СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЛЕДОВОЙ ПЕРЕПРАВЫ Российский патент 2015 года по МПК E01D15/14 

Изобретение относится к созданию наплавных мостов и может быть использовано при создании ледовой переправы по естественному льду.

Известен способ усиления ледовых переправ (патент РФ №2382136), заключающийся в установлении через сквозную прорезь в зачищенном от снега ледяном покрове поперек направления подледного течения полосы зафиксированного на льду водонепроницаемого материала. На краю прорези закреплены шнур из материала с удельным весом ниже удельного веса воды (поплавок) и на расстоянии от него шнур из материала с удельным весом выше удельного веса воды (груз). На расстоянии больше толщины льда от зафиксированного края полосы закрепляют второй шнур из материала с удельным весом тяжелее первого груза.

Однако известный способ обладает следующими недостатками:

- способ можно использовать только при наличии достаточной скорости течения, которая обеспечивает правильную ориентацию материала подо льдом;

- необходимость ежегодного монтажа и демонтажа конструкции, а также невозможность создания стационарной системы и восстановления конструкции в случае прохода водного транспорта.

Известен способ усиления ледовых переправ (патент РФ №2149945), заключающийся в зачистке ледяной поверхности от снега и приготовлении прорези в ледяном покрове вдоль намеченного пути ледовой переправы, через которую под лед помещают слой теплоизоляционного материала и затем прижимают его к нижней поверхности ледяного покрова.

Недостатками данного способа являются: способ обладает следующими недостатками: необходимость ежегодного монтажа и демонтажа конструкции и восстановления конструкции в случае прохода водного транспорта; также данная конструкция обеспечивает временное повышение прочности ледяного покрова, т.к. в процессе роста толщины ледяного покрова материал смерзается с нижней поверхностью льда и перестает оказывать воздействие на скорость течения.

Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является способ усиления ледовых переправ (патент РФ №2122060), в котором под ледовым покровом размещают компенсирующее устройство, самоходное или несамоходное. При этом его плавучесть снижают, чтобы не происходило взламывание льда снизу. На льду над компенсирующим устройством размещают транспортируемый груз и одновременно повышают плавучесть компенсирующего устройства до величины, чтобы выталкивающая сила, действующая на него, была приблизительно равной весу транспортируемого груза и комплекса транспортных средств. После этого груз и компенсирующее устройство перемещаются параллельно к месту назначения.

Компенсирующее устройство подвержено воздействию подледного течения, которое смещает его из створа ледовой переправы. При движении компенсирующего устройства в прямом направлении легкость скольжения по нижней поверхности ледового покрова обеспечивается при помощи «лыжи», а при ее обратном ходе данное устройство не предусмотрено (фиг. 1, патент РФ №2122060), что вызывает затруднение в процессе перемещения, отставание компенсирующего устройства от перемещаемого груза и увеличивает вероятность разрушения льда под нагрузкой.

В процессе интенсивного увеличения толщины естественного ледового покрова в зимний период в случае возникновения длительного перерыва при эксплуатации данной конструкции происходит смерзание компенсирующего устройства с нижней поверхностью ледовой толщи, что приводит к невозможности ее дальнейшего использования.

Выход из строя одной из составных частей конструкции компенсирующего устройства (или неисправность механизма для перемещения компенсирующего устройства) приводит к неработоспособности всей конструкции. Учитывая то, что конструкция находится под толщей льда, процесс ее ремонта или замены требует ее извлечения из-подо льда, что приводит к дополнительным затратам на само компенсирующее устройство и на ремонт проезжей части ледового покрова. Ремонт проезжей части включает в себя не только заделку вырубленной майны, но и период восстановления этого места, т.е. ремонтное место должно набрать требуемую прочность, а движение по переправе на это время придется остановить, что является экономически невыгодным.

Задачей изобретения является разработка способа создания переправы повышенной грузоподъемности, обеспечивающего повышение несущей способности переправ и безопасности движения по ним.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ создания переправы, включающий установку до образования естественного ледового покрова на водоеме емкостей с переменной плавучестью, при этом каждую емкость фиксируют на дне посредством обертывания троса со шлангом вокруг закрепленного в опорах вала и заполняют газом под давлением, затем упрочняют ледовый покров путем расположения на его поверхности армирующего материала и последующего намораживания на его поверхности слоя льда, после формирования намороженного слоя емкости поднимают, а величину выталкивающей силы, которая противодействует нагрузке, создаваемой транспортными средствами и перемещаемыми грузами, определяют по формуле:

где:

V_k - водоизмещение одной емкости, м³;

В - ширина ледовой переправы, м;

а_к - ширина одной емкости по ширине переправы, м;

b_к - длина одной емкости по направлению переправы, м;

ρ_в - плотность воды, кг/м³;

ρ_воз - плотность воздуха, кг/м³;

h_лв - толщина льда над поверхностью воды, м;

ρ_л - плотность льда, кг/м³;

Р_к - вес емкости на воздухе, н;

l - длина шлангов к одной емкости, м;

S_тш - площадь поперечного сечения шланга, м²;

ρ_мк - плотность материала емкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²,

а в летнее время емкости используют в качестве понтонной переправы.

Сущность способа поясняется следующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами, где на фиг. 1 показана схема осуществления способа в период работы ледовой переправы, на фиг. 2 - продольный разрез ледовой переправы и на фиг. 3 - поперечный разрез ледовой переправы; на фиг. 4 показана схема осуществления способа в качестве понтонной переправы; на фиг. 5 - продольный разрез понтонной переправы; на фиг. 6 показана схема расположения настила из деревянного бруса.

Основные элементы конструкции: 1 - дно водоема; 2 - водоем (река); 3 - естественный ледовый покров; 4 - опоры; 5 - вал; 6 - шланг с тросом; 7 - ограничители; 8 - емкости из полиматериалов, заполненные воздухом (газом) под давлением; 9 - угловая (карданная) передача; 10 - петли, закрепленные на корпусе емкости (8); 11 - задерживающее устройство; 12 - электродвигатель с редуктором; 13 - пневмосистема; 14 - пост обслуживания ледовой переправы; 15 - обогреваемая майна; 16 - геосинтетический материал; 17 - намораживаемый слой льда; 18 - береговые опоры; 19 - анкерные тяги; 20 - шарнирное соединение; 21 - настил из деревянного бруса; 22 - трос; 23 - аппарель.

Способ осуществляют следующим образом.

На месте будущей переправы до образования естественного ледового покрова 3 на дне водоема (реки) 1 устанавливают опоры 4, к которым крепят вал 5. К валу крепят шланги с тросами 6, которые фиксируют положение емкостей 8, и наполняют их воздухом (газом) под давлением. После образования естественного ледяного покрова на водоеме (реке) 2 поверхность ледового покрова в створе переправы армируют геосинтетическим материалом 16, располагая его в верхней части ледовой толщи, и намораживают поверх него слой льда 17, что позволяет исключить вероятность образования температурных трещин на поверхности ледового покрова и снизить возникающие растягивающие напряжения в верхнем слое ледовой толщи от действия выталкивающей силы, создаваемой системой емкостей. После формирования намороженного слоя льда 17 и открытия движения по переправе емкости 8 поднимают на шлангах с тросами 6 под нижнюю часть естественного ледяного покрова 3, предварительно снизив плавучесть для предотвращения возникновения растягивающих напряжений в верхней части ледового покрова. При проходе транспортного средства или при перемещении груза производится закачка воздуха (газа) в емкости 8, в результате чего выталкивающая сила, действующая на емкости 8, противодействует нагрузке, которую оказывает на лед движущееся транспортное средство или перемещаемый груз.

Величина выталкивающей силы р, приходящейся на 1 погонный метр длины переправы, которая противодействует нагрузке, создаваемой движущимися транспортными средствами и перемещаемыми грузами, рассчитывается по формуле:

Например при:

водоизмещении одной емкости V_k=3 м³;

ширине ледовой переправы В=10 м;

ширине одной емкости по ширине переправы а_к=10 м;

длине одной емкости по направлению переправы b_к=0,3 м;

плотности воды ρ_в=1000 кг/м³;

плотности льда ρ_л=900 кг/м³;

плотности воздуха ρ_воз=1,304 кг/м³;

плотность материала емкости ρ_мк=1600 кг/м³;

толщине льда над поверхностью воды h_лв=0,7 м;

весе емкости на воздухе Р_к=1962 н;

длине шлангов к одной емкости l=100 м;

площади поперечного сечения шланга S_тш=0,01 м²;

ускорении свободного падения g=9,81 м/с²

- величина выталкивающей силы р, приходящейся на 1 погонный метр длины переправы, составит: 10016 н/м.

Закачка воздуха (газа) в емкости 8 производится через шланги с тросами 6, подсоединенные к пневмосистеме 13, установленной в служебном помещении для обслуживания ледовой переправы 14. Пневмосистема 13 оснащена системой контроля давления для управления закачкой и стравливанием воздуха (газа) из емкостей 8. Шланги с тросами 6 прикрепляют к каждой емкости, чтобы выход из строя одной емкости не привел к отказу всей конструкции.

В случае если водоем (река) является судоходным, на период навигации или ледохода воздух (газ) стравливается, и емкости опускаются ко дну при помощи шлангов с тросами 6, которые оборачивают вокруг вала 5 при его вращении. Вращение вала осуществляют при помощи электродвигателя 12, установленного в служебном помещении для обслуживания ледовой переправы 14. Вращение передается на редуктор, соединенный за счет угловой (карданной) передачи 9 с валом 5. Для предотвращения вмерзания вала угловой (карданной) передачи 9 в ледовый покров устраивают обогреваемую майну 15. Для удобства фиксации шлангов с тросами 6 на валу 5 предусматриваются ограничители 7, которые препятствуют спутыванию шлангов с тросами между собой.

Для обеспечения устойчивости всей конструкции емкости 8 соединены между собой при помощи петель 10 на корпусе емкостей. Для предотвращения смещения емкостей 8 (отклонения от створа переправы) вследствие воздействия на них течения передняя часть емкостей, расположенная по течению, имеет обтекаемую форму, а непосредственно за емкостями (за задней частью) устанавливают задерживающие устройства 11 различного типа. Емкости 8 выполнены из полиматериала или любого прочного, гибкого, гидрофобного и газонепроницаемого материала, устанавливают в один ряд, в количестве, достаточном для перекрытия полосы движения переправы.

Конструкция съезда с берега на лед и обратно состоит из береговых опор 18, выполненных в виде металлических коробов, засыпанных камнем и дополнительным креплением с помощью анкерных тяг 19 на берегу. Береговая опора 18 шарнирно соединена с аппарелью 23, имеющей скользящее опирание на поверхность ледового покрова.

После таяния намороженных слоев льда 17 весной геосинтетический материал 16 скатывают в рулоны и убирают на хранение до начала подготовки переправы в новом сезоне или утилизируют.

По окончании ледохода данная конструкция может служить в качестве понтонной переправы в летнее время. Емкости поднимают на шлангах с тросами 6 на поверхность водоема (реки) и производят закачку воздуха (газа). Поверх емкостей 8 монтируют настил из деревянного бруса 21 для лучшего сцепления с колесами автотранспорта. Въезд и выезд осуществляется по скользящим по поверхности настила аппарелям 23, шарнирно прикрепленным к береговым опорам 19. В период использования конструкции в качестве понтонной переправы для большей устойчивости в створе переправы крайние емкости продольно закреплены при помощи заанкеренных на берегу тросов 22, продетых через петли 10 на корпусе емкости.

Таким образом, предложенный способ создания переправы повышенной грузоподъемности обеспечивает повышение несущей способности переправ и безопасности движения по ним.

Изобретение может быть использовано при создании ледовой переправы по естественному льду. Способ создания переправы включает установку до образования естественного ледового покрова на водоеме емкостей с переменной плавучестью. Каждую емкость фиксируют на дне посредством обертывания троса со шлангом вокруг закрепленного в опорах вала и заполняют газом под давлением.Затем упрочняют ледовый покров путем расположения на его поверхности армирующего материала и последующего намораживания на его поверхности слоя льда. После формирования намороженного слоя емкости поднимают, а величину выталкивающей силы, которая противодействует нагрузке, создаваемой транспортными средствами и перемещаемыми грузами, определяют по формуле:

где:

V_k - водоизмещение одной емкости, м³;

В - ширина ледовой переправы, м;

а_к - ширина одной емкости по ширине переправы, м;

b_к - длина одной емкости по направлению переправы, м;

ρ_в - плотность воды, кг/м³;

ρ_воз - плотность воздуха, кг/м³;

h_пл - толщина льда над поверхностью воды, м;

ρ_л - плотность льда, кг/м³;

Р_к - вес емкости на воздухе, н;

l - длина шлангов к одной емкости, м;

S_тш - площадь поперечного сечения шланга, м²;

ρ_мк - плотность материала емкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

В летнее время емкости используют в качестве понтонной переправы. 6 ил.

1. Способ создания переправы, включающий установку до образования естественного ледового покрова на водоеме емкостей с переменной плавучестью, отличающийся, тем что каждую емкость фиксируют на дне посредством обертывания троса со шлангом вокруг закрепленного в опорах вала и заполняют газом под давлением, затем упрочняют ледовый покров путем расположения на его поверхности армирующего материала и последующего намораживания на его поверхности слоя льда, после формирования намороженного слоя емкости поднимают, а величину выталкивающей силы, которая противодействует нагрузке, создаваемой транспортными средствами и перемещаемыми грузами, определяют по формуле:

где:
V_k - водоизмещение одной емкости, м³;
В - ширина ледовой переправы, м;
а_к - ширина одной емкости по ширине переправы, м;
b_к - длина одной емкости по направлению переправы, м;
ρ_в - плотность воды, кг/м³;
ρ_воз - плотность воздуха, кг/м³;
h_пл - толщина льда над поверхностью воды, м;
ρ_л - плотность льда, кг/м³;
Р_к - вес емкости на воздухе, н;
l - длина шлангов к одной емкости, м;
S_тш - площадь поперечного сечения шланга, м²;
ρ_мк - плотность материала емкости, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²,
а в летнее время емкости используют в качестве понтонной переправы.