Ходовой путь для монорельсового транспортного средства
TRACK FOR THE MONORAIL VEHICLE

Область техники
Изобретение относится к монорельсовому транспорту, в частности к ходовым путям для него.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно сборно-разборное покрытие временных площадок на болотах (А.с. №443143, опубл. 15.09.1974 г.) [1], включающее сборные щиты с тросом, а на нижней поверхности каждого щита в его средней части закреплена эластичная надувная камера. Недостатком данного технического решения является непрочность надувных эластичных камер, низкая грузоподъемность.
Имеется также техническое решение понтонная дорога (патент РФ №2343244, от 2009-01-10) [2], включающее понтон с опорной рамой из металлических профилей, на которой размещен узел крепления крана-манипулятора, при этом составные части понтона выполнены полыми и герметичными, отличающееся тем, что к понтону присоединена площадка для разворота транспортных средств и понтон для их проезда до суши с грузом, при этом понтоны и площадка имеют сцепные серьги и болты с коррозийно-стойким покрытием а понтонные секции состоят из семи полиэтиленовых труб, герметично заваренных заглушками. Данная дорога является громоздкой и тяжелой конструкцией а скорость перемещения транспорта по такой дороге не может быть выше 5 км в час.
Наиболее близким к заявленному техническому решению, принятое за прототип, является (патент РФ №2264316 от 20.11.2005) [3] включающий закрепленную на опорах упругую несущую ленту с элементами жесткости и имеет пару нижних горизонтальных плоскостей качения с относительно малым коэффициентом сцепления для опорных роликов и пару верхних вертикальных плоскостей качения, с относительно большим коэффициентом сцепления для боковых приводных роликов. Предварительно изогнутая и образующая в профиле форму арки упругая несущая лента снабжена периодически установленными поперечными элементами. Нижние горизонтальные плоскости качения находятся на прикрепленных к несущей ленте жестких ездовых полках, а верхние вертикальные плоскости качения находятся на боковых поверхностях жестких элементов П-образного сечения, установленных по верху несущей ленты с возможностью продольного смещения относительно нее и последовательно скрепленных между собой. Недостатком такого ходового пути является его большая масса и необходимость опор для его размещения. В условиях болот и слабых грунтов установка таких опор дорогостоящая, а иногда и нереальная с технической точки зрения задача. Например, на некоторых участках местности в Сибири глубина болот может достигать 10 метров. [4] Следовательно, длина свай должна быть в районе 20-ти метров. Учитывая их необходимое для прокладки дороги количество, стоимость строительства будет очень высокой и нецелесообразной.
Раскрытие изобретения
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка ходового пути для монорельсового транспортного средства, с дешевой и быстрой возможностью размещения на любых типах грунтов без строительства дорогостоящего основания (колоны, насыпи), что в свою очередь значительно ускоряет и удешевляет строительство таких дорог. Отсутствие насыпи, позволит в свою очередь сохранять экологию местности, где такие дороги прокладываются.
Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что заявляемый монорельсовый ходовой путь, располагается на несущих трубообразных секциях, расположенных непосредственно на грунте и выполненных из армированной резины по типу автомобильных шин с заглушенными концами и последовательно скрепленных между собой соединительными муфтами. Каждая из секций автономна, а также может поддерживать в рабочем положении соседнюю секцию, если у последней вышел из строя компрессор.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что ходовой путь, для монорельсового транспортного средства содержит нижние плоскости качения с относительно малым коэффициентом сцепления для опорных роликов и верхние плоскости качения с относительно большим коэффициентом сцепления, находящихся на боковых поверхностях жестких элементов П-образного сечения для боковых приводных роликов, при этом несущее основание пути выполнено как минимум из одной линии трубообразных секций снабженных компрессионным патрубком и торцевыми патрубками заглушающими концы и последовательно скрепленных между собой, соединительными муфтами, трубообразные секции стянуты стяжными лентами, на которых установлены направляющая балка и нижние плоскости качения, стяжные ленты соединены тросами через актуаторы с крепежными колоннами. Кроме того, стенки трубообразной секции выполнены из радиально и продольно армированной резины, нижние плоскости качения расположены на внешних стенках трубообразной секции по обе стороны от П-образного элемента и выполнены из жесткого металлического основания, каждая из секций имеет пневматическое соединение через патрубки с соседними секциями через торцевые пневматические клапаны. В предпочтительном варианте: каждая из секций оснащена электропитающей сетью или автономной системой электроснабжения, воздушным компрессором, контроллером, датчиком давления воздуха, датчиками силы расположенными на актуаторах, по одному с каждого из боков секции, соединительными воздушными управляемыми клапанами при этом контролер, соединен с системой управления дороги по общей шине, в горизонтальной плоскости П-образного элемента, расположен датчик уровня, выход которого связан с входом контроллера.
Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что обеспечивается возможность быстрого построения и ремонта ходового пути для монорельсового транспортного средства в условиях болотистых, слабых и прочих ненадежных грунтов.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 приведена схема устройства предлагаемого ходового пути, состоящие из одной линии трубообразных секций цифрами обозначены:
1 - трубообразная секция;
2 - грунт;
3 - стяжные ленты;
4 - тросы;
5 - крепежные винтовые сваи;
6 - актуаторы;
7 - направляющая балка П-образного сечения для боковых приводных роликов (колес);
8 - боковые приводные ролики;
9 - нижние плоскости качения;
10 - опорные колеса;
11 - транспортное средство (ТС)
На фиг. 2 изображен вид А секции сверху (без транспортного средства), где цифрами обозначены:
3 - стяжные ленты;
4 - тросы;
5 - крепежные винтовые сваи;
6 - актуаторы;
7 - направляющая балка П-образного сечения для боковых приводных роликов (колес);
9 - нижние плоскости качения с относительно малым коэффициентом сцепления для опорных роликов
12 - соединительная муфта.
На фиг. 3 приведена схема устройства предлагаемого ходового пути, состоящего из двух линий трубообразных секций, где цифрами обозначены:
1 - трубообразная секция;
2 - грунт;
3 - стяжные ленты;
4 - тросы;
5 - крепежные винтовые сваи;
6 - актуаторы;
7 - направляющая балка П-образного сечения для боковых приводных роликов (колес);
8 - боковые приводные ролики (колеса);
9 - нижние плоскости качения;
10 - опорные колеса,
11 - транспортное средство (ТС).
На фиг. 4 и фиг. 5 изображены сечение участка нижних плоскостей качения 9 с относительно малым коэффициентом сцепления для опорных роликов 10. С ребрами жесткости 13
На фиг. 6 показано сечение участка надувной трубообразной секции 1 с заглушенным концом, где цифрами обозначены:
1 - трубообразная секция;
3 - стяжные ленты;
7 - направляющая балка П-образного сечения для боковых приводных роликов;
12 - соединительная муфта;
14 - резиновая прокладка для соединения муфт 12;
15 - резиновая прокладка для соединения направляющих балок П-образного сечения 7 для боковых приводных роликов 8;
16 - патрубок для торцевого пневмоклапана.
На фиг. 7 показано сечение скошенной резиновой прокладки 14 для соединения муфт 12 в случае необходимости изменения направления.
На фиг. 8 показано сечение скошенной резиновой прокладки 15 для соединения направляющих балок П-образного сечения 7 для боковых приводных роликов (колес) 8 в случае необходимости изменения направления прокладываемого пути.
На фиг. 9 приведена структурная схема управления надувными секциями ходового пути, где цифрами обозначены:
17 и 18 - торцевые пневмоклапаны;
19 - контроллер;
20 - датчик давления в секции 1;
21 - датчик уровня секции 1;
22 и 23 - датчики силы актуаторов 6 находятся в одном корпусе (на чертежах не показан);
24 и 25 - приводы актуаторов 6 находятся в одном корпусе (на чертежах не показан);
26 - аварийный компрессор;
27 - система управления путями.
Осуществление изобретения
Ходовой путь понтонного типа для монорельсового транспортного средства (на примере односекционного пути фиг. 1) включает в себя: трубообразную секцию с закрытыми торцами 1, выполненную из армированной резины и расположенной на грунте 2; нескольких стяжных лент 3, охватывающих секцию по периметру. Сверху на стальных лентах 3 размещены направляющая балка П-образного сечения 7 для боковых приводных роликов (колес) 8 и пара нижних плоскостей качения 9 для опорных колес (роликов) торцы секций соединяются муфтами 12 через резиновую прокладку 14 фиг. 6.
Секция пути 1 расположена непосредственно на грунте 2, очищенном от постороннем предметов (камней, веток и т.д.) с помощью стяжных лент 3, стянутых болтами (на чертежах не показаны), охватывающих надувные секции по периметру, сама секция 1, удерживается на грунте 2 с помощью натянутых тросов 4, одной стороной закрепленных с помощью такелажа (на чертежах не показан) к бокам секции 1 через стяжную ленту 3, а другой к крепежной винтовой свае 5 с помощью такелажа (на чертежах не показан)
Усилие тросов 4 и их длина регулируется с помощью актуаторов 6 фиг 1, фиг. 3.
Стяжная стальная лента 3, выполнена из металла, шириной от 100 до 400 мм и толщиной от 4 до 9 мм. В зависимости от длины секции их может быть от 3-х, при 3-х метровой секции, до 13-ти для 12-метровой секции. К стяжной ленте 3 на сварочном соединении (на чертежах не показаны) крепятся направляющая балка 7 П-образного сечения для боковых приводных роликов 8 и нижние плоскости качения 9, расположенные на внешних стенках трубообразной секции 1 по обе стороны от П-образной балки 7 и выполненные из жесткого металлического основания. Данные элементы 9 служат опорой для опорных колес 10 транспортного средства 11 фиг. 1, фиг 3.
Стягивающие соединительные муфты 12, направляющая балка П-образного сечения 7 и две секции нижних плоскостей качения 9 соединены болтовым соединением с соседними секциями через резиновые прокладки 14 и 15 фиг. 6. При необходимости изменения угла стыковки соседних секций применяются конусные резиновые прокладки, см. фиг. 7 и фиг. 8, и таким образом можно изменять направление пути, как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях в зависимости от требования рельефа.
Трубообразная секция 1 выполнена из радиально и продольно армированной резины по типу автомобильных шин или пластика с заглушенными концами и последовательно скрепленных между собой соединительными муфтами 12 посредством болтовых соединений (на чертежах не показаны). Конец секции 1 выполнен с утолщением по всему периметру для удержания соединительной муфты 12, фиг. 2 и фиг. 6. В центре торцевой заглушенной части секции 1 расположен патрубок 16 фиг. 6 для торцевого пневмоклапана 17. В обоих торцах секции установлены два пневматических клапана 17 и 18. (на фиг. 6 не показаны, включены как функциональные объекты в структурную схему фиг. 9)
Каждая секция 1 в зависимости от целесообразности может быть оснащена или автономной системой электроснабжения (на чертежах не показана), на базе солнечной панели и аккумулятора, ветрогенератора или внешней электропитающей сетью (на чертежах не показана). Также на каждой из секций установлены фиг. 9 Контроллер 19, датчик давления 20, датчик уровня 21, датчики силы актуаторов 22, 23, приводы актуаторов 24, 25, аварийный компрессор 26, торцевые пневоклапаны 17, 18. Контроллеры 19 каждой секции 1 всего пути с помощью общей шины соединены с системой управления пути 27 фиг. 9. Первичная накачка воздуха осуществляется через компрессионный патрубок (на чертежах не показан) аварийного компрессора 26.
Каждый пневмоклапан 17 и 18 через патрубки 16 соединен с двумя секциями 1, что делает возможным в случае необходимости перепускание воздуха из соседних секций. Количество необходимых секций для перепускания воздуха определяется контроллером 19 по датчику давления 20. При значительных утечках воздуха, контроллер 19 посылает сигнал в систему управления 27 и не включает перепускание воздуха из других секций в виду бессмысленности, а подает заявку на выполнение ремонтных работ и вызов аварийной бригады.
Система работает следующим образом. При прокладке пути происходит первичная накачка воздухом через компрессионный патрубок (на чертежах не показан) до необходимого давления (1 атм.) большим строительным компрессором. После чего от этого патрубка отсоединяется строительный компрессор и присоединяется компрессор 26. С помощью натяжных тросов 4 происходит установка по уровню, для чего и служит датчик уровня 21. Каждая из секций 1 имеет пневматическое соединение через патрубки 16 с соседними секциями через торцевые пневматические клапаны 17 и 18. Это дает возможность оказывать помощь, в случае утечки воздуха из секций 1, если компрессор 26 не справляется. Если давление в секции падает, то контроллер 19 сообщает об этом системе управления и запускает компрессор 26. В случае необходимости, подключает через воздушные клапаны 17 и 18 соседние секции пути за счет того что, каждый из торцевых воздушных клапанов через отдельную трубку (на чертежах не показана) пневматически соединен с соседней секцией и таким образом обеспечивать «соседскую помощь» в случае необходимости. Компрессор соединен с секцией через отдельный патрубок (на чертежах не показан) и размещается на отдельной площадке (на чертежах не показана), закрепленной на соединительной ленте в нижней части секции.
В результате эксплуатации пути, грунт может проседать, а тросы ослабевать, уровень пути изменяться. Для того, чтобы этого не происходило, служит датчик уровня 21, с помощью приводов 24 и 25 актуаторов 6, контроллер добивается нужного положения секции, изменяя длину тросов и обеспечивают необходимое эксплуатационное натяжение тросов 4.
Длина крепежной винтовой сваи 5 [5] выбирается исходя из категории болота или грунта. Установка такой сваи 5 не представляет трудностей и может устанавливаться вручную одним или двумя рабочими. Поскольку трос 4 крепится к продольной линии крепежной сваи 5 близко к прямому углу, это обеспечивает невозможность вырыва из грунта последней в рабочем диапазоне усилий натяжения троса (от 10000 до 20000 Н).
Длина секции 1 может быть принята с учетом типа местности и ГОСТов на металлопрокатную продукцию, например, кратную 3-м метрам. Т е 3 метра, 6-ть метров, 9-ть метров или 12 метров. При минимальной длине секции - 3 метра возможна ее замена 2-3-мя рабочими без привлечения специальной крановой техники, которая в условиях болот труднореализуема или невозможна.
Диаметр секции 1 определяется необходимой грузоподъемностью пути. По предварительным расчетам, при диаметре секции 1.5 метров и двух-трубчатом пути, возможно движение транспортных средств общей массой до 8-ми тонн. Естественно, что при постройке трасс необходимо периодически устраивать под ними проходы высотой около 2-х метров для прохождения и миграции диких животных. За счет использования локального рельефа местности для обустройства проходов - небольшие овражки, углубления это не затруднит строительства пути. Можно также использовать бревенчатый настил длиной 4-5 метров для создания проходов. Путь пройдет по верху настила, а сам проход может проходить под настилом. Материал для таких настилов в Сибири, как правило, общедоступен. А его недолговечность компенсируется временностью пути. При прокладке более постоянных путей, конечно, необходимо использовать более долговечный материал.
Хочется отразить, что при высоте секции 1.5 метров и более - такому пути практически не страшны заносы, что существенно упрощает его функционирование в условия севера. А наличие верхних плоскостей качения с относительно большим коэффициентом сцепления, находящихся на боковых поверхностях жестких, элементов П-образного сечения 7 для боковых приводных роликов (колес) 8 делает такой путь не боящимся атмосферных осадков и обледенений, так и больших углов продольного наклона пути при прокладке по пересеченной местности.
При осуществлении ремонта пути замена секции 1 производится в следующей последовательности: сбрасывается давление в секции 1, путем отстыковки патрубка (на чертежах не показан) от выхода компрессора 26, отсоединяются натяжные тросы 4, раскручиваются болты (не показаны), стягивающие соединительные фланцы 12, раскручиваются болтовые соединения (на чертежах не показаны) - направляющей балки П-образного сечения 7 и двух секций нижних плоскостей качения 9; отсоединяются соединительные патрубки 15 на торцевых пневмоклапанах 27 и 28 и извлекается вся секция 1. На ее место устанавливается другая в обратном порядке.
По стоимости дороги. По российским ценам стоимость 1 км сухопутной широкополосной асфальтированной автодороги составляет от 510 до 960 млн рублей. По каналам центрального телевидения России в печатных СМИ («МК» за 30.06. - 7.07. 2010 г.) была названа цифра $17 млн, а в «АиФ» и того больше - $32 млн (№28, 2010 г.) за 1 км автодороги.
Стоимость обычной двухполосной асфальтированной дороги находится в диапазоне 80-100 млн рублей за 1 км.
Следовательно, минимальная цена 1 - метра пути - 80000 рублей или в расчете на 6-ть метров (предлагается что длина секции предлагаемого пути будет именно такой из соображения стандартов для перевозки) будет в районе 500000 рублей.
Стоимость предлагаемого пути (6-ти метровой секции) при диаметре несущей надувной трубы =4 метра будет складываться из следующих составляющих:
Материал надувной трубы 11*2*3.14*2*1000 р =138000 рублей
Компрессор 1 шт. =5000 рублей
Контроллер =500 рублей
Шина =100 рублей
Силовой провод =100 рублей.
Солнечная панель + аккумулятор (на 35 вт) =2400+2100=4500 рублей
Металл на П-образную балку и металлические нижние подкладки для опорных роликов =12000 рублей
Соединительная муфта - 6000 рублей
Датчик уровня =500 рублей
Датчики давления =300 рублей
Пневмоклапан 2 шт =2000 рублей
Актуаторы 2 шт. =12000 рублей.
Шнековые сваи 2 шт. =4000 рублей
Итого 185000 рублей. Это на 6-ть метров пути. На один погонный метр пути в районе 30000 рублей. Это для одной полосы, и при двух полосах цена будет в два раза меньше чем асфальтная двухполосная дорога. При этом цена будет еще снижена за счет возможности работы общего оборудования (актуаторы, контроллеры, шнековые сваи и т.д.) сразу на сдвоенный путь.
При нормальных условиях работы, компрессоры будут работать изредка на подкачку по аналогии с шинами автомобиля.
Конечно, такой путь боится вандализма - стреляющих охотников и прочего - но это компенсируется той возможной скоростью строительства и безопасности на экологию и незаменим для временных дорог в болотах и вечной мерзлоте.
Давление в секции достаточно не более 1 атм. Даже при таких давлениях, 1 кв. метр площади секции способен удерживать до 10 тонн нагрузки.
Положительная плавучесть 1 метра пути в пределах 12000 кг. Это означает, что в воде 6-ти метровая секция способна держать около 70 тонн груза. При прокладке по слабым болотам, где нагрузка на квадратный метр снижена до 500 кг, секция способна нести груз до 12 тонн, что сопоставимо с большинством средних грузовиков и спецтехники. При необходимости увеличить этот показатель, все решается диаметром трубообразной секции и их количеством.
Сама тема прокладки путей в болотах, всегда остается актуальной как в гражданском, так и в военном значении [6], [7]
Таким образом, заявленное изобретение решает следующие основные проблемы, а именно: заявляемому ходовому пути не нужны опоры, которые сложно и дорого устанавливать на проблемных грунтах, пневмовязка системы поддерживает функционирование системы, в случае поломок и утечки воздуха из секций, не монолитная секционная сборка значительно упрощает и ускоряет ремонт ходового пути.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР на изобретение «Сборно-разборное покрытие временных площадок на болотах» №443143, опубликовано 15.09.1974 г.
2. Патент РФ на изобретение «УСТРОЙСТВО ПОНТОННОЙ ДОРОГИ», №2343244, опубликовано 10.01.2009
3. Патент РФ на изобретение «ХОДОВОЙ ПУТЬ ДЛЯ МОНОРЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА», №2264316 от 20.11.2005
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D1%81%D1%8Е%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%B1%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0
5. https://www.ostankino-svai.ru/ceny?yclid=313042936593910835
6. http://www.yaplakal.com/forum2/topic1088534.html
7. http://www.bibliotekar.ru/8-vyzhivanie-v-voynnyh-usloviyah/31.htm