Барьер противотаранный шлагбаумного типа
TRAFFIC-CONTROL ANTI-RAM BARRIER

Изобретение относится к механическим устройствам, в частности к средствам ограничения движения транспорта шлагбаумного типа, предназначенных для остановки транспортных средств всех категорий в случае несанкционированного проезда на охраняемые, режимные объекты и территории.
Известна конструкция противотаранного барьера шлагбаумного типа для задержания транспортных средств в виде стрелы, выполненной в виде фермы из стальных замкнутых прямоугольных профилей. На обоих концах стрелы расположены штыри, сделанные в виде цилиндров из высокопрочной стали. Внутри верхнего и нижнего пояса фермы проходят стальные канаты, которые огибают штыри, образуя замкнутую систему (см. RU 2621774 С2, E01F 13/10 (2006.01) от 25.04.17).
Недостаток описанного устройства состоит в конструкции балки, выполненной в виде фермы, состоящей из множества соединенных друг с другом стальных замкнутых прямоугольных профилей. При взаимодействии с таранящим транспортным средством непосредственно сама ферма не оказывает существенного сопротивления и не обладает противотаранными свойствами, являясь лишь элементом для нанесения цветной схемы. Противотаранные свойства определяются только прочностью на разрыв натянутых и закрепленных стальных тросов или прочностью на разрыв мест закрепления тросов и связью их с опорами.
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату выбранного в качестве прототипа является противотаранный барьер, содержащий шарнирную и замковую опоры, выполненные из двух металлических труб разного диаметра с вваренной в них арматурой, залитой бетоном, и балку, сваренную из двух швеллеров в форме короба, закрепленную на опорах с возможностью ее поворота в горизонтальной плоскости, внутри балки вмонтированы предварительно натянутые стальные тросы, закрепленные по концам балки (см. RU 2338830 C1, E01F 13/10 (2006.01) от 20.11.2008).
Недостатками данной конструкции является наличие сварных соединений, выполненных по всей длине балки, в области которых при взаимодействии с таранящим устройством, происходит хрупкое разрушение, в результате чего сваренные друг с другом швеллера работают по отдельности, снижая противотаранные свойства. При этом, выполняя сварные соединения вдоль всей длины балки конструкция будет деформироваться во всех пространственных плоскостях, что вызывает необходимость в дополнительных трудозатратах на ее рихтовку и трудностях при сборке барьера. Так же проведение сварочных работ неизбежно приведет к повреждениям стальных тросов, снижая их прочностные характеристики.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, и техническим результатом, который достигается при осуществлении настоящего изобретения, является повышение противотаранных свойств барьера, за счет оптимизации конструкции балки, обеспечивающей повышенный уровень деформации транспортного средства в начальный момент времени и дальнейшее разрушение транспортного средства за счет равномерного распределения всей энергии взаимодействия по всем силовым элементам барьера.
Поставленная задача решается регламентированием оптимальной геометрии конструкции балки.
Технический результат достигается тем, что балка выполнена из стального профиля замкнутого сечения с толщиной стенки 2-25% от величины диаметра описанной окружности вокруг профиля.
Барьер противотаранный шлагбаумного типа включает основание, силовые опоры, балку, выполненной из стального профиля замкнутого сечения с толщиной стенки 2-25% от величины диаметра описанной вокруг профиля окружности, в которую установлен предварительно натянутый силовой трос и шарнирную опору, обеспечивающей поворот балки.
Барьер противотаранный шлагбаумного типа работает следующим образом.
При наезде транспортного средства на барьер противотаранный шлагбаумного типа происходит взаимодействие с балкой. В силу геометрии применяемого замкнутого профиля, процесс взаимодействия не зависит от направления воздействия и характеризуется следующими этапами:
- в начальный момент времени взаимодействия происходит интенсивная пластическая деформация транспортного средства в зоне воздействия балки. Интенсивность деформации определяется высокой энергией взаимодействия и локализацией воздействия балки на транспортное средство - по линии, равной ширине транспортного средства, проходящей в месте касания балки и транспортного средства.
- дальнейшее движение транспортного средства на барьер приводит к увеличению площади контакта в тег раз, где г - внешний радиус центральной части балки, расширяя область воздействия балки на транспортное средство.
- в последствии, сам стальной профиль балки так же деформируется, с одновременным растяжением предварительно натянутого и установленного в балке силового троса. Общая конструкционная целостность балки обеспечивается применяемым профилем замкнутого сечения, а также натянутым силовым тросом. В результате чего, вся энергия взаимодействия транспортного средства с барьером распределяется по всем силовым элементам барьера.
При толщине стенки профиля менее 2% от значения диаметра описанной окружности вокруг профиля его собственная прочность на изгиб становится недостаточной, в результате чего появляются прогибы балки под своим весом, а также колебания свободного края балки как в ходе ее раскрытия/закрытия, так и во время проезда автотранспорта. В результате чего происходит нештатная пластическая деформация балки, приводящая к ее разрушению.
При толщине стенки профиля более 25% от значения диаметра описанной окружности вокруг профиля значительно увеличиваются массогабаритные характеристики балки, что приводит к большей нагрузке на прочие элементы конструкции барьера, и, следовательно, к увеличению их материалоемкости. Так же силовой трос оказывается слишком стеснен внутри балки, и при таранном воздействии возникает дополнительное взаимодействие между тросом и балкой, снижая эффективность и долговечность троса. Изготовление балки становится не технологичным и сопровождается повреждениями троса, из-за осложнения и повышения трудоемкости его установки внутри профиля, за счет имеющихся утолщений по его длине в местах крепления троса к конструктивным элементам барьера.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить признаки, существенно отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение было реализовано в опытном образце барьера противотаранного шлагбаумного типа, включающего балку, выполненной из трубы 0159 мм, с толщиной стенки 5 мм и установленными на краях прямоугольными трубами 200×00 мм внахлест с перекрытием круглой трубы на 300 мм, внутри которых вдоль всей длины балки был установлен предварительно натянутый силовой трос; цельносварного основания, каркас которого был выполнен из швеллера №12, обшитым рифленым стальным листом толщиной 8 мм, ориентированным рубашкой наружу, с установленными двумя силовыми опорами, выполненных из стальной трубы 200×200 обшитой стальными листами, формируя область, заливаемой бетонной смесью, а так же шарнирной опоры, выполненной из трубы ∅245 мм. Балка установлена на шарнирной опоре посредством вала ∅120 мм и подшипников, расположенных внутри опоры.
В центре испытаний «НАМИ» были проведены испытания по экстремальному нагружению барьера противотаранного шлагбаумного типа - таран автомобилем КАМАЗ весом 20 т на скорости 30 км/ч. В результате проведенных испытаний, автотранспортное средство было разрушено и полностью остановлено на линии расположения барьера. Барьер противотаранный сохранил свою целостность при незначительной деформации силовых опор и неразрушенной балки.