ТОРСИОННЫЙ ЭНЕРГОПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДОРОЖНОГО ОГРАЖДЕНИЯ

Предполагаемая полезная модель относится к дорожному строительству и может найти применение для оснащения дорожных ограждений опасных мест, а также опор путепроводов, линий электропередач, и других строений, расположенных в непосредственной близости с дорожным полотном (проезжей частью).
Известны многочисленные типы ограждений, включающие основания с закрепленными на них (непосредственно или через узлы крепления) ограничительными элементами, исполненные из профилированных металлических полос или тросов, главной задачей которых является препятствование движению транспортных средств в запрещенных (опасных) направлениях, а также рассеивание энергии удара при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением [1]. Рассеивание энергии удара происходит за счет деформирования ограничительных элементов, узлов их крепления и элементов транспортного средства, а также за счет трения, возникающего между элементами транспортного средства и дорожным ограждением. Указанные конструкции обладают высокой прочностью, но низкой энергоемкостью в связи с чем, при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением действующие на людей и грузы перегрузки могут превысить допустимые, а транспортному средству нанесен значительный ущерб. Известны конструкции демпфирующих устройств, принцип действия которых основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического кручения металлических стержней, обладающие достаточно высокой энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, однако, в силу своего конструктивного исполнения не приемлемые для оснащения ими дорожных ограждений [2, 3 и др.].
Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в повышение безопасности пассажиров и перевозимых грузов при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением, а также
снижение причиняемого транспортному средству и дорожному ограждению ущерба, за счет повышения энергопоглощающей способности дорожных ограждений.
Технический результат заключается также в том, что кроме указанных достоинств, снижаются повреждения основных элементов дорожных ограждений, обеспечивается возможность многоразового использования энергопоглощающих и ограничительных элементов дорожных ограждений, восстановление заданных демпфирующих характеристик после столкновения, при проведении несложных ремонтных операций, а также в том, что модернизация существующих дорожных ограждений не требует существенных изменений конструкций основных элементов дорожных ограждений.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в конструкции дорожных ограждений, включающих в себя основания и ограничительные элементы виде профилированных металлических полос или тросов, в качестве узлов крепления ограничительных элементов к основаниям, а также креплений ограничительных элементов между собой используются торсионные энергопоглощающие элементы.
Сущность предлагаемой конструкции поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен торсионный энергопоглощающий элемент дорожного ограждения; на фиг.2 представлена одна из двух составных частей торсионного энергопоглощающего элемента, вид сбоку и вид сверху которой представлены на фиг.3, 4; на фиг.5 представлен вид сверху торсионного энергопоглощающего элемента; на фиг.6 представлены варианты исполнения крепления торсионного энергопоглощающего элемента; на фиг.7 представлен вид сверху торсионного энергопоглощающего элемента с фиксирующим элементом; на фиг.8, 10 представлены варианты установки торсионного энергопоглощающего элемента на дорожном ограждении; на фиг.9, 11 показана работа торсионного энергопоглощающего элемента под воздействием ударной нагрузки; на фиг.12, 13 представлен макет дорожного ограждения с вариантами установки торсионного энергопоглощающего элемента.
Конструкция торсионного энергопоглощающего элемента включает две составных части (см. фиг.1), являющиеся практически зеркальным отображением друг друга, выполняемые из отрезка металлического прута, участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в каждом составном элементе имеется три параллельных участка 3 (см. фиг.2, 3, 4), являющиеся рабочими частями торсионного энергопоглощающего элемента (пластическими торсионами), соединенные между собой раскосами 4. При этом рабочая часть одной из составных частей торсионного энергопоглощающего элемента 1, заключенная между раскосами имеет длину меньшую на значение диаметра рабочей части (см. фиг.5), с целью обеспечения максимального хода амортизации торсионного энергопоглощающего элемента. Крайние рабочие части имеют окончания 5, являющиеся узлами крепления торсионного энергопоглощающего элемента, которые в зависимости от места установки могут располагаться под требуемым углом относительно рабочих частей. На фиг.6 представлены некоторые из вариантов расположения узлов крепления относительно торсионного энергопоглощающего элемента. Крепление торсионного энергопоглощающего элемента может осуществляться посредством соединения узлов крепления с элементами дорожного ограждения одним из известных способов (сварка, клепка, разъемные соединения).
С целью исключения изгиба рабочих частей торсионного энергопоглощающего элемента положение соответствующих рабочих частей составных элементов относительно друг друга может быть зафиксировано с помощью различных приспособлений, не препятствующих их скручиванию при работе. На фиг.7 представлен вариант фиксации рабочих частей 3 торсионного энергопоглощающего элемента с помощью отрезка трубки 9.
Изготовление и сборка предлагаемой конструкции просты и выполняются обычными известными методами. Торсионный энергопоглощающий элемент может изготавливаться из прутков малоуглеродистых, среднеуглеродистых и легированных сталей имеющих заданные размеры и определенный диаметр, путем последовательного изгиба во взаимно перпендикулярных плоскостях под заданными углами с последующей термообработкой (для
придания элементу требуемых характеристик) или без нее.
Элементы, фиксирующие положение парных рабочих частей составных частей торсионного энергопоглощающего элемента могут устанавливаться или в процессе изготовления торсионного энергопоглощающего элемента, или при сборке элемента, в этом случае они выполняются составными и при установке соединяются одним из известных способов (сварка, разъемные соединения).
В случае ударного воздействия конструкция торсионного энергопоглощающего элемента работает следующим образом. Исходное состояние дорожного ограждения с установленным в нем торсионным энергопоглощающим элементом представлено на фиг.8, 10 (фиг.8 - соединение ограничительных элементов дорожного ограждения 6; фиг.10 - крепление ограничительного элемента 6 к основанию дорожного ограждения 7). Крепление торсионного энергопоглощающего элемента показано болтовыми соединениями 8. Воздействие внешней нагрузки (направление показано стрелками), величина которой превышает суммарную силу сопротивления скручиванию рабочих частей 3, на ограничительные элементы дорожного ограждения 6 вызывает их перемещение и соответственно поворот соединенных с ними раскосов 4, что обуславливает пластическое скручивание рабочих частей 3 и соответственно поглощение энергии воздействующей нагрузки (см. фиг.9, 11). В зависимости от установки торсионного энергопоглощающего элемента внешнее воздействие может, как разводить раскосы (см. фиг.9), так и складывать их (см. фиг.11), скручивая при этом рабочие части. Общая величина энергопоглощения каждого торсионного энергопоглощающего элемента, на который непосредственно пришлось соударение, складывается из величин энергопоглащения рабочих частей. Поворот раскосов торсионного энергопоглощающего элемента происходит либо до прекращения воздействия ударной нагрузки и тогда торсионный энергопоглощающий элемент остается в каком-то промежуточном деформированном положении, обусловленном величиной воздействующей нагрузки (см. фиг.9, 11), либо продолжается до тех пор, пока ход амортизации и энергопоглощающая способность торсионного
энергопоглощающего элемента не будут исчерпаны (угол между раскосами составит либо 0 градусов при их складывании, либо 180 градусов, при их расхождении).
Следует отметить, что торсионные энергопоглощающие элементы обладают высокой удельной энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации, которые присущи амортизирующим устройствам, принцип действия которых основан на рассеивании энергия воздействия за счет пластического кручения металлических стержней. Общая величина энергопоглощения и ход амортизации торсионного энергопоглощающего элемента могут быть заданы в широких пределах путем изменения величины установочного угла между раскосами 4, определяющего предельную величину хода амортизации, путем задания определенных размеров (длин и диаметров) рабочих частей 3, а также путем выбора материала торсионного энергопоглощающего элемента и термообработки [4].
Торсионный энергопоглощающий элемент обладает и другим положительным качеством, заключающемся в том, что частично или полностью деформированный элемент может быть вновь и многократно приведен в исходное положение, а его энергопоглощающая способность восстановлена. Это обеспечивается путем проведения определенных ремонтных работ, причем без замены каких-либо элементов. При этом необходимо применение силовых устройств (гидроцилиндров с выдвижным штоком или домкратов) которые посредством воздействия создаваемой ими нагрузки подвергают элемент медленному принудительному деформированию в обратном направлении. Количество циклов «деформирование под воздействием ударной нагрузки - обратное принудительное деформирование» может составлять от десятков до сотен циклов без изменения заданных исходных характеристик. Указанные ремонтные операции можно проводить и без отсоединения торсионного энергопоглощающего элемента от дорожного ограждения.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. - М.:
Транспорт, 1982. - 288 с.
2. АС СССР №1390966 от 14.07.1986 г., В 64 С 3/26 «Многослойная амортизационная оболочка».
3. Патент РФ №2207261 от 13.12. 2001 г., В 60 R 19/56, «Энергопоглощающий буфер грузового автомобиля».
4. Тихомиров А.Г. Использование предварительного наклепа торсионных рабочих элементов в упругопластических системах противоударной защиты. - М.: «Машиностроитель», №1 2004, - 6 с.