рельс транспортной системы юницкого и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Рельс транспортной системы, содержащий полый корпус трубчатой формы с накладной головкой, внутри которого расположен силовой орган из предварительно напряженных силовых элементов, преимущественно проволок и/или прутьев, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде охватывающей силовой орган спирали, а накладная головка закреплена на витках спирали.

2. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из проволоки круглого, или квадратного, или прямоугольного сечения.

3. Рельс по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из высокопрочной ленты.

4. Рельс по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образующие силовой орган силовые элементы в корпусе рельса расположены одним пучком коллинеарно между собой и заключены в оболочку из упругодеформируемого материала.

5. Рельс по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что образующие силовой орган силовые элементы в корпусе рельса расположены несколькими пучками коллинеарно или в свивке между собой в каждом пучке или в некоторых из них, при этом пучки силовых элементов заключены в оболочки из упругодеформируемого материала, контактирующие между собой и с корпусом.

6. Рельс по п. 5, отличающийся тем, что пучки силовых элементов, расположенных коллинеарно, выполнены по поперечному сечению в форме полных или кольцевых секторов полости корпуса.

7. Рельс по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что коллинеарно расположенные силовые элементы, образующие силовой орган или его пучки, неподвижно связаны между собой.

8. Способ изготовления рельса транспортной системы, включающий раздельное изготовление трубчатого корпуса и накладной головки, изготовление силового органа путем формирования пакета заданного профиля из высокопрочных силовых элементов, размещение силового органа в полости корпуса и сочленение головки рельса с корпусом, отличающийся тем, что из силовых элементов формируют силовой орган и используют его в качестве оправки при изготовлении корпуса рельса, при этом корпус рельса изготавливают и одновременно размещают в нем силовой орган путем укладки на поверхность силового органа рядовой обмотки из высокопрочной проволоки или ленты.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что укладку рядовой обмотки при изготовлении корпуса производят одновременно несколькими проволоками по многозаходной винтовой линии.

10. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что перед формированием из силовых элементов силового органа последние собирают в отдельные профилированные пучки для образования единого пакета силового органа.

11. Способ по любому из пп. 8-10, отличающийся тем, что перед образованием однопучкового пакета или пучков силовых элементов силового органа силовые элементы смачивают составом связующей смеси.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в качестве связующей смеси используют цементную смесь.

13. Способ по любому из пп. 8-12, отличающийся тем, что обмотку из высокопрочной проволоки или ленты укладывают с предварительным натяжением _пк, удовлетворяющим соотношению

_coпк1,5_co,

где _co - напряжения растяжения в силовом органе при его рабочем натяжении, кгс/см²;

1,5 - коэффициент, характеризующий натяжение укладываемой проволоки;

- коэффициент Пуассона для силового органа, характеризующий изменение его поперечного сечения при рабочем натяжении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспорта, в частности, к транспортным системам с рельсовой путевой структурой, родственной дорогам подвесного и эстакадного типа. Оно может быть использовано при создании дорог, в том числе скоростных, для больших городов и междугородных сообщений, в том числе в условиях сильно пересеченной местности, гор, пустынь, а также при построении межцеховых транспортных структур рассредоточенных производственных предприятий или их объединений - как монорельсовых, так и многорельсовых.

Известен рельс, содержащий явно выраженную пустотелую головку, связанную через шейку с подошвой (см. патент США 4520733, кл. В 61 В 3/02, 1985).

Головка указанного рельса имеет трапециевидный профиль, предназначенный для движения колес с вогнутыми соответствующим образом ободьями. Рельс такой конструкции монтируется в нише швеллерной балки, подвешиваемой вместе с дистанционным приводом ременного типа к потолку цеха, и предназначен для перемещения грузов.

Конструктивно рельс такой конфигурации близок к рельсам стандартного типа, и возможности его применения определяются видами его установки и крепления.

Известен также рельс, выполненный в виде пары соединенных между собой вертикальной плитой труб, образующих гантелевидный профиль (см. патент США 5738016, кл. Е 01 В 25/10, 1998).

Пара таких рельсов крепится па Т-образных опорах эстакады посредством вертикальных плит, соединяющих трубы, так, что поверхности двух верхних и двух нижних труб образуют (из четырех труб) одну колею для перемещения несущих и соответственно вспомогательных колес транспортного средства.

Функционально рельс такого вида не превосходит возможностей пары рельсов стандартного типа, расположенных соответствующим образом, например, на полках двутавровой балки, однако в конструктивном отношении и технологически такой рельс является более сложным, а следовательно, и более дорогостоящим.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является рельс транспортной системы Юницкого и способ его изготовления (см. патент РФ 2080268, кл. В 61 В 5/02, 13/00, 1994).

Рельс содержит полый корпус трубчатой формы с накладной головкой, внутри которого расположен силовой орган из предварительно напряженных силовых элементов, преимущественно проволок или прутьев. Рельс такой конструкции, предназначенный для создания скоростных магистралей, позволяет строить близкие к эстакадным транспортные системы, не требующие создания традиционной щебеночной подушки и шпал. Благодаря этому обеспечивается существенное снижение трудозатрат и материальных ресурсов. Однако для изготовления рельсов такой конструкции необходимы стационарные условия, а также комплектующие, стоимость которых при массовом производстве остается еще существенно высокой. К комплектующим такого рода относятся, прежде всего, стальные трубы, идущие на изготовление корпуса рельса. Их наличием в конструкции обусловлена и необходимость в стационарном оборудовании, в стационарных условиях для сборки рельсов.

Способ изготовления рельса такой конструкции включает в себя раздельное изготовление трубчатого корпуса (из прокатного профиля) и накладной головки, а также изготовление силового органа путем формирования пакета заданного профиля из высокопрочных силовых элементов, преимущественно в виде цельнотянутых высокопрочных проволок, прутьев или стальных канатов, размещение силового органа в полости корпуса и сочление головки рельса с корпусом.

Свойственные известному способу недостатки обусловлены конструктивными особенностями рельса-прототипа.

В основу предлагаемого изобретения положена задача снижения себестоимости рельсов, их материалоемкости и стоимости монтажа, без ущерба для их прочности и несущей способности.

Решение поставленной задачи обеспечивается всей совокупностью признаков как устройства, так и способа, в силу их взаимосвязи и взаимообусловленности.

Решение поставленной задачи в рельсе транспортной системы Юницкого, содержащем полый корпус трубчатой формы с накладной головкой, внутри которого расположен силовой орган из предварительно напряженных силовых элементов, обеспечивается тем, что корпус рельса выполнен в виде охватывающей силовой орган спирали, а накладная головка закреплена на витках спирали.

Решение задачи обеспечивается при выполнении корпуса из проволоки круглого или квадратного, или прямоугольного сечения, а также и при выполнении его из высокопрочной ленты. Витки такой ленты могут быть расположены на силовом органе вплотную друг к другу или внахлест.

Достигается решение за счет меньшей стоимости комплектующих и меньшей материалоемкости такого корпуса по сравнению с прототипом.

Таким выполнением корпуса рельса прочность рельса не снижается, так как основной вклад здесь принадлежит силовому органу. Кроме этого, появляется возможность сборки рельса в полевых условиях при использовании оборудования, доставляемого непосредственно к месту монтажа транспортной магистрали. При этом комплектующие материалы (проволока, прутья или лента) могут доставляться к месту монтажа транспортной магистрали в компактном виде - в виде рулонов, что способствует также и снижению транспортных расходов.

Решение задачи обеспечивается также тем, что образующие силовой орган силовые элементы в корпусе рельса расположены одним пучком, коллинеарно между собой, и заключены в оболочку из упругодеформируемого материала, а также и в том случае, когда образующие силовой орган силовые элементы расположены в корпусе рельса несколькими пучками, коллинеарно или в свивке между собой в каждом пучке или в некоторых из них, а сами пучки силовых элементов заключены в оболочки из упругодеформируемого материала, контактирующие между собой.

В этом случае снижение себестоимости без ущерба для прочности и несущей способности рельса достигается за счет меньшей стоимости комплектующих, в частности проволоки и/или прутьев, идущих на изготовление силового органа, а также при коллинеарной укладке силовых элементов - за счет увеличения коэффициента заполнения поперечного сечения полости корпуса. Тем самым обеспечивается и компенсация частичной потери устойчивости корпуса на сдвиг, а также сохранение несущей способности рельса в процессе эксплуатации.

Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что пучки силовых элементов, расположенных коллинеарно, выполнены по поперечному сечению в форме полных или кольцевых секторов окружности полости корпуса рельса.

Таким выполнением силового органа обеспечивается максимальный коэффициент заполнения сечения полости корпуса рельса силовыми элементами, что способствует повышению прочности и несущей способности рельса при снижении материалоемкости конструкции.

Решение задачи дополнительно обеспечивается и тем, что силовые элементы, образующие однопучковый силовой орган или его пучки, неподвижно связаны между собой.

Благодаря этому силовые элементы, стянутые спиральным корпусом в плотный пакет, обретают свойства монолитной балки, т.е. каждый элементарный отрезок силового органа при рабочем нагружении работает, как монолитная балка, хотя рельсовая плеть при этом сохраняет гибкость. Это способствует улучшению прочностных свойств рельса и его несущей способности при пониженной материалоемкости.

В способе изготовления рельса транспортной системы Юницкого, включающем раздельное изготовление трубчатого корпуса и накладной головки, изготовление силового органа путем формирования пакета заданного профиля из высокопрочных силовых элементов, размещение силового органа в полости корпуса и сочление головки рельса с корпусом, решение поставленной задачи обеспечивается тем, что из силовых элементов формируют силовой орган и используют его в качестве оправки при изготовлении корпуса рельса, при этом корпус рельса изготавливают и одновременно размещают в нем силовой орган путем укладки на поверхность силового органа рядовой обмотки из высокопрочной проволоки или ленты.

Решение задачи обеспечивается и тем, что укладку рядовой обмотки при изготовлении корпуса производят одновременно несколькими проволоками по многозаходной винтовой линии.

Решение задачи обеспечивается и тем, что перед формированием силового органа из силовых элементов последние собирают в отдельные пучки сопрягаемых между собой профилей для последующего образования единого пакета силового органа.

Решение поставленной задачи обеспечивается и тем, что перед образованием однопучкового пакета или отдельных пучков силовых элементов силового органа силовые элементы смачивают составом связующей смеси, а также тем, что в качестве такой смеси используют цементную смесь.

Решение поставленной задачи обеспечивается и тем, что обмотку из высокопрочной проволоки или ленты на силовой орган укладывают с предварительным натяжением _пк, удовлетворяющим соотношению

_coпк1,5_co,

где _co- напряжения растяжения в силовом органе при его рабочем натяжении, кгс/см²;

1,5 - коэффициент, характеризующий натяжение укладываемой проволоки;

- коэффициент Пуассона для силового органа, характеризующий изменение его поперечного сечения при рабочем натяжении.

Таким выбором предварительного натяжения проволоки корпуса (обмотки) достигается сохранение несущей способности рельса как в процессе его монтажа (при первичном натяжении), так и в процессе эксплуатации - за счет обеспечения самопроизвольной компенсации поперечных усадок (уменьшения поперечного сечения) силового органа под действием рабочего растяжения. Компенсация поперечных усадок силового органа происходит благодаря тому, что уложенная с предварительным натяжением спиральная обмотка в таком случае работает, как кольцевая пружина, стремящаяся сжать охваченные ею силовые элементы к осевой линии рельса, и ее усилие сжатия сохраняется при утончении (усадке) силового органа. При выборе коэффициента выше 1,5 существенно возрастает стоимость проволоки, так как для ее изготовления потребуются специальные марки стали. Нижний предел предварительного натяжения ограничивается значением коэффициента Пуассона.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где представлены на фиг. 1 - рельс с корпусом в виде проволочной спирали с однопучковым силовым органом внутри и накладной головкой постоянной толщины по всему поперечному сечению; на фиг. 2 - рельс с корпусом в виде ленточной спирали с многопучковым силовым органом внутри и головкой постоянной толщины по всему поперечному сечению; на фиг. 3 - рельс с корпусом в виде спирали из проволоки прямоугольного сечения с накладной головкой переменной толщины и многопучковым силовым органом внутри; на фиг.4 - рельс с корпусом в виде спирали с двухпучковым силовым органом внутри и трапециевидной накладной головкой; на фиг. 3 - рельс с корпусом в виде спирали с однопучковым силовым органом и накладной головкой П-образного профиля; на фиг.6 - технологическая схема поточной линии для изготовления рельса.

Предлагаемый рельс (фиг.1-5) содержит корпус 1, выполненный в виде спирали из высокопрочной цельнотянутой проволоки круглого, квадратного, или прямоугольного сечения, либо из высокопрочной ленты. В корпусе 1 расположен силовой орган 2, состоящий из предварительно напряженных силовых элементов, например высокопрочных проволок, прутьев или канатов, и заключенный в оболочку 3 из упругодеформируемого материала. В качестве материала для оболочки может использоваться резина, композитные материалы или пластики.

Силовой орган 2 может набираться как одним пучком (фиг.1, фиг.6), так и несколькими пучками 2а (фиг.2, фиг.3, фиг.4), при этом каждый пучок силовых элементов 2а помещается в оболочку 3а из упругодеформируемого материала, а пустоты между пучками (при их наличии) заполняются таким же или иным твердеющим материалом. Пучки силовых элементов в поперечном сечении могут быть выполнены как круглой формы (фиг. 4), так и в форме секторов (фиг.2) или кольцевых секторов (фиг.3) окружности полости корпуса.

Промежутки между силовыми элементами силового органа заполнены твердеющим материалом, неподвижно соединяющим между собой силовые элементы. В качестве такого материала могут использоваться как полимерные связующие, так и цементные смеси. Последние предпочтительны, т.к. обеспечивают более высокую прочность связки между силовыми элементами.

Рельс содержит также накладную головку 4, закрепленную на витках спирали корпуса посредством слоя 5 клея (фиг.3) или сварки 6 (фиг.4), или иным способом. При этом головка 4 может быть выполнена как постоянной толщины по всему сечению (фиг.1, фиг.2), так и переменной (фиг.3, фиг.4, фиг.3, и иметь С-образную, U-образную или П-образную форму профиля, в том числе и трапециевидную.

Рельс описанной конструкции может быть собран и в полевых условиях - непосредственно в местах прокладки транспортной магистрали. Для этого необходимо лишь соответствующее передвижное оборудование, комплектующие материалы и заготовки. В случае выполнения головки рельса постоянной толщины по всему поперечному сечению, к месту монтажа заготовка для нее может доставляться в виде рулонной полосы. В таком же виде доставляется и высокопрочная проволока или лента для изготовления корпуса и проволока, прутья или канаты для силового органа.

Представленная в упрощенном виде (фиг.6) технологическая схема иллюстрирует один из возможных вариантов изготовления рельса согласно предлагаемому способу - вариант, который может быть реализован и в полевых условиях.

Высокопрочная стальная проволока для силовых элементов 2 с бобинного модуля 7 через ванну 8 с жидкой цементной смесью (для смачивания силовых элементов окунанием) и фильеру 9, формирующую поперечное сечение силового органа 2, поступает в обмоточный модуль 10, где по мере приращения длины формируемого силового органа 2 на его поверхность накладывается рядовая обмотка из высокопрочной стальной проволоки, образующая корпус 1 рельса. Одновременно, стальная полоса с рулона 11 поступает в профилирующий модуль 12, который ей придает форму головки 4 рельса. Опрессовывающим модулем 13 головка 4 прижимается к корпусу 1 и неподвижно фиксируется сваркой или специальным клеем (на схеме не показано). Собранный таким образом рельс 14 готов к монтажу в структуру транспортной магистрали.

В технологическую схему изготовления рельса согласно предлагаемому способу могут включаться и другие функциональные модули, предназначенные для формирования профилированных пучков силовых элементов для силового органа, а также модули для наложения бандажа на сформированные пучки или для заключения последних в цельную оболочку (в случае выполнения силового органа 2 многопучковым). Могут быть включены в схему и модули для нанесения влагозащитных покрытий на корпус рельса, а также модуль для нанесения клеящего слоя под головку рельса. Последний может быть подготовлен в виде ленты в рулоне и после укладки последней на корпус рельса, может обрабатываться отвердителем перед наложением головки рельса.

В собранном виде рельс располагается между анкерными опорами монтируемой магистрали (графически не иллюстрируется) и его силовой орган натягивается до расчетных значений натяжения, после чего фиксируется анкерами.

Работает рельс описанной конструкции следующим образом.

При движении колес транспортного средства по головке рельса последняя испытывает сосредоточенное на малой площади давление, приводящее к ее деформации. Волна деформации, движущаяся вместе с колесом транспортного средства, распределяется (удлиняется) головкой 4 (фиг.1-5) на большую длину рельса, охватывающую целый ряд витков спирального корпуса 1 рельса, и от корпуса через оболочку 3 (или 3а) из упругодеформируемого материала передается на силовой орган 2, растянутый на анкерных опорах. При этом силовой орган, обжатый спиралевидным корпусом 1, работает под колесом рельса не как гибкий канат, а как жесткая неразрезная балка.

Рельс описанной конструкции благодаря своим прочностным свойствам и упрощенному выполнению корпуса, а также меньшей стоимости комплектующих для его изготовления позволяет существенно снизить себестоимость производства, а также затраты на строительство транспортной магистрали. Это, в свою очередь, позволяет ускорить строительство транспортных магистралей, особенно для межцехового транспорта, в том числе и для рудничного, как известно, в значительной степени определяющего целесообразность разработки полезных ископаемых, исчисляемых небольшими объемами по содержанию.

Рельс такой конструкции может найти применение и при введении в строй шахт и рудников, признанных в свое время нерентабельными для эксплуатации.