового металла, усиленную ребрами жесткости. Данное средство является пассивным препятствием, которое при первичном контакте с транспортным средством не наносит ему существенных повреждений ввиду большой площади взаимодействия и отсутствия каких-либо заостренных (режущих) элементов в зоне контакта.
Еще одним недостатком является то, что средство имеет большую массу, перемещение его возможно только при помощи специальных грузоподъемных средств. При этом в конструкции предусмотрены отверстия для погрузки/выгрузки только с помощью вилочного погрузчика, а такелажные узлы для других грузоподъемных средств не предусмотрены.
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 заградительные элементы соединены только с горизонтальной несущей штангой, расположенной в продольной оси заграждения. Это означает, что жесткость заградительных элементов, а также конструкции в целом, обеспечивается только в области их соединения с несущей штангой. В таком случае, вершины перекрещенных балок, составляющих заградительные элементы, под воздействием кинетической энергии транспортного средства могут деформироваться (наклоняться), что повлияет на эффективность применения средства остановки. Также недостаточная жесткость конструкции снижает ее прочность, что может привести к отделению заградительных элементов от штанги при наезде транспортного средства.
Еще одним 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.
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.
Недостатком данного изделия является то, что крестообразные опоры соединены только с осевой балкой. Таким образом, жесткость опор, а также всей конструкции, обеспечена только в области их соединения с осевой балкой. В таком случае, крестообразные опоры при воздействии на них кинетической энергии транспортного средства могут деформироваться (наклоняться) в области вершин. Возможная деформация крестообразных опор указывает на недостаточную жесткость конструкции, что снижает ее прочность. При наезде транспортного средства возможно разрушение места крепления, а следовательно, и отделение опор от балки. Это делает заграждение неэффективным.
Еще одним недостатком данного изделия является 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 автомобильное заграждение, описанное в патенте US 7258505B2 от 21.08.2007. Это автомобильное заграждение состоит из пластин определенной формы (например, шляпообразной) и соединяющих их элементов, которые позволяют получить автомобильное заграждение любой длины.
Данное заграждение обладает достаточно высокой жесткостью, что связано с тем, что пластины соединены между собой как минимум в двух местах. Однако недостатком такого изделия является нерегламентированная форма основания пластины, а именно того места 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 проскальзывать и смещаться вместе с автомобилем. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет просто сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Известно заграждение автомобильного проезда, описанное в патенте RU 2756145 C1 от 16.03.2021, выбранное авторами в качестве прототипа. Это автомобильное заграждение включает в себя горизонтальную осевую балку и прикрепленные к ней опоры. Опоры выполнены из листа высокопрочной стали с твердостью 50-60 HRC и имеют вид равностороннего треугольника с вогнутыми внутрь по дуге сторонами.
Изделие по прототипу, безусловно, является очень эффективным. Форма металлической опоры действительно обеспечивает его надежное внедрение в дорожное полотно с целью последующего переворота и поднятия транспортного средства над собой. Недостатком является то, что стальные опоры соединены между собой одной лишь горизонтальной осевой балкой, что недостаточно для обеспечения высокой жесткости и прочности конструкции в целом. В таком случае, вершины стальных опор, не имея жесткого соединения, могут деформироваться (наклоняться) под действием кинетической энергии наезжающего транспортного средства, что снижает эффективность применения средства остановки транспорта. Также из-за недостаточной прочности при наезде транспортного средства возможно разрушение мест крепления опор к балке, а следовательно, и отделение опор от балки.
Заявленное авторами заграждение автомобильного проезда включает в себя горизонтальную осевую балку 1 и прикрепленные к ней опоры 2 (см. Рис. 1). Опоры выполнены из листа высокопрочной стали и имеют форму равностороннего треугольника с вогнутыми внутрь по дуге сторонами. Опоры расположены под углом 55-85° к осевой балке, причем любые две соседние опоры наклонены в противоположные стороны, при этом одна вершина любой опоры соединена с одной вершиной соседней опоры, а две другие вершины соединены, соответственно, с двумя вершинами другой соседней опоры, при этом крайние опоры соединены только с одной соседней опорой.
Целью изобретения является получение заграждения автомобильного проезда, которое обеспечивает останавливающее воздействие на наезжающее транспортное средство за счет повышения жесткости конструкции, а также гарантированного внедрения вершин опор в дорожное полотно, переворота под автомобилем, поднятия его над землей и нанесения критических повреждений ходовой части автомобиля.
Технический результат изобретения достигается за счет выполнения опор под углом 55-85° к осевой балке, причем любые две соседние опоры наклонены в противоположные стороны, при этом одна вершина любой опоры соединена с одной вершиной соседней опоры, а две другие вершины соединены, соответственно, с двумя вершинами другой соседней опоры, при этом крайние опоры соединены только с одной соседней опорой.
Выполнение этих условий обеспечивает при наезде транспортного средства на заграждение автомобильного проезда достаточную жесткость конструкции, а также гарантированное зацепление его за поверхность дорожного полотна и исключение его сдвига и проскальзывания, а, следовательно, обеспечивает выполнение автомобильным заграждением своей основной функции - принудительной остановки транспортного средства.
Заявленное авторами заграждение работает следующим образом. При наезде транспортного средства на заграждение происходит взаимодействие фронтальной части автомобиля (бампер, радиатор, колеса и т.д.) с заостренными вершинами и торцами стальных опор. В этот же момент времени нижние, дальние от автомобиля заостренные вершины стальных опор 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 заостренных вершин 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.). Наличие серьезных повреждений автомобиля обусловлено тем, что контакт происходит с заостренными вершинами и торцами стальных опор, площадь которых мала, а, следовательно, давление, оказываемое на элементы автомобиля, велико. В итоге, транспортное средство либо теряет способность дальнейшего управляемого движения, либо это движение существенно затрудняется.
Для повышения жесткости опор, а также конструкции заграждения в целом, опоры соединены не только с осевой балкой, но и с вершинами соседних опор в трех точках. Также, при выполнении опор под углом 55-85° к осевой балке, площадь сварного шва между опорами и осевой балкой увеличится, что повысит прочность конструкции.
Гарантированная эффективность достигается, когда металлические опоры выполнены под углом 55-85° к осевой балке.
При постоянных геометрических размерах опор и длине осевой балки, значение угла между ними влияет на количество выполненных опор и высоту заграждения.
Если угол между осевой балкой и металлическими опорами менее 55°, уменьшается количество опор, расположенных на осевой балке. Таким образом, снижено количество точек воздействия на транспортное средство. В таком случае возможна ситуация, когда при наезде автомобиля на заграждение колеса не будут взаимодействовать с вершинами опор, так как попадут между ними. Также вершины опор будут располагаться ниже, а следовательно, высота заграждения будет снижена. Таким образом, возможна ситуация, когда высота заграждения будет соизмерима или меньше клиренса автомобиля, что может привести к беспрепятственному преодолению заграждения.
Если угол между осевой балкой и металлическими опорами более 85°, угол между опорами будет меньше 10°. Чем меньше угол между металлическими опорами, тем меньше расстояние между ними. Таким образом, опоры будут расположены близко друг к другу, а их частота расположения на осевой балке будет велика. При наезде транспортного средства на заграждение, фронтальная часть автомобиля будет взаимодействовать с большим количеством опор, между которыми распределится действующая нагрузка. Таким образом, заграждение менее эффективно осуществляет останавливающее действие и наносит меньше повреждений автомобилю. Более того, при угле между осевой балкой и металлическими опорами более 85° возникают технологические сложности в изготовлении ввиду малого расстояния между опорами, а также невозможность выполнить сварные швы.
Оптимальный угол между опорами и осевой балкой составляет 55-85°. При таком условии во время наезда транспортного средства будет обеспечена жесткость автомобильного заграждения, 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.
Для лучшего сцепления автомобильного заграждения с дорожным полотном и нанесения дополнительного урона транспортному средству, на боковых сторонах опор 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 угла между осевой балкой и металлическими опорами. Перечень образцов представлен в таблице 1.
Для каждого образца горизонтальная осевая балка была выполнена из квадратной трубы 60×60×3 длиной 3,0 м, а металлические опоры - из листовой стали СПС- 43 толщиной 8,0 мм. Сторона треугольника опор равна 700 мм.
Высота образца №1 составила 436 мм, а образца №2 - 502 мм.
Образец, у которого угол между осевой балкой и металлическими опорами более 85°, не удалось изготовить, ввиду достаточно малого расстояния между опорами. При выбранных размерах элементов конструкции технологически невозможно обеспечить качественный сварной шов между опорами и осевой балкой. Таким образом, можно сделать вывод, что оптимальный угол между опорами и осевой балкой менее 85°.
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.
Автомобиль разгоняли до скорости 30 км/час, после чего происходило взаимодействие с автомобильным заграждением.
При наезде транспортного средства образец №1 был сдвинут на 1 м, после чего правое колесо автомобиля попало между опорами. В результате образец осуществил один переворот и остался под транспортным средством. В результате наезда оба колеса остались целы, существенных повреждений, затрудняющих дальнейшее управляемое движение, нанесено не было.
При наезде транспортного средства на образец №2 произошло внедрение вершин опор в дорожное полотно. Затем образец осуществил один переворот под транспортным средством и поднял над землей переднюю ось автомобиля, исключив возможность дальнейшего движения. В результате наезда автомобиль получил критические повреждения: прорезано одно переднее колесо, повреждены рулевые тяги, пробит поддон картера двигателя.
Образец №2 осуществил принудительную остановку транспортного средства, а также нанес автомобилю серьезные повреждения. Это дает достаточные основания утверждать, что, наибольшую эффективность показал образец №2.
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 достаточной жесткости конструкции, а также гарантированного внедрения заостренных вершин опор 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.