Заграждение автомобильного проезда
ROAD BLOCK

Изобретение относится к устройствам, препятствующим продвижению колесного транспорта посредством принудительной остановки, предназначенным для предотвращения несанкционированного проезда по контролируемому участку автодороги, в частности на контрольно-пропускных пунктах режимных объектов.
Известно средство принудительной остановки автомобильного транспорта, описанное в патенте DE 102017101589B3 от 26.07.2018, представляющее собой призматическую конструкцию, основание которой имеет вид трехконечной звезды. Оно опирается на дорожное полотно на два боковых ребра призмы, проходящих через вершины звезды.
Недостатком изобретения является то, что данное средство представляет собой цельнометаллическую полую конструкцию из листового металла, усиленную ребрами жесткости. Данное средство является пассивным препятствием, которое при первичном контакте с транспортным средством не наносит ему существенных повреждений ввиду большой площади взаимодействия и отсутствия каких-либо заостренных (режущих) элементов в зоне контакта.
Еще одним недостатком является то, что средство имеет большую массу, перемещение его возможно только при помощи специальных грузоподъемных средств. При этом в конструкции предусмотрены отверстия для погрузки/выгрузки только с помощью вилочного погрузчика, а такелажные узлы для других грузоподъемных средств не предусмотрены.
Известно средство принудительной остановки автомобильного транспорта, описанное в патенте РФ № 87007 (патент РФ на полезную модель № 87007, опубликованный 20.09.2009). Это средство остановки содержит заградительные элементы в виде перекрещенных балок из стального профиля, установленные на горизонтальной несущей штанге с обеспечением фиксации от осевого перемещения, в нижней части каждой балки приварена опора для взаимодействия с грунтом, а верхняя часть выполнена заостренной.
Недостатком данного изобретения является то, что опора для взаимодействия с грунтом выполнена из швеллера. Опирается данное заграждение на дорожное полотно нижними полками швеллеров, которые являются плоскими (как описано в патенте и показано на рисунке к патенту). Для крепления к дорожному полотну предусмотрены отверстия для анкерных костылей. Если анкерные костыли не применяются, то высока вероятность, что при наезде на заграждение транспортного средства, оно будет проскальзывать по поверхности дорожного полотна и смещаться вместе с автомобилем. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления. Если анкерные костыли применяются, то заграждение лишается своей мобильности, а время развертывания на местности увеличивается за счет проведения работ по креплению заграждения к дорожному полотну.
Еще одним недостатком данного изделия являются нерегламентированные прочностные характеристики (твердость) материала, из которого выполнены опоры для взаимодействия с грунтом. Этот параметр очень важен, т.к. определяет способность опор для взаимодействия с грунтом внедряться в дорожное полотно с целью оказания останавливающего действия.
Известно дорожное заграждение «Еж» производства завода периметральных ограждений «Егоза», состоящее из горизонтальной осевой балки и крестообразных опор, прикрепленных к осевой балке. По данным производителя все силовые элементы заграждения выполнены из квадратной трубы 60x60x2. Изделие предназначено для принудительной остановки транспортного средства путем поднятия его над землей при попытке преодоления.
Недостатками данного изделия являются отсутствие каких-либо вспомогательных элементов, повышающих вероятность зацепления перекрещенных элементов за дорожное полотно при наезде транспортного средства. Крестообразные опоры представляют собой два элемента из трубы 60x60x2, сваренные между собой под углом 90 градусов. Как правило, твердость стали, из которой изготавливают квадратные трубы, не превышает 30 HRC. Опирание на дорожное полотно осуществляется на торцы труб, повернутые на угол 45 градусов относительно поверхности дорожного полотна. Если дорожное покрытие выполнено твердым (цементобетон, железобетон, асфальтобетон и т.д.), то твердости материала, из которого выполнены крестообразные опоры, может быть недостаточно для внедрения в дорожное полотно с целью поднятия транспортного средства над землей. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет просто сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Известно автомобильное заграждение, описанное в патенте US 7258505 B2 от 21.08.2007, выбранное авторами в качестве прототипа. Это автомобильное заграждение состоит из пластин определенной формы (например, шляпообразной) и соединяющих их элементов, которые позволяют получить автомобильное заграждение любой длины.
Недостатком данного изобретения является нерегламентированная форма основания пластины, а именно того места пластины, которым оно соприкасается с дорожным полотном. Если грань пластины, которой она описается на дорожное полотно, является плоской, то высока вероятность, что при наезде транспортного средства на заграждение, оно будет проскальзывать и смещаться вместе с автомобилем. Таким образом, возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет просто сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо сопротивления.
Еще одним недостатком данного изобретения являются нерегламентированные прочностные характеристики материала, из которого выполнены пластины. Если прочность материала пластины будет невысока, то под действием кинетической энергии наезжающего транспортного средства пластины будут деформироваться или разрушаться. При этом не исключено дальнейшее управляемое движение транспортного средства на защищаемую территорию.
Если дорожное покрытие выполнено твердым (цементобетон, железобетон, асфальтобетон и т.д.), а материал опор имеет невысокую твердость (например, распространенные конструкционные стали: Ст3, Ст.08, Сталь 20 и т.д.), возможна ситуация, при которой автомобильное заграждение будет сдвинуто в сторону наезжающим автомобилем без оказания какого-либо останавливающего воздействия.
Заявленное авторами заграждение автомобильного проезда включает в себя горизонтальную осевую балку 1 и прикрепленные к ней опоры 2 (см. Рис. 1). Опоры выполнены из листа высокопрочной стали с твердостью 50-60 HRC и имеют вид равностороннего треугольника с вогнутыми внутрь по дуге сторонами.
Целью изобретения является получение заграждения автомобильного проезда, которое обеспечивает останавливающее воздействие на наезжающее транспортное средство за счет гарантированного внедрения вершин опор в дорожное полотно, переворота под автомобилем, поднятия его над землей и нанесения критических повреждений ходовой части автомобиля.
Технический результат изобретения достигается за счет выбора в качестве материала опоры высокопрочной стали с твердостью 50-60 HRC и вогнутости внутрь сторон равностороннего треугольника по дуге с радиусом 1,3-5,0 длины стороны треугольника и образования при этом заостренных вершин.
Выполнение этих двух условий обеспечивает при наезде транспортного средства на заграждение автомобильного проезда гарантированное зацепление его за поверхность дорожного полотна и исключение его сдвига и проскальзывания, а, следовательно, обеспечивает выполнение автомобильным заграждением своей основной функции - принудительной остановки транспортного средства.
Заявленное авторами заграждение работает следующим образом. При наезде транспортного средства на заграждение происходит взаимодействие фронтальной части автомобиля (бампер, радиатор, колеса и т.д.) с заостренными вершинами и торцами стальных опор. В этот же момент времени нижние, дальние от автомобиля заостренные вершины стальных опор под действием массы автомобиля упираются (внедряются) в дорожное полотно, препятствуя проскальзыванию заграждения по поверхности дорожного покрытия. Далее под действием кинетической энергии транспортного средства автомобильное заграждение начинает поворачиваться вокруг оси, проходящей через точки внедрения заостренных вершин в дорожное покрытие. При этом заграждение оказывается под автомобилем, и, в зависимости от параметров автомобиля, либо приподнимает его переднюю ось над поверхностью земли, либо оказывается под автомобилем. И в том, и в другом случаях заграждение наносит транспортному средству различные повреждения (прокалывает колеса, повреждает радиатор, пробивает поддон картера двигателя и т.д.). Наличие серьезных повреждений автомобиля обусловлено тем, что контакт происходит с заостренными вершинами и торцами стальных опор, площадь которых мала, а, следовательно, давление, оказываемое на элементы автомобиля, велико. В итоге, транспортное средство либо теряет способность дальнейшего управляемого движения, либо это движение существенно затрудняется.
Гарантированная эффективность достигается, когда металлические опоры имеют форму равностороннего треугольника, стороны которого вогнуты внутрь по дуге с радиусом 1,3-5,0 длины стороны треугольника.
Если стороны металлических опор вогнуты внутрь по дуге с радиусом менее 1,3 длины стороны треугольника, то углы при вершинах таких опор будут иметь градусную меру менее 15° и, соответственно, стороны, образующие такие углы, будут практически соприкасаться, образуя тонкие заостренные вершины. В этом случае велика вероятность, что при наезде транспортного средства произойдет пластическая деформация или разрушение заостренных вершин опоры, внедрение в дорожное покрытие может не произойти и, соответственно, может не произойти переворот заграждения, необходимый для поднятия передней оси автомобиля над поверхностью земли и/или повреждения элементов автомобиля. Таким образом, возможно проскальзывание автомобильного заграждения по поверхности дорожного покрытия, а также сдвиг заграждения автомобилем без оказания какого-либо останавливающего воздействия.
Если металлические опоры вогнуты внутрь по дуге с радиусом более 5 длины стороны треугольника, то такая опора представляет собой треугольник близкий к равностороннему с основанием практически параллельным дорожному полотну. В этом случае, возможно проскальзывание автомобильного заграждения по поверхности дорожного покрытия, а также возможен сдвиг заграждения автомобилем без оказания какого-либо останавливающего воздействия.
Таким образом, оптимальный радиус вогнутости внутрь сторон равностороннего треугольника, образующего металлическую опору, достигается при величине 1,3-5,0 длины стороны треугольника. При таком условии во время наезда транспортного средства будут обеспечены сцепление автомобильного заграждения с дорожным полотном, поворот заграждения относительно точек зацепления, подъем передней оси автомобиля над землей и/или повреждение узлов транспортного средства, т.е. будет оказано останавливающее воздействие.
Гарантированная эффективность достигается, когда металлические опоры выполнены из стали с твердостью 50-60 HRC.
Если твердость стали, из которой выполнены металлические опоры, ниже 50 HRC, то она становится соизмерима или меньше твердости дорожного покрытия. Как правило, автомобильные заграждения используются на дорогах с твердым покрытием, таким как: цементобетонное монолитное, железобетонное или армобетонное сборное, асфальтобетонное и т.д. (согласно СНиП 2.05.02-85* Автомобильные дороги (с Изменениями N 2-5). Такие материалы, как бетон и различные фракции щебня, которые могут входить в состав дорожного покрытия, имеют достаточно высокую твердость. Как известно, твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него более твердого тела - индентора. Соответственно, если твердость стали, из которой выполнены опоры, ниже, чем твердость дорожного покрытия, то заостренные вершины опор физически не смогут внедриться в дорожное полотно при наезде транспортного средства и обеспечить гарантированное выполнение автомобильным заграждением своей функции.
Если твердость стали, из которой выполнены металлические опоры, выше 60 HRC, то сталь, как правило, обладает следующими негативными свойствами: высокая хрупкость и плохая свариваемость.
Высокая хрупкость может привести к хрупкому разрушению опор в момент динамического нагружения, т.е. во время наезда транспортного средства. После разрушения одной или нескольких опор дальнейшее поведение автомобильного заграждения становится непредсказуемым.
Плохая свариваемость стали, из которой выполнены опоры, не позволяет обеспечить прочные сварные швы, которыми опоры соединяются с горизонтальной осевой балкой. При наезде транспортного средства на заграждение возможно разрушение этих сварных швов, что приведет к отделению (отрыву) опор и дальнейшему непредсказуемому поведению автомобильного заграждения.
Таким образом, оптимальный диапазон твердости стали, из которой выполнены опоры, составляет 50-60 HRC.
Для крепления автомобильного заграждения к дорожному полотну, а также для соединения нескольких заграждений в единую цепь на концах осевой балки могут быть выполнены проушины.
Для обеспечения заметности заградительного элемента в темное время суток на осевой балке и опорах могут быть выполнены световозвращающие элементы.
Для проведения испытаний на заводе специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» была изготовлена серия образцов автомобильных заграждений с различными соотношениями радиуса дуги к длине стороны треугольника и твердости стали, из которой выполнены опоры. Перечень образцов представлен в таблице 1.
Для каждого образца горизонтальная осевая балка была выполнена из квадратной трубы 60x60x3, а металлические опоры - из листовой стали СПС-43 толщиной 8,0 мм. Различные значения твердости стали были получены путем термообработки в камерной электрической шахтной печи. Опоры в виде равностороннего треугольника с вогнутыми внутрь сторонами были прикреплены к осевой балке с шагом 500 мм.
В испытательном центре специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22C308 от 26.08.2014) каждый образец был подвергнут испытаниям по принудительной остановке транспортного средства. В качестве транспортного средства был выбран малотоннажный грузовой автомобиль Газель-3302 массой 2100 кг. Дорожное покрытие, на котором проводились испытания - асфальтобетон. Закрепления автомобильного заграждения к дорожному полотну не производилось.
Автомобиль разгоняли до скорости 30 км/час, после чего происходило взаимодействие с автомобильным заграждением.
Образец № 1 при наезде транспортного средства был сдвинут в сторону, заостренные вершины опор пластически деформировались. Автомобиль получил несущественные повреждения передней части и сохранил возможность дальнейшего управляемого движения.
Образец № 2 при наезде транспортного средства был отброшен в сторону, не нанеся каких-либо существенных повреждений автомобилю, затрудняющих дальнейшее управляемое движение.
Образец № 3 при наезде транспортного средства был развернут относительно продольной оси дороги на угол 40-50 градусов, после чего произошло зацепление за дорожное полотно, переворот под автомобилем и поднятие над землей передней оси автомобиля. В результате наезда правое переднее колесо было пробито, повреждены рулевые тяги. Вместе с тем, на трех опорах произошло хрупкое разрушение заостренных вершин, а на двух опорах разрушились сварные швы, соединяющие их с горизонтальной осевой балкой. Все это является следствием избыточно высокой твердости материала, из которого выполнены опоры. Данный образец не может обеспечить гарантированного останавливающего воздействия на транспортное средство ввиду непредсказуемости хрупкого разрушения заостренных вершин, а также сварных швов.
Образец № 4 при наезде транспортного средства был сдвинут на 1,2 метра, после чего зацепился за дорожное полотно, осуществил один переворот под транспортным средством и поднял над землей переднюю ось автомобиля. Все опоры, взаимодействовавшие с дорожным полотном, пластически деформировались. Полученная пластическая деформация опор и сдвиг заграждения на 1,2 метра говорят о низкой твердости материала опор и, как следствие, недостаточном сцеплении с дорожным полотном.
При наезде транспортного средства на образец № 5 произошло внедрение заостренных вершин в дорожное полотно. Затем образец осуществил два переворота и остался под транспортным средством. В результате наезда автомобиль получил критические повреждения: прорезано левое колесо, пробит радиатор, деформированы рычаги передней подвески, повреждена поперечная рулевая тяга, пробит картер двигателя. Автомобиль потерял возможность дальнейшего управляемого движения.
Результаты проведенных испытаний дают достаточные основания утверждать, что, наибольшую эффективность показал образец № 5.
Таким образом, действие заявляемых параметров изобретения позволило обеспечить достижение заявленного технического результата - получение заграждения автомобильного проезда, которое обеспечивает останавливающее воздействие на наезжающее транспортное средство за счет гарантированного внедрения заостренных вершин опор в дорожное полотно.
Заявленное техническое решение по конструктивным особенностям автомобильных заграждений является новым, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.
Решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.