Противотаранные откатные ворота

Заявляемая полезная модель относится к устройствам, в частности к противотаранным откатным воротам, предназначенным для создания физического препятствия при попытке несанкционированного въезда транспортных средств на территорию или выезда с территории охраняемых объектов любого класса значимости.
Известны противотаранные выдвижные ворота содержащие створку, представляющую собой раму, заполненную панелями из стальных трубок, состоящую из горизонтальных и вертикальных элементов, выполненных из металлических прямоугольных профилей. Двутавровая балка, расположенная по высоте в середине створки ворот имеет на концах защелки. Одна из защелок выполнена в виде крюка, вторая в виде элемента Т-образной формы. Каждая защелка образована двумя спаренными металлическими пластинами. В нижней части створки ворот расположены ролики, обеспечивающие перемещение по рельсам, образованным с помощью сварного соединения металлической пластины и уголка. Стойки ворот представляют собой пространственные металлические конструкции, состоящие из прямоугольных профилей и балок двутаврового сечения. Основание стоек имеет жесткое сопряжение с фундаментом. (Патент WO 2016/196852 А1).
Общими признаками противотаранных выдвижных ворот с заявляемым техническим решением является наличие двух силовых стоек, роликов и створки с расположенной на ней балкой.
Известная конструкция противотаранных выдвижных ворот имеет ряд недостатков:
- конструкция выполнена таким образом, что имеет противотаранные свойства только в одном направлении движения транспортных средств, что ограничивает эксплуатационные возможности устройства;
- наличие направляющей выполненной в виде рельса и роликов открытого типа при эксплуатации в зимний период требует постоянного обслуживания, что снижает надежность и эксплуатационные качества изделия.
Наиболее близкими по конструктивному решению и достигаемому техническому результату к заявляемой полезной модели являются ударопрочные ворота, содержащие консольную створку, нижняя часть которой выполнена в виде пространственной фермы из металлических профилей, а верхняя ее часть в виде рамы с трубчатым заполнением. Стойки ворот представляют собой пространственные металлические конструкции, жестко закрепленные на фундаменте. Створка ворот снабжена роликами, которые в свою очередь могут перемещаться по направляющей. (Патент US 2008/0226391 А1).
Общими признаками ударопрочных ворот с заявляемым техническим решением является наличие двух силовых стоек, консольной створки, роликовых опор и направляющей.
Известная конструкция ударопрочных ворот имеет ряд недостатков:
- основной силовой элемент, воспринимающий динамическую нагрузку, возникающую вследствие таранного удара транспортным средством, выполнен в виде жесткой пространственной конструкции работающей на изгиб, что ведет к значительной материалоемкости изделия;
- открытое расположение элементов, обеспечивающих прочность конструкции при внешнем воздействии, легко позволяет визуально оценить степень устойчивости изделия к таранному удару, что снижает тактику применения на защищаемых объектах.
Техническая задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель состоит в расширении эксплуатационных качеств, снижении материалоемкости и повышении скрытности одного из основных силовых элементов, обеспечивающих прочность конструкции с целью затруднения получения данных о тактико-технических характеристиках устройства с помощью визуального осмотра.
Технический результат достигается применением совокупности конструктивных решений.
Благодаря тому, что створка ворот оснащена основным силовым элементом в виде стального каната расположенного внутри вспомогательного силового элемента металлической балки, данное конструктивное решение обеспечивает расчетную степень устойчивости устройства к воздействию таранного удара, тем самым повышает надежность и снижает материалоемкость. Полная маскировка одного из основных силовых элементов, расположенного на створке ворот, достигается путем скрытого расположения стального каната, намотанного внутри металлической балки.
Кроме этого, заявляемое техническое решение предусматривает двух стадийную работу изделия. Ворота продолжают сохранять все свои эксплуатационные свойства вследствие не преднамеренного удара. Всю нагрузку, возникшую при таком воздействии, принимает вспомогательный силовой элемент, выполненный в виде металлической балки. В то время как основной силовой элемент, выполненный в виде стального каната, готов обеспечивать прочность ворот при расчетной нагрузке.
Далее заявляемое техническое решение поясняется ссылками на чертежи.
На фиг. 1 изображен общий вид противотаранных откатных ворот в закрытом положении.
На фиг. 2 изображен фрагмент противотаранных откатных ворот (направляющая и кожух привода створки ворот условно не показаны).
На фиг. 3 изображен фрагмент противотаранных откатных ворот (кожух привода засова условно не показан).
На чертежах представлены следующие позиции: 1 - створка; 2 - стальной лист; 3 - направляющая; 4 - зубчатая рейка; 5 - привод створки; 6 - опора роликовая; 7 - направляющий ролик; 8 - стойка; 9 - подставка регулировочная; 10 - балка; 11 - штырь; 12 - гильза; 13 - стальной канат; 14 - привод засова; 15 - ригель.
Конструкция створки 1 ворот выполнена в виде фермы (фиг. 1), а именно состоит из вертикальных, горизонтальных и наклонных силовых элементов. Прямоугольные стальные замкнутые профили, составляющие створку 1 ворот, расположены таким образом, что большая их сторона лежит в горизонтальной плоскости для повышения жесткости створки 1 при действии ветровой нагрузки, так как вертикальную жесткость обеспечивает каркас, выполненный в виде фермы. Стальные листы 2 являются заполнением створки 1 ворот (фиг. 1).
По всей длине к нижнему поясу фермы крепится с помощью сварных соединений направляющая 3 открытого П-образного сечения (фиг. 3), а также посредством болтового соединения через кронштейны зубчатая рейка 4, приводимая в движение шестерней, установленной на выходном валу привода створки 5 ворот (фиг. 2). В случае отсутствия электроэнергии, изделие имеет возможность управления в ручном режиме, при этом шестерня выходного вала привода створки 5 выводится из зацепления с зубчатой рейкой 4 (фиг. 2).
Для повышения крутильной жесткости, створка 1 имеет четыре точки крепления. Две опоры роликовые 6 и две пары направляющих роликов 7 расположенных в уровне верхнего пояса фермы закрепленных на стойках ворот 8 (фиг. 2).
Роликовые опоры 6, каждая из которых установлена в проектное положение на своей регулировочной подставке 9, а та, в свою очередь, закреплена с помощью болтов на опорной плите стойки ворот 8, расположены внутри полой направляющей 3 и являются каретками, по которым перемещается створка 1 ворот при перекрытии проезжей части дорожного полотна (фиг. 2).
В нижней части створки 1, в уровне предполагаемого удара несущей рамой транспортного средства, находится стальная балка 10 коробчатого сечения, образованная двумя спаренными двутаврами, причем плоскость наибольшей жесткости полученной балки 10 совпадает с плоскостью направления удара (фиг. 1).
На одном конце балки 10 расположен штырь 11 (фиг. 2), изготовленный из круглого проката высокопрочной стали, а на другом - гильза 12 (фиг. 3), выполненная в виде втулки из круглой стальной трубы.
По всей длине внутри балки 10, огибая гильзу 12 и штырь 11, намотан в несколько витков стальной канат 13, образуя замкнутую систему (фиг. 2). Такое конструктивное решение позволяет скрыть расположение одного из основных силовых элементов, что не дает возможность визуально оценить технические характеристики заявляемой полезной модели по восприятию таранного удара. Применение створки 1 ворот в виде фермы со сплошным заполнением из стальных листов 2 позволяет взаимодействовать не только с передней подвеской транспортного средства, но, а также с рамой и кабиной за счет увеличения площади контакта. Это дает возможность предотвратить продвижение по инерции крупных частей и кроме того груза, размещенного в кузове автомобиля за крайнюю поверхность противотаранных откатных ворот, что расширяет возможность применения на эксплуатируемых объектах предложенного устройства.
На одной из стоек 8 ворот расположена подставка, к которой в свою очередь крепится привод засова 14 и сам засов (фиг. 3).
Подвижной частью засова, запирающей створку 1 ворот в закрытом положении, является ригель 15, изготовленный из круглого проката высокопрочной стали (фиг. 3).
Стойки 8 ворот каждая, из которых представляет собой пространственную металлическую конструкцию, имеющую вертикальный паз по всей своей высоте для фиксации створки 1 из плоскости при действии поперечной нагрузки, состоит из толстостенных замкнутых профилей, жестко закрепленных на опорной плите, которая в свою очередь крепится к блоку фундаментных болтов, расположенному в теле фундамента (фиг. 1).
Привод створки 5 ворот, а также привод засова 14 снабжены защитным кожухом с замковым устройством, предотвращающим несанкционированный доступ и воздействие атмосферных осадков (фиг. 1).
Количество витков намотки и диаметр стального каната 13, а также диаметр штыря 11, ригеля 15 и размеры сечений элементов балки 10 и стоек 8 определяется расчетным путем и зависит от требуемой стойкости противотаранных откатных ворот к ударной нагрузке.
Предлагаемая конструкция выполнена таким образом, что имеет противотаранные свойства независимо от направления удара транспортным средством, движущимся по проезжей части дорожного полотна. Это расширяет тактику применения изделия на охраняемом объекте.
Работа устройства.
В рабочем состоянии створка 1 ворот находится в закрытом положении (фиг. 1). Ригель 15 засова расположен внутри гильзы 12 балки 10 (фиг. 3), тем самым запирая створку 1. Во время удара транспортным средством первой в работу вступает балка 10, расположенная в нижней части створки 1, совершая поперечное кинематическое перемещение до момента возникновения контакта балки 10 со стойками 8 ворот. После этого в работу по восприятию внешнего воздействия, включаются стойки 8, затем фундаменты и грунт основания. В случае незначительной динамической нагрузки, когда механические напряжения в балке 10 не достигли предела текучести материала, то есть отсутствуют пластические деформации, возможно повторное использование ворот в качестве физического препятствия для остановки транспортных средств без проведения каких либо восстановительных и ремонтных работ. Если же удар был близок к расчетной нагрузке, то после контакта со стойками 8 образуются пластические шарниры и балка 10 разрушается. В это время из-за возникновения кривизны из плоскости ворот, вызванной ударом, происходит проскальзывание створки 1 в вертикальных пазах стоек 8 ворот. Штырь 11, расположенный на балке 10, и ригель 15 засова совершают продольное кинематическое перемещение до момента возникновения контакта со стойками 8, образуя пассивный зацеп. После полного выбора зазоров между штырем 11, ригелем 15 и стойками 8 ворот в работу по восприятию ударной нагрузки включается стальной канат 13, расположенный внутри балки 10 (фиг. 3). Таким образом, штырь 11, стальной канат 13, ригель 15, стойки 8 ворот, жестко закрепленные на фундаментах, образуют замкнутую силовую систему, обеспечивающую требуемую степень устойчивости к таранному удару противотаранных откатных ворот в целом.
После остановки изделием транспортного средства, замене подлежит лишь створка 1 ворот, так как подбор сечений элементов стоек 8 ведется только с учетом упругой работы материала и не допускает остаточных деформаций данных элементов. Демонтаж створки 1 не вызывает трудностей поскольку стойки 8 ворот выполнены из двух отправочных элементов соединенных на фланцах. Разборное соединение позволяет снять верхнюю часть стоек ворот и демонтировать створку 1 целиком, предварительно открутив роликовые опоры 6 от регулировочных подставок 9. На место демонтированной устанавливается новая створка 1. После проведения необходимых регулировок, изделие готово к повторной эксплуатации.
Кроме того, данное техническое решение предусматривает двух стадийную работу изделия. При малой кинетической энергии ударяющего транспортного средства в работу по восприятию внешнего воздействия за счет возникновения упругих деформаций вступает балка 10, расположенная в нижней части створки 1 ворот. Первая стадия работы силовой системы устройства заканчивается, как только механические напряжения в балке 10 достигли предела текучести материала. На второй стадии работы поглощение кинетической энергии ударяющего транспортного средства происходит за счет пластических деформаций балки 10 и ее разрушения, и в большей степени благодаря упругим деформациям и кинематическим перемещениям стального каната 13. Из курса сопротивления материалов известно, что вследствие повышенной деформативности стальные канаты работают только на растяжение и не воспринимают изгибающие усилия. В свою очередь при одинаковых напряжениях в материале, растянутый элемент несет нагрузку, в несколько раз большую, чем изгибаемый того же поперечного сечения. Причем чем больше длина, тем значительнее проигрывает изгибаемый элемент в сопоставлении с растянутым. Применение жесткой балки 10 в качестве вспомогательного силового элемента по восприятию незначительной динамической нагрузки позволяет сохранить геометрическую неизменяемость изделия, а также использовать профили с меньшими габаритами сечения. Применение стального каната 13 в качестве одного из основных силовых элементов при ударной нагрузке близкой к расчетной позволяет резко сократить материалоемкость изделия в целом. Таким образом, двух стадийная работа устройства позволяет исключить ремонтные работы при незначительных и не преднамеренных ударах транспортным средством, что расширяет эксплуатационные возможности изделия, а также снизить материалоемкость заявляемого технического решения.