МАНСУРОВ О.И. канд.техн.наук
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРОСОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УДЕРЖИВАЮЩИХ, ОГРАЖДАЮЩИХ
И ДЕМПФИРУЮЩИХ СИСТЕМАХ ЗАЩИТЫ НА ДОРОГАХ
Статья опубликована в журнале «Безопасность Жизнедеятельности» №6, 2007г.
Смертность от автокатастроф на дорогах планеты превышает миллион человек ежегодно. Анализ дорожно-транспортных происшествий приводит к настоятельной необходимости создания систем защиты при наезде на неподвижные препятствия путем демпфирования силы удара автомобиля. К этой категории относятся различного рода направляющие и удерживающие системы, барьеры безопасности, энергопоглощающие ограждения и дорожные демпфирующие системы. В статье рассмотрены варианты тросовых конструкций как наиболее перспективные, а также представлена разработанная автором тросовая упругодемпфирующая дорожная система и дано описание масштабной модели такой системы.
МАНСУРОВ О.И. канд.техн.наук, МАНСУРОВ И.Я. канд.техн.наук
ДОРОЖНАЯ ПРОТИВОУДАРНАЯ ДЕМПФИРУЮЩАЯ СИСТЕМА (выдержки из статьи).
Статья опубликована в журнале «Безопасность Жизнедеятельности» №3, 2006г.
Изложены требования к дорожным противоударным
демпфирующим системам по защите участников дорожного движения при ДТП.
Рассмотрены существующие зарубежные демпфирующие системы. Обоснован выбор
кинематической схемы и приведены фото масштабных моделей с оригинальными
тросово-торсионными элементами квазинулевой жесткости.
Аварии на автодорогах во всем мире характеризуются тревожными цифрами: по данным ВОЗ в автокатастрофах ежегодно погибает до 1,2 млн. человек и до 50 млн. человек получают увечья и травмы. Примечательно, что в России на каждые 100 ДТП приходится до 14 погибших, что в три-четыре раза больше чем в Европе.
На московских дорогах ущерб от ДТП составляет около 180 млрд. рублей ежегодно. Только на московской кольцевой автодороге ежегодно в результате ДТП, связанных со сносом потерявших управление автомобилями оградительных барьеров, столкновениями с бетонными разделителями и опорами электропередач гибнет более 200 человек.
Анализ дорожно-транспортных ситуаций свидетельствует о целесообразности замены жестких дорожных разделителей на такие, которые могли бы демпфировать удары автомашин, сохраняя жизнь участникам дорожного движения и сведя к минимуму повреждения транспорта и дорог. Такие дорожные противоударные демпфирующие системы успешно применяются на зарубежных автомагистралях, сократив процент аварий с летальным исходом с 60% до 12%. Демпфирующие системы признаны средствами технической безопасности на дорогах 60 стран мира. По статистике они принимают на себя примерно 7000 столкновений ежегодно. Мировой опыт показывает, что установка демпфирующих отбойников снижает число аварий с тяжелыми последствиями и летальным исходом в пять раз.
На московских автомагистралях в качестве амортизирующих устройств используются пластиковые буферы, заполненные водой. Эти устройства предназначены для одноразового применения, а в зимнее время их использование из-за замерзания воды становится невозможным. Они малоэффективны и не обладают требуемыми демпфирующими характеристиками.
В середине 2005 года в Москве на третьем транспортном кольце были установлены два дорожных демпфирующих устройства, разработанные и запатентованные в США. Стоимость одной такой системы составляет 17 тысяч долларов США. Кроме высокой стоимости восстановление работоспособности этого устройства требует замены использованных при ударе одноразовых картриджей на новые, поставляемые из-за рубежа. Стоит один картридж около 500 долларов США, а менять приходится 6-10 картриджей после каждого столкновения. С учетом того, что для обустройства подобными системами только МКАД необходимо более 100 таких систем, а третьего транспортного кольца – не менее 80, то финансирование этих затрат и обслуживание является весьма проблематичным.
Выходом из сложившейся ситуации является создание отечественных удародемпфирующих систем и реализация таких разработок.
Обращает на себя внимание тот факт, что в России и за рубежом практически отсутствуют исследования и разработки нетрадиционных способов амортизации интенсивных ударов, осуществляющих не только поглощение энергии, но и ее преобразование. Авторами предлагается технология нелинейного динамического преобразования ударных импульсов, которая в известной степени открывает новую перспективу, поскольку основой кинематической схемы демпфирующей системы при ДТП являются пассивные торсионно-тросовые элементы квазинулевой жесткости с «сухим» трением.
Важным элементом в решении задачи по созданию систем демпфирования ударных воздействий является нахождение эффективных способов крепления устройств, обеспечивающих заданную динамическую реакцию при импульсных ударных нагрузках.
В некоторых зарубежных разработках ударозащитных демпфирующих систем изучалась возможность использования адаптирующихся амортизирующих элементов с выключающимися внутренними или внешними связями. В процессе исследований было установлено, что локальные разрушения этих связей не исчерпывали несущей способности конструкции в целом, однако они сопровождались таким изменением ее динамических характеристик, которое приводило к невозможности многократного применения.
Одним из вариантов демпфирующих систем безопасности дорожного движения, получивших практическое применение в различных странах мира является противоударные ограждения фирмы Quixote из Чикаго. Эта фирма – мировой лидер в производстве дорожных демпфирующих систем. В разных государствах доля их «присутствия» в дорожной безопасности – от 30 до 70 процентов.
Американская дорожная демпфирующая система представляет собой дорожное ограждение, разделенное на ряд отсеков. Внутри каждого отсека помещается специальный пластиковый контейнер (картридж) залитый спецсоставом. Картриджи скреплены между собой с помощью алюминиевых диафрагм. В этой системе картриджи являются основными амортизаторами при ударе. Помимо диафрагм и картриджей само устройство скреплено прочными боковыми панелями с использованием полимерных материалов и алюминиевых частей. Вся конструкция устройства стоит на массивном металлическом монорельсе, жестко прикрепленном к дорожному покрытию.
Подобные системы предназначены для установки перед острыми углами ограждений, развилках дорожного полотна, въездов в тоннели, в местах разделения потоков, перед опорами мостов и другими потенциально опасными участками.
Согласно статистике, самые безопасные
дороги находятся в Европе, тем не менее, страны ЕС поставили перед собой задачу
в ближайшее десятилетие снизить количество дорожно-транспортных происшествий в
два раза. К сожалению, вопросам снижения уровня риска гибели в ДТП в России не
уделяется должного внимания. Практически отсутствуют государственное
финансирование работ по созданию и внедрению новых отечественных технологий
обеспечения дорожной безопасности.
При выборе кинематической схемы ударозащитной системы
важным требованием является отсутствие упругого противодействия («отскока») при
столкновении автомобиля с препятствием. Общим требованием при проектировании
дорожных систем демпфирующих ограждений должен быть вопрос об устойчивости
характеристик в условиях многократно повторяющихся динамических воздействиях,
имеющих трехмерный характер.
Авторы использовали свой опыт разработки и
проектирования систем общего (группового) назначения для защиты массивных
объектов от мощных сейсмоударных импульсов, имеющих пространственную
ориентацию. Испытания опытных образцов таких систем подтвердили правильность
теоретических предпосылок и технических решений, оригинальность которых
подтверждена патентами РФ на изобретения.
Испытания макета демпфирующей системы показали положительную динамику результатов и выявили, вместе с тем, ряд конструктивных недостатков, которые были учтены при изготовлении последнего варианта экспериментального макета.
Следует отметить ряд положительных эксплуатационных характеристик представленного макета демпфирующей системы.
Литература.