Патент на изобретение №2204637
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) РЕЛЬС ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ЮНИЦКОГО, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА
(57) Реферат: Изобретение относится к транспортным системам с рельсовой путевой структурой. Сущность изобретения: рельс содержит трубчатый корпус 1 с продольно расположенным внутри него силовым органом, состоящим из одного или нескольких предварительно напряженных силовых элементов 3, в виде высокопрочных проволок, прутьев или канатов, установленные в корпусе 1 по его торцам соединительные анкерные каретки 2, в которых закреплены концы силовых элементов 3, буферные элементы 4 и палец 5. При осуществлении способа натяжение силового органа производят в два этапа, при этом первый этап натяжения осуществляют до начала монтажа рельса в путевую структуру, и силовой орган натягивают относительно корпуса рельса до усилия, составляющего часть величины номинального расчетного усилия натяжения силового органа в путевой структуре, после чего производят фиксацию его в напряженном состоянии жестким соединением с корпусом, а второй этап натяжения силового органа совмещают с монтажом и натяжением корпуса рельса в путевой структуре. Изобретение упрощает монтаж и транспортировку рельсов к местам прокладки магистралей. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 6 ил. Изобретение относится к транспорту, в частности к транспортным системам с рельсовой путевой структурой, родственной дорогам подвесного и эстакадного типа. Оно может быть использовано при создании дорог струнного типа, в том числе скоростных, для больших городов и междугородных сообщений, условиях сильно пересеченной местности, гор, пустынь, а также при построении межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий и их объединений – как монорельсовых, так и многорельсовых. Известен рельс, выполненный в виде пары соединенных между собой вертикальной плитой труб, образующих гантелевидный профиль, напоминающий двутавровую балку (патент США 5738016, кл. Е 01 В 25/10, 1998). Пара таких рельсов крепится на Т-образных опорах эстакады посредством вертикальной плиты, соединяющей верхнюю и нижнюю трубы, так что поверхности двух верхних и двух нижних труб образуют одну колею (из четырех труб) для качения несущих и соответственно вспомогательных колес транспортного средства. Известный рельс, как это видно, имеет весьма громоздкую конструкцию и выполняется в виде балок, монтируемых в пролетах, между Т-образными опорами эстакады. Известен также рельс, используемый в струнной транспортной системе Юницкого, содержащий трубчатый корпус с продольно расположенным внутри него силовым органом, состоящим из одного или нескольких предварительно напряженных силовых элементов в виде стальных полос прутьев или проволок, а также заполнитель, занимающий объем свободных промежутков в полости корпуса (патент РФ 2080268, кл. В 61 В 5/02, 1994). Рельс такой конструкции, предназначенный для скоростных дорог натягивается подобно струне между анкерными опорами. В конструкции известного рельса не предусмотрены какие-либо средства, обеспечивающие возможность его соединения с другими рельсами, образующими путевую структуру, что создает ряд неудобств, обусловленных его конструктивными особенностями. Кроме того, конструктивные особенности известного рельса не позволяют свернуть его в кольцо сравнительно небольшого радиуса, так как последний ограничен допустимым радиусом изгиба трубчатого корпуса рельса, а также свойствами находящегося внутри него твердого заполнителя (если заполнение произведено в стационарных условиях, т.е. до транспортировки). Следовательно, для транспортировки рельсовых плетей к месту монтажа потребуется, по меньшей мере, специальная платформа весьма большой протяженности, перемещение которой в реальных условиях местности будет сопряжено со значительными трудностями. Не может быть рельсовая плеть такого вида и предварительно (перед транспортировкой) разрезана на “транспортабельные” части, с тем, чтобы последние можно было без ущерба для прочности и несущей способности рельса вновь соединить между собой, например, сваркой. Сочленение таких плетей может производиться только на анкерных опорах, где концы смежных плетей натягиваются и фиксируются. Способ изготовления и монтажа рельса известной конструкции включает в себя изготовление трубчатого корпуса, размещение в нем силового органа, состоящего из одного или нескольких силовых элементов, натяжение силового органа до номинального расчетного усилия при монтаже в путевую структуру и фиксацию его в напряженном состоянии в путевой структуре, натяжение корпуса рельса и фиксацию его в напряженном состоянии в путевой структуре, а также заполнение корпуса твердеющим материалом. В известном способе натяжение силового органа производят в один этап – при монтаже рельсовой плети в путевую структуру. После чего концы силового органа закрепляют на анкерных опорах. Аналогичным образом осуществляют натяжение и корпуса рельса, после чего свободные промежутки полости корпуса заполняют твердеющим материалом. Такая последовательность операций способа приводит к тому, что при натяжении силового органа от исходного состояния до расчетного значения напряжений растяжения, которые могут достигать 104 кгс/см2, удлинение стального силового органа может достигать пяти и более метров на пролете в один километр при суммарном усилии натяжения порядка 1000 тонн. Это создает большие неудобства при монтаже, так как приводит к необходимости использования натяжных средств с размерами, соответствующими ходу тягового органа. Поэтому для натяжения силового органа приходится использовать мощные самоходные транспортные средства, перемещающиеся по грунту в реальных условиях местности прокладки магистрали. В конечном итоге это удорожает строительство магистрали. В основу изобретения положена задача создания условий, обеспечивающих как удобство монтажа, так и упрощение транспортировки рельсов к местам прокладки магистрали. Решение поставленной задачи в рельсе транспортной системы Юницкого, содержащем трубчатый корпус с продольно расположенным внутри него силовым органом, состоящим из одного или нескольких предварительно напряженных силовых элементов в виде высокопрочных проволок, прутьев или канатов, обеспечивается тем, что он снабжен установленными в корпусе по его торцам соединительными анкерными каретками, в которых закреплены концы силовых элементов. Благодаря такому выполнению рельса, создаются условия для предварительного натяжения силового органа относительно корпуса рельса, кроме того, получен функционально законченный отрезок для рельсового пути – рельсовая плеть, которая, подобно стандартным рельсам общепринятого образца, теперь может выполняться любых, ограниченных из соображений удобства монтажа и транспортировки, размеров, в том числе размеров, меньших величины одного пролета между анкерными опорами, и в которой предусмотрена возможность ее соединения со смежными участками при монтаже рельсового пути. Решение задачи обеспечивается при выполнение соединительных анкерных кареток как в виде вкладышей, сопряженных частью периметра своего поперечного сечения с поверхностью полости корпуса рельса, так и в виде цилиндров, сопряженных по периметру с цилиндрической поверхностью полости корпуса. Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что рельс оснащен парой буферных элементов, установленных на противолежащих концах в корпусе рельса, перед соединительными анкерными каретками. Таким выполнением рельса создаются условия для стыковки и сварки между собой в одну нить рельсовых плетей, монтируемых в путевую структуру, а также для их последующего натяжения. Решение задачи обеспечивается как при выполнении противолежащих буферных элементов в виде втулок с центральным отверстием и вставным центровочным пальцем, так и при выполнении их в виде пары сочленения шип – паз, а также и при выполнении буферных элементов в виде гаек с правой и левой резьбой, соответственно установленных соосно внешней цилиндрической поверхности корпуса рельса. Сочленение шип – паз, как и сочленение посредством общего вставного пальца, позволяет производить сварку (пайку или склейку) силовых органов стыкуемых рельсовых плетей внутри корпуса рельса, однако требует оставления технологического зазора между торцами стыкуемых рельсовых плетей и последующего устранения этого зазора. Это достигается установкой буферных элементов, выступающих за торцы корпуса рельса. Сочленение типа винт – гайка, реализуемое при выполнении буферных элементов в виде гаек с правой и левой резьбой, позволяет еще перед сваркой свести зазор между торцами корпусов рельсовых плетей к нулю и обеспечить резьбовое соединение плетей по осевой линии, в том числе и с дополнительной фиксацией между собой винта и гайки. Решение поставленной задачи обеспечивается и тем, что буферные элементы жестко связаны с соединительными анкерными каретками. Благодаря этому, достигается более равномерное распределение усилий натяжения рельсовых плетей между корпусом рельса и силовым органом, что способствует сохранению прочностных свойств соединений. В способе изготовления и монтажа рельса транспортной системы Юницкого, включающем изготовление трубчатого корпуса, размещение в нем силового органа, состоящего из одного или нескольких силовых элементов, натяжение силового органа до номинального расчетного усилия при монтаже в путевую структуру и фиксацию его в напряженном состоянии в путевой структуре, натяжение корпуса рельса и фиксацию его в напряженном состоянии в путевой структуре, а также заполнение корпуса рельса твердеющим материалом, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что натяжение силового органа производят в два этапа, при этом первый этап натяжения осуществляют до начала монтажа рельса в путевую структуру, и силовой орган натягивают относительно корпуса рельса до усилия, составляющего часть величины номинального расчетного усилия натяжения силового органа в путевой структуре, и производят фиксацию его в напряженном состоянии, а второй этап натяжения силового органа совмещают с монтажом корпуса рельса в путевой структуре. Таким разнесением операций способа во времени и пространстве обеспечивается возможность использования для натяжения рельсов силовых механизмов с малым ходом тягового органа, так как в этом случае натяжение производят уже не от нулевого значения усилия в силовом органе, а от значения, при котором часть расчетного удлинения силового органа, соответствующая величине его натяжения на первом этапе, уже выбрана. При номинальном значении напряжений в силовом органе после его установки в путевую структуру, равном 10000 кгс/см2, натяжение его на первом этапе можно доводить до значений, обеспечивающих напряжения в силовом органе до 5000-9900 кгс/см2, в зависимости от прочностных свойств корпуса рельса. Решение поставленной задачи достигается, в частности, тем, что натяжение силового органа на первом этапе производят до максимально допустимой величины усилия, не нарушающей устойчивости корпуса рельса. Таким ведением операций достигается минимизация величины удлинения силового органа и корпуса рельса на втором этапе натяжения – при монтаже в путевую структуру. Минимизация удлинения силового органа на втором этапе его натяжения обеспечивается в случае, если фиксация силового органа в напряженном состоянии осуществляют путем жесткого соединения концов натянутого силового органа с соответствующими конечными участками корпуса рельса. Таким соединением напряженное состояние сообщается не только силовому органу, но и корпусу рельса, который испытывает продольное сжатие. Благодаря этому, увеличивается жесткость корпуса, и, следовательно, улучшаются условия для транспортировки, монтажа и натяжения рельсов. Минимизация удлинения силового органа на втором этапе его натяжения достигается и в том случае, если фиксацию силового органа в напряженном состоянии обеспечивают путем заполнения корпуса рельса с расположенным в нем натянутым силовым органом твердеющим материалом и выдержки последнего до отверждения. Таким приемом напряженное состояние силового органа после снятия внешнего усилия натяжения сообщается как превратившемуся в монолит материалу-заполнителю, так и корпусу рельса, схваченному монолитом. Как и в предыдущем случае, но еще в большей степени, это способствует повышению жесткости рельса, а следовательно, его несущей способности и устойчивости. Минимизация удлинения силового органа на втором этапе его натяжения достигается также и в том случае, если заполнение корпуса рельса твердеющим материалом производят с созданием внутри корпуса избыточного давления, при этом усилие натяжения силового органа обеспечивают величиной избыточного давления жидкой фазы твердеющего материала-заполнителя и сохраняют это давление до отверждения материала-заполнителя. Благодаря используемому приему, натянутый силовой орган оказывается продольно напряженным на столб монолита материала-заполнителя, а корпус рельса – разгруженным от продольного усилия. Это способствует повышению прочности монолита материала-заполнителя на растяжение, так как в жидком состоянии ему могут быть сообщены давления, величина которых превосходит предел прочности этого материала в твердом состоянии. Тем самым обеспечиваются условия, когда максимальное значение усилия натяжения рельса при монтаже в путевую структуру определяется только прочностными свойствами материала его корпуса. Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены на фиг.1а – рельсы с соединительными анкерными каретками; на фиг.1б – поперечное сечение рельса но фиг. 1а; на фиг.2а – рельсы с использованием буферных элементов, образующих соединение шип – паз; на фиг.2б – поперечное сечение рельса по фиг. 2а; на фиг.3а – рельсы с буферными элементами в виде гаек, выполненными за одно целое с анкерными каретками; на фиг.3б – поперечное сечение рельса по фиг.3а. Предлагаемый рельс (фиг.1а-фиг.3б) содержит трубчатый стальной корпус 1, в каждой из торцевых частей которого установлена соединительная анкерная каретка 2 с зафиксированными в ней концами предварительно напряженных силовых элементов 3, образующих силовой орган. С внешней стороны соединительная анкерная каретка 2 может завершаться буферным элементом 4, который, в свою очередь, может быть выполнен как отдельно от нее (фиг.1а, фиг.2а), так и за одно целое с соединительной анкерной кареткой, например, в ее корпусе (фиг. 3а). При этом выбор того или иного варианта определяется расположением силовых элементов 3 в соединительной анкерной каретке 2, условиями фиксации их концов в каретке, а также функциями, которые дополнительно возлагаются на буферные элементы 4, исходя из удобства сборки и монтажа рельсовых плетей такой конструкции. Одной из возможных дополнительных функций является функция котировочного элемента, которая в простейшем случае реализуется выполнением в буферных элементах 4 (фиг.1) центрального отверстия, обеспечивающего при монтаже рельсовых плетей в путевую структуру соосность соединяемых смежных рельсовых плетей. Для этого пара буферных элементов 4, подлежащая стыковке, оснащена общим пальцем 5, который в целях унификации выполнен отдельно (вставным), но может быть выполнен и за одно целое с одним из сочленяемых буферных элементов – в виде пальца, образующего с ответным буферным элементом соединение шип – паз (фиг.2а). Однако такая мера может быть достаточной для юстировки внешних поверхностей цилиндрических корпусов стыкуемых рельсовых плетей лишь в том случае, если труба, из которой изготовлен корпус рельса, не имеет эксцентриситета между внутренней и внешней поверхностями. При наличии эксцентриситета для “бархатного” сопряжения поверхностей качения стыкуемых рельсовых плетей, хотя бы один из пары соединяемых буферных элементов 4 должен иметь небольшой (в пределах возможного эксцентриситета стандартных труб) эксцентриситет между осью вращения буферного элемента 4 (фиг.1) и его цилиндрической поверхностью, сопряженной по периметру с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 рельса, и соответственно должен быть установлен с возможностью поворота. Естественно, в таком случае, он не может быть выполнен за одно целое с соединительной анкерной кареткой 2, которая после натяжения силового органа относительно корпуса рельса жестко фиксируется в нем. Второй дополнительной функцией буферных элементов 4 может являться функция дистанциирующих элементов, необходимых для обеспечения технологического зазора  между концами корпусов 1 соединяемых рельсовых плетей (фиг. 1а, 2а). Эта функция может быть реализована как соответствующей установкой (со смещением за торец корпуса) самих буферных элементов 4, так и выбором соотношения длины пальца 5 (фиг.1a) и глубины центрального отверстия в буферном элементе 4, или выбором соотношения размеров элементов в соединении шип – паз (фиг.2а). Если иных (кроме дистанциирования) функций у буферных элементов 4 нет, то соединение шип – паз может иметь место и при выполнении буферных элементов 4 за одно целое с соединительными анкерными каретками 2.
В случае, когда резьбовая часть соединительных анкерных кареток 2 является принадлежностью буферных элементов 4 (фиг 3а), то есть, когда противолежащие буферные элементы 4 рельсов выполнены за одно целое с соединительными анкерными каретками 2, в виде гаек с правой и левой резьбой, последние могут быть использованы для реализации двух функций. Одна из которых уже упоминалась ранее – обеспечение соединения рельсовых плетей. Для этого концы подлежащих соединению рельсовых плетей с закрепленными в них соединительными анкерными каретками 2 при помощи шпильки 6, снабженной правой и левой резьбой по разные стороны от ее дискообразной рукоятки 6а, стягиваются между собой, а затем свариваются.
Другая возможная функция – обеспечение натяжения силового органа. Для реализации этой функции одна соединительная анкерная каретка 2 должна быть жестко связана с корпусом 1 рельса, а другая должна быть установлена с возможностью перемещения только в продольном направлении. В этом случае при помощи вспомогательного натяжного винта (не показан) соединительная анкерная каретка 2 может быть перемещена на определенное расстояние для создания необходимого предварительного натяжения силового органа относительно корпуса 1 рельса, после чего она должна быть жестко зафиксирована.
Использование буферных элементов 4 в качестве средства для натяжения силового органа может быть обеспечено и при их раздельном выполнении с соединительными анкерными каретками 2, но при условии их жесткого соединения между собой. Так, в случае, если каждая соединительная анкерная каретка 2 выполнена состоящей из верхней и нижней частей (фиг.1б), между которыми заключено тело буферного элемента 4, то при замене пальца 5 на шпильку 6 с правой и левой резьбой (фиг.3), и при выполнении соответствующей резьбы в центральных отверстиях (в данном случае сквозных) буферных элементов 4 (на фиг. 1), получается конструкция, эквивалентная конструкции в случае выполнения буферного элемента 4 за одно целое с соединительной анкерной кареткой 2 (фиг.3). При этом в зазоре между верхней и нижней частями анкерной каретки 2 (на фиг. 1а – заполненном твердеющим материалом-заполнителем 7), могут быть расположены направляющие рейки, препятствующие повороту буферных элементов 4 и соединительной анкерной каретки 2 относительно корпуса 1 рельса.
Соединительные анкерные каретки 2 в различных вариантах выполнения рельса могут иметь различные формы в поперечном сечении (часть из которых показана на фиг.1б, 2б и 3б), в зависимости от числа силовых элементов 3, образующих единый силовой орган, их размещения, фиксации и других конструктивных особенностей того или иного варианта.
Силовые элементы 3 могут быть выполнены как в виде пучков цельнотянутых проволок (фиг.1а, 1б) или отдельных прутьев (фиг.2а, 2б), так и в виде витых канатов (фиг.3а, 3б).
В качестве твердеющего материала-заполнителя 7 могут использоваться цементные смеси, материалы на основе полимеров или другие композиционные материалы.
Рельс описанной конструкции может изготавливаться как в стационарных условиях, так и в полевых с использованием соответствующего передвижного оборудования непосредственно на месте монтажа транспортной магистрали. При этом к местам сборки и монтажа могут доставляться трубы корпусов, уже готовые к сборке силовые органы с анкерными каретками на концах (или без них), буферные элементы, средства для заполнения корпусов рельса твердеющим материалом под давлением, сварочные агрегаты и средства для обработки швов, а также средства для натяжения силового органа.
В зависимости от вида используемых силовых элементов и планируемой последовательности сборки рельсов, заготовки для силовых элементов могут доставляться либо катушками, либо мерными отрезками заранее рассчитанной длины.
Способ реализуют следующим образом.
Концы образующих силовой орган силовых элементов 3, рассчитанной длины, жестко закрепляют (фиксируют) в отверстиях или пазах соединительных анкерных кареток 2, после чего вводят собранный таким образом силовой орган в корпус 1 рельса с его торца. По достижении задней соединительной анкерной кареткой 2 заданного положения в корпусе 1 ее фиксируют (упором или сваркой) относительно корпуса 1, а переднюю соединительную анкерную каретку 2, не достигшую противоположного торца корпуса 1, дотягивают натяжным средством до заранее определенного для нее положения у торца корпуса 1 рельса, после чего прочно фиксируют (например, сваркой) относительно корпуса 1. Тем самым оказывается завершенным первый этап натяжения силового органа (до начала монтажа). Далее, если соединительные анкерные каретки 2 выполнены отдельно от буферных элементов 4, в корпус 1 рельса с торцов устанавливают буферные элементы 4 (фиг.1a, 2a). В случае, если никакие дополнительные функции на буферные элементы 4 не возложены, то их жестко связывают с соединительными анкерными каретками 2 и с корпусом 1 рельса еще до начала монтажа рельсовой плети в путевую структуру. Если же необходимо реализовать функции юстировочных элементов, то используют буферные элементы 4 с эксцентриситетом, которые жестко связывают с соединительными анкерными каретками 2 и с корпусом 1 после юстировки соединяемых рельсовых плетей относительно друг друга.
Соединенные указанным образом несколько рельсовых плетей, образующие единую нить, перекрывающую расстояние между анкерными опорами транспортной магистрали, готовы к реализации второго этапа натяжения.
Натяжение силового органа на первом этапе (до начала монтажа) может производиться не только с опиранием на корпус 1 рельса, но и независимо от корпуса, в том числе и с опиранием на жидкофазный столб твердеющего материала-заполнителя 7. Если при изготовлении рельса натяжение силового органа производят с опиранием на корпус 1, то заполнение корпуса 1 рельса твердеющим материалом-заполнителем 7 можно осуществить после реализация второго этапа натяжения силового органа (из-за нежелательности сообщения затвердевшему материалу растягивающих усилий). В случае же натяжения силового органа с опиранием на корпус 1, с одновременным опиранием на жидкофазный столб твердеющего материала-заполнителя 7, заполнение корпуса 1 твердеющим материалом производится уже на первом этапе, при этом материал-заполнитель 7 после затвердевания берет на себя часть усилий сжатия от предварительно растянутого силового органа. Другую часть усилий сжатия берет на себя корпус 1 рельса. При этом за счет сил сцепления с корпусом 1 материал заполнитель и корпус рельса работают на продольные нагрузки совместно. При монтаже такого рельса в путевую структуру, в процессе реализации второго этапа натяжения силового органа, предварительно созданное в материале-заполнителе 7 и корпусе 1 рельса напряжения сжатия под воздействием растягивающих усилий уменьшается до близких к нулевым значениям. Таким образом корпус 1 рельса и материал-заполнитель 7 после завершения второго этапа натяжения оказываются разгруженными от продольных напряжений.
Аналогичный результат достигается при натяжении силового органа на внешние упоры (“на опалубку”). После отверждения материала-заполнителя 7 силовой орган от внешней продольной нагрузки и усилия его натяжения перекладываются на отвердевший материал-заполнитель 7 и корпус 1 рельса.
В другом случае натяжения силового органа без опирания на корпус, когда при введении материала-заполнителя, корпусу 1 рельса отводятся функции гидроцилиндра, а соединительным анкерным кареткам 2 – функции поршней, установленных с опиранием на жидкофазный столб материала, находящегося под избыточным давлением, после затвердевания материал-заполнитель 7 сохраняет взятое на себя еще в жидкой фазе продольное усилие сжатия от растянутого (извне или самим давлением жидкой фазы) силового органа, но корпусу 1 рельса его не передает. После затвердевания материала-заполнителя 7 и оснащения, при необходимости, буферными элементами 4, такой рельс готов к монтажу и реализации второго этапа натяжения силового органа, осуществляемого совместно с натяжением корпуса 1 рельса.
Для перекрытия больших расстояний между анкерными опорами, выполненные таким образом рельсовые плети соединяют сваркой в общую нить, и натягивают между анкерными опорами.
Описанный способ в различных вариантах его реализации может найти применение при реальном строительстве транспортных магистралей.
Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
