ПРОТИВОТАРАННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2023 года по МПК E01F13/12 

Изобретение относится к устройствам, преграждающим несанкционированный въезд транспортных средств на территорию или выезд с территории охраняемого объекта, в том числе посредством тарана при въезде.

Из уровня техники известна полезная модель №131741 (08.02.2013), которая относится к устройствам, предназначенным для создания препятствия движению транспортных средств при попытке несанкционированного въезда на территорию или выезда с территории охраняемого объекта. Техническая задача состоит в повышении надежности работы устройства, снижение массы противотаранного барьера, упрощении конструкции при сохранении высокой надежности в эксплуатации, обеспечивающее простоту сборки и монтажа на объекте. В противотаранном барьере, содержащем опоры с цапфами, электропривод, заградительную полую балку с расположенными внутри силовыми тросами, один конец которой установлен на оси, закрепленной на раме с возможностью поворота балки в вертикальной плоскости, согласно предложенной полезной модели, электропривод выполнен в виде привода линейного перемещения, заградительная балка в месте крепления оси снабжена отогнутым рычагом, на котором шарнирно закреплен привод линейного перемещения. Основания стальных опор и рамы жесткозакреплены на фундаментных блоках. Привод линейного перемещения снабжен защитным кожухом с замковым устройством, предотвращающий несанкционированный доступ к приводу. Тросовая система выполнена в виде, по меньшей мере, девяти витков силового троса и установлена в вертикальной плоскости балки. Технический результат состоит в повышении надежности устройства, в увеличении количества циклов «подъем-опускание», что обеспечивает увеличение срока эксплуатации устройства. Тросовая система, выполненная предложенным образом, обеспечивает прочность на разрыв не менее 54 т статистических нагрузок. С помощью тросовой системы, противотаранный барьер целиком является непреодолимым препятствием для автотранспорта массой до 3,5 тонны, движущегося со скоростью 40 км/ч. Противотаранный барьер имеет противотаранные свойства в двух направления движения транспортных средств, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является полезная модель №171932 (17.02.2017), которая относится к средствам, преграждающим несанкционированный проезд, в том числе посредством тарана, на территорию охраняемых объектов, а именно к выдвижному противотаранному шлагбауму с повышенной прочностью к ударной нагрузке. Шлагбаум содержит основную и приемную силовые стойки и расположенную между ними с возможностью перемещения в горизонтальном направлении балку. Основная силовая стойка имеет механизм перемещения указанной балки, а приемная силовая стойка - механизм запора этой балки. В обеих стойках и их фундаментах, а также в балке расположены кольцевые тросы, образующие в рабочем положении шлагбаума замкнутую систему. Балка сверху и снизу снабжена направляющими, предназначенными для взаимодействия с установленными на основной стойке двумя парами роликов.

Недостатком данных технических решений является недостаточная останавливающая сила.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка конструкции противотаранного устройства с повышенными эксплуатационными свойствами.

Данная задача решается благодаря тому, что противотаранное устройство состоит из правой, левой, средней стоек и заградительной балки, причем все стойки и заградительная балка полые и содержат внутри стальные кольцевые канаты, содержащее электропривод для движения заградительной балки в горизонтальном положении, при этом левая и средняя стойки расположены рядом и соединены между собой стяжками, концы канатов соединены канатными зажимами, имеются зацепы на заградительной балке с правой стороны, крепящиеся к замкам на правой стойке, упор на заградительной балке с левой стороны, надевающиеся на опоры на левой стойке, которые при таране вместе с канатами в заградительной балке и в стойках образуют единую систему «ячейка рыболовной сети», которая надежно улавливает транспорт, идущий на таран.

Техническим результатом является улучшение останавливающей силы противотаранного устройства, в том числе повышение прочностных характеристик.

Противотаранное устройство состоит из правой, левой и средней стоек и заградительной балки, причем во всех стойках и в заградительной балке имеются стальные канаты внутри.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид противотаранного устройства в аксонометрии;

Фиг. 2 - фрагмент противотаранного устройства;

Фиг. 3 - расположение кольцевых канатов с зажимами внутри заградительной балки;

Фиг. 4 - фрагмент противотаранного устройства;

Фиг. 5 - график распределения напряжения при столкновении.

На фигурах обозначено: 1 - правая стойка; 2 - левая стойка; 3 - средняя стойка; 4 - заградительная балка; 5 - стяжка; 6 - подставка; 7 - укосина; 8 - кольцевой канат балки; 9 - электропривод; 10 - концевые ролики; 11 - канатные зажимы «слоник»; 12 - зацеп; 13 - двухсторонний упор; 14 - опора; 15 - замок; 16 - дополнительные профили; 17 - зубчатая рейка; 18 - направляющий рельс; 19 - роликовая тележка; 20 - кольцевой канат стоек; 21 - крышка.

Противотаранное устройство (Фиг. 1) состоит из правой стойки 1 с двумя укосинами 7, левой стойки 2 и средней стойки 3, расположенной рядом с левой стойкой 2 и соединенной с ней при помощи стяжек 5. При этом заградительная балка 4 проходит через стойки 1, 2, 3.

Заградительная балка 4 выполнена из двух горизонтальных полых профилей, соединенных при помощи наклонных полых профилей. Внутри горизонтальных полых профилей, образуя замкнутую систему, находится кольцевой канат 8 из стали, выполненный из одного отрезка в два ряда. Концы каната 8 со стороны левой стойки соединены между собой канатными зажимами «слоник» 11 (Фиг. 3). Предпочтительно в четырех местах с шагом 100 мм.

Для удобства затягивания каната в балку 4, с обоих торцов балки 4 предусмотрены отверстия со съемными крышками 21.

С обеих торцевых сторон заградительной балки 4 в нижней части для облегчения закатывания на стойки 1, 2, 3 установлены концевые ролики 10. Со стороны правой стойки 1 на заградительной балке 4 имеется два зацепа 12, который смещается вместе с балкой 4 при таране шлагбаума и надевается на замок 15, установленный на стойке 1, за счет чего происходит соединение конструкции стойки 1 и заградительной балки 4.

На заградительной балке 4 со стороны левой стойки 2 предусмотрен двухсторонний упор 13, который при таране шлагбаума надевается на опору 14, расположенную на левой стойке 2, что обеспечивает соединение конструкции стойки 2 и заградительной балки 4 (Фиг. 2).

Стойка 1 выполнена из профильной трубы с перегородками и двумя укосинами 7, предназначенные для устойчивости конструкции. Одна укосина 7 присоединена к передней части стойки 1, вторая к торцевой. Внизу стойка 1 и укосины 7 соединены двумя дополнительными профилями 16, образуя треугольники. Укосина установлена с противоположной стороны тарана для увеличения останавливающей силы при таране.

Стойки 2 и 3 выполнены также из профильных труб с перегородками. Причем стойки 2 и 3 соединены между собой стяжками 5. Также между стойкой 2 и 3 на уровне заградительной балки 4 на подставке 6 находится электропривод 9 для движения заградительной балки 4 в горизонтальном положении. Электропривод 9 выполнен с зубчатой рейкой 17. Внутри стоек 2 и 3 предусмотрены ролики для удержания балки 4 (не указаны на чертежах).

Внутри стоек 1, 2, 3 также находятся стальные кольцевые канаты 20, образуя замкнутую систему. В стойке 1 находятся два каната 20, в стойках 2, 3 - достаточно по одному канату 20, так как они объединены при помощи стяжек 5. Концы канатов 20 внизу соединены между собой канатными зажимами «слоник» 11 в четырех местах с шагом 100 мм.

Установка противотаранного устройства осуществляется следующим образом. В грунте делаются две выемки под стойки 1, 2, 3, на дно которых засыпается щебень. Далее в углубления помещаются арматурные сетки и заливается бетон. Стойки 1, 2, 3 устанавливаются таким образом, чтобы они уходили в бетон на глубину, обеспечивающую устойчивость.

Устройство работает следующим образом.

Транспорт, идущий на таран, смещает заградительную балку 4. При смещении балки 4 двухсторонний упор 13 надевается на опору 14, расположенную на левой стойке 2, что обеспечивает соединение конструкции стойки 2 и заградительной балки 4. Зацеп 12 при таране также смещается вместе с балкой 4 и надеваются на замок 15, установленный на стойке 1, за счет чего происходит соединение конструкции стойки 1 и заградительной балки 4.

Канаты 20 в стойках 1, 2, 3 и канаты 8 в заградительной балке 4 шлагбаума, образуя единую систему «ячейка рыболовной сети» за счет замка 15, зацепа 12, упора 13 и опоры 14, надежно улавливает транспорт, идущий на таран.

Движение заградительной балки 4 в горизонтальном положении осуществляется посредством электропривода 9, который вращает шестерню, которая в свою очередь передвигает зубчатую рейку 17, соединенную с балкой 4 (Фиг. 4).

В обычном состоянии зацеп 12 проходит мимо замка 15 на расстоянии 10-20 мм, и только при таране зацеп 12 смещается вместе с балкой 4 и надевается на замок 15. Это является уникальной особенностью и преимуществом, так как у других противотаранных устройств необходимо соединять стойку и балку вручную, что непрактично и занимает время, или соединение происходит посредством дополнительных сервоприводов, что усложняет конструкцию.

Преимущества данного противотаранного устройства также заключается в том, что максимальный вес одной детали не более 140 кг, поэтому может быть смонтирована на объекте бригадой до трех человек без помощи грузоподъемных механизмов. Соединения всех элементов болтовое, что исключает проведение огневых работ на объекте.

Конструкция шлагбаума, его габариты и масса обеспечивают возможность компактной транспортной упаковки, что дает возможность перевозки на стандартном автомобиле типа «Газель». Разгрузка на месте может быть произведена по частям, без применения грузоподъемных механизмов.

Также за счет отсутствия необходимости соединения стойки 1 и балки 4 вручную или с использованием сервопривода, эксплуатация становится более удобной, вероятность поломок существенно снижается и увеличивается останавливающая сила.

Ниже приведен расчет проверки прочности основных частей шлагбаума.

С помощью программного обеспечения моделируем физические процессы, которые описываются дифференциальными уравнениями в частных производных (ДУЧП) Далее задачи решаются методом конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов (МКЭ) - это численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики.

Данные для расчета:

1. Масса транспортного средства 20 т, скорость 40 км/ч.

2. Масса транспортного средства 7 т, скорость 70 км/ч.

- Время передачи импульса от транспортного средства к шлагбауму (dt) = 1 с.

- Сила тяжести (g) = 9.8 м / с2.

- Основной конструкционный материал шлагбаума примем Ст5сп

Таблица 1 - Механические свойства стали Ст5сп Параметр Величина Предел текучести, Н/мм2, не менее 274 Временное сопротивление при растяжении, Н/мм2 490 Относительное удлинение, % 17

Проверка канатной системы.

Для проверки прочности стальных канатов 8 и 20, расположенных внутри шлагбаума, используется числовой метод.

Для начала производится расчет силы, действующей на шлагбаум в момент удара.

Формула расчета силы импульса: F = m * (V1 - V2) / dt, где F - сила удара в ньютонах; m - масса тела в килограммах; V1 - скорость в начале удара в м/с; V2 - скорость после удара в м/с; dt - время контакта в секундах.

Первый случай:

F = 20000 * (11,11 - 0) / 1 = 222200 Н = 222,2 кН

Второй случай:

F = 7000 * (19,44- 0) / 1 = 136080 Н = 136,1 кН

Следовательно, рассматриваем более нагруженный случай в 222,2 кН.

Выбираем канат Ф18, но для выдерживания необходимой нагрузки на разрыв ставим два каната.

Основные параметры моделирования:

- используется сталь Ст5сп.

- задаем скорость движущегося объекта = 11,11 м/с = 40 км/ч;

- задаем крепления и граничные условия.

Расчет максимально допустимых нагрузок.

Оценка прочности конструкции производится путем сравнения действующих напряжений с допустимыми напряжениями.

Определяющим параметром надежности конструкции является напряжение или напряженное состояние в какой-либо области конструкции. На основании анализа расчетных или экспериментальных данных о напряженном состоянии конструкции выявляются точки или точка конструкции, где возникают наибольшие напряжения.

В ходе расчета в программе были получены следующее максимальные напряжения: 454 МПа.

На Фиг. 5 представлен график распределения напряжения по Мизесу на шлагбаум.

По результатам проведенного анализа можно сделать заключение о том, что действующие напряжения удовлетворяют техническим требованиям и считать удовлетворительным пределу прочности для стали Ст5сп.

Изобретение относится к устройствам, преграждающим несанкционированный въезд транспортных средств на территорию или выезд с территории охраняемого объекта, в том числе посредством тарана при въезде. Противотаранное устройство состоит из правой, левой, средней стоек и заградительной балки, причем все стойки и заградительная балка полые и содержат внутри стальные кольцевые канаты, содержащее электропривод для движения заградительной балки в горизонтальном положении, при этом левая и средняя стойки расположены рядом и соединены между собой стяжками, концы канатов соединены канатными зажимами, имеются зацепы на заградительной балке с правой стороны, крепящиеся к замкам на правой стойке, упоры на заградительной балке с левой стороны, надевающиеся на опоры на левой стойке, которые при таране вместе с канатами в заградительной балке и в стойках образуют единую систему «ячейка рыболовной сети», которая надежно улавливает транспорт, идущий на таран. Техническим результатом является улучшение останавливающей силы противотаранного устройства, в том числе повышение прочностных характеристик. 5 ил., 1 табл.

Противотаранное устройство, состоящее из правой, левой, средней стоек, заградительной балки, причем все стойки и заградительная балка полые, внутри которых расположены стальные кольцевые канаты, и содержащее электропривод для движения заградительной балки в горизонтальном положении через стойки, отличающееся тем, что левая и средняя стойки соединены между собой стяжками, концы канатов соединены канатными зажимами, а на заградительной балке с правой стороны выполнен зацеп с возможностью надевания на замок, установленный на правой стойке, а с левой стороны балки выполнен двусторонний упор с возможностью надевания на опоры на левой стойке.