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 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.
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.
Известно автомобильное заграждение, описанное в патенте US7258505B2 от 21.08.2007. Это автомобильное заграждение состоит из пластин определенной формы (например, шляпообразной) и соединяющих их балок, 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 описается 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 RU2756145C1 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. 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 из стальных листов 2, соединенных металлическими перемычками 3 (см. Рис. 1). Опоры выполнены не менее чем из двух листов высокопрочной стали с твердостью 50 - 60 HRC, соединенных между собой металлическими перемычками, и имеют вид равностороннего треугольника с вогнутыми внутрь по дуге сторонами.
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 не менее чем из двух листов высокопрочной стали с твердостью 50 - 60 HRC, расположенных на расстоянии 0,07 - 0,2 стороны равностороннего треугольника и соединенных между собой металлическими перемычками, выполненными на расстоянии от оси балки, равном 0,5 - 0,9 радиуса описанной вокруг опоры окружности.
Выполнение этих двух 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. Каждая стальная опора имеет не менее двух точек внедрения, так как каждая опора выполнена не менее чем из двух листов высокопрочной стали. 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.
Гарантированная эффективность достигается, когда каждая опора выполнена не менее чем из двух листов высокопрочной стали, расположенных на расстоянии 0,07 - 0,2 стороны равностороннего треугольника, и соединенных между собой металлическими перемычками.
Выполнение опор не менее чем из двух листов высокопрочной стали ведет к повышению жесткости и прочности всей конструкции. Это объясняется дополнительным жестким соединением между листами опоры в трех точках с помощью металлических перемычек. Таким образом, снижается вероятность возникновения пластических деформаций на вершинах опор, а также отрыва опор от осевой балки, так как каждая опора крепится к осевой балке уже в двух местах (в отличие от прототипа, где крепление осуществляется только в одном месте).
Если расстояние между стальными листами менее 0,07 стороны треугольника, стальные листы, составляющие опору, расположены настолько близко друг к другу, что этим расстоянием можно пренебречь. Таким образом, конструкция заграждения близка к прототипу, в то время, как целью выполнения опоры из нескольких листов высокопрочной стали является повышение жесткости опор и конструкции в целом, а также распределение нагрузки, действующей при ударе, по горизонтальной осевой балке за счет оптимального расстояния между листами. В данном случае изделию присущи все описанные выше недостатки прототипа.
Если расстояние между стальными листами более 0,2 стороны треугольника, имеется вероятность того, что колесо автомобиля при наезде попадет между листами опор. В таком случае, возможно отсутствие взаимодействия фронтальной части автомобиля с заостренными вершинами и торцами опор, вследствие чего заграждение не нанесет существенных повреждений транспортному средству.
Таким образом, оптимальное расстояние между листами опоры составляет 0,07 - 0,2 стороны равностороннего. При таком условии во время наезда транспортного средства будет обеспечена жесткость автомобильного заграждения, 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 металлические перемычки выполнены на расстоянии от оси балки, равном 0,5 - 0,9 радиуса описанной вокруг опоры окружности.
Если расстояние от оси балки до металлической перемычки менее 0,5 радиуса описанной вокруг опоры окружности, область соединения листов опор с перемычками будет расположена близко к горизонтальной осевой балке. Основной функцией перемычек является обеспечение жесткого соединения стальных листов опор друг с другом. Но в таком случае жесткость опор обеспечена только в центральной их области, в то время как заостренные вершины листов опор не связаны друг с другом, и при взаимодействии с фронтальной частью автомобиля, а также с дорожным полотном, могут деформироваться. Таким образом, выполнение перемычек в такой конструкции не имеет смысла.
Если расстояние от оси балки до металлической перемычки более 0,9 радиуса описанной вокруг опоры окружности, перемычки расположены практически в заостренных вершинах опор. Таким образом, жесткость конструкции обеспечена в области вершин опор, где выполнены металлические перемычки, а также в области соединения опор с горизонтальной осевой балкой. Тогда, при наезде транспортного средства на заграждение, листы, из которых выполнены опоры, деформируются в области между горизонтальной осевой балкой и перемычками. Это связано с большим расстоянием между жесткими участками конструкции. Также, при таком расположении перемычек длина заостренных вершин уменьшится. Таким образом снизится вероятность внедрения их в дорожное полотно, а также сократится объем наносимых повреждений.
Таким образом, оптимальный диапазон расстояния металлических перемычек от оси балки составляет 0,5 - 0,9 радиуса описанной вокруг опоры окружности.
Для повышения общей жесткости конструкции автомобильного заграждения, опоры могут быть соединены между собой металлическими перемычками металлическими перемычками в вершинах равностороннего треугольника.
Для крепления автомобильного заграждения к дорожному полотну, а также для соединения нескольких заграждений в единую цепь на концах осевой балки могут быть выполнены проушины.
Для обеспечения заметности заградительного элемента в темное время суток на осевой балке и опорах могут быть выполнены световозвращающие элементы.
Для проведения испытаний на заводе специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» была изготовлена серия образцов автомобильных заграждений с различным расстоянием между стальными пластинами и расстоянием между металлическими перемычками и осью балки. Перечень образцов представлен в таблице 1.
Для каждого образца горизонтальная осевая балка была выполнена из квадратной трубы 60×60×3, а металлические опоры - из листовой стали СПС-43 толщиной 8,0 мм. Опоры в виде равностороннего треугольника из двух листов высокопрочной стали с вогнутыми внутрь сторонами 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.
Автомобиль разгоняли до скорости 30 км/час, после чего происходило взаимодействие с автомобильным заграждением.
При наезде транспортного средства на образец №1 произошло внедрение заостренных вершин в дорожное полотно. Затем образец осуществил два переворота и остался под транспортным средством. В результате наезда автомобиль получил серьезные повреждения: прорезано правое колесо, поврежден радиатор, деформированы рычаги передней подвески, пробит картер двигателя. Автомобиль потерял возможность дальнейшего управляемого движения. Но при осмотре образца было обнаружено, что две опоры были наклонены и отделены от осевой балки. Это говорит о недостаточной жесткости соединения опор с осевой балкой. Данный образец не может обеспечить гарантированного останавливающего воздействия на транспортное средство ввиду непредсказуемости деформаций в области соединения опор с балкой.
При наезде транспортного средства на образец №2 левое колесо автомобиля попало между двумя пластинами опоры, в результате чего 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.
Образец №3 при наезде транспортного средства был развернут относительно продольной оси дороги на угол 40 - 50 градусов, после чего был сдвинут в сторону, не нанеся каких-либо существенных повреждений автомобилю, затрудняющих дальнейшее управляемое движение.
Образец №4 при наезде транспортного средства осуществил внедрение заостренных вершин опор в дорожное полотно, затем совершил два переворота и остался под транспортным средством. В результате наезда автомобиль получил серьезные повреждения: пробит радиатор, деформированы рычаги передней подвески, прорезано левое колесо. Автомобиль потерял возможность дальнейшего управляемого движения. Однако три вершины опор были согнуты, что говорит о недостаточной жесткости в этой области. Данный образец не может обеспечить гарантированного останавливающего воздействия на транспортное средство ввиду непредсказуемости деформаций в области вершин опор.
При наезде транспортного средства на образец №5 произошло внедрение заостренных вершин 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, пробит радиатор, повреждена поперечная рулевая тяга, пробит картер двигателя. Автомобиль потерял возможность дальнейшего управляемого движения.
Результаты проведенных испытаний дают достаточные основания утверждать, что, наибольшую эффективность показал образец №5.
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.