СНЕГОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК E01F7/02 

Изобретение относится к области зимнего содержания транспортных путепроводов, а именно к снегозащитным устройствам, и может быть использовано для защиты автомобильных, железных дорог и других объектов от снежных заносов.

Известно снегозащитное устройство, выполненное в виде вертикально установленных вдоль дороги с наветренной стороны щитов с жесткой перфорированной поверхностью [Труды Транспортно-энергетического института под ред. К.Н.Коржавина. Вып.4: Транспортный. Вопросы теории и практики защиты железных дорог от снежных заносов, изд. АН СССР, Зап.-Сиб. Филиал, Новосибирск, 1954 г., с.111-127].

Их действие основано на снижении скорости ветра в приземном слое в следе за устройством, что приводит к выпадению там переносимого ветром снега, который не долетает до защищаемого объекта. Для эффективной работы устройства в течение всего зимнего сезона необходимо, чтобы задерживаемый им снег не засыпал его, а выпадал на некотором расстоянии за устройством в виде длинного и относительно низкого сугроба. Это достигается если, с одной стороны, непосредственно за устройством отсутствуют возвратные течения, а с другой стороны, заметное снижение скорости ветра имеет место на достаточно большом расстоянии за ним.

Экспериментально установлено, что при нормальном к ветру расположении оптимальными характеристиками обладает устройство с площадью отверстий (проницаемостью) 50% от общей поверхности. Коэффициент сопротивления такого устройства С_хопт˜1. При существенно меньшей проницаемости (С_х>С_хопт) происходит образование возвратных течений и быстрому засыпанию устройства снегом, при большей (С_х<С_хопт) - снижение скорости за устройством недостаточно для эффективного выпадения снега.

Основным недостатком жестких перфорированных щитов является резкое снижение их коэффициента сопротивления при отклонении направления ветра от нормали к линии их установки более чем на 30° примерно пропорциональном cos²α. Здесь α - угол между нормалью к плоскости устройства и направлением ветра. Это приводит к потере эффективности снегозадержания при косой обдувке устройства.

Известно снегозащитное устройство, включающее щит со щупом, смонтированный на опорах с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и поворота вокруг горизонтальной оси, и механизм фиксации положения щита. Щит установлен под углом в вертикали, механизм фиксации положения щита включает в себя зубчатые рейки с асимметричными зубьями, шарнирно смонтированные на опорах одним концом, и направляющие скобы, закрепленные на опорах вдоль указанных реек. Горизонтальная ось поворота щита установлена между зубьями реек. Щуп выполнен с лыжами на нижнем конце и жестко соединен со щитом [Авторское свидетельство СССР №1300074, кл. E01F 7/02, опубл. 1987 г.].

Известное устройство позволяет повысить надежность работы, за счет постоянной работоспособности устройства по мере накопления снега под снегозащитой.

Однако устройство имеет ряд недостатков: такие щиты трудоемки в изготовлении; сложны по конструкции; требуют большого количества материала; высокая стоимость их изготовления и хранения; крепление их неудобно; щиты нуждаются в переустановках при изменении ветра; требуют организованного хранения; не эффективная защита от снежных заносов из-за сильного увеличения сопротивления при α>45° из-за перекрытия щитом почти всей площади нормального к ветру сечения.

Известно снегозащитное устройство, содержащее опоры, горизонтально закрепленные между ними в несколько ярусов оси и смонтированные на них с возможностью поворота в вертикальной плоскости щитки, имеющие пластины жестко прикрепленные к нижней их границе перпендикулярно к плоскости щитков [Авторское свидетельство СССР №1164360, кл. E01F 7/02, опубл. 1985 г.].

В известном устройстве при усилении ветра щитки и пластины, поворачиваясь на осях, автоматически уменьшают просветность устройства и увеличивают тем самым эффективность снегозадержания.

Известное устройство также имеет недостатки: трудоемкость изготовления, требуется большое количество материала, крепление щитов неудобно, сложность конструкции, высокая стоимость не позволяет создать мобильное заграждение для различных направлений воздушных потоков, сильное увеличение сопротивления при α>45° из-за перекрытия щитом почти всей площади нормального к ветру сечения.

Наиболее близким техническим решением к преложенному является снегозащитное устройство, включающее опорную раму и смонтированные на ней в несколько рядов прямоугольные снегозащитные элементы, установленные на горизонтальных неподвижных осях с возможностью поворота [Авторское свидетельство СССР №1280079, кл. E01F 7/02, опубл. 1986 г.]. Снегозащитные элементы выполнены в виде щитков, состоящих из двух плоскостей, расположенных под углом друг к другу. Ось поворота каждого щитка расположена по линии пересечения составляющих его плоскостей, а каждая из последних установлена с наклоном к горизонтальной плоскости. Опорная рама снабжена ограничителями поворота щитков. Такое выполнение щитков обеспечивает их ориентацию по нормали к ветру.

При косых направлениях метелевого ветра щитки закрывают защищаемый объект, а при усилении ветра за счет поворота щитков вокруг оси просветность устройства уменьшается и повышается эффективность его работы.

Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, высокая стоимость и сильное увеличение сопротивления при α>45° из-за перекрытия щитами почти всей площади нормального к ветру сечения. Кроме того, устройство не позволяет создать мобильное заграждение для различных направлений воздушных потоков. Известное устройство трудоемко в изготовлении; требует большого количества материала; высокая стоимость в изготовлении и хранении.

Задача, решаемая настоящим техническим решением, заключается в снижении стоимости снегозащитного устройства и обеспечении его эффективной работы в широком диапазоне углов обдува.

Поставленная задача решается тем, что в снегозащитном устройстве, включающем опорную раму и смонтированные на ней в несколько рядов прямоугольные снегозащитные элементы, установленные на неподвижных осях с возможностью поворота, снегозащитные элементы выполнены гибкими и соединены одной из сторон с осями посредством гибкого крепежного элемента, неподвижные оси выполнены в виде стержней или тросов и установлены в опорной раме вертикально, при этом расстояние между ними составляет не менее длины снегозащитного элемента.

Предпочтительно снегозащитные элементы выполнить из технической ткани или полимерного материала, например из технической ткани на нейлоновой основе с покрытием из поливинилхлорида.

Целесообразно снегозащитные элементы выполнить равновеликими по размеру.

Целесообразно опорную раму выполнить из верхних и нижних стоек, верхнего и нижнего распоров и раскоса, соединяющего верхние стойки опорной рамы с нижними стойками.

Предпочтительно, чтобы снегозащитное устройство содержало n опорных рам.

На фиг.1 представлен общий вид снегозащитного устройства в сборе в виде забора, состоящего из трех элементов (снегозащитные элементы изображены только на одной оси).

На фиг.2 - вид сбоку устройства.

На фиг.3 - вид крепления снегозащитных элементов к осям - тросам.

На фиг.4 - вид крепления снегозащитных элементов к гибкому крепежному элементу - стропе.

Снегозащитное устройство состоит из опорной рамы и смонтированных на ней в несколько рядов прямоугольных снегозащитных элементов 1, установленных на вертикальных неподвижных осях 2 с возможностью поворота.

Снегозащитные элементы 1 выполнены равновеликими по размеру (например, в виде квадратных кусков материала со стороной не менее 30 см), гибкими из технической ткани или полимерного материала, например из технической ткани на нейлоновой основе с покрытием из поливинилхлорида, и соединены одной из сторон с осями 2 посредством стропы 3, т.е. соединены в виде флага. Снегозащитные элементы 1 пришиты и/или приклепаны к стропе 3, при этом последняя крепиться к осям 2 зажимами 4. Количество снегозащитных элементов 1 на стропе 3 определяется средней силой ветра (для ветровой нагрузки до 40 м/сек) в месте установки забора и размерами защищаемого объекта. При закреплении снегозащитных элементов на соседних осях необходимо соблюсти рядность расположения элементов для обеспечения работы устройства.

Неподвижные оси 2 выполнены в виде стержней или тросов, при этом расстояние между ними составляет не менее длины снегозащитного элемента 1. Опорная рама состоит из стоек 5 и верхнего 6 и нижнего 7 распоров. Снегозащитное устройство содержит также нижнюю стойку 8 и раскос 9, соединяющий стойку 5 опорной рамы с нижней стойкой 8.

Снегозащитное устройство собирают следующим образом.

При сборке опорной рамы проводят монтаж верхнего распора 6 к стойкам 5, протягивают порядка девяти тросов через верхний распор 6 и фиксируют скобами (на чертеже не показаны) для троса. Далее фиксируют тросы скобами на нижнем распоре 7 и натягивают последний лебедками.

Изготовленную таким образом рамную конструкцию устанавливают на местности вдоль защищаемого объекта. Для этого производят разметку линии установки снегозащитного забора, бурят скважины для стоек 5 опорных рам, устанавливают асбестоцементной трубы (на чертеже не показаны) в скважину и укрепляют их в скважине крупнозернистым песком или отсевом с послойным уплотнением. Для создания забору прямолинейного вида на не ровном рельефе необходимо делать досыпку песка в скважины, предназначенные для стоек.

Рамная конструкция поднимается после того, как концы стоек 4 накладываются на асбестоцементные трубы.

После установки рамной конструкции в скважины и установки, нижних стоек 8 производится бетонирование.

После установки первой рамы устанавливается вторая, оставшееся пространство между 2-мя секциями заполняется обрешеткой путем крепления верхнего распора 6 с тросами в проектное положение, а далее натягивания нижнего распора 7 с тросами посредством лебедок.

Далее проводят заполнение пространства между стойками 5 опорной рамы посредством крепления строп со снегозащитными элементами 1 к тросам. Стропа крепится в трех точках. Вначале стропа 3 крепится в верхнем месте, а именно край стропы 3 затягивается зажимом 4 и притягивается к тросу. Стропа должна передавать нагрузку на трос, это обеспечивается посредством перекрутки ее вокруг троса. Далее в средней и нижней частях стропа также крепится к тросу зажимами 4.

Снегозащитное устройство работает следующим образом.

От действия ветра, направленного в сторону защищаемого объекта, снегозащитные элементы начинают хаотично колебаться и поворачиваться относительно тросов 2. Снегозащитные элементы 1, сталкиваясь с элементами 1, расположенными на соседних тросах 2, изменяют просветность устройства. При взаимодействиях снегового потока с устройством происходит снегоосаждение за счет снижения скорости ветрового потока за и перед устройством.

Очевидно, что сопротивление каждого отдельного снегозащитного элемента 1 не зависит от направления ветра. Единственной причиной изменения сопротивления решетки снегозащитных элементов 1 при их косой обдувке является некоторое сокращение расстояния между ними по сравнению с длиной. Измерения сопротивления решетки снегозащитных элементов 1 при направлении потока, нормальном к ее плоскости, показали, что при длине снегозащитных элементов l от 0.75 до 1.5 расстояния между ними d ее коэффициент сопротивления Сх изменяется от 0.8 до 1.2, что близко к сопротивлению щита с проницаемостью 50%, обеспечивающего оптимальное снегозадержание. В диапазоне углов обдува до 60° наблюдалось относительно слабое возрастание Сх не более чем в 1.4 раза. Это подтверждает что предлагаемое устройство при длине снегозащитных элементов 1, примерно равной расстоянию между ними, обеспечивает высокую эффективность снегозадержания практически при всех направлениях ветра.

Трудоемкость и стоимость изготовления предлагаемого устройства значительно снижена по сравнению с известными устройствами.

Данная флаговая технология снегозащиты применяется на сложном пересеченном рельефе. При строительных работах по сооружению снегозащитного устройства наносится наименьший урон окружающей среде.

Устройство сборной опоры с раскосами позволяет выполнять монтажные работы на месте установки забора без сварочных работ.

Работы производятся без применения тяжелой техники и подъемных механизмов. Все это позволяет выполнять работы в сложных условиях: горная местность с сильно пересеченным рельефом и скальными грунтами, лесотундра и тундра в условиях Крайнего Севера, а также в южных регионах, где преобладает песчаный и галечный грунт.

Предлагаемое снегозащитное устройство может быть использовано для зимнего содержания путей транспорта, а именно для защиты автомобильных и железных дорог, а также других объектов от снежных заносов, и направлено на решение задачи - снижения стоимости снегозащитного устройства и обеспечения его эффективной работы в широком диапазоне углов обдува. Технический результат - обеспечение эффективной работы снегозащитного устройства в широком диапазоне углов обдува. Снегозащитное устройство включает опорную раму и смонтированные на ней в несколько рядов прямоугольные снегозащитные элементы, установленные на неподвижных осях. Снегозащитные элементы выполнены гибкими, соединены одной из сторон с осями посредством гибкого крепежного элемента и имеют возможность колебаний и поворота относительно осей. Неподвижные оси выполнены в виде стержней или тросов и установлены в опорной раме вертикально, при этом расстояние между ними составляет не менее длины снегозащитного элемента. Снегозащитные элементы выполнены из технической ткани или полимерного материала. В качестве гибкого крепежного элемента используют стропу. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Снегозащитное устройство, включающее опорную раму и смонтированные на ней в несколько рядов прямоугольные гибкие снегозащитные элементы, установленные на неподвижных осях, отличающееся тем, что снегозащитные элементы соединены одной из сторон с осями посредством гибкого крепежного элемента и имеют возможность колебаний и поворота относительно осей, а неподвижные оси выполнены в виде стержней или тросов и установлены в опорной раме вертикально, при этом расстояние между ними составляет не менее длины снегозащитного элемента.2. Снегозащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что снегозащитные элементы выполнены из технической ткани или полимерного материала.3. Снегозащитное устройство по п.2, отличающееся тем, что снегозащитные элементы выполнены из технической ткани на нейлоновой основе с покрытием из поливинилхлорида.4. Снегозащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что снегозащитные элементы выполнены равновеликими по размеру.5. Снегозащитное устройство по п.1, отличающееся тем, что опорная рама выполнена из стоек, верхнего и нижнего распоров, причем стойка опорной рамы соединена с нижней стойкой посредством раскоса.