БАЛКА ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ДОРОГИ ДЛЯ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, В ЧАСТНОСТИ, ПОДВЕСНОЙ ДОРОГИ НА МАГНИТНОЙ ПОДВЕСКЕ Российский патент 2004 года по МПК B61B13/00 E01B25/00 

Изобретение относится к балке указанного в ограничительной части пункта 1 рода.

Балки для дорог такого типа широко известны (например, DE 3928277 C1, DE 3928278 С2). Они служат для движения в колее и для установки функциональных компонентов и соответствующих частей оборудования, таких как пакеты статора, боковые направляющие рельсов и направляющие скольжения, которые взаимодействуют с соответствующими установленными на транспортном средстве функциональными элементами, как, например, несущими магнитами, возбуждающими магнитами, магнитами тормозной системы и направляющими магнитами, а также с несущими полозьями или т.п.

Балки могут быть изготовлены из стали или бетона и выполнены в виде однопролетных или многопролетных балок. Для обеспечения теплового расширения они устанавливаются с помощью неподвижной и плавающей опор на опорах или на поддерживающей конструкции, сооруженной на грунте (например, DE 3404061 C1). При этом однопролетные балки на одном конце подпираются неподвижной опорой и на другом конце плавающей опорой, а двухпролетные балки на концах подпираются плавающей опорой и в середине неподвижной опорой. Балки, имеющие более двух пролетов, например, применяемые в стрелочных переводах, дополнительно к концевым плавающим опорам имеют две или более опор, позволяющих тепловое расширение в горизонтальном направлении, но препятствующих вертикальному перемещению. Практическая конструктивная длина двухпролетных балок составляет, например, 30-60 м, однопролетных балок около половины.

Балки описанного типа обладают тем свойством, что под воздействием колебаний температуры они деформируются, в частности могут выпукло изгибаться в направлении, перпендикулярном продольному направлению. В то время как верхний и нижний пояса балок при равномерном одновременном нагревании воспринимают одинаковую температуру и поэтому расширяются или сжимаются в продольном направлении почти равномерно, балки, например, при облучении солнцем деформируются по причине того, что верхние пояса при облучении солнцем нагреваются быстрее нижних поясов и поэтому расширяются больше, чем нижние пояса. При этом такие прогибы перпендикулярно продольным осям у однопролетных балок имеют значительно большую, приблизительно в три раза, амплитуду по сравнению с двухпролетной балкой и балкой с несколькими пролетами, так как на участке средней неподвижной опоры деформация практически невозможна.

Деформации описанного типа приводят к образованию волнистости дороги и тем самым к ухудшению комфортабельности езды. Кроме того, надежное движение в колее, а для подвесной дороги с магнитной подвеской также бесконтактная подвеска могут подвергаться опасности вследствие слишком большой деформации. Поэтому для устранения этой проблемы принято применять исключительно двухпролетные или многопролетные балки и учитывать вызванные увеличением габаритов и веса неудобства, связанные с изготовлением, транспортировкой и монтажом.

Для уменьшения деформации балок уже предлагалось наносить на их верхнюю сторону теплоизоляционное покрытие из полистирольного жесткого пенопласта и покрывающего его защитного слоя из бетона со стекловолокном. Однако относящиеся к этому испытания были прекращены, так как для таких покрытий трудно обеспечить достаточную длительную прочность. В частности, при обычной эксплуатации изготовленной из таких балок дороги вследствие разного теплового расширения материала балок по сравнению с материалом покрытия, с одной стороны, и вследствие разных видов перекрытия, с другой стороны, создаются большие поперечные напряжения и напряжения сдвига, которые отрицательно влияют на длительную прочность.

В противоположность этому в основу изобретения положена задача предложить теплоизоляционное покрытие, которое устойчиво и долговечно и при сильном облучении солнцем выдерживает нагрузки, возникающие при эксплуатации дороги.

Решению этой задачи служат отличительные признаки пунктов 1 и 11.

Изобретение обеспечивает преимущества, заключающиеся в том, что теплоизоляционные покрытия вследствие их установки на плавающие опоры не имеют отношения к системе жесткости балок. Благодаря этому напряжения в покрытии вследствие разных коэффициентов расширения минимизируются. Поэтому для покрытий можно также применять служащие для дополнительных целей, состоящие из высококачественных материалов пластины, например модули солнечной батареи. В частности, это дает то преимущество, что вследствие эффективной и долговечной теплоизоляции даже при сильном облучении солнцем можно долговременно обеспечить такую малую разность температур между верхним и нижним поясами, что однопролетные балки деформируются не сильнее, чем двух- или многопролетные балки с соответствующими габаритами.

Другие предпочтительные признаки раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью приложенных чертежей, которые показывают:

фиг.1 - схематично одну однопролетную и одну многопролетную балки и наступившие при облучении солнцем деформации;

фиг.2 - поперечное сечение стальной балки согласно изобретению;

фиг.3 - вид сверху участка дороги, образованного из нескольких стальных балок по фиг.2;

фиг.4 - поперечное сечение бетонной балки согласно изобретению.

Фиг.1 показывает в общих чертах схематично двухпролетную балку 1 и две расположенные в своем продольном направлении последовательно однопролетные балки 2 и 3, которые вместе имеют приблизительно такую же длину, что и двухпролетная балка 1. Балка 1 установлена в центре с неподвижной опорой 4 и на обоих концах с плавающими опорами 5. Балка 2 на левом по фиг.1 конце установлена с плавающей опорой 6 и на другом конце с неподвижной опорой 1, а балка 3 на обращенном к балке 2 конце установлена с неподвижной опорой 8 и на другом конце с плавающей опорой 9. Опоры или поддерживающие конструкции, на которых смонтированы опоры 5-9, для простоты не показаны.

В нижеследующем описании принимается, что для балок 1, 2 и 3 и в примерах выполнения по фиг.2-4 речь идет о подвесной дороге на магнитной подвеске, причем балка 1 имеет длину, например, 50 м, а балки 2 и 3, например, по 25 м. Поперечные сечения балок 1, 2 и 3 имеют, по существу, например, треугольную форму. Независимо от того, идет ли речь о стальных или бетонных балках, балки 1-3, как это видно на фиг.1, под воздействием сильного облучения солнцем могут изгибаться выпукло вверх, так как они нагреваются значительно быстрее на участке верхних поясов 1а, 2а и 3а, чем на участке нижних поясов 1b, 2b и 3b. Если, например, разность температур составляет 25°С, то амплитуды изгиба A₁ балки 1 могут составлять приблизительно 3 мм и А₂ балки 2 (соответственно 3) приблизительно 10 мм, причем последнее не допускается.

Балки описанного типа широко известны и нет необходимости описывать их более подробно. В этой связи можно лишь сослаться на публикации DE 3404061 C1, DE 3928277 C1 и ZEV-Glas.Ann., 105, 1981, Nr.7/8, S.204-215 во избежание повторений при описании предмета настоящего изобретения.

Во избежание слишком больших разностей температур между верхними и нижними поясами в соответствии с изобретением балки 11 предусмотрены по фиг.2 и 3 из стали и балки 12 по фиг.4 из бетона, причем в каждом случае изображены только левые половины балок. Правые половины балок могут быть выполнены зеркально-симметричными относительно левых половин, впрочем балки 11, 12 можно выполнить и придать им габариты аналогично балкам 1-3 согласно фиг.1.

Согласно фиг.2 балка 11 имеет, например, треугольное поперечное сечение, которое образовано двумя расположенными наклонно боковыми частями 14, которые на своей верхней стороне соединены между собой пластинчатым верхним поясом 15, а на своей нижней стороне - не показанным, например, трубчатым или также пластинчатым нижним поясом, предпочтительно сваркой. Кроме того, балка 11 на своей верхней наружной стороне снабжена тремя функциональными элементами, состоящими, как известно, например, из участка 16 для продольного статора обычного электродвигателя с прямолинейным полем, бокового направляющего рельса 17 и направляющей 18 скольжения, по которой при необходимости может скользить непоказанное транспортное средство на магнитной подвеске с установленными на нем несущими полозьями или полозьями скольжения.

В то время как направляющие 18 скольжения обычно плавно примыкают к верхней поверхности верхнего пояса 15 балки 11, верхний пояс 15 и соответственно средний участок верхнего пояса в соответствии с изобретением опущен под направляющими 18 скольжения параллельно им, то есть расположен напротив направляющих скольжения. Вследствие этого между плоскостью, образованной направляющими 18 скольжения, и верхней стороной верхнего пояса 15 возникает полость 19, которая в направлении к сторонам ограничена распорками 20, которые удлиняют боковые части 14 над верхним поясом 15 наружу вверх и на которых, например, сваркой закреплены планки 21, поверхности которых образуют направляющие 18 скольжения. Кроме того, на планках 21 и распорках 20 можно закрепить листы 22, предназначенные для крепления участков 16 для продольных статоров и боковых направляющих рельсов 17.

Открытая вверх полость 18 покрывается теплоизоляционным устойчивым к атмосферным явлениям покрытием 23, которое имеет предпочтительно расположенную заподлицо с направляющими 18 скольжения поверхность и проходит из соображений целесообразности только по ширине балки 11 между направляющими 18 скольжения для того, чтобы оно не могло быть повреждено при возможной установке несущих полозьев на направляющие 18 скольжения.

Согласно изобретению покрытие 23 выполнено из квадратных или соответственно прямоугольных изоляционных элементов 24 (см. также фиг.3), состоящих, например, из отдельных пластин, установленных в направлении продольной оси 25 балок 11 встык друг за другом. Чтобы не допустить того, чтобы изоляционные элементы 24, изготовленные из теплоизоляционного материала, например газобетона, подвергались воздействию слишком больших напряжений вследствие своих отличающихся от стали коэффициентов теплового расширения при сильном нагревании или охлаждении, они устанавливаются на балке 11 плавающими и тем самым развязаны по жесткости от балки 11. Для этого расположенные параллельно продольной оси 25 боковые кромки изоляционных элементов 24 вставлены в U-образные манжеты из упругого, например, резиноподобного материала с одной стороны. С другой стороны манжеты 26 зажаты между зажимной планкой 27, соединенной с относящейся к ней планкой 21, например, сваркой, и другой зажимной планкой 28, соединенной, например, болтами 29 и гайками с зажимной планкой 26. При этом зажимные планки 27, 28 расположены по всей длине балки 11, как показано на фиг.3.

В изготовленной из бетона балке 12 согласно фиг.4, на которой одинаковые детали снабжены одними и теми же позициями, что и на фиг.2 и 3, предусмотрено соответствующее перекрытие 23. С этой целью состоящая полностью из бетона балка 12 имеет верхний пояс 31 с верхней стороной, которая имеет образующее полость 32 углубление, которое, как и на фиг.2, сверху закрыто покрытием 23, а снизу ограничено верхним поясом 31. В противоположность фиг.2 и 3 здесь необходимо предусмотреть только верхнюю зажимную планку 28, так как она может быть закреплена с помощью болтов 33 и дюбелей 34 и т.п. непосредственно на выступающих по бокам деталях 35 балки 12, на которые опираются планки 21. В этом случае манжеты 26 прочно закреплены между соединяющим детали 35 с верхним поясом 31 отрезком балки и зажимными планками 28, но не связаны с балкой 12. Поэтому на виде сверху расположение согласно фиг.4 соответствует виду сверху по фиг.3 устройства по фиг.2.

Манжеты 26 изготавливаются из прочного, устойчивого к атмосферным воздействиям материала, например натурального каучука. Кроме того, они могут размещаться по всей длине балок 11, 12, измеренной параллельно продольной оси 25 (фиг.3), или состоять из отдельных кусков, в которые вставляется одна или несколько пластин 24. Толщина и упругость материала манжет выбираются такими, чтобы получалась необходимая плавающая опора, чтобы манжеты 26 воспринимали возникающие вследствие разных значений теплового расширения напряжения и чтобы в изоляционных элементах 24 не возникали трещины или т.п, обусловленные температурными воздействиями.

Согласно особенно предпочтительной и считающейся лучшей форме выполнения изобретения изоляционные элементы 24 состоят из пластинчатых модулей солнечной батареи.

Такие модули могут состоять, например, из кристаллических кремниевых полупроводниковых слоев, покрытых защитными слоями из стекла или пластмассы или другим способом быть устойчивы к атмосферным воздействиям, но должны быть помещены в корпус, пропускающий свет. Альтернативно можно применять элементы солнечной батареи, образованные с аморфным кремнием и т.п. или также разработанные в последнее время тонкослойные и тонкопленочные элементы, которые могут напыляться на соответствующие подложки из стекла, пластмассы или другого соответствующего теплоизоляционного материала. Благодаря этому создается то преимущество, что балки 11, 12 принимают новую функцию, а именно выработку электрической энергии средствами фотогальваники. Выработанная электрическая энергия может быть подана в сеть общего пользования или, если это вследствие происходящих при переезде подвесной дороги на магнитной подвеске затенении приводит к недопустимым колебаниям тока, обработана и использована, например, для производства водорода для топливных элементов, которые как будущие экологически предпочтительные приводные агрегаты сами пригодны для автомобилей или также для энергоснабжения подвесных дорог на магнитной подвеске.

Полость 19 служит предпочтительно в качестве кабельного канала, то есть для укладки электрических проводов и кабелей 36, в частности таких, которые служат для электрического соединения различных модулей солнечной батареи вдоль всей балки 11, 12. Кроме того, в полостях 19 дополнительно можно разместить проложенные вдоль трассы между подстанциями линейные кабели, необходимые для питания двигателя с продольным статором. Альтернативно и дополнительно в полостях 19 могут быть также размещены необходимые для управления и контроля системы управления и контроля рабочего процесса транспортных средств, а также электрические и телефонные провода и т.п. сетей общего пользования. Последнее представляется важным особенно в густонаселенных регионах.

Описанные балки 11 и 12 пригодны тем самым для сооружения многофункциональной дороги, в частности подвесных дорог на магнитной подвеске, тем, что большое количество балок устанавливается в направлении движения (соответственно в направлении продольных осей 25), как указано на фиг.3, одна за другой, и при этом, по меньшей мере, выбранные предпочтительно все балки выполнены как описанные балки 11 и 12. Таким образом полости 19 могут создать проходящие по всей дороге кабельные каналы, а модули солнечных батарей - протянувшуюся по всей дороге фотогальваническую электростанцию. Благодаря этому, с одной стороны, экономятся дополнительные затраты на кабельные каналы в грунте и, с другой стороны, создаются доходы от использования тока солнечных батарей.

Описанные балки 11, 12 и сооруженные из них дороги наряду с многофункциональностью дают, прежде всего, преимущество эффективной и длительной теплоизоляции для верхних поясов 15, 31 балок 11, 12. Путем соответствующего выбора материала и толщины изоляционных элементов 24 можно сохранять перепад температур между верхними и нижними поясами балок 11, 12 малым даже при сильном облучении солнцем. Вследствие этого можно также уменьшить поясненные с помощью фиг.1 деформации настолько, что однопролетные балки 2, 3 деформируются не больше, чем двухпролетные балки 1. Поэтому можно альтернативно прежней практике для дорог интересующего в данном случае типа применять уменьшенные по весу и габаритам однопролетные балки, в результате чего достигаются значительные упрощения и экономия затрат в части производств, транспортировки и монтажа.

Изобретение не ограничивается описанными примерами выполнения, которые можно неоднократно изменять. В частности, изобретение применимо также для других по форме и сечению балок по сравнению с изображенными балками, а также для выполненных иначе верхних поясов. В частности, было бы возможно расположить поверхности верхних поясов 15, 13 в плоскости поверхностей 18 скольжения и покрытия 23 с образованием полостей 19 на достаточном удалении над поверхностями 18 скольжения, если это позволяет высота устанавливаемых на них при известных условиях несущих полозьев. Кроме того, описанная плавающая опора с помощью манжет 26 может быть обеспечена также другими соответствующими средствами, причем и пластинчатые изоляционные элементы 24 можно заменить другими соответствующими средствами для теплоизоляции, например кассетами, наполненными рыхлым изоляционным материалом. При этом ясно, что речь может идти также о балках для дорог других транспортных средств, а не только для транспортных средств на магнитной подвеске. Наконец, разумеется, что отдельные признаки могут быть применены также в других, а не только в изображенных и описанных комбинациях.

Изобретение относится к конструкциям балок для дорог, предназначенных для перемещения по ним, в частности, подвесных транспортных средств. Балка имеет нанесенное на ее верхнюю сторону теплоизоляционное покрытие. Покрытие является плавающим и образовано несколькими изоляционными элементами, которые закреплены на поверхности балки манжетами. Манжеты закреплены с помощью зажимных планок на верхней стороне балки. Каждый изоляционный элемент является плавающим. Манжеты могут быть выполнены резиноподобного материала. По меньшей мере частично покрытие снабжено фотогальваническими элементами солнечной батареи. Под покрытием предусмотрена полость, проходящая в направлении движения транспортного средства. Балка снабжена направляющими скольжения, между которыми расположено упомянутое покрытие. Балка может быть выполнена из стали или из бетона. В полости могут быть проложены провода и кабели. Изобретение обеспечивает повышение надежности и долговечности. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Балка для сооружения дороги для рельсовых транспортных средств, в частности подвесной дороги на магнитной подвеске, с нанесенным на ее верхнюю сторону теплоизоляционным покрытием (23), отличающаяся тем, что покрытие (23) установлено плавающим, причем это покрытие образовано несколькими изоляционными элементами (24), которые закреплены на поверхности балки манжетами (26), причем манжеты (26) закреплены с помощью зажимных планок (27) на верхней стороне балки.2. Балка по п.1, отличающаяся тем, что каждый изоляционный элемент (24) установлен плавающим.3. Балка по п.1, отличающаяся тем, что манжеты (26) выполнены из упругого материала.4. Балка по п.3, отличающаяся тем, что манжеты (26) состоят из резиноподобного материала.5. Балка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что изоляционные элементы (24), по меньшей мере, частично снабжены фотогальваническими элементами солнечной батареи.6. Балка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что под покрытием (23) предусмотрена полость (19), проходящая в направлении движения.7. Балка по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что она снабжена на своей верхней стороне установленными по бокам функциональными элементами в виде направляющих (18) скольжения, а покрытие (23) установлено между направляющими (18) скольжения.8. Балка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она выполнена из стали и имеет верхний пояс (15), расположенный между направляющими (18) скольжения и образующий дно полости (19).9. Балка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она выполнена из бетона, и ее верхний пояс (31) имеет между направляющими (18) скольжения углубление, предназначенное для образования полости (19).10. Балка по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что она выполнена однопролетной.11. Балка по одному из пп.6-9, отличающаяся тем, что полость (19) предназначена для укладки проводов и кабелей (36).