СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЛЕДЯНОЙ ПЕРЕПРАВЫ Российский патент 2024 года по МПК E01D15/14 

Изобретение относится к ледотехнике, в частности к эксплуатации ледяных переправ при транспортировке по ним грузов на малых скоростях, при которых в ледяном покрове не возникают изгибно-гравитационные волны (ИГВ).

Известен способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании в ледяной покров по обеим сторонам переправы арматуры в виде стальных пружин растяжения диаметром не более толщины льда, которые перед вмораживанием растягивают и разогревают до температуры выше температуры плавления льда посредством пропускания через них электрического тока, затем после их погружения в ледяной покров на глубину не больше диаметра пружин подачу электрического тока прекращают. Подготовленную таким образом поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур t<0°C до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда (RU 2482239, 20.05.2013, Бюл. 28 - принят за прототип).

Недостатком известного способа является недостаточное увеличение грузоподъемности ледяной переправы, т.к. для ее увеличения используется создание предварительной напряженности только в виде сжимающих усилий, хотя при изгибе ледяной пластины в ней возникают и растягивающие напряжения.

Сущность заявляемого изобретения заключается в обеспечении различной по знаку предварительной напряженности для верхних слоев льда, т.е. слоев, расположенных выше нейтральной оси поперечного сечения по толщине ледяной пластины, и для нижних слоев, т.е. слоев, расположенных ниже нейтральной оси поперечного сечения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении массы грузов, перевозимых по переправе, т.е. ее грузоподъемности.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании в ледяной покров по обеим сторонам переправы арматуры в виде стальных пружин растяжения, которые перед вмораживанием разогревают до температуры выше температуры плавления льда посредством пропускания через них электрического тока и растягивают, затем после их погружения в ледяной покров подачу электрического тока прекращают, подготовленную поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур t<0°C до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда.

Отличительные: что в верхние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины сжатия диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 1/4 толщины льда, одновременно в нижние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины растяжения диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 3/4 толщины льда, при этом пружинам в верхних слоях льда обеспечивают сжимающие усилия, а пружинам в нижних слоях - растягивающие, затем после вмораживания пружин нагружающие усилия снимают.

Общеизвестно, что при изгибе горизонтально расположенной балки вертикальной нагрузкой, приложенной сверху - вниз, в ее сечениях, расположенных выше нейтральной оси, будут возникать сжимающие нормальные напряжения, а сечениях, расположенных ниже этой оси - растягивающие.

Так же известно, что транспортировка по переправам тяжелой техники производится на малых скоростях (ниже критических или резонансных), при которых в ледяном покрове не возникают волновые колебания (Хейсин Д.Е. Динамика ледяного покрова. Л.: Гидрометеоиздат.1967. 216 с), вызывающие появление в верхних и нижних слоях ледяного покрова знакопеременные нормальные напряжения. При таких режимах эксплуатации переправы в ледяном покрове возникают деформации подобные статической чаше прогибов льда (Иванов К.Е., Кобеко П.П., Шульман А.Р. Деформация ледового покрова при движении грузов. Журнал технической физики. 1946. Т. 16, с. 257-262., Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат.1967. 467 с). Поэтому в верхних слоях ледяного покрова, т.е. в сечениях, расположенных выше нейтральной оси, будут возникать нормальные напряжения сжатия, а в нижних, соответственно, - растяжения. Из этого следует, что, если в верхних слоях льда предварительно создать растягивающие напряжения, а в нижних - сжимающие, то при деформировании ледяного покрова вертикальной нагрузкой для его разрушения потребуется дополнительная нагрузка для преодоления этих напряжений, которая будет превышать разрушающую нагрузку по сравнению со способом-прототипом. Таким образом, вертикальной нагрузке будут противодействовать не только силы сопротивления самого ледяного покрова, но и силы упругости пружин. В результате грузоподъемность переправы увеличится. Способ осуществляется следующим образом.

По обеим сторонам ледяной переправы укладывают арматуру в виде стальных пружин сжатия и параллельно им - стальные пружины растяжения диаметром не более 1/2 толщины льда. Затем пружины с помощью соответствующих устройств нагружают соответственно сжимающими и растягивающими усилиями и одновременно их разогревают до температуры выше температуры плавления льда путем пропускания через них электрического тока. При опускании разогретых пружин на лед они начнут погружаться в его толщу. При погружении пружин сжатия на глубину не более 1/4 толщины льда и пружин растяжения на глубину не более 3/4 толщины льда электропитание отключают. После замерзания растопленной пружинами воды нагружение (сжимающие и растягивающие усилия) снимают. В результате предварительно созданные в пружинах сжимающие и растягивающие усилия создадут соответственно в верхних слоях растягивающие усилия, а в нижних - сжимающие. Такимобразом, в ледяном покрове будет обеспечена предварительная напряженность, увеличивающая грузоподъемность переправы.

Изобретение поясняется графически, где: на фиг. 1 показано поперечное сечение переправы; на фиг.2 - сечение А-А по фиг. 1

На ледяной покров 1 толщиной h по обеим сторонам от оси переправы укладывают стальные пружины сжатия 2 и растяжения 7 диаметром d=h/2 (фиг.1, 2). Концы пружин 2, 7 закрепляют на берегах переправы с помощью штанг 3 и стальных тросов 4, через которые при помощи источника электроэнергии 5 подают электрический ток для их нагревания до температуры выше температуры плавления льда (фиг.1). Одновременно с этим, пружинам 2, 7 при помощи нагружающего устройства 6 пружины сжатия сжимают, а пружины растяжения растягивают. После того, как пружины сжатия 2 вследствие плавления льда погрузятся в ледяной покров на глубину h₁=l/4 h, а пружины растяжения 7 - на глубину h₂=3/4 h подачу электрического тока прекращают (фиг. 2). После замерзания растопленной пружинами воды сжимающие и растягивающие усилия снимают.

Способ относится к ледотехнике, в частности к эксплуатации ледяных переправ при транспортировке по ним грузов на малых скоростях. Технический результат - повышение несущей способности ледяного покрова. В верхние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины сжатия диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 1/4 толщины льда. Одновременно с этим в нижние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины растяжения диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 3/4 толщины льда. Пружинам в верхних слоях льда обеспечивают сжимающие усилия, а пружинам в нижних слоях – растягивающие. После вмораживания пружин нагружающие усилия снимают. 2 ил.

Способ создания ледяной переправы, заключающийся во вмораживании в ледяной покров по обеим сторонам переправы арматуры в виде стальных пружин растяжения, которые перед вмораживанием разогревают до температуры выше температуры плавления льда посредством пропускания через них электрического тока и растягивают, затем после их погружения в ледяной покров подачу электрического тока прекращают, подготовленную поверхность ледяной переправы подвергают воздействию низких атмосферных температур t<0°C до полного замерзания воды в канавках, возникших при плавлении льда, отличающийся тем, что в верхние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины сжатия диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 1/4 толщины льда, одновременно в нижние слои ледяного покрова вмораживают стальные пружины растяжения диаметром не более 1/2 толщины льда при их погружении на глубину не более 3/4 толщины льда, при этом пружинам в верхних слоях льда обеспечивают сжимающие усилия, а пружинам в нижних слоях - растягивающие, затем после вмораживания пружин нагружающие усилия снимают.