Горизонтальный инициирующий экран для защиты железнодорожного тоннеля Российский патент 2023 года по МПК E01F7/00 E04H9/04 

Изобретение относится к способу защиты железнодорожного тоннеля путем возведения специальной защитной конструкции, предназначенной для предотвращения контактного взрыва и ослабления воздушной ударной волны от воздействия крылатых ракет противника при ведении боевых действий, для обеспечения сохранности конструкций тоннеля и обеспечения бесперебойного движения железнодорожного транспорта.

Известно «Устройство локализации воздействий взрывных механизмов (бомб)» по патенту на изобретение RU 2125232 С1 от 20.01.1999, МПК F42B 39/00 (1995.01), F42B 33/00 (1995.01) [1], содержащее одну или более заполненных негорючей жидкостью емкостей, выполненных из эластичного, упругого материала, рукоятку для доставки и установки на обнаруженный подозрительный предмет и противоосколочный экран, выполненный в виде "юбки" из высокомодульной ткани, закрепленной по контуру периферийной части емкости, с емкостью в нижней части, вмещающая обнаруженный подозрительный предмет и позволяющая отделить последний от окружающего пространства.

Недостатком «устройства локализации воздействий взрывных механизмов (бомб)» является невозможность защиты от боеприпасов с прочным корпусом, проникающих в преграду, при этом предлагаемое устройство заводского изготовления и требует транспортировки к месту установки.

Известен «Строительный элемент» по патенту на изобретение RU 2014148126 А от 20.06.2016, МПК Е04В 1/00 (2006.01) [2], представляющий собой тело сотовой конструкции, изготовленной методом литья с внутренним керамическим или броневым вкладышем, собранное из элементов сваренных между собой на месте строительства с использованием расплавленной стали из ковша или с применением термитной сварки, использующий сталь с содержание углерода от 0,03% до 2,14% при величине предела текучести 190-600 МПа и величине предела прочности 250-1800 МПа, с толщиной от 0,05 м до 40,0 м с толщиной стенок обеспечивающей его прочность при внешнем воздействии на него с силой взрыва боеприпаса, дополнительно содержащий сверху слой динамической защиты с содержащимся внутри взрывчатым веществом.

Недостатком «строительного элемента» является высокая материалоемкость решения и необходимость применения специальных сталей, керамики или брони, при этом полученная конструкция получается габаритной и трудозатратной, требующей применения на строительной площадке сложных технологических приемов и работы специалистов высокой квалификации.

Известно «Заграждение» по патенту на изобретение RU 2009127494 А от 27.01.2011, МПК Е04Н 9/04 (2006.01) [3], пассивное заграждение из ударопоглощающего пеноматериала из жесткого пенополиуретана, ромбовидного по форме в поперечном сечении из прочного материала, охватывающего защищаемую конструкцию, содержащую средство придания жесткости, повторяющую форму заграждения, требуемой формы закреплено на центральном пилоне самолета посредством ножки, держателя или подвески для обеспечения размещения этого заграждения в рабочем положении.

Недостатком «заграждения» является невозможность защиты от боеприпасов с взрывателем не мгновенного действия и проникающего типа с фугасным зарядом, при этом предложение сложное, материалоемкое и трудоемкое.

Известна полезная модель к патенту «Взрывоустойчивый навесной вентилируемый фасад» RU 142251 U1 от 27.06.2014, МПК E04F 13/075 (2006.01), Е04В 1/98 (2006.01) [4], включающий сэндвич-панели, прикрепленные к вертикальным направляющим, которые закреплены на фасаде, при этом в качестве фасадных плит используют взрывоустойчивые сэндвич-панели, в которых наружные слои выполнены из композитного материала - слоистого пластика, а промежуточный слой выполнен в виде сотового алюминиевого заполнителя с расположением сот перпендикулярно плоскости панели, при этом взрывоустойчивые сэндвич-панели имеют жесткое крепление к вертикальным направляющим, жесткое крепление сэндвич-панелей к вертикальным направляющим выполнено точечным, при этом несущие кронштейны содержат подвижную вставку, демпфирующий элемент и упор демпфирующих элементов несущих кронштейнов выполнен упругим, а упругие демпфирующие элементы несущих кронштейнов выполнены в виде резиновой вставки, при этом демпфирующие элементы несущих кронштейнов выполнены сминаемыми за прикрепленных к вертикальным направляющим сэндвич-панелям дополнительно содержим слоям из плотного пористого материала, сквозь который без зазора пропущены несущие кронштейны.

Недостатком «взрывоустойчивого навесного вентилируемого фасада» является то, что он предлагаемая конструкция является материало- и трудозатратеной, при этом предлагаемая конструкция не защищает от контактного воздействия фугасных и бетонобойных боеприпасов, воздействие от которых предлагаемая конструкция не защищает.

Известна «Плита для защиты брони машин и фортификационных сооружений» по полезной модели к патенту RU 95094 U1 от 10.06.2010, МПК F41H 5/04 (2006.01) [5], содержащая металлический корпус и слои материалов, гасящих инерцию удара, два слоя железобетона, между которыми установлен слой огнеупорной керамики, и они отделены друг от друга слоями стеклоткани, при этом верхний слой железобетона вдвое толще нижнего, а толщина слоя керамики одинакова с толщиной железобетона верхнего слоя, при этом слои стеклоткани одинаковой толщины.

Недостатком «плиты для защиты брони машин и фортификационных сооружений» является то, что она имеет большую массу, является трудоемкой и материально затратной.

Известно «Устройство защиты сооружений от высокоточного оружия» по полезной модели к патенту RU 196 056 U1 от 14.02.2020, (51) МПК F41H 5/007 (2006.01), (52) СПК F41H 5/007 (2019.08) [6], представляющее собой установленные на поверхности плиты железобетонные ячейки коробчатого типа с расположенными на дне зарядами взрывчатого вещества направленного действия и закрытые сверху динамической защитой, взаимодействующей с взрывчатым веществом - прототип.

Недостатком «устройства защиты сооружений от высокоточного оружия» является сложность, материалоемкость, трудозатратность исполнения, при этом речь идет о кумулятивном заряде, а о наиболее часто используемых бронебойных и фугасных боеприпасах не говорится. Эффективность предлагаемой защиты от бронебойных и фугасных боеприпасов сомнительна.

Недостатки прототипа и аналогов ставят задачу создания способа прикрытия железнодорожного тоннеля и конструкции для его для защиты от контактного взрыва и ослабления ударных воздушных волн с целью сохранения тоннеля, при взрывном воздействии по нему крылатых ракет противника, во время ведения боевых действий, в целях обеспечения бесперебойного движения железнодорожного транспорта.

Ограничительные признаки заявленного технического решения общие с устройством прототипа следующие: Устройство защиты сооружений от высокоточного оружия с железобетонными ячейками коробчатого типа на поверхности плиты с установленными на дне зарядами взрывчатого вещества направленного действия и закрытые сверху динамической защитой, взаимодействующей с взрывчатым веществом.

При этом в соответствии с предлагаемой формулой:

- в качестве установленных на поверхности железобетонных ячеек коробчатого типа подразумевается горизонтальный инициирующий экран для защиты тоннеля, выполненный из металлического листа от емкости цистерны на стойках и балках металлического каркаса из прокатных профилей от бывшей в употреблении, списанной рамы железнодорожной цистерны;

- в качестве расположенной сверху динамической защиты, взаимодействующей с зарядами взрывчатого вещества направленного действия расположенными на дне ячеек, подразумевается динамическая защита, установленная на поверхности горизонтального инициирующего экрана.

Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в том, что предложен не только способ защиты тоннеля от контактного взрыва и ослабления воздушных ударных волн с целью сохранения тоннеля при воздействии по нему крылатых ракет противника во время ведении боевых действий, для обеспечения сохранности конструкций и бесперебойного движения железнодорожного транспорта, но и предложена конструкция для его выполнения. При этом уменьшаются трудовые и материальные затраты, обеспечивается возможность проведения работ при любых погодных условиях. Сроки возведения при этом минимальны.

Приведенное выше описание прототипа можно кратко обобщить в виде заявленного технического решения, приведенного ниже.

Способ прикрытия железнодорожного тоннеля горизонтальным инициирующим экраном и конструкция для его обеспечения реализуется в виде инициирующего экрана, имеющего в составе металлический лист с закрепленными на нем контейнерами динамической защиты, которые при попадании в них крылатой ракеты детонируют, при этом воздушная ударная волна от взрыва, не приводит к выводу из строя тоннеля, т.к. взрыв боевой части крылатой ракеты происходит на заданном расстоянии.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что инициирующий экран для защиты тоннеля формируется из металлического листа, балок и стоек. При этом конструкции горизонтального экрана собираются из списанных, бывших в употреблении железнодорожных цистерн. Стойки и балки горизонтального экрана выполняются из металлических профилей от рамы цистерны, а металлический лист с закрепленными на нем контейнерами динамической защиты, формируется из емкости цистерны.

При этом, в целях маскировки, инициирующий экран устанавливается в ночное время, по захваткам. Выполненный на захватке горизонтальный экран сразу маскируется под фон местности (маскировочной сеткой и/или одернованием).

Технический результат - создание упрощенной конструкции защиты тоннеля, что существенно повышает устойчивость его работы, сокращает трудовые и материальные затраты за счет использования бывших в употреблении списанных железнодорожных цистерн.

Бывшие в употреблении списанные железнодорожные цистерны переплавляются (утилизируются) и используются для изготовления новых металлических конструкций. Процесс утилизации и изготовления новых конструкций влечет значительные трудовые, материальные и энергетические затраты, которые можно избежать, повторно используя списанные железнодорожные цистерны для устройства инициирующего горизонтальный экрана для защиты тоннеля, также предлагаемый подход снижает экологическую нагрузку на окружающую среду. В 2017 году списано 10380 цистерн [7].

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства горизонтального инициирующего экрана - продольный разрез; на фиг. 2 изображен план горизонтального инициирующего экрана; на фиг. 3 изображен разрез 1-1; на фиг. 4 изображен разрез 2-2; на фиг. 5 изображен узел 1; на фиг. 6 изображен узел опирания стойки на фундамент; на фиг. 7 изображена железнодорожная цистерна.

Дополнительно на фигурах 1…7 обозначены: 1 - портальная часть тоннеля; 2 - горизонтальный инициирующий экран; 3 - крылатая ракета; 4 - обделка начального участка тоннеля; 5 - защитная толща грунтового массива; 6 - балка; 7 - стойка; 8 - рельсы; 9 - рама цистерны (металлическая); 10 - емкость железнодорожной цистерны; 11 - консольная ферма; 12 - раскосы фермы; 13 - верхний и нижний пояс фермы; 14 - железобетонный фундамент стойки (7); 15 - маскировочная сетка; 16 - контейнер динамической защиты; 17 - прогон; 18 - наклонная балка; 19 - металлический лист; 20 - подпорная стена портала; 21 - железобетонный фундамент наклонной балки (18); 22 - фундаментный болт; 23 - крепежный болт;

Для устройства горизонтального инициирующего экрана (2) (фиг. 1) применена списанная, бывшая в употреблении железнодорожная цистерна - металлическая рама (9) и емкость цистерны (10). Конструкция выполняется из стоек (7), установленных на фундамент, на которые монтируются балки (6) в продольном и прогоны (17) в поперечном направлении. По прогонам (17) устанавливается металлический лист (19), на котором закрепляются контейнера динамической защиты (16). Консольная ферма (11), состоящая из поясов (13) и раскосов (12), прогонов (17), металлического листа (19) с установленными на нем контейнерами с динамической защиты (16) крепится к порталу.

Порядок возведения горизонтального инициирующего защитного экрана:

На первом этапе, в зависимости от количества взрывчатого вещества крылатой ракеты и степени защиты (допустимое давления в во взрывной волне на тоннель), рассчитывается безопасное расстояние от экрана до тоннеля. На основе полученных данных назначаются габариты экрана, составляется проект, заготавливаются необходимые материалы из бывшей в употреблении железнодорожной цистерны - рамы (9) и емкости цистерны (10).

На втором этапе, по захваткам, устанавливаются на фундамент (14) стойки (7), балки (6), прогоны (17), монтируется металлический лист (19) инициирующего экрана (2), монтируются контейнеры динамической защиты (16) и маскировочная сетка (15) под фон местности. При этом размер захватки назначается исходя из продолжительности темного времени суток, т.е. объем работ, от установки стоек до устройства маскировки, должен быть выполненным за ночь. Консольная ферма (11) изготавливается на удаленной от тоннеля площадке и в собранном состоянии транспортируется к месту установки. Установка консольной фермы производится в течении ночи.

Стойки (7), балки (6), раскосы фермы (12), пояса фермы (13) выполняются из рамы цистерны (9), металлический лист (19) из емкости цистерны (10). Для придания требуемой формы металлическому листу емкости цистерны (10) его выпрямляют и получают плоский металлический лист (19). Выпрямление листа выполняется после отделения торцов емкости и продольного разделения емкости на части требуемых размеров. При выпрямлении листа в построечных условиях получаем несовершенную (не ровную по плоскости) форму, что дает положительный эффект при выполнении маскировки, т.к. не требуется придавать поверхности экрана "неправильную" форму, свойственную природным очертаниям.

Таким образом, использование предложенной схемы позволяет возвести в сжатые сроки горизонтальный инициирующий экран для защиты железнодорожного тоннеля, не требующий значительных трудовых и материальных затрат с использованием списанных, бывших в употреблении железнодорожных цистерн.

При данном способе устройства горизонтального инициирующего экрана получаем защитное устройство тоннеля, не требующее для возведения дорогостоящих материалов и специально изготовленных заводских конструкций, а также применения сложной строительной техники, без остановки движения по тоннелю.

Значительное снижение затрат материальных средств достигается за счет использования списанной, бывшей в употреблении железнодорожной цистерны (фиг. 7), ее элементов - металлической рамы цистерны (9) и емкости железнодорожных цистерны (10).

Предлагаемое техническое решение конструкции направлено на решение задач по защите тоннелей от поражения высокоточным оружием (крылатыми ракетами) при ведении боевых действий.

Таким образом, устройство горизонтального инициирующего защитного экрана в совокупности с признаками формулы изобретения (сущностью изобретения) является новым для защитных устройств тоннелей и, следовательно, соответствует критерию «новизна».

Вышеприведенная совокупность отличительных признаков не известна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования защитных устройств тоннелей, что доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».

Конструктивная реализация заявляемого технического решения с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».

Литература:

1. Патент на изобретение RU 2125232 С1 от 20.01.1999, МПК F42B 39/00 (1995.01), F42B 33/00 (1995.01) - «Устройство локализации воздействий взрывных механизмов (бомб)».

2. Заявка на изобретение RU 2014148126 А от 20.06.2016, МПК Е04В 1/00 (2006.01) - «Строительный элемент».

3. Патент на изобретение RU 2009127494 А от 27.01.2011, МПК Е04Н 9/04 (2006.01) - «Заграждение».

4. Полезная модель к патенту RU 142251 U1 от 27.06.2014, МПК E04F 13/075 (2006.01), Е04В 1/98 (2006.01) - «Взрывоустойчивый навесной вентилируемый фасад».

5. Полезная модель к патенту RU 95094 U1 от 10.06.2010, МПК F41H 5/04 (2006.01) - «Плита для защиты брони машин и фортификационных сооружений».

6. Полезная модель к патенту RU 196 056 U1 от 14.02.2020, МПК F41H 5/007 (2006.01), СПК F41H 5/007 (2019.08) - «Устройство защиты сооружений от высокоточного оружия». - прототип.

7. https://vgudok.com/lenta/podvizhnyy-sostav-vypusk-spisanie-stoimost-stavki-obzor-parka-ps-na-seti-rzhd.

Авторы: Пищалов Юрий Вячеславович, Демьянов Алексей Анатольевич, Бирюков Юрий Александрович, Бирюков Дмитрий Владимирович, Бутин Илья Павлович, Богомаз Роман Николаевич, Чугреев Максим Андреевич, Голубев Сергей Константинович, Фертов Денис Николаевич

Изобретение относится к способу защиты железнодорожного тоннеля путем возведения защитной конструкции, предназначенной для предотвращения контактного взрыва и ослабления воздушной ударной волны от воздействия крылатых ракет противника при ведении боевых действий, для обеспечения сохранности конструкций тоннеля. Технический результат - упрощение конструкции защиты тоннеля, сокращение трудовых и материальных затрат за счет использования бывших в употреблении списанных железнодорожных цистерн. Горизонтальный инициирующий экран для защиты железнодорожного тоннеля выполнен из металлического листа от емкости цистерны на стойках и балках металлического каркаса из прокатных профилей от бывшей в употреблении списанной рамы железнодорожной цистерны. На металлическом листе закреплены контейнеры динамической защиты. 7 ил.

Горизонтальный инициирующий экран для защиты железнодорожного тоннеля, характеризующийся тем, что содержит установленные на фундаменте стойки, смонтированные на них балки и прогоны с образованием металлического каркаса, на котором закреплен металлический лист, на котором размещены и закреплены контейнеры динамической защиты, при этом металлический лист и каркас выполнены из бывшей в употреблении железнодорожной цистерны, соответственно, ее емкости и рамы.