Результат интеллектуальной деятельности: ЛОТОК ВОДООТВОДНОЙ СБОРНЫЙ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое изобретение относится к конструкции верхнего строения железнодорожного пути, а конкретно к водоотводным сооружениям для отвода поверхностных и грунтовых вод. Предлагаемая конструкция может также найти применение для дренажа других сооружений, в том числе автомобильных дорог.

Широко известны конструкции водоотводных лотков из композиционных материалов - патенты РФ на полезную модель №№40059, 50548, 65060, любой из которых может быть принят за прототип. Они включают следующие существенные признаки; лоток водоотводной из композиционного материала, имеющий корпус, содержащий обшивку, имеющую в поперечном сечении желобообразную форму, и ребра жесткости, расположенные снаружи по образующей обшивки. При этом корпус любого из данных лотков выполнен монолитным - обшивка и ребра жесткости выполнены на месте изготовления заедино. Все данные существенные признаки, кроме выполнения лотка монолитным, есть и в предлагаемом техническом решении.

Известные конструкции достаточно эффективны с точки зрения выполняемых ими функций, однако при транспортировке к месту установки занимают значительный объем и требуют использования соответствующих механизмов. Кроме того, при их производстве используется либо целиком ручной труд - при изготовлении из стеклопластика контактным формованием, либо дорогостоящее термопрессовое оборудование - при изготовлении из конструкционного термопласта.

Предлагаемым изобретением решается техническая задача создания конструкции лотков, которая позволяет минимизировать затраты на их транспортирование к месту установки, а также существенно снизить затраты на их изготовление, особенно в случае изготовления из стеклопластика за счет возможности их изготовления методом пултрузии.

Для достижения названного технического результата в лотке водоотводном из композиционного материала, имеющем корпус, содержащий обшивку, имеющую в поперечном сечении желобообразную форму, и ребра жесткости, расположенные снаружи по образующей обшивки:

по варианту 1 корпус выполнен сборным и состоит из обшивки, внешний контур которой имеет замковые элементы, расположенные с шагом по поперечному сечению, а также ребер жесткости, внутренний контур которых имеет ответные замковые элементы, при этом замковые элементы на обшивке выполнены линейными (т.е. в виде профиля, имеющего постоянное поперечное сечение, например, шарообразной формы, серповидной, формы гриба или перевернутого треугольника, тавра и т.п.) и сориентированы вдоль лотка.

Кроме того, для дальнейшего уменьшения габаритов при транспортировании, а также снижения затрат на пултрузионное оборудование (чем меньше поперечное сечение детали, тем дешевле оборудование и оснастка) обшивка также может быть выполнена составной (сборной) из продольно расположенных элементов, которыми могут являться основание и две боковые стенки, или две симметричные половины, каждая из которых состоит из боковой стенки и половины основания, или основание и панели, образующие боковые стенки (т.е. и боковые стенки могут быть сборными из элементарных фрагментов) и т.д., при этом наиболее целесообразно, чтобы поперечный размер элементов обшивки совпадал с размером между замковыми элементами. При этом замковые элементы могут быть расположены с как постоянным шагом (рассчитанным исходя из максимальной нагрузки грунта), так и с переменным шагом, уменьшающимся сверху вниз, при том количество замковых элементов и расстояние между ними определяется исходя из равнонагруженности (определяется расчетом методом конечных элементов или с помощью зависимостей теории упругости из условия равнонагруженности: Pi=const).

Также замковые элементы могут быть расположены на обшивке дискретно, т.е. не по всей длине лотка, а только в районах ребер жесткости. Кроме того, для повышения прочности стыка замковых элементов они могут быть выполнены увеличенного сечения или внутренние замковые элементы изготовлены пустотелыми.

по варианту 2 корпус выполнен сборным и состоит из составной обшивки, включающей основание и боковые стенки, внешний контур которой имеет замковые элементы, а также ребер жесткости, имеющих боковые стенки и основание, внутренний контур которых имеет ответные замковые элементы, при этом на боковых стенках обшивки и ребер жесткости замковые элементы выполнены линейными и расположены по линиям сопряжения стенок с ребрами поперек лотка, замковые элементы на основаниях обшивки выполнены линейными и сориентированы вдоль лотка с шагом по поперечному сечению.

Кроме того, также для дальнейшего уменьшения габаритов при транспортировании, а также снижения затрат на пултрузионное оборудование обшивка также может быть выполнена составной (сборной) из элементов - составными могут быть дно и боковые стенки обшивки. Причем наиболее простым, экономичным и технологичным вариантом выполнения ребер жесткости является выполнение их в поперечном сечении грушевидной формы, внутренний по отношению к лотку шарообразный конец которых является ответным замковым элементом. Также замковые элементы могут быть расположены на основании обшивки дискретно, т.е. не по всей длине лотка, а только в районах ребер жесткости. Кроме того, для повышения прочности стыка замковых элементов они могут быть выполнены увеличенного сечения или внутренние замковые элементы изготовлены пустотелыми.

Фиксация сборных элементов относительно друг друга (по обоим вариантам) может осуществляться известными способами - клеем, крепежом (например, саморезами), либо спецзамками или якорными пластинами. По своей форме обшивка лотка может иметь самую разнообразную форму - от полукруглой до трапециедальной, однако наиболее технологичной, рациональной и удобной в эксплуатации является форма с плоскими стенками и вогнутым (радиусным) дном. Естественно, что данные лотки могут содержать и продольные ребра жесткости, выполненные по верхнему краю стенок, а также якорные пластины (патент РФ на полезную модель №50548). Шаг между ребрами жесткости, как правило, определяется расчетом.

Отличительными признаками предложенного лотка водоотводного являются:

по варианту 1 корпус выполнен сборным и состоит из обшивки, внешний контур которой имеет замковые элементы, расположенные с шагом по поперечному сечению, а также ребер жесткости, внутренний контур которых имеет ответные замковые элементы, при этом замковые элементы на обшивке выполнены линейными и сориентированы вдоль лотка.

Кроме того, обшивка может быть выполнена составной из продольно расположенных элементов, при этом поперечный размер элементов обшивки может совпадать с размером между замковыми элементами; замковые элементы могут быть расположены с как постоянным шагом, так и с переменным шагом, уменьшающимся сверху вниз, притом количество замковых элементов и расстояние между ними определяется исходя из равнонагруженности; замковые элементы могут быть расположены на обшивке дискретно; внутренние замковые элементы изготовлены пустотелыми.

по варианту 2 корпус выполнен сборным и состоит из составной обшивки, включающей основание и боковые стенки, внешний контур которой имеет замковые элементы, а также ребер жесткости, имеющих боковые стенки и основание, внутренний контур которых имеет ответные замковые элементы, при этом на боковых стенках обшивки и ребер жесткости замковые элементы выполнены линейными и расположены по линиям сопряжения стенок с ребрами поперек лотка, замковые элементы на основаниях обшивки выполнены линейными и сориентированы вдоль лотка с шагом по поперечному сечению.

Кроме того, обшивка также может быть выполнена составной из элементов - составными могут быть дно и боковые стенки обшивки; ребра жесткости в поперечном сечении могут быть выполнены грушевидной формы, внутренний по отношению к лотку шарообразный конец которых является ответным замковым элементом; замковые элементы могут быть расположены на основании обшивки дискретно, замковые элементы изготовлены пустотелыми.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - создана сборная конструкция лотка, позволяющая существенно сократить затраты на транспортирование (в одном и том же объеме помещается в несколько раз больше деталей, даже только одно разборное транспортирование обшивки и ребер позволяет устанавливать обшивки лотка друг в друга, а ребра пакетировать), кроме того, все работы по погрузке, разгрузке и установке могут выполняться вручную. Что особенно важно, при изготовлении обшивки из стеклопластика и других композиционных материалов с наполнителями из базальтового, углеродного или полимерного волокна или их комбинации по крайней мере обшивка может изготавливаться методом пултрузии, что существенно сокращает затраты на изготовление и позволяет максимально механизировать процесс изготовления и повышает качество изделия.

Предложенное техническое решение может найти применение при производстве водоотводящих сооружений различного назначения, в том числе дренажных сооружений железнодорожных путей, автодорог и аэродромов.

Конструкция предложенного водоотводного лотка поясняется фиг.1, 2, 3.

На фигуре 1 изображен сборный лоток по п.п.1, 4, 7 формулы, когда обшивка выполнена целиковой.

На фиг.2 изображен сборный лоток по п.п.2, 3, 4, 7 формулы, когда обшивка сама выполнена составной (сборной) и состоит из продольно расположенных элементов (каждая боковая стенка и основание состоят из сборных элементов - панелей).

На фиг.3 изображен сборный лоток по п.п.12, 17, 19 формулы, когда замковые элементы на боковых стенках обшивки сориентированы поперек лотка по линиям сопряжения с боковыми стенками ребер жесткости, а на основании замковые элементы сориентированы так же, как и на фиг.1 и 2, вдоль лотка.

Изображенный на фиг.1 сборный водоотводной лоток содержит сборный корпус, содержащий обшивку 1, имеющую в поперечном сечении желобообразную форму, и ребра жесткости 2, расположенные снаружи по образующей обшивки 1, внешний контур которой имеет линейные замковые элементы 3, расположенные с постоянным шагом по поперечному сечению, внутренний контур ребер жесткости 2 имеет ответные замковые элементы 4, при этом замковые элементы 3 выполнены в виде профиля, имеющего поперечное сечение по форме гриба или иной формы, и сориентированы вдоль лотка. При этом обшивка 1 выполнена целиковой. Замковые элементы 3 и 4 расположены с постоянным шагом, элементы 3 могут быть выполнены цельными или пустотелыми.

В изображенном на фиг.2 лотке обшивка 1 выполнена сборной и состоит из набранных по поперечному сечению элементов 11 боковых стенок и элементов 10 основания (все длиной с лоток). Поперечный размер элементов 10 и 11 обшивки 1 совпадает с размером между замковыми элементами 3 и 4 (собранными замками, при этом каждый замковый элемент 3 выполнен в виде полупрофиля гриба или иной формы), т.е. поперечный размер элементов 10 и 11 равен расстоянию между соседними замками. Это позволяет унифицировать, во-первых, оснастку для изготовления обшивок 1 (нужны всего две формообразующие оснастки: одна для днища или половины днища 10 и вторая для изготовления элемента 11 боковых стенок обшивки 1), а во-вторых, позволяет из двух элементарных типоразмеров обшивок 1 собирать лотки различной высоты, кратной шагу между замковыми элементами 3 и 4. Например, высота днища 10 и элементарного фрагмента 11 обшивки 1 высотой (поперечным размером) в 0,25 м позволяет собирать лотки высотой в 0,25 м; 0,5 м; 0,75 м; 1,0 м; 1,25 м. Для каждого типоразмера высоты лотка необходимо иметь свои силовые ребра 2, имеющие соответствующие замковые элементы 4 и рассчитанные на нагрузки для заданной глубины размещения в грунте. Для более надежной фиксации и устранения упругости пустотелого замка обшивки 1 замковый элемент 3 фиксируется короткой цилиндрической шпонкой 9.

Для более равномерной передачи нагрузки от грунта на ребра и для лотков большой высоты разработана конструкция, изображенная на фиг.3. Если у лотков фиг.1 и 2 формулы соединение ребер 2 лотков с обшивкой 1 происходит в одной практически дискретной точке на пересечении линии ребра 2 с продольным замковым элементом 3, то в лотке фиг.3 соединение ребер 2 на боковых стенках секций лотков происходит по всей линии соединения ребра и стенки, а нагрузка от давления грунта передается обшивкой на ребро 2 лотка более равномерно.

В изображенном на фиг.3 лотке замковые элементы 5 и 6 расположены по линиям сопряжения обшивки 1 с ребрами 2. При этом обшивка 1 выполнена сборной из основания 7 с продольно расположенными замковыми элементами 3 и боковин 8, каждая из которых содержит вертикально расположенные замковые элементы 5. Ребра жесткости 2 в поперечном сечении имеют грушевидную форму, внутренний по отношению к лотку шарообразный конец ребра 2 является ответным замковым элементом 6, а для соединения с замками днища выполнены ответные замковые гнезда 4. Для возможности стыковки секций лотка в продольном направлении крайние вертикальные кромки боковых обшивок 8 могут иметь специальный профиль 12.

Лотки композиционные могут также быть выполнены из термопластичных материалов как наполненных, так и ненаполненных армирующими волокнами. Обшивка 1 и ребра 2 могут быть изготовлены из стекло-, угле-, базальтонаполненного термопласта из числа полиолефинов и полиамидов методом литья под давлением в формы на термопласт-автоматах. При этом возможно создание конструкции обшивки 1 с дискретным расположением замковых элементов 3 на внешней стороне оболочки именно в тех местах, где имеются ответные замковые узлы 4 на ребрах 2. Данная конструкция может быть реализована и в пултрузионном варианте с выполнением замковых элементов 3 в нужном месте путем механической обработки или изготовлением отдельных замков и закреплением их клеевым, клеемеханическим способом на обшивке 1.

Изготовление и сборка вышеописанных сборных лотков осуществляется следующим образом.

Составные элементы обшивки 1 боковые (8; 11) и нижние (7; 10) формируются механизированным способом на пултрузионной установке или термопласт-автоматах. При этом габариты панелей устанавливаются и оптимизируются в соответствии с имеющимся у изготовителя оборудованием и условиями сборки в полевых условиях. Чем крупнее габариты панелей, тем меньше затрат на сборочные операции, но дороже оборудование и оснастка (фильеры, формы). Для термопластичных композиционных материалов обшивки 1 изготавливаются в формах на термопласт-автоматах. Обшивки 1 имеют замковые элементы 3 и нарезаются в необходимый заказчику размер по длине. Ребра 2 изготавливаются прессовым методом, методом инфузии связующего (RTM-метод), вакуумным формованием (VARTM), контактным формованием или на термопласт-автоматах из наполненных термопластов в формах. Продольный шаг ребер 2 рассчитывается в зависимости от высоты лотка и свойств материала. Ответные замковые элементы 4 в ребрах либо формируются в процессе формования, либо выполняются механическим способом. Сборка секции лотка осуществляется на специализированном сборочном участке в полевых условиях на месте монтажа. По требованию заказчика сборка секций лотков может производиться в цеховых условиях и поставляться в собранном виде.

Сборка производится следующим образом.

Для лотка - фиг.1, на обшивку 1 последовательно устанавливается (по сути - нанизывается) необходимое по документации количество ребер 2, они сдвигаются по обшивке вдоль продольной оси лотка и фиксируются в расчетном положении одним из перечисленных выше способов: при помощи клея, крепежом (например, саморезами) либо спецзамками или якорными пластинами.

Для лотка - фиг.2, днище 10 и две боковые стенки 11 (количество сборочных элементов может быть и большим и меньшим, см. выше) устанавливаются в расчетное положение поперечного сечения, заданной ширины и высоты для данного типоразмера лотка. Для удобства работы сборка секции лотка может производиться в перевернутом положении, т.е. днищем вверх. Днище 10 и боковины 11 фиксируются в продольном положении специальным упором, расположенным на сборочном приспособлении на одном из торцов лотка. Соединительные поверхности деталей 10 и 11 соединяются между собой одним из перечисленных выше способов: при помощи клея, крепежом (например, саморезами) либо спецзамками или якорными пластинами. Затем на собранную обшивку 1 последовательно устанавливается необходимое по документации количество ребер 2, они сдвигаются по обшивке вдоль продольной оси лотка и фиксируются в расчетном положении.

Для лотка - фиг.3, днище 7 устанавливается в сборочное приспособление. Для удобства работы сборка секции лотка производится в штатном положении, т.е. днищем вниз. Обшивка днища 7 фиксируется в продольном положении, и на нее последовательно устанавливается необходимое по документации количество ребер 2, они сдвигаются по обшивке 7 вдоль продольной оси лотка и фиксируются в расчетном положении. Затем на ребра 2 последовательно или синхронно, сверху вниз на замковые элементы 6 ребер 2 надвигаются боковины обшивки 8 с замками 5 и сдвигаются вниз по ребрам до упора с обшивкой днища 7. В собранном положении обшивки с ребрами фиксируются между собой одним из перечисленных выше способов: при помощи клея, крепежом либо спецзамками.