Патент на изобретение №2204638

(54) РЕЛЬС ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ЮНИЦКОГО

(57) Реферат:

Изобретение относится к транспортным системам эстакадного и подвесного типа, использующим рельсовую путевую структуру. Сущность изобретения: рельс содержит полый трубчатый корпус 1 в виде трубы, внутри которого размещен протяженный силовой элемент 2, выполненный, например, в виде одного или нескольких предварительно напряженных прутьев, канатов или проволок, а объем свободных промежутков заполнен твердым монолитным материалом, между внутренней поверхностью стенки корпуса и монолитным материалом, по меньшей мере в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки размещен адаптационный слой 3 из упругодеформируемого материала. Слой может быть выполнен в виде оболочки, покрывающей внутреннюю поверхность корпуса, или в виде отдельных полос, расположенных в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки. Изобретение направлено на решение задач по повышению стабильности несущей способности рельса за счет снижения давлений. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к транспорту, в частности к транспортным системам эстакадного и подвесного типа, использующим рельсовую путевую структуру. Оно может быть использовано при создании скоростных дорог для больших городов и междугородных сообщений, в том числе в условиях сильно пересеченной местности, гор, пустынь, а также при построении межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий – как для многорельсовых, так и монорельсовых путей.

Известен рельс для движения подвесных вагонеток, выполненный в виде стальной трубы цилиндрической формы, устанавливаемой на опорах-кронштейнах (см. патент США 2997003, кл. НКИ 104-93, 1961). В условиях воздействия подвижной рельсовой нагрузки такой рельс ведет себя как обычная балка, вследствие чего имеет невысокую удельную несущую способность.

Известен также рельс в виде цилиндрической трубы, отрезки которой соединены стальной полосой прямоугольного сечения, проходящей внутри трубы (см. патент США 5738016, кл. НКИ 104-107, 1998).

Благодаря наличию дополнительного элемента жесткости внутри трубы рельс такой конструкции способен нести большую нагрузку, однако он не обладает достаточной жесткостью для использования в скоростных транспортных системах.

Повышенной несущей способностью обладает рельс, используемый в транспортной системе Юницкого по патенту РФ 2080268, МКИ⁷ В 61 В 5/02, 1997. Указанный рельс содержит полый цилиндрический корпус в виде трубы, внутри которого размещен протяженный силовой элемент в виде одного или нескольких предварительно напряженных канатов, а объем свободных промежутков заполнен твердым монолитным материалом. В качестве материала-заполнителя используются преимущественно цементные смеси, в том числе и расширяющиеся при затвердевании.

Однако из-за локальной деформации корпуса рельса в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки нагрузочная способность известного рельса имеет ограничения, так как в данной конструкции материал-заполнитель, из-за малой площади контакта колес с поверхностью рельса (площадь контакта порядка 1 см²), испытывает давления, величина которых может приводить к его разрушению (давления порядка 1000 кгс/ см²). По мере возрастания зоны разрушения материала-заполнителя рельс может терять свою несущую способность и тем самым создавать аварийные ситуации.

В основу изобретения положена задача но повышению стабильности несущей способности рельса за счет снижения давлений, воздействующих на монолит материала-заполнителя при движении деформационной волны рельсовой нагрузки.

Решение поставленной задачи в рельсе транспортной системы Юницкого, содержащем полый цилиндрический корпус в виде трубы, внутри которого размещен протяженный силовой элемент, выполненный в виде одного или нескольких предварительно напряженных канатов, прутьев или проволок, а объем свободных промежутков заполнен твердым монолитным материалом, обеспечивается тем, что в нем между внутренней поверхностью стенки корпуса и монолитом твердого материала, по меньшей мере в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки размещен адаптационный слой из упругодеформируемого материала.

Решение указанной задачи обеспечивается также тем, что адаптационный слой из упруго деформируемого материала выполнен в виде оболочки, облегающей внутреннюю поверхность корпуса рельса.

Решение указанной задачи обеспечивается также тем, что адаптационный слой из упругодеформируемого материала выполнен в виде по крайней мере одной протяженной полосы, прилегающей непосредственно к внутренней поверхности стенки корпуса рельса в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки.

Решение указанной задачи обеспечивается также тем, что полоса адаптационного слоя имеет в поперечном стечении профиль сегмента цилиндрической полости корпуса.

Решение указанной задачи обеспечивается также тем, что полоса адаптационного слоя расположена по линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что одна из полос адаптационного слоя расположена по линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки от несущих колес транспортного средства, а две другие полосы адаптационного слоя расположены предпочтительно симметрично относительно линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки от несущих колес транспортного средства.

Во всех перечисленных случаях стабильность несущей способности рельса обеспечивается наличием упругодеформируемого адаптационного слоя, который перераспределяет локальные деформационные волны, перемещающиеся вдоль стенки корпуса под действием рельсовой нагрузки, на большую площадь, за счет увеличения размеров зоны их воздействия на поверхности монолита материала-заполнителя. Тем самым исключается возможность воздействия недопустимых давлений на монолит материала-заполнителя.

Помимо решения общей задачи, выполнение адаптационного слоя в виде отдельных полос способствует более рациональному использованию материала адаптационного слоя и уменьшению материалоемкости по сравнению с вариантом выполнения его в виде оболочки. Кроме этого, наличие еще двух полос адаптационного слоя обеспечивает стабильность несущей способности рельса при воздействии на него не только подвижной рельсовой нагрузки от несущих колес транспортного средства, но и при оснащении транспортного средства вспомогательными, например, зажимными колесами для увеличения сил сцепления с рельсом на наклонных участках пути.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами. На фиг.1 представлено поперечное сечение рельса с адаптационным слоем в виде оболочки; на фиг.2 представлено поперечное сечение рельса с адаптационным слоем в виде полосы; на фиг.3 представлено поперечное сечение рельса с адаптационным слоем из трех отдельных полос.

Предлагаемый рельс содержит полый трубчатый корпус 1, например, в виде стальной трубы, внутри которого расположен предварительно напряженный силовой элемент 2, выполненный, например, в виде одного (как показано на фиг. 1, фиг.2) или нескольких (фиг.3) отдельных прутьев, канатов или проволок 2а, 2б, 2в. На внутренней поверхности стенки корпуса 1 выполнен адаптационный слой 3 из упругодеформируемого материала, которому придана форма оболочки (фиг.1), полосы (фиг.2), либо отдельных полос 3а, 3б, 3в (фиг.3). В качестве упруго деформируемого материала могут использоваться металлы, например алюминий, либо полимеры (полиэтилен, полистирол, полиуретан и другие, имеющие меньший, по отношению к стали, модуль упругости). В поперечном сечении указанные полосы могут иметь прямоугольную форму либо форму сегментов 3а, 3б, 3в внутренней полости рельса (фиг.3).

Свободный объем полости рельса заполнен твердым монолитным материалом 4, например цементной смесью, или композитом на основе полимерных связующих типа эпоксидной смолы, или в качестве материала-заполнителя могут быть использованы твердые пластмассы. Монолит этого материала после затвердевания может находиться под избыточным давлением, что также будет способствовать повышению несущей способности рельса. Этим же материалом может быть заполнено пространство между прутьями или проволоками силового элемента 2, что в значительной степени повышает его изгибную жесткость.

При выполнении адаптационного слоя в виде отдельных полос (фиг.3) одна из них (3а) располагается по линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки Р, образуемой линией качения несущих колес транспортного средства, а две другие – 3б, 3в (фиг.3) – в зонах подвижной рельсовой нагрузки Q, создаваемых вспомогательными, например, зажимными колесами транспортного средства, если таковые имеются.

Работает такой рельс следующим образом.

При движении транспортного средства по рельсу под каждым колесом транспортного средства образуется зона локальной деформации стенки корпуса 1 рельса, волна которой перемещается вместе с колесом. От внешней поверхности рельса к его внутренней поверхности (полости) зона деформации частично трансформируется (распределяется на большую площадь) естественным образом за счет толщины стенки, и далее передается адаптационному слою 3, который, в свою очередь, передает ее на большую площадь поверхности монолита материала-заполнителя 4. Благодаря этому монолит заполнителя 4 не испытывает запредельных давлений в зоне действия подвижной рельсовой нагрузки, и, следовательно, сохраняет свою несущую способность во времени.

Рельс описанной конструкции позволяет создать рельсовый путь струнного типа, обладающий высокой нагрузочной способностью.

Формула изобретения

1. Рельс транспортной системы, содержащий полый трубчатый корпус, внутри которого размещен протяженный силовой элемент, выполненный в виде одного или нескольких предварительно напряженных канатов, а объем свободных промежутков заполнен твердым монолитным материалом, отличающийся тем, что в нем между внутренней поверхностью стенки корпуса и монолитным материалом, по меньшей мере, в зонах приложения подвижной рельсовой нагрузки, размещен адаптационный слой из упругодеформируемого материала.

2. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что адаптационный слой из упругодеформируемого материала выполнен в виде оболочки, облегающей внутреннюю поверхность корпуса рельса.

3. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что адаптационный слой из упругодеформируемого материала выполнен в виде, по крайней мере, одной протяженной полосы, прилегающей непосредственно к внутренней поверхности стенки корпуса по линии приложения подвижной рельсовой нагрузки.

4. Рельс по п. 3, отличающийся тем, что полосы адаптационного слоя из упругодеформируемого материала имеют в поперечном сечении профиль сегмента цилиндрической полости корпуса.

5. Рельс по п. 3, отличающийся тем, что одна из полос адаптационного слоя из упругодеформируемого материала расположена по линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки от несущих колес транспортного средства, а две другие полосы адаптационного слоя расположены, предпочтительно, симметрично относительно линии приложения нормальной составляющей подвижной рельсовой нагрузки от несущих колес транспортного средства.

РИСУНКИ