Ограждение гибкого переходного соединения

Полезная модель относится к области машиностроения, точнее к ограждениям (оболочкам) гибких переходных соединений для сцепленных рельсовых и безрельсовых транспортных средств.
В настоящем описании некоторые термины будут использованы в следующем толковании:
- контур оболочки - контур поперечного сечения оболочки плоскостью, перпендикулярной продольной оси (направлению движения) транспортного средства;
- ограждение - синоним встречающегося в уровне техники термина «кожух». Ограждение может включать одну или две оболочки;
- переходное соединение - синоним термина «переход»;
- поезд - подвижно соединенные транспортные средства, будь то автопоезд, например, сочлененный автобус, или железнодорожный поезд из сцепленных вагонов;
- пол перехода - синоним понятия «пол переходного мостика».
В настоящем описании признаки «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «боковой», «поперечный» используются применительно к ограждению, находящемуся в рабочем положении. Признак «продольный» соответствует направлению движения транспортного средства.
В уровне техники последних лет прослеживается тенденция к применению обладающих рядом достоинств ограждений, включающих не одну, а две вложенные одна в другую гибкие оболочки. Внешняя прочная оболочка выполняется в виде однослойного или двухслойного сильфона, то есть ее контур имеет в поперечном сечении замкнутый профиль [RU 2214936, RU 2489288, DE 20204787 U1, RU 2337838]. Она ограждает переход от внешних воздействий. По возможности, ее выполняют совпадающей по своим размерам с торцевыми частями соединяемых вагонов или частей автобуса [DE 20204787 U1, RU 2337838], так как это снижает аэродинамическое сопротивление. Внутренняя оболочка также обычно выполняется гофрированной в виде сильфона [ЕР 1348605 В1], но может иметь и облегченное исполнение с разрывом в нижней части контура, закрываемым полом перехода [DE 202013100563 U1, AT 14552 U1].
Известен переход, включающий две вложенные друг в друга внешнюю и внутреннюю гибкие оболочки, между которыми расположено сцепное устройство поезда, пол перехода, установленный над нижней частью внутренней оболочки, имеющей в поперечном сечении замкнутый профиль, образованный плоскими горизонтальными верхним и нижним участками, длины которых соотносятся приблизительно как 2:1, соединенных между собой прямолинейными вертикальными и сходящимися друг к другу книзу наклонными боковыми участками. При этом длина вертикальных боковых участков, примыкающих к наклонным, составляет приблизительно одну треть от общей высоты перехода, измеряемой как расстояние между горизонтальным верхним участком внутренней оболочки и полом (мостиком) перехода. Места соединений участков скруглены, а внутри внутренней оболочки расположены дополнительные гофрированные экраны (фартуки), состоящие из наклонного и вертикального участков. Наклонные участки фартуков начинаются вверху от вертикальных частей боковых участков оболочки и переходят в вертикальные внизу, которые с небольшим зазором примыкают к полу (мостику) перехода [ЕР 1348605 В1]. Фартуки предотвращают попадание ног пассажиров в образующиеся при поворотах поезда зазоры между элементами пола.
В межвагонных переходах, через которые пассажиры ходят постоянно и, зачастую, с громоздкими чемоданами, сужение в нижней части перехода вследствие схождения наклонных частей и фартуков является его существенным недостатком.
Известный переход плохо пригоден для использования его в качестве межвагонного из-за трудности обслуживания сцепного устройства, находящегося между двумя оболочками.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является ограждение гибкого переходного соединения (перехода), включающее две вложенные друг в друга гибкие гофрированные оболочки: замкнутую в поперечном сечении внешнюю и П-образную, открытую внизу внутреннюю, а также пол (мостик) ограждения, установленный под разрывом контура внутренней оболочки. Контур внешней оболочки имеет вид прямоугольника со скругленными углами. Внутренняя оболочка имеет горизонтальную верхнюю часть (потолок) и боковые стенки, состоящие из примыкающих к потолку вертикальных плоских участков, соединенных внизу со сходящимися друг к другу плоскими наклонными боковыми частями, примыкающими с небольшим зазором к полу (мостику) перехода. Углы в соединениях верхней части с боковыми скруглены [AT 14552 U1].
Недостатком известного ограждения является его техническая сложность из-за перегиба в местах перехода от наклонной части к вертикальным. Гофрированный материал плохо изгибается в направлении, параллельном гофрам и потому в месте перегиба приходится вшивать специально отформованные вставки. Еще одним недостатком известного ограждения является его шумность. Под воздействием скачка давления возникающего при встрече транспортных средств, движущихся с высокой скоростью, плоская вертикальная стенка наружной оболочки прогибается, вызывая повышение давления в пространстве между оболочками. Плоские боковые стенки внутренней оболочки также прогибаются внутрь перехода, повышая давление в нем. Находящийся внутри ограждения пассажир сначала испытывает хлопок по ушам, и, сразу подвергается не менее болезненному воздействию от сброса давления, когда следующая за скачком давления волна разрежения выгибает стенки оболочек в обратную сторону. Особенно заметно это явление в скоростных поездах. Кроме создания дискомфорта, оно ускоряет износ оболочек, подвергающихся циклическому воздействию знакопеременных нагрузок.
Задачей предложенной полезной модели является упрощение конструкции и повышение долговечности ограждения гибкого переходного соединения межвагонного перехода, включающего две оболочки, а также повышение его комфортности для пассажиров.
Технический результат от использования предложенного ограждения состоит в упрощении конструкции внутренней оболочки межвагонного перехода, повышении долговечности и комфортности перехода.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном ограждении гибкого переходного соединения, включающем две вложенные друг в друга гибкие гофрированные оболочки: замкнутую в поперечном сечении внешнюю и открытую внизу внутреннюю, а также пол перехода, установленный под разрывом контура внутренней оболочки, боковые стенки внутренней оболочки выполнены выгнутыми по выпуклой кнаружи дуге, радиус которой находится в пределах R=(0,9…2,4)h, где R - радиус кривизны дуги, измеренный по внутренней поверхности оболочки, h - наибольшая высота перехода, измеряемая как расстояние от его потолка до пола.
Кроме того, боковые части выгнуты по дуге постоянного радиуса.
Кроме того, боковые части выгнуты по дуге переменного радиуса.
Кроме того, радиус кривизны дуги уменьшается от верха к низу перехода.
Благодаря тому, что боковые стенки внутренней оболочки предложенного ограждения выгнуты по выпуклой кнаружи дуге, упрощается конструкция ограждения, поскольку становится возможным изготавливать боковые стенки из одного цельного гофрированного листа, без угловых вставок в месте перехода вертикальных стенок в наклонные, как это сделано в прототипе. Кроме того, при нахождении соотношения размеров в указанном диапазоне отпадает необходимость в дополнительных фартуках, закрывающих края, что также упрощает конструкцию.
Это же решение при условии соблюдения вышеуказанного соотношения радиуса кривизны и расстояния от потолка до пола перехода, повышает долговечность перехода за счет повышения жесткости боковых стенок внутренней оболочки, уменьшения деформации оболочек при часто повторяющихся скачках внешнего давления.
Кроме того, это же решение при вышеуказанных соотношениях размеров обеспечивает наибольший комфорт для пассажиров, как благодаря расширению нижней части контура внутренней оболочки, так и благодаря уменьшению амплитуды колебаний внутренней оболочки, вызванных скачками внешнего давления.
Благодаря выполнению боковых частей выгнутыми по дуге постоянного радиуса упрощается изготовление ограждения.
Благодаря выполнению боковых частей по дуге переменного радиуса становится возможным создавать переход, наиболее комфортный для пассажиров в зависимости от назначения соединяемых транспортных средств.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано поперечное сечение предложенного ограждения, в котором боковые стенки внутренней оболочки выгнуты кнаружи с максимально допустимым радиусом R=2,4h.
На фиг. 2 показано поперечное сечение предложенного ограждения, в котором боковые стенки внутренней оболочки выгнуты кнаружи с минимально допустимым радиусом R=0,9h.
На фиг. 3 показано поперечное сечение предложенного ограждения, в котором боковые стенки внутренней оболочки выгнуты кнаружи с переменным радиусом, уменьшающемся от верхней части к нижней.
Предложенное ограждение состоит из гофрированных гибких внешней 1 и внутренней 2 оболочек (фиг. 1, 2 и 3). Оболочка 1, подвергающаяся внешним воздействиям, обычно выполнена из более прочного и жесткого материала, тогда как защищенная ею оболочка 2 может быть тоньше и мягче, что снижает общую массу перехода. В поперечном сечении контур оболочки 1 предпочтительно совпадает с контуром торцевой части соединяемых транспортных средств, так как это уменьшает аэродинамическое сопротивление. Так, если крыша соединяемых транспортных средств плоская, то и верхняя часть оболочки 1 тоже может быть плоской (фиг. 1 и 3), а если выпуклая, то тоже выпуклой (фиг. 2). При необходимости, например, для обхода вагонных буферов, оболочка 1 может иметь и более сложный контур (фиг. 3). Углы оболочек в местах стыков с боковыми стенками потолка и нижней части (оболочка 1) скруглены посредством специальных угловых вставок 3.
В отличие от внешней оболочки 1, имеющей замкнутый контур, то есть выполненной в виде сильфона, контур внутренней оболочки 2 незамкнутый с разрывом в нижней части, близкий к П-образному. Верхняя часть (потолок) 4 оболочки 2 может быть как плоской (фиг. 1 и 3), так и выпуклой кверху (фиг. 2). Боковые стенки 5 оболочки 2 выполнены выпуклыми кнаружи по дуге. Радиус кривизны R этой дуги, измеренный по внутренней стороне оболочки 2, может быть как постоянным снизу доверху (фиг. 1 и 2), так и переменным (фиг. 3). В последнем случае, он может плавно изменяться, причем для удобства пассажиров, когда они встречаются в проходе, предпочтительно чтобы этот радиус уменьшался от верха к низу. Боковые стенки 5 не имеют крутых изгибов и изломов, требующих применения специальных вставок и потому конструкция перехода упрощается.
а
Нижние кромки боковых стенок 5 оболочки 2 с небольшим зазором примыкают к полу 6 перехода (настилу переходного мостика). При этом расстояние  (фиг. 1) между кромками противоположных боковых стенок назначается таким, чтобы при любых взаимных угловых смещениях сцепленных транспортных средств, попадание ног пассажира в зазоры и стыки листов настила пола 6 были исключены. Необходимость в специальных фартуках как отдельных деталей отпадает, что также упрощает конструкцию перехода.
а
Экспериментально установлено, что минимальный радиус кривизны R не должен быть менее чем 0,9h - высоты перехода, измеряемой как наибольшее расстояние от потолка 4 до пола 6 перехода (фиг. 1). При R≤0,9h расстояние  становится недостаточным для удобного расхождения встречных пассажиров или прохода пассажиров с багажом. При R≥2,4h жесткость боковых стенок 5 и их стойкость к воздействию скачка давления, вызванного прогибом внутрь внешней оболочки 1 от встречи на скорости с другим поездом или автомобилем, становится недостаточной для обеспечения комфортности и долговечности перехода. Поскольку габариты транспортных средств для перевозки пассжиров ограничены стандартами, то описанные соотношения установлены и действительны именно для практически возможных размеров переходов.
Выбор конкретных соотношений внутренних размеров перехода зависит от вида, назначения и конструктивных особенностей соединяемых транспортных средств. Экспериментальные исследования на макете перехода показали, что наиболее комфортное соотношение его размеров должно отвечать условиям:
а
a
- отношение ширины  перехода на уровне пола 6 (фиг. 1) к высоте h должно лежать в пределах /h=(0,35…0,7);
- отношение ширины b перехода на половине его высоты h (фиг. 1) к высоте h должно лежать в пределах b/h=(0,5…0,8);
- отношение ширины c перехода на уровне потолка (фиг. 1) к высоте h должно лежать в пределах c/h=(0,4…0,65).
При этом во всех случаях должно выполняться соотношение R=(0,9…2,4)/h.
При встрече на высокой скорости транспортного средства, оснащенного предложенным переходом, со встречным транспортным средством, между ними возникает скачок воздушного давления, сменяемый через сотые доли секунды разрежением. Внешняя оболочка 1 под действием скачка давления прогибается внутрь зазора между ней и внутренней оболочкой 2, вызывая повышение давления в этом зазоре. Повышенная стойкость внутренней оболочки 2, обязанная этим выполнению ей боковых стенок 5 по выгнутой кнаружи дуге, противостоит этому давлению, прогиб стенки весьма незначителен. Из-за этого давление в зазоре оказывается выше, чем оно было бы в случае плоской стенки, что способствует уменьшению прогиба внешней стенки 1 внутрь перехода. Схожее явление с обратным знаком происходит в момент смены скачка давления скачком разрежения.
В целом, благодаря дугообразной форме боковых стенок 5, амплитуда колебаний стенок обеих оболочек оказывается меньше, чем в переходе с плоскими стенками. Это повышает долговечность перехода за счет снижения усталостного износа оболочек под воздействием циклических знакопеременных нагрузок. Дополнительный эффект от применения предложенной полезной модели в межвагонном переходе состоит в снижении уровня шума внутри перехода в среднем на 24 дБ, что повышает комфортность перехода для пасажиров.