ДОРОЖНОЕ УДЕРЖИВАЮЩЕЕ БОКОВОЕ БАРЬЕРНОЕ ОГРАЖДЕНИЕ Российский патент 2020 года по МПК E04F15/04 

Изобретение относится к техническим средствам организации дорожного движения, а именно к дорожным ограждениям и может найти применение для оснащения опасных участков дорог, в местах возможного съезда транспортного средства с обочины и мостового сооружения, переезда через разделительную полосу, столкновения со встречным транспортным средством, наезда на массивные препятствия и сооружения, расположенные на обочине и в полосе отвода дороги, а также наезда транспортного средства на пешеходов.

Дорожное удерживающее боковое барьерное ограждение состоит из горизонтальных ограничительных элементов в виде профилированных металлических полос, прикрепленных к ним балок-амортизаторов, вертикально расположенных опор, соединенных с горизонтально расположенными на заданном расстоянии на дорожном полотне переходных плит.

Известны многочисленные типы ограждений, включающие основания с закрепленными на них (непосредственно или через узлы крепления) ограничительными элементами, исполненными из профилированных металлических полос, главной задачей которых является препятствование движению транспортных средств в запрещенных (опасных) направлениях, а также рассеивание энергии удара при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением [ГОСТ 26804-2012 «Ограждения дорожные металлические барьерного типа. Технические условия»].

В барьерных ограждениях рассеивание энергии удара происходит за счет упругопластической деформации материала ограничительных элементов, узлов их крепления, за счет упругопластической деформации элементов транспортного средства, и за счет трения, возникающего между элементами транспортного средства и дорожным ограждением [ГОСТ 52606-2006. «Технические средства организации дорожного движения. Классификация дорожных ограждений».].

Указанные конструкции обладают высокой прочностью и жесткостью, особенно при применении консоли-распорки, в связи с чем, при столкновении транспортного средства с дорожным ограждением, действующие инерционные перегрузки могут превысить допустимые, а транспортному средству и грузам нанесен значительный ущерб.

Известно дорожное защитное ограждение, включающее равномерно расположенные опоры и присоединенные к ним горизонтальные секции, выполненные в виде труб, заполненных отвержденным пеноматериалом, в котором рассеивание энергии воздействия осуществляется за счет сминания стенок трубчатых элементов и раздробления пеноматериала [Патент на изобретение РФ №2485244, МПК Е01Р, 2011 г.]. Также известны конструкции систем амортизации, использующие следующие виды нагружения: сжатие, растяжение, изгиб, протяжка и их комбинации [Тихомиров А.Г. Упругопластическая система амортизации. - М. «Машиностроитель» №11, 2002 г. ]. Также известно ограждение, в котором в качестве консоли-амортизатора используется торсионный

энергопоглощающий элемент [Патент РФ на полезную модель №51632, Е04Р 15/00, 2005 г.]. Также известно ограждение, в котором в качестве консолей (элементов крепления балок к стойкам) используется торсионный энергопоглощающий элемент [Патент РФ на изобретение №2555728 E01F 15/00, 2014 г.]. Известно торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств принцип действия которого основан на рассеивании энергии воздействия за счет пластического кручения металлических стержней [Патент РФ на полезную модель №62936 E01F 15/00, 2006 г.]. Так же известно дорожное барьерное ограждение, содержащее продольную балку на стойках, при этом стойки ориентированы под углом к вертикали, наклонно в сторону балки [Патент РФ на изобретение №2354775 E01F 15/04, 2007 г.].

К недостаткам данных систем можно отнести следующее. При наличии жесткой консоли-распорки транспортное средство испытывает значительные перегрузки, так как нагрузка сразу передается на стойки крепления ограждения.

При наезде транспортного средства на ограждение, после деформирования консоли-амортизатора, резко возрастают нагрузки на стойки ограждения, что может привести к разрушению конструкции и потери несущей (удерживающей) способности ограждения. Также возрастают перегрузки, действующие на транспортное средство, пассажиров и груз. Стойка, после превышения допустимых нагрузок, изгибается. При этом значение допустимых нагрузок зависит от свойств грунта, в котором закреплена стойка. Горизонтальный ограничительный элемент ограждения (балка), под действием изгиба стойки смещается вниз, что приводит к перемещению транспортного средства поверх защитного ограждения.

Изгиб имеет такую же характеристику жесткости, как растяжение. Однако при изгибе распределение напряжений и относительных удлинений по сечению неравномерно, поэтому удельная энергоемкость при изгибе существенно ниже, чем при растяжении. Кроме того, пластическая деформация и напряжения при изгибе неравномерны по длине стержня и обычно сосредотачиваются в, так называемом, пластическом шарнире, а это еще более снижает удельную энергоемкость системы.

Во многих случаях, может оказаться более выгодным использование в демпферах деформации кручения [Решенкин А.С., Тихомиров А.Г. Упругопластическая система противоударной защиты. - М.: «Автомобильный транспорт», №1, 2004 г.]. Кручение элементов в виде цилиндрических стержней малой длины вызывает появление пластических деформаций одинаковых по всей длине стержня. Напряженное состояние в поперечном сечении даже при больших пластических деформациях имеет достаточно равномерный характер. Поэтому, в отличие от изгиба, диссипация энергии происходит по всему объему стержня. В отличие от сжатия, при кручении сплошные цилиндрические стержни или полые с достаточно большой толщиной стенки не теряют устойчивости вплоть до разрушения. В отличие от растяжения, при кручении не образуется шейка, и поэтому деформация кручения может быть использована в целях демпфирования полностью, вплоть до разрушения. Торсионные энергопоглощающие элементы так же обладают высокой удельной энергоемкостью и стабильностью характеристик амортизации [Чикалов Н.В., Дерюшев В.В. Пусковые установки и командные пункты ракетных комплексов: Учебник. МО РФ, 2005. - 350 с.].

Наиболее близким, по совокупности признаков аналогом является торсионное энергопоглощающее устройство аварийной остановки транспортных средств, состоящее из вертикально расположенных в определенном порядке амортизаторов, использующих в качестве демпферов торсионные энергопоглощающие элементы, рассеивающие кинетическую энергию транспортных средств [Патент РФ №62936 МПК E01F 15/00, 2006 г.].

К числу недостатков прототипа необходимо отнести следующие: конструкция устройства аварийной остановки имеет достаточно большую протяженность, что препятствует установке его на обочинах и между разделительными полосами; амортизаторы, использующие в качестве демпферов торсионные энергопоглощающие элементы, не соединены между собой, что не позволяет распределить нагрузки на элементы транспортного средства; устройство аварийной остановки работает только в качестве фронтального удерживающего ограждения, при необходимом условии того, что боковое удерживающее ограждение должно удерживать транспортное средство при боковом ударе под острым углом (20°) наезда на ограждение [ГОСТ 52721-2007 «Технические средства организации дорожного движения. Методы испытания дорожных ограждений»]; транспортное средство испытывает значительные перегрузки, так как нагрузка сразу передается на торсионные энергопоглощающие элементы.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая конструкция, заключается в снижении инерционных перегрузок, действующих на пассажиров и груз за счет заданного усилия сопротивления ограждения, увеличении уровня удерживающей способности дорожного ограждения, снижении вероятности перемещения транспортного средства поверх защитного ограждения, повышении безопасности пассажиров и перевозимых грузов при столкновении транспортного средства с дорожным боковым удерживающим ограждением.

Техническим результатом изобретения является то, что можно обеспечить заданное нарастающее сопротивление ограждения и, таким образом, задать его оптимальную силовую характеристику, что повысит безопасность и удерживающую способность ограждения. Модернизация существующих ограждений, выполненных по ГОСТ 26804-2012, не требует изменений конструкций основных элементов ограждения: балки, консоли-амортизатора. Кроме того, обеспечивается возможность установки ограждения на разделительных полосах дорожного полотна.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном дорожном удерживающем боковом ограждении барьерного типа, включающего в себя опоры, переходные плиты, ограничительный элемент в виде профилированной металлической полосы (балки), консоль-амортизаторы, в качестве опор используются торсионные энергопоглощающие модули.

Сущность изобретения заключается в том, что опора, выполнена в виде торсионного энергопоглощающего модуля, состоящего из прикрепленного к переходной плите фиксатора, изготовленного из металла в виде профилированного элемента с вырезами, удерживающего торсионный энергопоглощающий элемент в заданном положении и обеспечивающего его свободное вращение в пределах заданного угла, и торсионного энергопоглощающего элемента, изготовленного из отрезка металлического прута круглого сечения, участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в пруте имеется в верхней части вертикальный участок, далее расположен наклонный на угол 10…15° относительно вертикали в сторону от дорожного полотна участок, который изогнут в точке на высоте не менее 0,6 H_max, где H_max - высота ограждения, далее расположен горизонтальный участок, отогнутый параллельно ограничительному элементу, на 90° относительно наклонного участка, являющийся рабочей частью, далее в нижней части имеется ограничительный упор, отогнутый на 90° относительно горизонтального участка, при этом угол между угол между ограничительным упором и наклонным участком прута составляет 95…100°.

Сущность изобретения поясняется фиг 1…14. На фиг. 1 представлен общий вид ограждения, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий модуль, 2 - переходная плита, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка. На фиг. 2 представлен вид ограждения сверху, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - переходная плита, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка, 5 - фиксатор, 6 - элементы крепления к дорожному полону. На фиг. 3 представлен вид ограждения сбоку, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - переходная плита, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка, 5 - фиксатор, 6 - элементы крепления консоли-амортизатора к торсионному энергопоглощающему элементу. На фиг. 4 представлен общий вид торсионного энергопоглощающего модуля, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор. На фиг. 5 представлен общий вид торсионного энергопоглощающего элемента, где обозначены: 1 - узлы крепления консоли-амортизатора к торсионному энергопоглощающему элементу, 2 - вертикальный участок, 3 - наклонный участок, 4 - горизонтальный рабочий участок, 5 - ограничительный упор. На фиг. 6 показан вид фиксатора сверху. На фиг. 7 показан вид фиксатора спереди. На фиг. 8 показаны вид фиксатора сбоку и сечения в местах выреза под торсионный энергопоглощающий элемент. На фиг. 9 показано положение элементов ограждения в исходном состоянии (вид сбоку), где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор, 3 -консоль-амортизатор, 4 - балка, 5 - переходная плита, 6 - упор. На фиг. 10 показано положение элементов ограждения под воздействием ударной нагрузки при смятии консоли (вид сбоку), где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка. На фиг. 11 показано положение элементов ограждения под воздействием нагрузки после смятия консоли-амортизатора до начала работы торсионного элемента, после выбора «свободного» угла поворота рабочей части торсиона, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка, 5 - переходная плита, 6 - ограничительный упор. На фиг. 12 показано положение элементов ограждения после поворота рабочей части торсиона и снятия нагрузки, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка. На фиг. 13 показан вид ограждения сбоку для четырех различных нагружений, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - фиксатор, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка, Н - высота ограждения начальная по сечению крепления балки к консоли-амортизатору, H_max - высота ограждения; а) исходное состояние, б) при начальном нагружений и смятии консоли-амортизатора, в) поворот до начала работы торсионного энергопоглощающего элемента («свободный» угол поворота), г) работа торсионного энергопоглощающего элемента. На фиг. 14 показан общий вид ограждения с торсионным энергопоглощающим модулем включающим два торсионных энергопоглощающих элемента для установки между разделительными полосами, где обозначены: 1 - торсионный энергопоглощающий элемент, 2 - переходная плита, 3 - консоль-амортизатор, 4 - балка, 5 - фиксатор.

Балка предназначена для равномерного распределения нагрузки в ограждении, консоль-амортизатор предназначен для крепления балки к торсионному энергопоглощающему элементу и деформации при наезде транспортного средства, переходная плита предназначена для крепления торсионного энергопоглощающего модуля к дорожному полотну и ограничения углов поворота торсионного энергопоглощающего элемента, торсионный энергопоглощающий элемент предназначен для крепления консоли-амортизатора и для рассеивания энергии ударного воздействия за счет пластического кручения горизонтального участка, фиксатор предназначен для крепления торсионного энергопоглощающего элемента к переходной плите в заданном положении, исключения изгиба его рабочей части. Соединения всех элементов выполняются разборными.

Конструкция дорожного удерживающего бокового барьерного ограждения (см. фиг. 1, 2, 3) включает расположенные на заданном расстоянии опоры, выполненные в виде торсионных энергопоглощающих модулей 1 и ограничительный элемент в виде профилированной металлической полосы (балки) 2. Балки соединены разъемными соединениями с консолями-амортизаторами 3, которые в свою очередь соединены разъемными соединениями 6 с торсионным энергопоглощающим модулем 1 (фиг. 2). Торсионный энергопоглощающий модуль соединен разъемными соединениями 6 с переходной плитой 2, которая закреплена в дорожном полотне (фиг. 3).

Торсионный энергопоглощающий модуль (см. фиг. 4) состоит из торсионного энергопоглощающего элемента 1 и фиксатора 2. В фиксаторе имеются вырезы, для удержания торсионного энергопоглощающего элемента в заданном положении. При необходимости, фиксатор обеспечивает поворот торсионного энергопоглощающего элемента в горизонтальной плоскости на угол 5…10° без деформации кручения горизонтальной части элемента.

Торсионный энергопоглощающий элемент (см. фиг. 5) выполнен из отрезка металлического прута круглого сечения, участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в пруте имеется в верхней части вертикальный участок 2, далее расположен наклонный на угол 10…15° относительно вертикали в сторону от дорожного полотна участок 3, который изогнут в точке на высоте не менее 0,6 H_max, где H_max - высота ограждения, далее расположен горизонтальный участок 4, отогнутый параллельно ограничительному элементу, на 90° относительно наклонного участка, являющийся рабочей частью, далее в нижней части имеется ограничительный упор 5, отогнутый на 90° относительно горизонтального участка, при этом угол между угол между ограничительный упором и наклонным участком прута составляет 95…100°. При этом торсионный энергопоглощающий элемент имеет возможность свободного поворота в горизонтальной плоскости на угол 5…10° угол.

Для крепления консоли-амортизатора в верхней части элемента выполнены два отверстия 1 диаметром 18 мм.

Фиксатор (фиг. 6, 7, 8) представляет собой профилированную пластину, имеющую прямые части для крепления к переходной плите и профилированную часть, для расположения горизонтального участка торсионного энергопоглощающего элемента. Имеются два выреза для обеспечения размещения, свободного поворота в горизонтальной плоскости и удержания торсионного энергопоглощающего элемента под заданным углом.

Переходная плита представляет собой горизонтальную металлическую пластину 2 (фиг. 1) заданных размеров и толщины, в которой выполнены отверстия для крепления фиксатора и отверстия для крепления самой переходной плиты к дорожному полотну.

В случае ударного воздействия, ограждение, при наличии свободного угла поворота торсионного энергопоглощающего элемента, работает следующим образом. В исходном состоянии (см. фиг. 9) наклонный участок торсионного энергопоглощающего элемента 1 наклонен в сторону дорожного полотна на заданный угол (10…15°). От возможного поворота горизонтального участка торсионного элемента и перемещения консоли 3 и балки 4 вниз, упор 6 удерживает рычаг за счет выреза в фиксаторе 2.

Фиксатор 2 закреплен на переходной плите 5. Ударное воздействие (на рисунке обозначено F) вначале воспринимает балка 4 и консоль-амортизатор 3.

При величине воздействия (см. фиг. 10), превышающей суммарную силу сопротивления деформации балки 4 и консоли-амортизатора 3, происходит деформация балки 4 и консоли-амортизатора 3, что приводит к приближению балки 4 к торсионному энергопоглощающему элементу 1.

В случае воздействия ударной нагрузки, при которой консоль-амортизатор 3 исчерпал ход амортизации, по мере продвижения транспортного средства происходит дальнейшая деформация балки 4, ее перемещение, что вызывает перемещение вертикального участка и поворот горизонтального участка торсионного энергопоглощающего элемента 1 в фиксаторе 2 без рассеивания энергии ударного воздействия за счет пластического кручения (см. фиг. 11). Такой поворот горизонтального участка торсионного энергопоглощающего элемента 1 в фиксаторе 2 происходит до такого угла, когда, под действием перемещения балки 4 и консоли 3, ограничительный упор 6 торсионного энергопоглощающего элемента 1, выбрав «свободный» угол поворота, не упрется в поверхность переходной плиты 5.

В случае воздействия ударной нагрузки, при которой участвующие в работе балка 4 и консоль-амортизатор 3 исчерпали ход амортизации, а энергия воздействия полностью не рассеяна, начинается деформация горизонтального участка торсионного энергопоглощающего элемента (фиг. 12).

Это приводит к тому, что нагрузку начинает воспринимать рабочий горизонтальный участок 4 (см. фиг. 5) торсионного энергопоглощающего элемента, что обуславливает пластическое скручивание рабочей части и, соответственно, поглощение энергии воздействующей нагрузки.

Такая работа ограждения и наличие последовательного воздействия на транспортное средство нагрузок, вначале только от балки и деформируемого консоль-амортизатора, затем дополнительно от торсионного модуля, обеспечивает снижение перегрузок, действующих на транспортное средство, пассажиров и перевозимый груз, а также повышение энергоемкости дорожного ограждения. При этом, при незначительных нагрузках, торсионный энергопоглощающий элемент ограждения не получает необратимых деформаций и может использоваться повторно.

Для препятствия перемещению транспортного средства поверх защитного ограждения за пределы транспортного полотна, торсионный энергопоглощающий элемент имеет наклон в сторону дорожного полотна 10…15° и имеет свободный угол поворота рабочей части на угол 5…10°. При воздействии транспортного средств на ограждение, траектория движения средней части балки 4 примерно горизонтальная (обозначено Н), что препятствуют перемещению транспортного средства сверху через ограждение (обозначено H_max) и увеличивает удерживающую способность ограждения (фиг. 13).

При необходимости использования ограждения между разделительными полосами на переходную плиту устанавливается торсионный энергопоглощающий модуль, состоящий из двух торсионных энергопоглощающих элементов и двух фиксаторов (фиг. 14). Для уменьшения ширины ограждения до размеров, установленных по ГОСТ 26804-2012, торсионные энергопоглощающие модули устанавливают так, чтобы торсионные энергопоглощающие элементы 1 располагались навстречу друг другу (фиг. 14). Фиксаторы 5 крепятся к одной переходной плите 2. При этом расстояние между балками 4 (вторая балка не показана) не превышает заданное.

Для повышения динамических свойств, воспринимаемой нагрузки и максимального угла закрутки торсионный энергопоглощающий элемент подвергают заневоливанию. Эта технологическая операция является последней среди операций механической и термической обработки. Операция заневоливания заключается в закрутке горячего торсиона за предел его упругого состояния и выдерживании в таком положении некоторое время. При этом в поверхностных слоях возникают пластические деформации, а в сердцевине упругие. После разгрузки торсиона сердцевина, стремясь освободиться от напряжений и вернуться в исходное состояние, встречает сопротивление пластически деформированного поверхностного слоя. Остаточные напряжения, полученные при заневоливании, позволяют повысить рабочую нагрузку и угол закрутки торсиона в эксплуатации.

За счет подбора торсионных модулей с механической обработкой [Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. Книга 2. Под ред. П.Н. Учаева - М.: Машиностроение, 1988. - с. 490.] и с различным коэффициентом жесткости, изменения расстояния между торсионными энергопоглощающими модулями, изменения величины «свободного» хода торсионного энергопоглощающего элемента имеется возможность задавать прогиб, рабочую ширину, инерционные перегрузки и уровень удерживающей способности ограждения.

Изготовление и сборка предлагаемой конструкции просты и выполняются обычными известными методами соединения. Конструкция не требует регулярного технического обслуживания, обладает высокой удельной энергоемкостью и уровнем удерживающей способности, оптимальной и стабильной силовой характеристикой, не зависящей от условий внешней среды и параметров внешнего воздействия.

Изобретение относится к техническим средствам организации дорожного движения. Дорожное удерживающее боковое барьерное ограждение состоит из горизонтальных ограничительных элементов в виде профилированных металлических полос, прикрепленных к ним балок-амортизаторов, вертикально расположенных опор, соединенных с горизонтально расположенными на заданном расстоянии на дорожном полотне переходными плитами. Опора выполнена в виде торсионного энергопоглощающего модуля, состоящего из прикрепленного к переходной плите фиксатора, изготовленного из металла в виде профилированного элемента с вырезами, удерживающего торсионный энергопоглощающий элемент в заданном положении и обеспечивающего его свободное вращение в пределах заданного угла, и торсионного энергопоглощающего элемента, изготовленного из отрезка металлического прута круглого сечения, участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в пруте имеется в верхней части вертикальный участок, далее расположен наклонный относительно вертикали в сторону от дорожного полотна участок, далее расположен горизонтальный участок, отогнутый параллельно ограничительному элементу, являющийся рабочей частью, поглощающей энергию за счет пластического кручения, далее в нижней части имеется ограничительный упор. Изготовление и сборка предлагаемой конструкции просты и выполняются обычными известными методами соединения. Конструкция обладает высокими удельной энергоемкостью и уровнем удерживающей способности, оптимальной и стабильной силовой характеристикой, не зависящей от условий внешней среды, при этом обеспечивается возможность установки ограждения на разделительных полосах дорожного полотна. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности и удерживающей способности ограждения. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Дорожное удерживающее боковое барьерное ограждение, состоящее из расположенных на заданном расстоянии опор, прикрепленных к ним с помощью консолей-амортизаторов ограничительных элементов, выполненных в виде горизонтальных металлических полос, переходных плит, закрепленных на дорожном полотне, отличающееся тем, что опора выполнена в виде торсионного энергопоглощающего модуля, состоящего из прикрепленного к переходной плите фиксатора, изготовленного из металла в виде профилированного элемента с вырезами, удерживающего торсионный энергопоглощающий элемент в заданном положении и обеспечивающего его свободное вращение в пределах заданного угла, и торсионного энергопоглощающего элемента, изготовленного из отрезка металлического прута круглого сечения, участки которого последовательно изогнуты таким образом, что в пруте имеется в верхней части вертикальный участок, далее расположен наклонный на угол 10…15° относительно вертикали в сторону от дорожного полотна участок, который изогнут в точке на высоте не менее 0,6 H_max, где H_max - высота ограждения, далее расположен горизонтальный участок, отогнутый параллельно ограничительному элементу на 90° относительно наклонного участка, являющийся рабочей частью, далее в нижней части имеется ограничительный упор, отогнутый на 90° относительно горизонтального участка, при этом угол между ограничительным упором и наклонным участком прута составляет 95…100°.

2. Дорожное ограждение по п. 1, отличающееся тем, что для возможности установки на разделительных полосах дорожного полотна ограждение имеет торсионный энергопоглощающий модуль, включающий два торсионных энергопоглощающих элемента, установленных на одной переходной плите, при этом торсионные энергопоглощающие элементы установлены навстречу друг другу.