Изобретение относится к области транспорта, в частности, к транспортным системам с путевой структурой, родственной путям подвесного и эстакадного типов. Оно может быть использовано в различных природных условиях, при создании внутригородских транспортных магистралей (для рельсовых транспортных систем пассажирского и грузового транспорта), переправ через реки и водоемы, магистралей к горным спортивным базам, в условиях сильно пересеченной местности, а также при построении межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий или их объединений - структур как многорельсовых (в частности, бирельсовых), так и монорельсового типа.
Известна подвесная канатная дорога маятникового типа (патент RU № 2248285, МПК7 B61B 7/02, 2005), содержащая несущие канаты, опирающиеся на башмаки, шарнирно закрепленные на линейных опорах, вагоны с тяговым канатом, которая снабжена расположенными на линейных опорах механизмами стабилизации движения вагонов. Недостаток известного устройства - большая амплитуда поперечных колебаний несущего каната у линейной опоры при прохождении вагона через линейные опоры. При этом возможно нарушение работоспособности подвесной канатной дороги из-за перехлестывания несущего каната тяговым. Кроме этого, несущий канат имеет большие деформации изгиба у линейных опор и, соответственно, изгибные напряжения. Управление устройством посредством канатов требует наличия дорогостоящего комплекса стабилизации движения вагонов. Транспортные системы такого типа рассчитаны на весьма ограниченные скорости движения подвижных единиц и могут использоваться лишь на трассах сравнительно небольшой протяженности - в фуникулерах, так как с увеличением протяженности транспортной системы существенно возрастают проблемы, связанные с наличием тягового каната.
Известна линейная транспортная система (патент RU №2080268, МПК6 B61B 5/02, B61B 13/00, E01B 25/22, 1997), которая включает основание, по меньшей мере один рельс, содержащий головку, по меньшей мере одну подвижную единицу с колесами, контактирующими с рельсом, и имеющую приводной агрегат. Согласно изобретению транспортная система снабжена струной, состоящей из отдельных проволок или полос и натянутой до усилия N1, определяемого по соотношению 0,5≤N1/N2≤0,999 и 10≤N1/Q≤104, где N2 - усилие разрыва струны при растяжении, а Q - вес подвижной единицы. Струна установлена на чередующихся жестких и подвижных опорах, а головка рельса связана со струной посредством прокладки переменной высоты, увеличивающейся к середине между опорами, что и обеспечивает достижение технического результата. Недостаток аналога - в необходимости дополнительных трудовых и материальных затрат на создание прокладок переменной высоты.
Известна также транспортная система Юницкого, включающая, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между опорами, путевую структуру в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств (патент RU № 2325293, МПК7 B61B 3/02, E01B 25/22, 2006), принятая в качестве прототипа.
Способ построения струнной транспортной системы такого типа включает установку анкерных опор на основании, подвеску и натяжение между ними, по меньшей мере, одного силового органа, последующую фиксацию концов силового органа в анкерных опорах, а также крепление силового органа относительно корпуса с поверхностью качения, образующих путевую структуру для движения колесных подвижных средств.
Такая транспортная система обеспечивает высокие эксплуатационно-технические характеристики. Однако, при необходимости выполнения путевой структуры с большими пролетами (200-500 м и более), например, при обустройстве переправ через реки и водоемы, магистралей к горным спортивным базам, в условиях сильно пересеченной местности и т.д., требуются достаточно высокие усилия натяжения силового органа и повышенный расход конструкционных и строительных материалов, что приводит к увеличению стоимости транспортной системы. Это удорожание обусловлено не только высокими требуемыми усилиями натяжения силового органа, но и увеличенной высотой анкерных опор из-за большого и неоптимизированного провиса путевой структуры между смежными опорами не только от собственного (и достаточно большого) веса путевой структуры, но и из-за веса колесных подвижных средств, одновременно находящихся на пролете.
Целью изобретения является оптимизация высоты провисания путевой структуры между смежными опорами, высоты опор и их материалоемкости на основе количественного учета физических и технологических параметров, определяющих конструкцию струнной транспортной системы, с вытекающим отсюда уменьшением стоимости строительства транспортной системы за счет снижения материалоемкости конструкции, при сохранении ее надежности и долговечности.
Решение поставленной задачи в транспортной системе Юницкого, включающей, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между опорами путевую структуру в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для движения установленных на путевой структуре колесных подвижных средств, достигается согласно изобретению тем, что силовой орган и корпус с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств выполнены с площадью поперечного сечения, определяемой из соотношения:
2000 ≤ (S1 E1 + S2 E2)/Mg ≤ 50000, (1)
где: S1 - площадь поперечного сечения силового органа, м2;
S2 - площадь поперечного сечения корпуса c поверхностью качения для движения колесных подвижных средств, м2;
E1 - модуль упругости материала силового органа, Н/м2;
E2 - модуль упругости материала корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств, Н/м2;
M - суммарная расчетная масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
а путевая структура натянута до усилия, определяемого из соотношения:
2 ≤ T0 / (Mg+ mg) ≤ 50, (2)
где: T0 - усилие натяжения путевой структуры, Н;
M - суммарная расчетная масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
m - масса путевой структуры в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
причем площади поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств выполнены в пределах, определяемых из соотношения
0,2 ≤ S1 E1 / S2 E2 ≤ 5. (3)
Решение задачи обеспечивается также достижением технического результата предлагаемым в качестве другого изобретения способом построения струнной транспортной системы, включающем установку анкерных опор на основании, подвеску и натяжение между ними, по меньшей мере, одного силового органа, последующую фиксацию концов силового органа в анкерных опорах, а также крепление силового органа относительно корпуса с поверхностью качения, образующих путевую структуру для движения колесных подвижных средств. Согласно способу по изобретению силовой орган в путевой структуре натягивают до усилия, удовлетворяющего соотношению
1,5 ≤ T1 / (Mg + mg) ≤ 45, (4)
где: T1 - усилие натяжения силового органа в путевой структуре, Н;
M - масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
m - масса путевой структуры в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
и соотношению
40 ≤ n T1 / Mg ≤ 1200, (5)
где: n - общее количество колес у подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами.
Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и, тем более, не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:
фиг. 1 - фрагмент схемы общего вида транспортной системы;
фиг. 2 - один из возможных вариантов выполнения рельсовой нити (поперечное сечение).
Предлагаемая транспортная система Юницкого (фиг. 1) содержит рассредоточенные на основании 1 из грунта вдоль трассы анкерные опоры 2 с оголовками 2a, совмещенные со зданиями и строительными сооружениями (жилые, производственные, офисные, торговые и другие здания и сооружения). На опорах размещены подвесные участки путевой структуры 3, образующие пролеты длиной L, расположенные между погрузочно-разгрузочными станциями 4 - пассажирскими для пассажирских трасс и грузовыми для грузовых трасс. Оголовки 2a предназначены для размещения на них переходного участка пути и для крепления (анкерения) натянутых элементов путевой структуры.
На путевой структуре размещены подвижные средства 5 (пассажирские и/или грузовые, и/или грузопассажирские), которые могут быть либо подвешены снизу к путевой структуре (в частности, для монорельсового варианта исполнения транспортной системы), как показано на фиг. 1, либо - установлены сверху на путевую структуру (на рисунке не показано).
Путевая структура 3 образована одной (для монорельсовой транспортной системы) или несколькими (для многорельсовой транспортной системы) рельсовыми нитями 6 (фиг. 2). Рельсовая нить в данной транспортной системе представляет собой сборную многослойную конструкцию, состоящую из предварительно напряженного (растянутого) силового органа 6a, заключенного в полый корпус 6b рельса с поверхностью качения (головкой рельса) 6c для движения колесных подвижных средств 5. При этом силовой орган 6a рельсовой нити состоит из набранных в пакет слоев силовых элементов 6d в виде высокопрочных проволок (как показано на фиг. 2), и/или лент, полос, прутков, нитей, канатов, прядей и других протяженных и предварительно напряженных (растянутых) конструкционных элементов.
В показанном на фиг. 2 предпочтительном варианте исполнения силового органа 6a в многослойном пакете силовых элементов может быть применено от одного до двадцати слоев высокопрочной стальной проволоки диаметром от одного до шести миллиметров каждая. Проволоки предпочтительно должны быть связаны между собой связующим 6e в монолит (по всему объему), а также - с корпусом 6b рельса и крышкой 6f рельса, посредством любого из известных клеевых или композиционных заполнителей, например, - цементного раствора или полимерного связующего (в частности, на основе эпоксидной смолы), нагнетаемого в корпус под давлением после сборки рельсовой нити и герметизации корпуса посредством крышки 6f.
Конструкция анкерной опоры 2 может изменяться в зависимости от места установки опоры. В частности, форма оголовков 2а, в которых закрепляется путевая структура 3, также как и конструкция и расположение находящихся на оголовках 2а закрепляющих анкеров, может быть различной на поворотах трассы, на линейных участках пути, в горах или по концам трассы, так как упомянутые оголовки, определяющие направление для переходного участка пути, должны быть плавно сопряжены с подвесными участками пути в пролетах между опорами. Кроме того, форма оголовков анкерной опоры, конструкция и расположение находящихся на них закрепляющих анкеров, может определяться и тем, что они являются местом размещения узлов организации развязок (стрелочных переводов и поворотов) струнной рельсовой магистрали.
В зависимости от конкретного назначения, транспортная система может включать в себя от одного до множества пролетов L между смежными анкерными опорами 2, число которых, в свою очередь, будет пропорционально длине конкретной трассы (минимальное количество анкерных опор - две опоры, по концам трассы). Отдельные анкерные опоры, например, промежуточные или концевые, могут и не совмещаться со специализированными зданиями (башнями) и сооружениями, как показано на фиг. 1, а строиться отдельно от них, либо примыкать к ним. Кроме того, в транспортную систему, для уменьшения длины пролетов между смежными опорами, в промежутках между анкерными опорами могут устанавливаться облегченные промежуточные (поддерживающие) опоры.
Каждая путевая структура транспортной системы может содержать от одной рельсовой нити (монорельсовая транспортная система) до нескольких рельсовых нитей (многорельсовая, и, в частности, бирельсовая, транспортная система).
Суммарное усилие натяжения в путевой структуре силовых органов 6a будет равно T1, а корпусов 6b с сопряженными с ними поверхностями качения (головками рельса) 6c будет равно T2.
Масса путевой структуры на пролете может превышать массу рельсовых нитей, входящих в путевую структуру, так как к рельсовым нитям могут быть подвешены контактная сеть с электроизоляторами (для транспортной системы с электроприводом подвижных средств), тяговый канат, датчики системы управления, освещение и т.д.
Натяжение в путевой структуре может отличаться от натяжения рельсовых нитей, так как в путевой структуре дополнительно могут быть натянуты контактный провод, тяговый канат и т.д. Поэтому суммарное усилие натяжения в путевой структуре будет равно величине T0, значение которого будет больше или равно суммарному значению (T1 + T2).
Суммарная расчетная масса подвижных средств 5, находящихся на путевой структуре 3 в пролете L между смежными опорами, будет равна M, а масса путевой структуры в пролете L между смежными опорами будет равна m.
Как натяжение T0 в путевой структуре, так и масса M подвижных средств на пролете L являются величинами переменными. Усилие T0 в значительной степени зависит от температуры окружающей среды и от суммарного веса подвижных средств, находящихся на смежных пролетах, а масса M - от количества подвижных средств, одновременно находящихся на одном пролете, и от степени их загрузки перевозимыми пассажирами и/или грузами. Поэтому задаваемые в описываемых изобретениях диапазоны изменения значений усилий натяжения в путевой структуре силовых органов T1 и корпусов с сопряженными с ними поверхностями качения T2, а также суммарное значение натяжения T0 в путевой структуре, определены с учетом прогнозируемых реальных температурных режимов (перепад температур в 100°C, например, от -20°C зимой, до +80°C летом из-за нагрева рельсовой нити на солнце) эксплуатации транспортной системы и с учетом прогнозируемой реальной нестабильности количества подвижных средств на трассе и степени их загрузки перевозимыми грузами (пассажирами и различными грузами с учетом коэффициента перегрузки, равном 1,2).
Выбором оптимальных площадей поперечного сечения силового органа 6a и корпуса 6b с поверхностью качения 6с для движения колесных подвижных средств 5 достигается минимизация веса путевой структуры на пролете. Соответственно, минимизируются усилия натяжения в путевой структуре и высота опор, которая зависит не только от величины провиса путевой структуры на пролете под ее собственным весом, но и от дополнительной вертикальной деформации под действием веса подвижных средств, одновременно находящихся на пролете. Таким путем достигается уменьшение материалоемкости транспортной системы и ее стоимости.
При величине соотношения (S1E1 + S2E2) / Mg < 2000 путевая структура будет недостаточно жесткой в продольном направлении, что, как следствие, приведет к чрезмерно большим провисам на пролете (статическим и динамическим) под воздействием веса расчетной подвижной нагрузки. Это потребует увеличения высоты опор и приведет к удорожанию транспортной системы. Кроме того, из-за заниженной площади поперечного сечения силового органа и корпуса рельсовой нити в них возникнут в этом случае чрезмерно высокие дополнительные напряжения растяжения, что может привести к их разрушению, особенно при многократном воздействии циклической нагрузки.
При величине соотношения (S1E1 + S2E2) / Mg > 50000 путевая структура будет чрезмерно жесткой в продольном направлении из-за увеличенных площадей поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств. Это приведет к неоправданному увеличению материалоемкости путевой структуры и, соответственно, к удорожанию транспортной системы.
При величине соотношения T0 / (Mg + mg) < 2 путевая структура, из-за недостаточно высоких усилий натяжения в ней, будет иметь чрезмерно большие провисы на пролетах как от собственного веса, так и от веса подвижных средств, то есть от расчетной подвижной нагрузки. Это потребует увеличения высоты опор и их материалоемкости и приведет к удорожанию транспортной системы.
При величине соотношения T0 / (Mg + mg) > 50 путевая структура, из-за избыточных усилий натяжения в ней, будет иметь неоправданно увеличенные площади поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств. Это приведет к неоправданному увеличению материалоемкости путевой структуры и опор, и, соответственно, к удорожанию транспортной системы.
При величине соотношения S1 E1 / S2 E2 < 0,2 путевая структура будет чрезмерно тяжелой из-за низкой относительной площади поперечного сечения силового органа, который, собственно, благодаря своим усилиям предварительного натяжения, и держит на пролете как путевую структуру, так и подвижные средства, находящиеся на ней. Низкая несущая способность путевой структуры приведет к повышенным провисам на пролете, что потребует увеличения высоты опор и их материалоемкости и, соответственно, приведет к удорожанию транспортной системы.
При величине соотношения S1 E1 / S2 E2 > 5 путевая структура будет избыточно легкой и ажурной из-за низкой относительной площади поперечного сечения корпуса c поверхностью качения для движения колесных подвижных средств. Это потребует дополнительной защиты несущего органа от механических воздействий как от движущихся подвижных средств (в том числе из-за быстрого износа головки и корпуса рельса колесами подвижных средств), так и от негативных воздействий окружающей среды, что приведет к удорожанию транспортной системы. Кроме того, такая путевая структура будет иметь заниженную общую площадь поперечного сечения (из-за увеличенного относительного содержания более прочного материала силового органа) и повышенную продольную деформативность, что приведет к повышенным провисам на пролете (статическим и динамическим) под воздействием веса расчетной подвижной нагрузки. Это потребует увеличения высоты опор и, соответственно, приведет к удорожанию транспортной системы.
Таким выполнением транспортной системы достигается минимизация требуемого усилия натяжения путевой структуры и минимизация площадей поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств (в зависимости от значений расчетной массы подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, и модулей упругости материалов силового органа и корпуса рельсовой нити). При этом снижается материалоемкость конструкции и, соответственно, ее стоимость.
Согласно другому изобретению предлагается способ построения представленной выше струнной транспортной системы, включающий установку анкерных опор на основании, подвеску и натяжение между ними, по меньшей мере, одного силового органа, последующую фиксацию концов силового органа в анкерных опорах, а также крепление силового органа относительно корпуса с поверхностью качения, образующих путевую структуру для движения колесных подвижных средств.
Способ реализуют следующим образом. На основании 1 из грунта устанавливают анкерные опоры 2, в верхней части которых подвешивают путевую структуру, которая включает натянутые рельсовые нити 6 (одну или несколько), в виде силовых органов 6a, заключенных в корпуса 6b с сопряженными с ними поверхностями качения 6c, и установленные на них подвижные средства 5. Между анкерными опорами 2 могут быть размещены промежуточные опоры (на рисунках не показаны).
Согласно способу по изобретению силовой орган в путевой структуре натягивают до усилия, удовлетворяющего соотношению
1,5 ≤ T1 / (Mg + mg) ≤ 45, (4)
где: T1 - усилие натяжения силового органа в путевой структуре, Н;
M - масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
m - масса путевой структуры в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
и соотношению
40 ≤ n T1 / Mg ≤ 1200, (5)
где: n - общее количество колес у колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами.
Исследования показали, что в случае одновременного выполнения условия (5) и соотношения
T1 / (Mg + mg) < 1,5
у путевой структуры будет чрезмерный провис на пролете как от собственного веса, так и от веса подвижных средств 5, находящихся на пролете. Это потребует увеличения высоты опор как анкерных, так и промежуточных и, соответственно, увеличения их материалоемкости и стоимости.
При одновременном выполнении условия (5) и соотношения
T1 / (Mg + mg) > 45
предварительное натяжение в силовом органе путевой структуры будет чрезмерно высоким, что потребует значительного увеличения поперечного сечения силовых органов и, соответственно, увеличения материалоемкости и стоимости как путевой структуры, так и опор анкерных и промежуточных.
В случае одновременного выполнения условия (4) и соотношения
n T1 / Mg < 40
рельсовая нить 6 будет испытывать высокие изгибные напряжения под каждым колесом подвижного средства, что либо приведет к быстрому выходу из строя транспортной системы из-за накопления усталостных разрушений в корпусе 6b нити, либо потребует усиления корпуса нити путем увеличения его габаритов (в первую очередь высоты). Это приведет к увеличению материалоемкости и веса путевой структуры, а также - к увеличению нагрузок на опоры и, в конечном итоге, к снижению долговечности и повышению стоимости транспортной системы.
При одновременном выполнении условия (4) и соотношения
n T1 / Mg > 1200
рельсовая нить 6 будет иметь избыточную прочность при воздействии нагрузок (статических и динамических) от колес подвижных средств 5 и, соответственно, завышенную материалоемкость и стоимость.
При достижении одновременного выполнения условий (4) и (5) рельсовые нити с расположенными на них подвижными средствами, составляющие, соответственно, путевую структуру, во время эксплуатации транспортной системы будут иметь минимизированную материалоемкость и минимизированное натяжение в путевой структуре. Это позволяет проектировать транспортную систему с ее оптимизацией по расходу конструкционных и строительных материалов не только на путевую структуру, но и на опоры, которые будут испытывать минимальные нагрузки и будут иметь минимальную высоту. Поэтому, как показывает практика, для снижения материалоемкости и стоимости построения струнной транспортной системы усилие натяжения силовых элементов в каждой путевой структуре должно удовлетворять условию (4):
1,5 ≤ T1 / (Mg + mg) ≤ 45
при одновременном выполнении условия (5):
40 ≤ n T1 / Mg ≤ 1200.
Поскольку силовые органы в путевой структуре будут иметь меньшее усилие натяжения (усилие T1), чем путевая структура в целом (усилие T0), в которой, кроме силовых органов, будут частично натянуты и корпуса с поверхностями качения для колесных подвижных средств, то в соотношении (4) границы допустимых изменений параметров (от 1,5 до 45) будут на 10 - 25% ниже границ изменения параметров (от 2 до 50) в соотношении (2).
Указанными приемами по способу обеспечивается минимизация площадей поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств и, соответственно, минимизация материалоемкости и веса путевой структуры на пролете. Благодаря этому минимизируются усилия натяжения в путевой структуре и высота опор, которая зависит не только от величины провиса путевой структуры на пролете под ее собственным весом, но и от вертикальной деформации под действием веса подвижных средств 5, одновременно находящихся на пролете. Таким путем достигается уменьшение материалоемкости транспортной системы и ее стоимости.
Возможность практической реализации предлагаемых изобретений рассмотрим на не ограничивающем примере одного из множества их исполнений.
Пример конкретного выполнения.
Городская пассажирская трасса транспортной системы Юницкого имеет следующие заданные оптимальные значения характеристик, входящих в соотношения (1) - (5): M = 12000 кг (два пассажирских колесных подвижных средств максимальной вместимостью 40 пассажиров каждое с общим количеством колес n = 16), m = 38850 кг, или 51,8 кг/м (бирельсовая путевая структура с двумя рельсовыми нитями), L = 750 м, S1 = 0,00282 м2 (28,2 см2), S2 = 0,00324 м2 (32,4 см2), T0 = 2,6·106 Н, T1 = 2,4·106 Н, E1 = E2 = 2·1011 Н/м2 (сталь). Усилия натяжения приведены для средней температуры расчетного температурного диапазона в 100°C (зимой эти усилия будут возрастать, а летом, при нагреве на солнце, будут падать).
В приведенном примере соотношения (1) - (5) будут равны: соотношение (1): (S1E1 + S2E2) / Mg = 10296; соотношение (2): T0 / (Mg + mg) = 5,21; соотношение (3): S1E1 / S2E2 = 0,87; соотношение (4): T1 / (Mg + mg) = 4,81; соотношение (5): nT1 / Mg = 326. Эти соотношения в данном примере являются оптимальными. Рассмотрим граничные значения соотношений (1) - (5) для данного примера.
При величине соотношения (S1E1. + S2E2) / Mg < 2000, несущая площадь поперечного сечения путевой структуры (S1 + S2) должна быть менее 0,00118 м2 (или менее 11,8 см2), поэтому напряжения растяжения в рельсовых нитях в этом случае должны превысить значение 2,6·106 Н / 0,00118 м2 = 2,2·109 Н/м2 (или 22000 кгс/см2), что находится на пределе прочности высокопрочной стальной проволоки, используемой в проекте. Поэтому, для снижения напряжений, необходимо будет увеличивать площадь сечений S1 и S2, что приведет к увеличению материалоемкости и стоимости транспортной системы. Кроме того, такая система, из-за низкой площади поперечного сечения рельсовых нитей, будет слишком деформативной на пролете под воздействием веса подвижных средств, что потребует увеличения высоты опор.
При величине соотношения (S1E1 + S2E2) / Mg > 50000, несущая площадь поперечного сечения путевой структуры (S1 + S2) в данном примере должна быть более 0,0294 м2 (или более 294 см2), поэтому напряжения растяжения в рельсовых нитях будут ниже значения 2,6·106 Н / 0,0294 м2 = 8,84·107 Н/м2 (или ниже 884 кгс/см2), что значительно ниже допустимой прочности стальных конструкций, используемых в проекте. Поэтому такая конструкция имела бы завышенную материалоемкость и, соответственно, стоимость.
При величине соотношения T0 / (Mg + mg) < 2 величина натяжения T0 в данном примере должна быть менее 9,98·105 Н (или менее 102 тонн), что приведет к чрезмерным провисам на пролете длиной 750 м: более 35,8 м - под собственным весом путевой структуры и более 22,1 м - при проезде подвижной нагрузки (суммарный провис будет более 57,9 м). Это потребовало бы увеличения высоты опор и привело бы к увеличению стоимости транспортной системы.
При величине соотношения T0 / (Mg + mg) > 50 величина натяжения T0 в данном примере должна быть более 2,49·107 Н (или более 2540 тонн), что привело бы к чрезмерно высоким напряжениям растяжения в рельсовых нитях (более 4,1·109 Н/м2, или более 42800 кгс/см2). Это потребовало бы увеличения площади поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств в несколько раз и привело бы к неоправданному увеличению материалоемкости путевой структуры и опор и, соответственно, к удорожанию транспортной системы. Либо потребовалось бы использование более прочных и более дорогих, чем сталь, материалов, что также привело бы к удорожанию системы.
При величине соотношения S1E1 / S2E2 < 0,2 площадь поперечного сечения корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств должна быть более 0,0141 м2 (или более 141 см2), при этом его масса на пролете 750 м была бы равна m = 83000 кг и более. Это привело бы к повышенному провису под собственным весом путевой структуры на пролете, превышающему 35,8 м, и потребовало бы увеличения высоты опор и стоимости транспортной системы.
При величине соотношения S1E1 / S2E2 > 5 площадь поперечного сечения двух корпусов с поверхностями качения для движения колесных подвижных средств в бирельсовой транспортной системе, анализируемой в приведенном примере, должна быть менее 0,000564 м2 (или менее 5,64 см2). Выполнить корпус с рельсовой головкой общей площадью менее 2,82 см2 для одной рельсовой нити, для обеспечения безопасного движения 40 местных скоростных подвижных средств, с помощью известных решений не представляется возможным. Поэтому потребуется нетрадиционное усиление рельсовых нитей, что приведет к удорожанию транспортной системы. Кроме того, такая путевая структура будет иметь заниженную общую площадь поперечного сечения (из-за увеличенного относительного содержания более прочного материала силового органа) и повышенную продольную деформативность, что приведет к увеличению провисов на пролете (статическим и динамическим) под воздействием веса расчетной подвижной нагрузки. Это потребует увеличения высоты опор и, соответственно, приведет к удорожанию транспортной системы.
Согласно способу по изобретению силовой орган в путевой структуре натягивают до усилия, удовлетворяющего соотношению (4): 1,5 ≤ T1 / (Mg + mg) ≤ 45, которое отличается от соотношения (2): 2 ≤ T0 / (Mg + mg) ≤ 50 тем, что в способе определяющей операцией является предварительное натяжение основного несущего элемента - силового органа, а не корпуса рельсовой нити, который предназначен для выполнения совсем других задач. Поэтому меньшие значения относительного натяжения в соотношении (4), по сравнению с соотношением (2), соответственно, на 0,5 = 2 - 1,5 (для нижнего значения диапазона значений) и на 5 = 50 - 45 (для верхнего значения диапазона значений) обусловлены исключением из рассмотрения корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств, влияние которого в способе незначительно. Однако в конструкции путевой структуры влиянием корпуса рельса пренебрегать нельзя, поэтому он учтен в соотношениях (1), (2) и (3). Таким образом, обоснование граничных значений в соотношении (4) будет по своей сущности аналогичным обоснованию граничных значений в соотношении (2), приведенном выше.
При оптимальном значении соотношения nT1 / Mg = 326, как в приведенном примере, максимальные изгибные напряжения в корпусе рельса под колесом подвижного средства (средняя нагрузка от одного колеса будет равна 7360 Н) при T1 = 2,4·106 Н будут равны 3·107 Н/м2 (или 306 кгс/см2), что обеспечит долговечность рельсовой нити при десятках миллионов циклов нагружения и, соответственно, обеспечит длительный срок эксплуатации транспортной системы (не менее 50 лет).
При величине соотношения nT1 / Mg < 40 у подвижного состава должно быть всего два колеса (нагрузка на одно колесо в этом случае должна превышать 58800 Н), что вызовет в рельсовой нити изгибные напряжения, равные 2,4·108 Н/м2 (или 2440 кгс/см2). При таких высоких напряжениях, которые будут суммироваться как с напряжениями предварительного натяжения, так и с температурными напряжениями, даже разовый проезд подвижных средств может вызвать разрушение конструкции. Это потребует усиления конструкции, либо потребует использования более прочных и более дорогих, чем сталь, конструкционных материалов и, в конечном итоге, приведет к повышению стоимости транспортной системы.
При величине соотношения nT1 / Mg > 1200 у подвижного состава должно быть 58 колес (нагрузка на одно колесо в этом случае будет менее 2030 Н), при этом изгибные напряжения под каждым колесом снизятся до очень низких напряжений: 8,3·106 Н/м2 (или 84 кгс/см2). В этом случае рельсовая нить будет иметь избыточную прочность при воздействии нагрузок (статических и динамических) от колес подвижных средств и, соответственно, завышенную материалоемкость и стоимость.
Кроме перечисленных усилий и напряжений в провисающей (криволинейной) конструкции рельсовой нити будут возникать также температурные напряжения, примерно равные 2·106 Н/м2 (или примерно 20 кгс/см2) на один градус Цельсия изменения температуры (для продольных элементов, выполненных из стали). Поэтому транспортная система проектируется с учетом того, что при снижении температуры на 50°C (относительно среднего значения расчетного диапазона температур) в несущей стальной конструкции рельсовой нити напряжения увеличатся на 108 Н/м2 (или примерно на 1000 кгс/см2), а при повышении температуры на 50°C (относительно среднего значения расчетного диапазона температур) в несущей стальной конструкции рельсовой нити напряжения снизятся на 108 Н/м2 (или примерно на 1000 кгс/см2). Поэтому соотношения (1) - (5) составлены также с учетом температурного фактора таким образом, чтобы в оптимально спроектированной конструкции рельсовых нитей возникающие суммарные напряжения за весь период эксплуатации не превысили бы напряжений, которые допускаются нормативами, по которым проектируются мосты и эстакады, к разновидности которых, собственно, и относится транспортная система Юницкого.
Изобретение может найти применение в пассажирских и грузовых городских транспортных системах, в междугородных перевозках, в горах, а также в системах организации переправ через водные препятствия и т.п.
Изобретение относится к транспортной системе, которая включает, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между опорами путевую структуру в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для движения установленных на путевой структуре колесных подвижных средств. Изобретение относится также к способу построения струнной транспортной системы, включающему установку анкерных опор на основании, подвеску и натяжение между ними по меньшей мере одного силового органа, последующую фиксацию концов силового органа в анкерных опорах, а также крепление силового органа относительно корпуса с поверхностью качения, образующих путевую структуру для движения колесных подвижных средств. В предложенных устройстве и способе подобраны оптимальные площади поперечного сечения силового органа и корпуса рельса с поверхностью качения, а также оптимальные усилия натяжения путевой структуры и силового органа в путевой структуре, оптимизированы высоты провисания путевой структуры между смежными опорами и высоты опор. В результате повышается надежность и долговечность конструкции, снижается ее материалоемкость. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
1. Транспортная система, включающая, по меньшей мере, одну натянутую над основанием, в пролете между опорами, путевую структуру в виде силового органа, заключенного в корпус с поверхностью качения для движения установленных на путевой структуре колесных подвижных средств, отличающаяся тем, что силовой орган и корпус с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств выполнены с площадью поперечного сечения, определяемой из соотношения
где S1 - площадь поперечного сечения силового органа, м2;
S2 - площадь поперечного сечения корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств, м2;
E1 - модуль упругости материала силового органа, Н/м2;
E2 - модуль упругости материала корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств, Н/м2;
M - суммарная расчетная масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
а путевая структура натянута до усилия, определяемого из соотношения
где T0 - усилие натяжения путевой структуры, Н;
М - суммарная расчетная масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
m - масса путевой структуры в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
причем площади поперечного сечения силового органа и корпуса с поверхностью качения для движения колесных подвижных средств выполнены в пределах, определяемых из соотношения
2. Способ построения струнной транспортной системы, включающий установку анкерных опор на основании, подвеску и натяжение между ними, по меньшей мере, одного силового органа, последующую фиксацию концов силового органа в анкерных опорах, а также крепление силового органа относительно корпуса с поверхностью качения, образующих путевую структуру для движения колесных подвижных средств, отличающийся тем, что силовой орган в путевой структуре натягивают до усилия, удовлетворяющего соотношению
где T1 - усилие натяжения силового органа в путевой структуре, Н;
M - масса колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами, кг;
m - масса путевой структуры в пролете между смежными опорами, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2,
и соотношению
где n - общее количество колес у колесных подвижных средств, находящихся одновременно на путевой структуре в пролете между смежными опорами.
| СТРУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ЮНИЦКОГО И СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ СТРУННОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ | 2006 |
|
RU2325293C2 |
| СТРУННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ЮНИЦКОГО | 2006 |
|
RU2324612C1 |
| ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА ЮНИЦКОГО (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ | 2002 |
|
RU2224064C1 |
| Способ приготовления лака | 1924 |
|
SU2011A1 |
