ВОДООТВОДНОЙ ЛОТОК (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей (варианты) относится к гидротехническим сооружениям, а именно - водоотводным лоткам, которые применяются для сбора и отвода поверхностных и грунтовых вод с основной площадки и откосов земляного полотна железных дорог при его строительстве, эксплуатации, реконструкции и капитальном ремонте. При наличии грунтовых вод и необходимости понижения их уровня водоотводные лотки могут применяться в комбинации с располагаемыми под ними дренажами.
В настоящее время в составе водоотводных сооружений на железных дорогах применяются водоотводные лотки следующих типов:
1) Неразборные железобетонные водоотводные лотки.
Водоотводные лотки этого типа изготавливаются из монолитного железобетона, поэтому их вес достаточно велик. Так, вес лотка с высотой борта 75 см составляет 570 кг/п.м., вес лотков с высотой борта 125 и 150 см - 833 и 1100 кг/п.м. соответственно. Монтаж таких лотков невозможен без специальной погрузочной техники (как правило, железнодорожной), применение которой влечет за собой необходимость выделения «окон» (т.е. периодов, когда железнодорожный путь, с которого осуществляется монтаж лотков, не занят проходящим подвижным составом или же проходящий подвижной состав перенаправлен на другие пути) для их монтажа.
Ввиду значительного веса и необходимости применения техники для разгрузки и монтажа, монтаж железобетонных водоотводных лотков в труднодоступных местах проблематичен. Значительный вес железобетонных водоотводных лотков и их габариты ограничивают также количество лотков, перевозимых единицей транспорта (в железнодорожном вагоне можно перевезти около 300 п.м. железобетонных водоотводных лотков), что ведет к довольно высоким транспортным расходам при их доставке к месту монтажа.
Кроме того, вследствие наличия в составе железобетонных водоотводных лотков металлической арматуры, лотки данного типа подвержены коррозии при нарушении защитного слоя бетона. Особенно сильно это проявляется на электрифицированных участках железных дорог: блуждающие токи в грунте вызывают явление электрокоррозии. Коррозионные процессы существенно влияют на долговечность железобетонных лотков - срок службы лотков составляет 10-15 лет.
2) Неразборные полимерные (композиционные) водоотводные лотки.
Так известны (http://www.techkom-plast.ru/pan.htm) полимерные водоотводные лотки производства ЗАО «Технокомплект» (141300, РФ, Московская обл., г.Сергиев Посад, Скобяное Шоссе, д.5).
Лотки такого типа изготавливаются, как правило, из полиэтилена или АБС-пластика. Заявляемый при этом производителями срок службы (50 лет) вызывает сомнения из-за ползучести полимерных материалов при воздействии на них долговременных нагрузок.
Более долговечными являются водоотводные лотки из стеклопластика - полимерный материал, в котором стекловолокнистый наполнитель используется в качестве армирующего элемента. В отличие от чистых пластмасс, стеклопластик существенно меньше подвержен изменению физико-механических характеристик под действием постоянных нагрузок.
Из-за необходимости выдерживать существенные боковые статические нагрузки, вызванные давлением окружающего грунта, а также динамические нагрузки, передаваемые в грунт от проходящего подвижного состава, полимерные лотки имеют обычно желобообразную форму, снабжены вертикальными ребрами жесткости, расположенными на наружной поверхности желоба.
Известен (RU, патент №2285766, C1, МПК (2006.01): E01F 5/00, E01C 11/22) опубликовано 20.10.2006 г.) выполненный из стеклопластика неразборный водоотводный лоток, состоящий из вогнутого дна, плоских стенок, поперечных ребер жесткости, выполненных снаружи по образующей стенок и дна на всем протяжении лотка кроме торцов, продольных ребер жесткости, выполненных снаружи по верхнему краю стенок и поперечных ребер жесткости.
Водоотводные лотки данного типа имеют небольшой вес (водоотводный лоток с высотой борта 75 см имеет вес около 30 кг/п.м.), высокую коррозионную стойкость. Они могут монтироваться без применения погрузочной техники (вручную), что позволяет производить монтаж в труднодоступных местах.
Недостатком таких водоотводных лотков является их низкая ремонтопригодность: повреждение ребра или стенки лотка данного типа влечет за собой замену секции водоотводного лотка в целом. Помимо этого, габариты неразборных водоотводных лотков определяют достаточно высокие транспортные расходы при их доставке к месту монтажа.
Еще одним недостатком данной конструкции водоотводных лотков является тот факт, что при высоте борта лотка более 100 см требуется существенное увеличение размеров ребер жесткости для того, чтобы выдерживать прикладываемые к борту лотка статические и динамические нагрузки. Увеличение размеров ребер жесткости до требуемых величин делает конструкцию существенно дороже, ввиду чего применение водоотводных лотков данного типа с высотой борта 125 и 150 см становится нерентабельным (неразборные стеклопластиковые водоотводные лотки с высотой борта более 100 см не выпускаются).
3) Разборные водоотводные лотки из полимерных (композиционных) материалов.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является известный (RU, патент №58134, U1, МПК (2006.01) E03B 3/40, опубликовано 10.11.2006), принятый за прототип водоотводный лоток, характеризующийся тем, что он выполнен из сборной тонкостенной полимерной оболочки, состоящей из днища, боковых стенок и распорных элементов, размещенных внутри оболочки, причем днище и боковые стенки снабжены ребрами жесткости, которые образуют совместно с металлическими распорными элементами, замыкающими тонкостенную полимерную оболочку, замкнутую силовую систему.
К недостаткам известной конструкции водоотводного лотка следует отнести:
1) низкую долговечность конструкции вследствие изготовления деталей оболочки из листового конструкционного полимерного материала - АБС-пластик, который под воздействием постоянной нагрузки проявляет свойство ползучести;
2) громоздкость конструкции распорного элемента в виде рамы, состоящей из продольных коробчатых элементов, выполняющих функции горизонтальных ребер, и поперечных распорных элементов.
3) недостаточные для увеличения высоты лотка прочностные характеристики бортов: при высоте борта более 1 м требуется применение двух горизонтальных распорных рам.
Задача, на решение которой направлена настоящая группа полезных моделей, заключается в совершенствовании систем поверхностного водоотвода путем модернизации существующих конструкций водоотводных лотков.
Основной единый технический результат, получаемый при осуществлении обоих вариантов полезной модели, состоит повышении ее прочности и упрощении процесса монтажа.
Указанный основной технический результат для первого варианта полезной модели достигается за счет того, что в водоотводном лотке, состоящем из, по меньшей мере, одной секции, каждая из которых выполнена в виде сборной тонкостенной полимерной оболочки, состоящей из днища и боковых стенок с поперечными ребрами жесткости, и размещенными внутри оболочки и замыкающими ее распорными элементами, днище и боковые стенки лотка выполнены в виде плоских панелей с поперечными ребрами жесткости коробчатой формы, расположенными снаружи на всем протяжении лотка, кроме торцов, при этом стержневые распорные элементы, установленные концами в отверстия по верхнему краю боковых стенок и соединяющие продольные ребра жесткости коробчатой формы, выполненные снаружи по верхнему краю боковых стенок и поперечных ребер жесткости, совместно с поперечными ребрами жесткости боковых стенок и выполняющим роль нижнего силового элемента днищем, взаимодействующим с нижними продольными ребрами жесткости боковых стенок, изготовленными в виде пазов для монтажа днища, реализуют замкнутую силовую схему.
Основной технический результат для второго варианта полезной модели за счет того, что в водоотводном лотке, состоящем из, по меньшей мере, одной секции, каждая из которых выполнена в виде сборной оболочки, состоящей из боковых стенок с поперечными ребрами жесткости, днища и размещенными внутри оболочки и замыкающими ее распорными элементами, боковые стенки лотка выполнены в виде плоских панелей из полимерного материала с поперечными ребрами жесткости коробчатой формы, расположенными снаружи на всем их протяжении, кроме торцов, при этом стержневые распорные элементы, установленные концами в отверстия по верхнему краю боковых стенок и соединяющие продольные ребра жесткости коробчатой формы, выполненные снаружи по верхнему краю боковых стенок и поперечных ребер жесткости, совместно с поперечными ребрами жесткости боковых стенок и выполняющим роль нижнего силового элемента бетонным днищем, взаимодействующим с нижними продольными ребрами жесткости боковых стенок, изготовленными в виде пазов для монтажа днища, реализуют замкнутую силовую схему.
Водоотводный лоток по любому из заявленных вариантов выполнен по замкнутой силовой схеме, что определяется наличием в верхней и нижней (в районе днища) частях бортов лотка продольных ребер жесткости; поперечных стержневых распорных элементов, соединяющих верхние продольные ребра жесткости, а также днища, связанного с нижними продольными ребрами боковых стенок и выступающего в качестве нижнего распорного элемента лотка. При этом боковые стенки водоотводного лотка воспринимают статическую и динамическую нагрузку и передают ее на распорные элементы. То есть, наличие в нижней части лотка упора боковых стенок на днище, а в верхней части - упора боковых стенок на распорный элемент обеспечивает реализацию замкнутой силовой схемы.
Прочностные характеристики расположенных снаружи на стенках и днище (в первом варианте полезной модели) лотка поперечных ребер жесткости коробчатой формы при наличии верхних распорных элементов позволяют изготавливать водоотводные лотки данной конструкции всех требуемых на железной дороге типоразмеров (с высотой борта 50, 75, 100, 125 и 150 см) без ограничений по высоте борта.
Продольные (горизонтальные) ребра жесткости (верхнее - по верхнему краю стенки и поперечных ребер жесткости; нижнее - стенки паза, являющиеся направляющими для днища) являются элементами боковых стенок, что позволяет отказаться от рамного выполнения распорного элемента лотка и применять только поперечные распорные элементы. При этом конструкция становится более компактной (дополнительный технический результат), облегчается процесс ее сборки.
Изготовленные из полимера водоотводные лотки данной конструкции имеют небольшой вес (водоотводный лоток с высотой борта 75 см имеет вес около 30 кг/п.м.) и могут монтироваться без применения погрузочной техники (вручную), что позволяет производить их монтаж в труднодоступных местах.
При изготовлении оболочки и/или распорных элементов лотка из стеклопластика повышается их коррозионная стойкость, что обеспечивает срок службы лотка до 50 лет (повышение долговечности - дополнительный технический результат): в стеклопластике свойство ползучести проявляется в значительно меньшей степени из-за наличия армирующего стекломатериала.
Преимуществом заявленной разборной конструкции лотка является его высокая ремонтопригодность - повреждение борта или днища влечет за собой замену только пришедшего в негодность элемента, а не всей секции лотка. Изготовление лотка разборным существенно снижает транспортные расходы по доставке к месту монтажа:
в железнодорожный вагон возможно погрузить до 1500 п.м. водоотводных лотков в разобранном виде.
Во втором варианте полезной модели бетонное днище лотка может выполняться по технологии полусухого вибропрессования, что обеспечивает необходимую его долговечность и прочностные параметры.
Соединяющий соседние секции лотка распорный элемент по любому из представленных вариантов лотка может быть выполнен в виде двух, расположенных параллельно и запрессованных в бетонный блок или стеклопластиковую обойму стержней из стеклопластика.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлены следующие графические материалы:
- фиг.1 - общий вид секции водоотводного лотка;
- фиг.2 - днище (общий вид в изометрии)водоотводного лотка по первому варианту полезной модели;
- фиг.3- боковая стенка (общий вид в изометрии) водоотводного лотка;
- фиг.4 - распорный элемент;
- фиг.5 - соединительный распорный элемент;
- фиг.6 - связь секций лотка между собой с помощью соединительного распорного элемента;
- фиг.7 - днище (общий вид в изометрии) лотка - второй вариант полезной модели.
Ниже, в качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления заявленной полезной модели с достижением вышеуказанного единого основного технического результата, описывается конструкция секции водоотводного лотка по первому из заявленных вариантов.
Предлагаемый водоотводный лоток (фиг.1) изготовлен из стеклопластика, является разборным и состоит из днища (фиг.2) 1, двух боковых (фиг.3) стенок (борт) 2 и распорных элементов (фиг.4) 3.
Каждая из боковых стенок (фиг.3) представляет собой плоскую панель 4 из стеклопластика, с наружной стороны которой расположены ребра жесткости коробчатого сечения: поперечные (вертикальные) 5 и продольное (горизонтальное) ребро 6 - по верхнему краю боковой стенки и верхнему краю (торцам) поперечных ребер жесткости. В районе днища, в нижней части каждой боковой стенки с ее внутренней (направленной внутрь лотка) стороны предусмотрен паз 7 для монтажа днища. По верхнему краю боковой стенки, изнутри лотка выполнены отверстия (на чертеже не показаны) для установки распорных элементов 3.
Днище водоотводного лотка представляет собой (фиг.2) плоскую панель 8 из стеклопластика с вертикально отогнутыми наружу низкими бортиками 9 и расположенными на внешней (наружной) плоскости панели поперечными ребрами жесткости 10 коробчатого сечения.
Распорный элемент (фиг.4) выполнен в виде стержня 11 из стеклопластика.
Распорный элемент может быть выполнен (фиг.5) из двух параллельно расположенных стержней 11 из стеклопластика, запрессованных в блоке 12. Такой распорный элемент применяется обычно для соединения двух соседних секций лотка. При этом один стержень распорного элемента устанавливается в отверстие на боковой стенке одной секции, другой - в отверстие на боковой стенке другой секции (фиг.6), что обеспечивает связь секций между собой.
Боковая стенка водоотводная лотка изготавливаются следующим образом.
По лекалам, согласно чертежам из препрега вырезаются листы. Далее, на форму укладывается вырезанный лист препрега, образующий стенку лотка и горизонтальное (продольное) ребро. После укладки этого листа и ручного формования боковой стенки, на лист препрега устанавливаются металлические профили, имеющие форму вертикальных (поперечных) ребер. Сверху на металлические профили укладываются листы препрега, которые повторяют форму металлических профилей и имеют выпуск на поверхность отформованной до этого боковой стенки. По завершении формовки изделие устанавливается в тепловую камеру для отверждения. По завершении процесса отверждения изделие извлекается из печи, металлические профили извлекаются. По аналогичной технологии изготавливается днище лотка по первому из заявленных вариантов.
Возможно изготовление лотка по RTM - технологии или по технологии прессования препрегов, хотя это существенно удорожает конечную продукцию за счет включения в себестоимость амортизационных отчислений на оборудование.
Лоток может устанавливаться на месте либо в предварительно собранном виде, либо собираться непосредственно в траншее посредством соединения боковых стенок и днища между собой и установки распорных элементов.
Лоток предназначен для отвода грунтовых вод от земляного полотна железных дорог. При установке лотка в траншею и его обратной засыпке на лоток воздействует боковое давление от окружающего грунта, а также давление, передаваемого на грунт от проходящего подвижного состава. Ребра жесткости лотка обеспечивают требуемую сопротивляемость боковых стенок и днища прилагаемой нагрузке. Наличие опоры боковых стенок о днище и распорных элементов позволяют перераспределить прикладываемую нагрузку между боковыми стенками, днищем и распорными элементами (фактически, по реакции на нагрузки имеем коробчатую конструкцию), что существенно повышает жесткость лотка.