Изобретение относится к области транспорта, в частности, к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типа. 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 и их объединений - структур как многорельсовых, так и типа "монорельс".
Известна транспортная система с рельсовой путевой структурой, образованной парой горизонтальных рельсов, каждый из которых выполнен в виде соединенных между собой вертикальной плитой (шейкой) труб, т.е. гантелевидного профиля, напоминающего стандартный рельс с двумя оппозитно расположенными головками (пат. США 5738016, кл. Е 01 В 25/10, 1998).
Известна также транспортная система (Юницкого), содержащая закрепленные на основании в пролетах между смежными опорами и жестко связанные между собой, по меньшей мере, одну основную рельсовую нить в виде предварительно напряженного силового органа, заключенного в корпус с сопряженной поверхностью качения для транспортных средств, и, по меньшей мере, одну вспомогательную нить с предварительно напряженным силовым органом, расположенную на другом уровне от основной нити (пат. РФ 2080268, кл. В 61 В, 5/02, 13/00, 1994) - прототип.
Транспортная система с путевой структурой такого типа обеспечивает высокую удельную несущую способность и низкую материалоемкость, благодаря чему позволяет создать необходимую для скоростного движения прямолинейность (ровность) пути при весьма больших пролетах между смежными опорами (до 25 м). Однако в реальных условиях местности при прокладке транспортной системы встречаются весьма протяженные участки, например овраги, поймы рек, которые для их преодоления требуют существенного увеличения пролетов между опорами при сохранении необходимой прямолинейности и жесткости рельсовых нитей.
Способ построения транспортной системы, реализуемый в известном техническом решении, включает в себя установку на основании анкерных и промежуточных опор, натяжение и закрепление на разных уровнях на анкерных опорах продольных силовых органов ("струн"), по меньшей мере, одной основной и одной вспомогательной нитей, а также последующую фиксацию основных и вспомогательных нитей на промежуточных опорах. Отсутствие связи между этими нитями в пролетах между смежными опорами (и соответствующей операции способа) не позволяет увеличить пролеты из-за недостаточной несущей способности такой путевой структуры.
В основу изобретения положена задача обеспечения возможности увеличения пролетов между смежными опорами при сохранении скоростных характеристик транспортной системы, ровности и жесткости путевой структуры.
Решение поставленной задачи в транспортной системе Юницкого, содержащей закрепленные на основании в пролетах между смежными опорами и жестко связанные между собой, по меньшей мере, одну основную рельсовую нить в виде предварительно напряженного силового органа, заключенного в корпус с сопряженной поверхностью качения для транспортных средств, и, по меньшей мере, одну вспомогательную нить с предварительно напряженным силовым органом, расположенную на другом уровне от основной нити, достигается тем, что основная и вспомогательная нити в пролетах между смежными опорами связаны между собой посредством последовательности периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов, продольные оси которых образуют с продольными осями основной и вспомогательной нитей треугольники.
Таким выполнением транспортной системы (с путевой структурой в виде струнно-стержневой фермы) благодаря сочетанию и взаимосвязи в ней свойств предварительно напряженной путевой структуры со свойствами структур конструкционной жесткости, каковыми являются традиционные стержневые фермы, обеспечивается возможность увеличения пролетов между опорами до 50-100 м и более практически при нулевой стреле провеса основной нити. Это позволяет строить транспортные системы как с многорельсовыми путевыми структурами, так и со структурами типа "монорельс".
Решение поставленной задачи обеспечивается как при выполнении вспомогательной нити в виде силового органа без сплошного корпуса (когда корпус как бы вырождается в множество рассредоточенных вдоль силового органа соединительных обечаек), так и при выполнении ее со сплошным протяженным корпусом, охватывающим силовой орган, натянутый в одной плоскости с основной нитью. В последнем случае вспомогательная нить (одна или более) будучи расположена под основной может использоваться в качестве подпорного рельса, имеющего боковую поверхность качения для пространственной ориентации навесных колесных транспортных средств (для транспортной системы типа "монорельс").
Решение задачи обеспечивается и в том случае, если вспомогательная нить в пролете между смежными опорами закреплена под основной нитью с прогибом вниз относительно нее.
Это также способствует увеличению несущей способности путевой структуры, так как предварительно напряженная вспомогательная нить при этом образует для основной нити распределенную по длине пролета опорную поверхность.
При наличии двух основных нитей, образующих одну горизонтальную колею дороги, путевая структура может включать в себя одну, две, три или четыре вспомогательные нити (с протяженным корпусом, охватывающим предварительно натянутый силовой орган, или без явно выраженного корпуса), располагаемые симметрично под основными двумя нитями.
Решение поставленной задачи обеспечивается и в том случае, если вспомогательная нить, закрепленная под основной нитью с прогибом вниз, выполнена с одним или несколькими дополнительными предварительно напряженными силовыми органами, связывающими с основанием или/и опорой одну или несколько ее промежуточных точек, соответствующих вершинам углов треугольников, образованных стержневыми элементами.
Таким выполнением вспомогательной нити достигается смещение рабочей зоны характеристики распределенной опоры, работающей подобно пружине, в область меньших деформаций (т.е. за счет увеличения крутизны характеристики упругой распределенной опоры). Жесткость такой опоры сохраняется до тех пор, пока дополнительный силовой орган (или множество их) находится в состоянии натяжения. Это также способствует возможности увеличения пролетов между опорами транспортной системы.
Решение задачи достигается и в том случае, если в последовательности зигзагообразно ориентированных стержневых элементов, связывающих между собой основную и вспомогательную нити, имеются стержневые элементы, ориентированные относительно основной нити по нормали.
Решение задачи обеспечения возможности увеличения пролетов между опорами достигается также тем, что образуемые зигзагообразной ориентацией стержневых элементов и нитей треугольники имеют в своей последовательности возрастающую от опор к середине пролета между ними высоту, при этом основная нить расположена с выгибом вверх относительно прямой линии, проходящей через точки ее закрепления на смежных опорах.
Таким выполнением путевой структуры транспортной системы достигается упреждающая компенсация неровности пути, которая могла бы возникнуть в динамике, при прохождении транспортного средства в пролете между смежными опорами. Тем самым обеспечивается возможность дополнительного увеличения пролетов между опорами без снижения скоростных параметров транспортной системы.
Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что расстояние на основной нити между смежными вершинами треугольников, образованных стержневыми элементами, и базовая длина транспортного средства удовлетворяют соотношению
где l1 - расстояние между смежными вершинами треугольников на основной нити, м;
l2 - базовая длина транспортного средства, м.
При соотношении l1/l2 < 0,1 расстояния l1 между вершинами треугольников струнно-стержневой фермы становятся настолько малыми в сравнении с l2 (т.е. в сравнении с габаритами транспортного средства), что она как бы вырождается в податливую нить, не обеспечивающую необходимую жесткость и ровность пути при движении такого протяженного транспортного средства (протяженного в сравнении с l1).
При соотношении l1/l2 > 2 произойдет перегрузка основной нити в интервале l1 вторым колесом транспортного средства, что потребует усиления основной нити и приведет к повышению ее материалоемкости.
Решение поставленной задачи достигается и в том случае, если сопряженная с корпусом основной нити поверхность качения образована головкой рельса железнодорожного типа, подошва которого соединена с корпусом нити.
Использование рельсов железнодорожного типа для построения структуры струнно-стержневого типа стало возможным благодаря тому, что жесткое соединение рельса с напряженной основной нитью (силовой орган которой натягивается вместе с рельсом до усилий в несколько сот тонн) исключает возможность потери устойчивости рельсом в случае появления температурных сжимающих напряжений в нем. Такая путевая структура может быть использована для движения железнодорожного транспорта, в том числе и скоростного, а также рудничных и шахтных транспортных средств (вагонеток) и др.
Решение задачи достигается и в том случае, если сопряженные с корпусами основных нитей поверхности качения объединены в общую поверхность, которая образована опирающимся на основные нити пакетом поперечных балок, уложенных с зазорами между собой и жестко соединенных между собой в точках, рассредоточенных по зазорам пакета в шахматном порядке.
Такое выполнение путевой структуры обеспечивает создание дорожного полотна без образования явно выраженных температурных деформационных швов, так как все температурные деформации возьмут на себя зазоры (имеющие величину 0,1-1 мм) между поперечными балками, пакет которых благодаря жесткому соединению балок точками в шахматном порядке будет работать как своеобразная гармошка без явных перемещений, так как каждая балка пакета будет лишь упруго прогибаться на величину зазора между ее точками связи с другими (смежными) балками.
Решение поставленной задачи в транспортной системе Юницкого (второй вариант), содержащей закрепленные на основании в пролетах между смежными опорами и жестко связанные между собой, по меньшей мере, одну основную рельсовую нить в виде предварительно напряженного силового органа, заключенного в корпус с сопряженной поверхностью качения для транспортных средств, и, по меньшей мере, одну вспомогательную нить в виде предварительно напряженного силового органа, заключенного в корпус с сопряженной поверхностью качения, расположенную эквидистантно под основной нитью, обеспечивается тем, что поверхность качения вспомогательной рельсовой нити расположена сбоку, при этом с основной нитью вспомогательная нить связана посредством последовательности периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов, продольные оси которых образуют с осями основной и вспомогательной нитей треугольники.
Таким выполнением транспортной системы обеспечивается дополнительная возможность ее использования для движения транспортных средств навесного типа, так как эквидистантно расположенные под основной нитью вспомогательные нити (от одной до трех) с боковыми поверхностями качения образуют вместе с нею единую путевую структуру типа "монорельс".
В частности, решение поставленной задачи обеспечивается в такой системе тем, что она содержит две вспомогательные нити с боковыми поверхностями качения, расположенные на одном уровне симметрично относительно основной нити и связанные межу собой стержневыми элементами.
Таким выполнением путевой структуры обеспечивается дополнительное повышение ее жесткости и несущей способности, а также улучшаются условия для обеспечения устойчивости и пространственной ориентации транспортных средств.
В способе построения транспортной системы, включающем установку на основании анкерных и промежуточных опор, натяжение и закрепление на разных уровнях на анкерных опорах продольных силовых органов, по меньшей мере, одной основной и одной вспомогательной нитей, а также последующую фиксацию основных и вспомогательных нитей на промежуточных опорах, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что после закрепления основных и вспомогательных нитей на промежуточных опорах их жестко связывают между собой системой рассредоточенных по пролету между смежными опорами стержневых элементов, продольные оси которых образуют с продольными осями основной и вспомогательной нитей треугольники.
Решение задачи обеспечивается также тем, что силовые органы основной и вспомогательной нитей натягивают на анкерные опоры с усилиями, которые выбирают согласно соотношениям
где T1 - усилие натяжения силового органа основной нити, кгс;
Т2 - усилие натяжения силового органа вспомогательной нити, кгс;
Р - нагрузка от транспортного средства на основную нить в интервале между смежными вершинами треугольников, образованных стержневыми элементами, кгс.
Такое натяжение продольных силовых органов нитей обеспечит оптимальные характеристики струнно-стержневой путевой структуры. Поскольку основная нить находится под непосредственным воздействием подвижной нагрузки (транспортного средства), то она работает как струнная балка (жесткая нить) в интервале l1 между смежными вершинами стержневых треугольников и как напряженная нить ("пояс") струнно-стержневой фермы на пролете l0 между смежными опорами. Поэтому жесткость основной нити будет определяться жесткостью как за счет натяжения T1 ее силового органа, так и за счет изгибной жесткости самой нити, образованной силовым органом, корпусом, элементами конструкции, создающими поверхность качения (и наполнителем, если таковой присутствует в корпусе).
При Т1 < 10 Р натяжение основной нити обеспечит в интервале l1 примерно только 10% жесткости, а 90% должны быть обеспечены за счет жесткости балки, имеющей, однако, повышенную материалоемкость. Поэтому дальнейшее уменьшение t1 нецелесообразно.
При T1 > 1000 Р локальную жесткость путевой структуры на 90% и более обеспечит натяжение T1 нити, поэтому жесткость струнной балки в интервале l1 будет недоиспользована, что также приведет к повышенной материалоемкости системы, в том числе за счет чрезмерного нагружения анкерных опор.
Вспомогательная же нить работает, в основном, как пояс струнно-стержневой фермы, поэтому усилия ее натяжения могут быть меньшими, чем у основной нити.
При T1 > 10 Т2 струнно-стержневая структура фермы вырождается в жесткую основную нить, так как она перестает работать как ферма из-за слабого второго пояса. При этом возможна потеря устойчивости струнно-стержневой структурой из-за появления в вспомогательной нити сжимающих усилий, обусловленных как изгибающим моментом в пролете l0 от подвижной нагрузки, так и температурными деформациями.
При T1 < 0,2 Т2 вспомогательная нить будет иметь избыточную прочность (по сравнению с основной нитью), что приведет к неоправданно повышенной материалоемкости и, следовательно, к нецелесообразности. При этом конструкция практически перестает работать как ферма из-за ослабленного верхнего пояса.
Решение поставленной задачи достигается и тем, что вспомогательные нити, расположенные на одном уровне эквидистантно основной нити, предварительно жестко соединяют между собой системой рассредоточенных по пролету стержневых элементов, после чего эти нити жестко соединяют стержневыми элементами с основной нитью.
Такая последовательность операций позволяет строить путевые структуры типа "монорельс", не нарушая параллельности вспомогательных нитей, образующих сопряженные с их корпусами боковые поверхности качения для пространственной ориентации транспортных средств навесного типа.
Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где представлены:
фиг.1 - схема общего вида транспортной системы;
фиг. 2 - фрагмент выполнения одного из возможных вариантов конструкционной связи между основной и вспомогательной нитями транспортной системы;
фиг. 3 (а, б, в) - возможные виды конструктивного выполнения рельсов основной нити;
фиг. 4 (а, б, в) - возможные виды конструктивного выполнения вспомогательной нити;
фиг. 5 (а, б, в) - возможные схемы взаимного расположения основной и вспомогательной нитей для транспортной системы монорельсового типа;
фиг. 6 (а, б, в, г, д, е) - возможные схемы взаимного расположения основной и вспомогательной нитей для многорельсовой транспортной системы;
фиг.7 - фрагмент транспортной системы с вспомогательной нитью, закрепленной между смежными опорами с прогибом вниз;
фиг.8 - фрагмент транспортной системы с вспомогательной нитью, выполненной с дополнительными предварительно напряженными оттягивающими силовыми органами;
фиг.9 - фрагмент транспортной системы с основной нитью, закрепленной между смежными опорами с выгибом вверх;
фиг. 10 - возможный вариант конструктивного сопряжения с корпусом основной нити поверхности качения в виде головки рельса железнодорожного типа;
фиг.11 (а, б, в) - один из видов конструктивного выполнения объединенной плоскостной поверхности качения (для езды поверху) в виде пакета поперечных балок, уложенных на основных нитях (проекции);
фиг. 12 (а, б) - возможные варианты размещения поверхностей качения, образованных пакетом поперечных балок на основных нитях (для езды понизу).
Предлагаемая транспортная система (фиг.1) содержит закрепленные на основании 1 между анкерными 2 и промежуточными 2' опорами, по меньшей мере, одну основную нить 3 и одну вспомогательную нить 4, размещенные на разных уровнях и жестко связанные между собой в предварительно натянутом состоянии посредством последовательности периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов 5 (фиг.2).
Основная нить 3 образована натянутыми между анкерными опорами 2 рельсами струнного типа (см. фиг.3а, 3б, 3в), которые могут иметь множество конструктивных разновидностей и помимо тех, что представлены на фиг.3 (а, б, в). Общей же особенностью рельсов такого типа является наличие протяженного корпуса 6 с сопряженной с ним поверхностью качения 6' и с заключенным внутри него предварительно напряженным продольным силовым органом 7. Поверхность качения 6' может быть образована поверхностью самого корпуса 6, например, в виде его верхней части - неявно выраженной головки (фиг.3б) или головки, выраженной явно (фиг. 3в), либо может быть образована рельсом или головкой накладного типа, как это показано на фиг.3а (а также на фиг.2), где функции корпуса 6 выполняет спираль из высокопрочной проволоки или ленты. В данном случае головка с удлиненной нижней частью (юбкой), перекрывающей большую часть поверхности спиралевидного корпуса 6, при натяжении нити на опорах берет на себя функции предварительно напряженного корпуса рельса. Со стержневыми элементами 5 юбка при этом соединяется посредством крепежных элементов 8, представляющих собой скобы, приваренные к юбке (и к стержневым элементам). В любом из вариантов конструкции сопряженная с корпусом 6 поверхность качения 6' образует гладкий путь для опорных колес 9 транспортного средства (фиг. 5а, 5б, 5в), каждое из которых дает нагрузку Р на путевую структуру.
В качестве силового органа 7 в струнных рельсах могут использоваться один или несколько пучков силовых элементов из высокопрочной стальной проволоки (фиг.3а), прутья, собранные в один пучок (фиг.3б) либо рассредоточенные по сечению полости корпуса 6 рельса, один или несколько стандартных витых или невитых канатов (фиг.3в), а также нити или ленты (не показано). Пустоты в корпусе между элементами силового органа могут заполняться твердеющим материалом на основе полимерных связующих или цементными смесями, которые жестко связывают в одно целое элементы силового органа и корпус, омоноличивая конструкцию струнного рельса.
Конструкции рельсов, показанные на фиг.3а, 3б, 3в и 4в, могут использоваться как для основной нити 3, так и для вспомогательной нити 4, а показанные на фиг.4а и 4б - только для вспомогательных нитей, так как они не имеют сплошного корпуса.
Вспомогательная нить 4 (фиг.1) может быть образована силовым органом 7' без явно выраженного корпуса, как это представлено на фиг.2, где функции корпуса частично выполняют крепежные элементы 8' - обечайки (фиг.2), хомуты (фиг. 4а) или зажимы (фиг.4б), обеспечивающие (преимущественно сваркой) со стержневыми элементами 5 жесткую связь между основной 3 и вспомогательной 4 нитями. Вспомогательная нить может быть образована и силовым органом, заключенным в жесткий корпус 6 по всему пролету между смежными опорами (фиг. 4в). Охваченный же крепежными элементами 8' силовой орган 7' может состоять из одного каната или прута (фиг.2) или может включать в себя несколько силовых элементов в виде канатов или прутьев (фиг.4а, 4б).
Выполнение в транспортной системе вспомогательной нити с корпусом 6 (фиг.4в), охватывающим натянутый под основной нитью продольный силовой орган по всей его длине, создает возможность использования такой путевой структуры для навесного (монорельсового) транспортного средства. В подобной структуре вспомогательная нить (одна или несколько) располагается эквидистантно под основной нитью и образует, по меньшей мере, одну дополнительную боковую поверхность качения для пространственной ориентации навесного транспортного средства. Монорельсовая путевая структура (фиг.5а, 5б, 5в) в зависимости от назначения и грузонасыщенности транспортной системы при одной основной нити 3 может включать в себя от одной (фиг.5а) до трех (фиг.5в) вспомогательных нитей 4, которые образуют две дополнительные боковые поверхности качения для вспомогательных колес 10 транспортного средства, при этом опорное колесо 9 опирается на основную нить 3 сверху. Для увеличения жесткости путевой структуры вспомогательные нити 4 соединены друг с другом поперечинами (стержневыми элементами) 5' (фиг.5б, 5в).
При построении многорельсовой транспортной системы (фиг.6а, 6б, 6в, 6г, 6д, 6е) она может включать в себя от одной (фиг.6а) до четырех вспомогательных нитей 4 (фиг.6е), располагаемых симметрично относительно двух основных нитей 3. При этом выбор числа вспомогательных нитей определяется грузонасыщенностью транспортной системы, а схема взаимного расположения их относительно основных нитей - конструктивными соображениями. Так, например, схемы, представленные на фиг.6в, 6д, 6е, обеспечивают большую жесткость выдержки базового размера колеи и позволяют обойтись без поперечин, которые подобно шпалам обычной железной дороги задают и поддерживают эту базу. Схемы же, показанные на фиг.6а, 6б, 6г, обеспечивают больше возможностей для дополнительной стабилизации подвижной единицы на основных нитях 3, например так, как это показано на предыдущем чертеже 5а - с использованием вспомогательных колес 10. В любом случае основная 3 и вспомогательные 4 нити, связанные между собой стержневыми элементами 5, размещены в одной плоскости - вертикальной или наклонной.
Для увеличения поперечной жесткости многорельсовой путевой структуры основные нити 3 (фиг. 6б) или вспомогательные нити 4 (фиг.6в) могут быть соединены поперечинами (стержневыми элементами) 5'.
Возможен также целый ряд схем с диагональной (перекрестной) ориентацией плоскостей расположения стержневых элементов, связывающих между собой основные и вспомогательные нити путевой структуры рассматриваемого типа (не показано).
Вспомогательная нить 4 может быть закреплена между смежными опорами 2' (фиг.7) с прогибом f вниз, что способствует повышению ровности пути, так как вспомогательная нить в этом случае образует распределенную опору для связанной с нею стержневыми элементами 5 основной нити 3. При этом благодаря увеличению расстояния между основной и вспомогательной нитями к середине пролета возрастает момент сопротивления эквивалентного сечения такой (струнно-стержневой) путевой структуры под нагрузкой. Вспомогательная нить 4 (фиг. 8) при этом может быть выполнена с одним или несколькими дополнительными предварительно напряженными силовыми органами 11, несущими функции оттяжек, которые связывают с основанием или/и с опорами вершины углов треугольников, образуемых стержнями 5 и нитью 4. Силовые органы с такими функциями благодаря их связи с вершинами углов стержневых треугольников позволяют обеспечивать более высокую прямолинейность основной нити струнно-стержневой путевой структуры при всех тех значениях расчетной нагрузки от транспортного средства, в диапазоне которых дополнительные силовые органы находятся под действием предварительно заданных растягивающих усилий. Силовые органы такого рода могут быть выполнены как ответвление от силового органа 7' вспомогательной нити 4 либо отдельно от вспомогательной нити с последующим сочлением их между собой. На указанном чертеже изображены два дополнительных силовых органа 11, связывающих с основанием 1 две равноудаленные от промежуточных опор 2' точки вершин углов стержневых треугольников на вспомогательной нити 4. Но на практике могут использоваться и другие схемы такой связи, в том числе и с меньшим (одна) или большим числом точек, а также как с наклонным размещением силового органа 11, так и с вертикальным (не показано).
Во всех вариантах выполнения вспомогательной нити с предварительным прогибом f (фиг.7, 8, 9) его значения выбирают согласно соотношению:
При соотношении f/l0 < 1/1000 относительное значение прогиба становится настолько малым, что это практически не скажется на работе струнно-стержневой фермы.
При значениях f/l0 > 1/20 путевая структура будет иметь повышенную материалоемкость из-за чрезмерного увеличения габаритов фермы по высоте в центре пролета, что нецелесообразно.
Для особо протяженных пролетов при условии сохранения скоростных характеристик транспортной системы целесообразно основную нить 3 (фиг.9) располагать с выгибом вверх в пролете между смежными опорами на величину Δ, упреждающую величину деформации (прогиб) ее под действием веса проходящего по пролету между опорами 2' транспортного средства 12. Обеспечивается такой (упреждающий) выгиб Δ выполнением последовательности указанных стержневых треугольников с возрастающей от периферии к середине пролета между смежными опорами высотой, что легко рассчитывается на основании известных предпосылок и зависимостей. При этом выгиб основной нити принимают в соответствии с соотношением
0,0001l0≤Δ≤0,01l0.
Базовая длина l2 транспортного средства 12 (расстояние между колесами) должна быть больше половины интервала l1 между смежными вершинами стержневых треугольников на основной нити 3 (фиг.9), то есть
l1/l2≤2.
При граничном соотношении l1=2l2 максимальный изгибающий момент от двух колес 9 с нагрузкой Р на каждое колесо в интервале l1 будет равен M'max= Р•l1/4, а максимальный изгибающий момент от одного колеса с нагрузкой Р, находящегося в центре этого же интервала l1, также будет равен M''max= Р•l1/4. Поэтому во всем диапазоне указанного соотношения работа основной нити на интервале l1 будет находиться в режиме нагружения одним колесом транспортного средства. При l1 > 2l2 изгибающий момент станет больше указанной величины под воздействием второго колеса, что приведет к перегрузке основной рельсовой нити на интервале l1 и увеличению ее материалоемкости, что нецелесообразно.
При другом граничном соотношении l1 < 0,1l2 интервал l1 между смежными вершинами треугольников на основной нити 3 становится настолько малым в сравнении с l2, что струнно-стержневая ферма будет работать как жесткая нить, натянутая усилием Т0=T1+Т2, то есть она вырождается в одиночную нить, имеющую недостаточную жесткость на больших пролетах. При оптимальном соотношении l1=l2 струнно-стержневая ферма имеет оптимальную жесткость при минимальной материалоемкости. Поэтому такое соотношение наиболее целесообразно для обеспечения высокой жесткости и ровности основной нити путевой структуры на больших пролетах.
Во всех рассмотренных выше случаях выполнения транспортной системы в последовательности периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов 5, связывающих между собой основную 3 и вспомогательную 4 нити, могут присутствовать стержневые элементы, ориентированные относительно основной нити нормально. При этом они могут либо чередоваться с наклонно ориентированными стержневыми элементами (фиг. 7), либо быть дополнительно установлены между ними (фиг.8).
Соединение стержневых элементов 5 с основной 3 и вспомогательной 4 нитями путевой структуры может производиться сваркой, клепкой, болтами либо другими известными способами. На вспомогательной нити для этого могут использоваться не только хомуты (фиг.4а) или зажимы (фиг.4б), но и обечайки в виде опрессовочных колец или патрубков, вплоть до ограниченных участков в виде корпуса без поверхности качения (не показано).
Поверхность качения 6' основной рельсовой нити может быть образована также головкой 6а рельса железнодорожного типа, который через подошву 6б и упругую подкладку 6в связан с корпусом 6 основной нити (фиг.10). Рельс может быть зафиксирован от боковых и продольных перемещений зажимами 6г с болтами 6д.
Такая конструкция транспортной системы может использоваться для железнодорожного или иного рельсового транспорта, в том числе высокоскоростного.
Сопряженная с корпусами основных нитей поверхность качения 6' в транспортной системе такого рода может быть образована и опирающимся на эти нити пакетом поперечных балок 6е (с дорожным покрытием или без него), уложенных на две или более основные нити 3 с зазорами δ между собой (фиг. 11а, 11б, 11в). Такой пакетный настил может быть выполнен из стальных балок или стального проката (швеллер, тавр, двутавр, уголок, труба), которые дискретно (например, сваркой) скреплены между собой в точках 6ж, рассредоточенных в шахматном порядке по зазорам между ними (фиг.11в). Это позволяет пакету в пределах суммарной упругой деформации балок 6е в промежутке δ между точками их соединения (за счет прогиба каждой из них на величину 0,1-1 мм) компенсировать температурные деформации без явно выраженных перемещений настила. Благодаря этому, температурные напряжения в настиле, работающем подобно нерастяжимой гармошке, не будут передаваться нитям, на которых он закреплен. При этом величина зазора δ между балками 6е, имеющими ширину "а", определяется соотношением
На настиле может быть уложено дорожное покрытие 6з, например асфальтобетонное или с использованием других пластичных связующих, образующее поверхность качения 6'.
Образованная настилом такого вида общая поверхность качения (которую можно назвать плоскостной) может монтироваться на основных нитях 3 путевой структуры как при их расположении над вспомогательными нитями 4 (фиг. 11а, 11б, 11в), так и при их расположении под вспомогательными нитями 4 (фиг.12а, б). При этом настил из пакета поперечных балок 6е может использоваться как с дорожным покрытием (фиг.12а), так и без него, например, в случае, когда поверхность качения в виде головки рельса 6а сопряжена с корпусами основных нитей посредством поперечных балок 6и, выполняющих при этом функции шпал (фиг.12б).
Описанная транспортная система работает следующим образом.
При появлении в пролете, например, между смежными промежуточными опорами 2' (фиг.1) транспортного средства 12, по мере его продвижения от одной опоры к другой возрастает изгибающий момент, создаваемый им относительно точки крепления на опоре основной нити 3, стремящийся прогнуть эту нить. Этому моменту противодействуют не только величины натяжения Т1 основной и Т2 вспомогательной нитей, но и жесткость пространственной структуры зигзагообразно ориентированных стержневых элементов 5, образующих вместе с обеими нитями своеобразную струнно-стержневую предварительно напряженную ферму, обладающую собственным моментом сопротивления в каждом сечении. Присутствие связанной жесткими стержневыми элементами 5 с основной рельсовой нитью 3 вспомогательной нити 4 приводит к тому, что воспринимаемая основной нитью 3 нагрузка через треугольники, образованные осями жестких стержневых элементов 5, передается вспомогательной нити 4, т.е. воспринимается всей путевой структурой, работающей подобно стержневой ферме (но предварительно напряженной). При этом, если вспомогательная нить 4 под основной нитью закреплена с прогибом f вниз (фиг.7, 8, 9), то момент сопротивления поперечного сечения такой путевой структуры при движении транспортного средства от опоры к опоре возрастает к середине пролета между ними, что уменьшает деформацию путевой структуры при движении транспортного средства.
Благодаря тому, что силовые органы основной 3 и вспомогательной 4 нитей предварительно натянуты до высоких напряжений, в них под действием расчетного изгибающего момента от расчетной нагрузки не возникают напряжения сжатия. Поэтому они сохраняют и устойчивость. Движение транспортного средства в пролете между опорами лишь изменит напряжения растяжения до меньших значений (например, с 10000 до 8000 кгс/см2). Кроме этого, во всем температурном диапазоне работы струнно-стержневой структуры (например, от +50oС летом до -50oС зимой) в ней не появятся результирующие сжимающие температурные напряжения, т.к. силовые органы нитей предварительно растянуты до усилий больших, чем максимальные температурные усилия сжатия, возникающие в сплошных протяженных элементах путевой структуры (силовой орган, корпус рельса, головка рельса). Тем самым исключается необходимость в температурных швах (стыках) в нитях и обеспечивается высокая ровность основной нити и сопряженной с ней поверхности качения.
При наезде транспортного средства 12 на путевую структуру с выгнутой вверх основной нитью (фиг.9) последняя, прогибаясь вниз (вместе с вспомогательной нитью 4 и стержневой структурой 5) на заранее определенную величину Δ, обеспечивает транспортному средству ровный (прямолинейный) путь движения. Наличие такого механизма взаимодействия транспортного средства с путевой структурой позволяет существенно увеличить пролеты между опорами без ухудшения ровности пути.
Работа путевой структуры, в которой сопряженная с корпусами нитей поверхность качения образована настилом из поперечных балок, уложенных пакетом, происходит аналогичным образом, так как путевая структура, образованная струнно-стержневыми фермами, остается неизменной.
В заявляемой транспортной системе могут использоваться транспортные средства и с иными видами взаимодействия с путевой структурой, например магнитный подвес, воздушная подушка.
Способ построения транспортной системы описанного типа осуществляется следующим образом.
После установки анкерных 2 и промежуточных 2' опор на основании 1 сначала на анкерные опоры 2 натягивают и закрепляют силовые органы основной 3 и вспомогательной 4 нитей путевой структуры (фиг.1, 7, 8, 9). Затем на промежуточных (поддерживающих) опорах 2' фиксируют (в проектном положении) обе нити относительно друг друга, после чего их жестко, например сваркой, связывают между собой последовательностью периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов 5, обеспечивая при этом необходимые величины натяжения (Т1 и Т2) основной и соответственно вспомогательной нитей.
Корпуса нитей могут монтироваться как до, так и после фиксации силовых органов нитей на промежуточных опорах.
Фиксацию нитей в проектном положении в пролете между смежными опорами при монтаже стержневых элементов 5 осуществляют известными вспомогательными средствами, например с помощью лесов и подмостей. Этими же средствами обеспечивается и соблюдение проектных значений усилий натяжения t1 и Т2 в процессе строительно-монтажных работ, так как основным условием неизменности этих усилий является отсутствие поперечных перемещений нитей в пролете между смежными опорами, что и обеспечивается фиксацией нитей. При этом усилия T1 и Т2 предварительного натяжения силовых органов основной и вспомогательной нитей выбирают в пределах
10 Р≤ Т1≤ 1000 Р,
0,2 Т2≤ Т1≤ 10 Т2,
которые находятся в диапазоне от 103 кгс (для легкотипных транспортных средств и малых пролетов) до 107 кгс (для тяжелых транспортных средств и больших пролетов).
При построении монорельсовой системы (фиг.5б, 5в) с несколькими вспомогательными нитями их вначале эквидистантно и на одном уровне закрепляют на опорах, соединяют между собой системой рассредоточенных по пролету стержневых элементов 5', после чего эти нити жестко соединяют с основной нитью стержневыми элементами 5.
При построении транспортной системы с прогнутой вниз вспомогательной нитью 4 (фиг.7, 8, 9) она может выполнять функции подмостей при монтаже основной нити 3 и стержней 5 (для этого ее прогиб f в струнно-стержневой ферме должен быть согласован с монтажным прогибом под действием веса монтируемых элементов).
Основные и вспомогательные нити могут натягиваться на анкерные опоры в виде плетей (длиной до 5000 м). В этом случае сплошной корпус 6 (фиг.3б, 3в, 4в) будет предварительно напряжен (растянут вместе с силовым органом). В случае использования наборного (спиралевидного) корпуса 6 (фиг.3а) корпус после натяжения силового органа 7 основной (или вспомогательной) нити напряжен не будет.
Выбор того или иного варианта конструктивного выполнения основной и вспомогательной нитей для построения транспортной системы определяется условиями ее эксплуатации, проектными требованиями к ней, прежде всего, ее назначением, видом перевозимых грузов, массой и скоростью движения транспортных средств.
Во всех описанных соотношениях размеры элементов (l0, l1, l2, Δ, f, δ, a) выражаются в метрах, а значения усилий (T1, Т2) и нагрузки (Р) - в кгс.
Описанная транспортная система может найти применение при строительстве как многорельсовых, так и монорельсовых магистралей в самых различных природных условиях, так как позволяет довести пролеты между опорами до 50-100 м и более при невысокой ее материалоемкости и соответственно стоимости.
Изобретение относится к области транспорта, в частности к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типов, и может быть использовано при создании скоростных дорог для больших городов и междугородных сообщений, в том числе в условиях сильнопересеченной местности, гор, пустынь, а также при построении многорельсовых или монорельсовых межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий и их объединений. В транспортной системе, содержащей закрепленную на опорах, по меньшей мере, одну основную нить в виде предварительно напряженного силового органа, заключенного в корпус с сопряженной поверхностью качения для подвижных средств, а также, по меньшей мере, одну вспомогательную нить с предварительно напряженным силовым органом, закрепленную на опорах на другом по отношению к основной нити уровне, основная и вспомогательная нити на протяжении всего пролета между смежными опорами жестко связаны между собой посредством последовательности периодически зигзагообразно ориентированных стержневых элементов, продольные оси которых образуют с продольными осями основной и вспомогательной нитей треугольники. В другом варианте выполнения транспортной системы основная и вспомогательная нити расположены по всему пролету эквидистантно между собой, при этом вспомогательная нить, закрепленная под основной нитью, имеет хотя бы одну боковую поверхность качения. Изобретение обеспечивает возможность увеличения пролетов между смежными опорами при сохранении скоростных характеристик транспортной системы. 3 с. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.
где l1 - расстояние между смежными вершинами треугольников на основной нити, м;
l2 - базовая длина транспортного средства, м.
где T1 - усилие натяжения силового органа основной нити, кгс;
Т2 - усилие натяжения силового органа вспомогательной нити, кгс;
Р - нагрузка от транспортного средства на основную нить в интервале между смежными вершинами треугольников, образованных стержневыми элементами, кгс.
| ЛИНЕЙНАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА | 1994 |
|
RU2080268C1 |
| DE 2849073 A1, 17.05.1979 | |||
| Способ получения анионита | 1983 |
|
SU1126576A1 |
| RU 99121181 A, 10.10.2001. | |||
