РЕЛЬС ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ЮНИЦКОГО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК E01B25/00 E01B5/08 

Изобретение относится к транспорту, в частности к транспортным системам, использующим рельсовую путевую структуру, таких как монорельсовые и многорельсовые дороги - подвесные, эстакадные и т.п.

Известен несущий рельс, используемый для подвесных железных дорог, крановых путей и аналогичных транспортных систем, содержащий несколько канатов (см. описание к заявке ЕПВ 0137153, G 01 В 25/24, 1985 /1/), заключенных в корпусе-обойме.

Недостатком известной конструкции является недостаточная жесткость, что приводит к прогибу рельса при перемещении по нему транспортного средства.

Известна линейная транспортная система, которая использует рельс, содержащий головку, тело и подошву (см. описание к заявке ЕПВ 0010733, Е 01 В 25/00, 1980 /2/). Рельс соединен с предварительно напряженным продольным элементом, смонтированным на основании. Предварительно напряженный продольный элемент выполнен в виде трубы, размещенной в цементно-бетонном полотне, на котором размещены рельсы, и соединенной с подошвой рельса посредством поперечных перегородок.

Недостатком линейной транспортной системы является соединение предварительно напряженного элемента с рельсом не по всей длине рельса (с промежутками) и сохранение расстояния между рельсом и предварительно напряженным элементом постоянным, что приводит к переменной жесткости рельсового пути между местами соединения рельса с предварительно напряженным продольным элементом и является причиной переменного вдоль рельса прогиба при перемещении транспортного средства. В результате наличие стыков рельсов и переменный прогиб являются серьезным препятствием для создания "бархатного" пути для подвижной единицы и достижения высоких скоростей движения на такой транспортной системе.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является рельс, используемый в транспортной системе Юницкого (см. описание к патенту РФ 2080268, В 61 В 5/02, Е 01 В 25/22, 1997 /3/, колонка 18, фиг.6 и 7). Известный рельс выполнен в виде полого корпуса, соединенного с головкой. Внутри полого корпуса размещен предварительно напряженный продольный наборный элемент, устанавливаемый в специальной обойме ниже головки рельса. Наборный элемент выполнен из размещенных параллельно друг другу проволок с поперечным сечением произвольной формы - квадратной, круглой, прямоугольной, шестиугольной и т.п. или пластин.

Недостатком известного рельса является достигаемая им относительно невысокая жесткость при накладываемом ограничении массогабаритных характеристик.

Заявляемые в качестве изобретений варианты реализации рельса транспортной системы Юницкого направлены на повышение жесткости, удобства и надежности эксплуатации.

Указанный результат достигается тем, что рельс транспортной системы Юницкого содержит головку и полый П-образный корпус с размещенным внутри по крайней мере одним предварительно напряженным продольным наборным элементом, при этом нижние кромки корпуса снабжены обращенными наружу утолщениями.

Указанный результат достигается также тем, что площадь поперечного сечения утолщений выбрана из условия
0,2≤F_у/F_г≤5;
0,2≤(F_г+F_у)/F_с≤5,
где F_у - площадь поперечного сечения утолщений, мм²;
F_г - площадь поперечного сечения головки рельса, мм²;.

F_с - площадь поперечного сечения наборных элементов, мм².

Указанный результат достигается также тем, что утолщения выполнены в поперечном сечении в виде четырехугольника.

Указанный результат достигается также тем, что утолщения выполнены полыми с размещенным внутри предварительно напряженным продольным наборным элементом.

Указанный результат достигается также тем, что верхняя поверхность утолщения расположена под углом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса.

Указанный результат достигается также тем, что головка рельса выполнена двускатной с углом при вершине 135-179^o.

Указанный результат достигается также тем, что продольный наборный элемент выполнен в виде спирального каната.

Указанный результат достигается тем, что рельс транспортной системы Юницкого содержит головку и полый корпус с размещенным внутри по крайней мере одним предварительно напряженным продольным наборным элементом, при этом корпус рельса в поперечном сечении выполнен трапециевидным с большим нижним основанием.

Указанный результат достигается также тем, что размеры поперечного сечения корпуса выбраны из условия
0,01≤(В-А)/2Н≤1,
где А - длина верхнего основания трапеции, мм;
В - длина нижнего основания трапеции, мм;
Н - высота трапеции, мм.

Указанный результат достигается также тем, что боковые стенки корпуса рельса образуют между собой угол 1-90^o.

Отличительными признаками первого варианта реализации заявленного рельса являются:
- снабжение нижних кромок корпуса обращенными наружу утолщениями;
- выбор площади поперечного сечения утолщений из указанных выше условий;
- выполнение утолщений с поперечным сечением в виде четырехугольника;
- выполнение утолщений полыми с размещенным внутри предварительно напряженным продольным наборным элементом;
- расположение верхней поверхности утолщения под углом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса;
- выполнение головки рельса двускатной с углом при вершине 135-179^o;
- выполнение продольного наборного элемента в виде спирального каната.

Отличительными признаками второго варианта рельса являются:
- выполнение корпуса рельса в поперечном сечении трапециевидным с большим нижним основанием;
- выбор размеров поперечного сечения корпуса из указанного выше условия;
- снабжение нижних кромок корпуса обращенными наружу утолщениями;
- выбор площади поперечного сечения утолщений из указанных выше условий;
- выполнение утолщений с поперечным сечением в виде четырехугольника;
- выполнение утолщений полыми, с размещенным внутри предварительно напряженным продольным наборным элементом;
- расположение верхней поверхности утолщения под углом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса;
- выполнение головки рельса двускатной с углом при вершине 135-179^o;
- выполнение продольного наборного элемента в виде спирального каната;
- образование боковыми стенками корпуса рельса между собой угла 1-90^o.

Снабжение нижних кромок корпуса утолщениями, обращенными наружу, позволяет, с одной стороны, повысить жесткость конструкции, а с другой - облегчить монтаж рельсов при использовании их в транспортной системе.

Выбор площади поперечного сечения утолщений, определяемый приведенными выше неравенствами, обусловлен тем, что в целом данная конструкция рельса рассматривается как состоящая из определенной жесткости балки т.е. корпуса рельса, лежащей на упругой основе - предварительно напряженном продольном наборном элементе. Если взять соотношения площадей больше 5, то это приводит к неоправданному расходу материала и ухудшает массогабаритные характеристики рельса не приводя при этом к дальнейшему существенному повышению жесткости, если же соотношения площадей становятся менее 0,2, то, как показывают расчеты и испытания, увеличение жесткости практически не ощутимо. Определение граничных значений двумя неравенствами обусловлено необходимостью обеспечить эффективную работу пары "корпус рельса - продольный наборный элемент". Поэтому, с одной стороны, необходимо оптимальное соотношение между поперечными сечениями наборного элемента и элементами корпуса рельса (головки и утолщений, как обеспечивающих жесткость), так и между поперечными сечениями непосредственно самих элементов корпуса рельса - головки и утолщений, чтобы обеспечить равномерное распределение жесткости по сечению рельса.

Утолщения могут быть выполнены с поперечным сечением любой формы (круг, овал, шестигранник и т.п.), однако наиболее предпочтительной является четырехугольная форма, т.к. при таком выполнении облегчается монтаж рельсов, в частности проблема крепления к несущим рельс элементам - опорам эстакады или верхнему строению пути. С другой стороны, повышается надежность в эксплуатации, т. к. снижается скорость коррозии, поскольку отсутствуют застойные зоны, задерживающие атмосферные осадки. В частности, выполнение верхней поверхности утолщений, сечение которых является четырехугольным, под утлом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса обеспечивает удаление атмосферных осадков с утолщений. Если верхняя поверхность наклонена под углом больше, чем 85^o, то не обеспечивается эффективное удаление осадков. Выполнение же поверхности с наклоном меньше 5^o существенно увеличивает высоту корпуса при обеспечении заданного сечения уплотнений, что ведет к неоправданному увеличению массогабаритных характеристик. Выполнение головки рельса двускатной также повышает надежность эксплуатации рельса, т.к. на наклонных поверхностях головки не будут задерживаться атмосферные осадки. Кроме этого, обеспечивается стабилизация колеса при движении по такому рельсу транспортных средств с большой скоростью.

Выполнение угла при вершине больше 179^o не обеспечивает удаления осадков, а при углах менее 135^o головка рельса начинает быстро изнашиваться вследствие повышения локальных нагрузок от колес транспортного средства в окрестностях вершины двугранного угла.

Продольный наборный элемент может быть выполнен так же, как в прототипе, в виде невитого каната из проволок и/или полос, а может быть выполнен в виде одного или нескольких спиральных канатов, что упрощает монтаж пути транспортной системы.

В частных случаях реализации утолщения в нижней кромке корпуса могут быть выполнены полыми, а в них размещены предварительно напряженные продольные наборные элементы. В этом случае повышается надежность эксплуатации транспортной системы в целом и устойчивость рельсового пути, т.к. образуются три работающих пары "рельс - наборный элемент" вместо одной.

Выполнение в одном из общих случаев рельса с поперечным сечением трапециевидной формы обеспечивает повышение боковой жесткости, что особенно важно при использовании рельса для эстакадных дорог, когда рельсовый путь может испытывать боковые нагрузки под воздействием порывов ветра. Приведенное соотношение размеров трапециевидного сечения оговаривает область значений, в которых являются оптимальными массогабаритные характеристики и зависящая от них жесткость рельса. Выход за их пределы означает, что в одном случае жесткость снизится ниже требуемых значений, а в другом - дальнейшее увеличение жесткости приведет к неоправданному возрастанию расхода материалов на изготовление, да и дальнейшее увеличение становится нецелесообразным, т.к. сведет на нет эффект от совместного использования корпуса рельса и наборного элемента.

Выполнение боковых стенок корпуса рельса с образованием между собой угла 1-90^o обеспечивает достижение оптимальной жесткости рельса, поскольку при выходе за оговоренные пределы жесткость рельса начинает снижаться.

Сущность заявляемых конструктивных выполнении рельса транспортной системы Юницкого поясняется примерами реализации и чертежами. На фиг.1 схематично представлен поперечный разрез рельса с корпусом П-образной формы с утолщениями овальной формы в сечении (выделены пунктиром); на фиг.2 представлен поперечный разрез рельса с утолщениями в виде четырехугольника в сечении; на фиг.3 представлен поперечный разрез рельса с двускатной головкой; на фиг.4 - поперечный разрез рельса с корпусом трапециевидной формы в общем случае; на фиг. 5 - частный случай реализации рельса с трапецсвидным сечением корпуса; на фиг.6 - поперечный разрез рельса с полыми утолщениями.

Первый вариант рельса в общем случае содержит П-образный корпус 1 с головкой 2. Головка выполнена в виде отдельного конструктивного элемента, жестко связанного с корпусом рельса. Внутри корпуса размещены один или несколько предварительно напряженных продольных элементов 3. Нижние кромки корпуса рельса снабжены обращенными наружу утолщениями 4, площадь поперечного сечения которых выбирается из условий, приведенных выше.

В частных случаях реализации (см. фиг.2) утолщения выполняют с поперечным сечением четырехугольной формы, при этом верхняя поверхность утолщения расположена под углом α, выбираемым в пределах 5-85^o.

В частных случаях реализации (см. фиг.3) головка 2 рельса выполняется двускатной, с углом при вершине β, выбираемым в пределах 135-179^o.

Второй вариант реализации рельса транспортной системы Юницкого в общем случае содержит полый корпус 1 трапециевидной формы, головку 2 и предварительно напряженный наборный элемент 3.

В частных случаях реализации нижние кромки корпуса рельса как в первом варианте снабжаются утолщениями 4 с площадью сечения, выбираемой по тем же условиям.

Кроме того, в частных случаях размеры трапециевидного сечения выбирают из условий, оговоренных выше и углом γ между боковыми стенками от 1 до 90^o (фиг.5).

Так же, как и в первом варианте у рельса с трапециевидным корпусом головка может быть выполнена двускатной.

В частных случаях как рельс с П-образным сечением, так и с трапециевидным могут выполняться с полыми утолщениями, в которых размещается (см. фиг.6) предварительно напряженный продольный наборный элемент 5, выполняемый аналогично элементу 3 из проволок и/или полос. В частных случаях реализации головка и корпус рельса могут быть выполнены как одно целое (см. фиг.3, 5).

Изготавливается рельс по известной технологии, например, как в /3/.

Работа устройств не описывается, т.к. они используются в статике.

Группа изобретений относится к оборудованию транспортных систем, использующих рельсовую путевую структуру с монорельсовыми или многорельсовыми дорогами. Рельс содержит головку и полый корпус, выполненный П-образным или с наклоненными друг к другу боковыми стенками. Внутри корпуса размещен по крайней мере один предварительно напряженный продольный наборный элемент. Нижние кромки корпуса снабжены обращенными наружу утолщениями с оговариваемыми формой и площадью поперечного сечения. Группа изобретений обеспечивает повышенные жесткость конструкции, удобство и эксплуатационную надежность. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Рельс транспортной системы, содержащий головку и полый П-образный корпус с размещенным внутри по крайней мере одним предварительно напряженным продольным наборным элементом, отличающийся тем, что нижние кромки корпуса снабжены обращенными наружу утолщениями, площадь поперечного сечения которых выбрана из условий
0,2≤F_у/F_г≤5;
0,2≤(F_г+F_у)/F_с≤5,
где F_у - площадь поперечного сечения утолщений, мм²;
F_г - площадь поперечного сечения головки рельса, мм²;
F_с - площадь поперечного сечения наборных элементов, мм². 2. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что утолщения выполнены с поперечным сечением в виде четырехугольника. 3. Рельс по п. 2, отличающийся тем, что утолщения выполнены полыми с размещенным внутри предварительно напряженным продольным наборным элементом. 4. Рельс по п. 3, отличающийся тем, что верхняя поверхность утолщения расположена под углом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса. 5. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что головка рельса выполнена двускатной с углом при вершине 135-179^o. 6. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что продольный наборный элемент выполнен в виде спирального каната. 7. Рельс транспортной системы, содержащий головку и полый корпус с размещенным внутри по крайней мере одним предварительно напряженным продольным наборным элементом, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса наклонены навстречу друг другу, размеры поперечного сечения корпуса выбраны из условия
0,01≤(В-А)/2Н≤1,
где А - расстояние между боковыми стенками внутри корпуса под головкой рельса, мм;
В - расстояние между стенками внутри корпуса в его основании, мм;
Н - высота корпуса, мм,
а площадь поперечного сечения утолщения - из условий
0,2≤F_у/F_г≤5;
0,2≤(F_г+F_у)/F_с/5,
где F_у - площадь поперечного сечения утолщений, мм²;
F_г - площадь поперечного сечения головки рельса, мм²;
F_с - площадь поперечного сечения наборных элементов, мм². 8. Рельс по п. 7, отличающийся тем, что нижние кромки корпуса снабжены обращенными наружу утолщениями. 9. Рельс по п. 8, отличающийся тем, что утолщения выполнены с поперечным сечением в виде четырехугольника. 10. Рельс по п. 9, отличающийся тем, что утолщения выполнены полыми с размещенным внутри предварительно напряженным продольным наборным элементом. 11. Рельс по п. 8, отличающийся тем, что верхняя поверхность утолщения расположена под углом 5-85^o к продольной плоскости симметрии рельса. 12. Рельс по п. 7, отличающийся тем, что головка рельса выполнена двускатной с углом при вершине 135-179^o. 13. Рельс по п. 7, отличающийся тем, что продольный наборный элемент выполнен в виде спирального каната. 14. Рельс по п. 7, отличающийся тем, что боковые стенки корпуса рельса образуют между собой угол 1-90^o.