CC BY
43
НАУКА
Рельсовая транспортная система для выдвижного футбольного поля
Е. П. ДУДКИН, докт. техн. наук, профессор, Ю. Г. ПАРАСКЕВОПУЛО, канд. техн. наук, доцент, М. В. МАЛАХОВ, ст. преподаватель, К. О. ЕРОХОВ, инженер кафедры «Промышленный и городской транспорт» ПГУПС
По решению Правительства Санкт-Петербурга футбольное поле строящегося стадиона на Крестовском острове будет выдвижным. Такое решение обусловлено не только возможностью сохранения натурального травяного покрова, но и тем, что стадион будет представлять собой многофункциональный спортивно-развлекательный комплекс. Для выдвижения поля необходима сложная и достаточно дорогая техническая конструкция как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам. Существенная часть стоимости такого сооружения приходится на транспортную систему.
На сегодняшний день в мире насчитывается только четыре стадиона с выдвижными футбольными полями: Gelredome (Арнхем, Нидерланды, 1998), Veltins Arena (Гельзенкирхен, Германия, 2001), Sapporo Dome (Саппоро, Япония, 2001), The University of Phoenix Stadium (Феникс, США, 2006). Транспортные системы этих полей сконструированы по трем принципиально различным технологиям. На стадионе Gelredome поле массой 11000 т переме-
НАУКА •
Рельс
-
Ролики
Вкладыш (подшипник скольжения) Бетон
Рис. 1
щается с помощью четырех передвижных гидроцилиндров. Поддон, на котором размещено поле, поднят на 384 гребня с тефлоновым покрытием. Гребни скользят по 16 полосам, при этом на поверхность полос постоянно подается смазка. Весь процесс перемещения поля занимает около 5 ч. Такая же технология применяется на стадионе Veltins Arena.
Стадион Sapporo Dome — площадка для бейсбольных и футбольных матчей. Перед началом перемещения футбольное поле массой 8300 т приподнимается с помощью расположенных по его периметру воздушных камер на 7,5 см, что уменьшает его вес на одну десятую. Далее поле перемещается внутрь стадиона через раздвижные трибуны на 34 управляемых электроприводных колесах. Скорость перемещения 4 м в минуту, но из-за необходимости убрать бейсбольное поле, переместить часть трибун, повернуть внутри стадиона футбольное поле на 90 градусов весь процесс занимает порядка 5 ч.
Стадион университета Феникса (The University of Phoenix Stadium) построен позже перечисленных ранее. Поле массой 8500 т поднято на 546 колес диаметром 380 мм, которые перемещаются по 13 рельсам, замоноличенным в бетон. Из 546 колес 76, расположенные на крайних рельсах, приводные, а 42 колеса, расположенные на центральном рельсе, оборудованы специальными направляющими устройствами. Каждое приводное колесо приводится в движение электромотором мощностью 1 л/с. Этой мощности вполне достаточно вследствие мощных редукторов. Скорость перемещения поля 3,5 м в минуту Весь процесс занимает 1 ч 10 мин.
Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и недостатки. Провести полный анализ их не представляется возможным, так как нам неизвестны точные технические характеристики. Однако даже поверхностное сравнение говорит в пользу использования приводных колес с электромоторами: применение передвижных гидроцилиндров требует создания дополнительных путей их перемещения и устройств закрепления. Использование тефлонового покрытия со смазкой приведет к увеличению эксплуатационных затрат на замену покрытий, которые будут достаточно интенсивно изнашиваться, и к экологическим проблемам. К тому же необходимо учитывать и климатические условия (отрицательные температуры возможны в Санкт-Петербурге в мае, июне).
С учетом опыта проектирования и эксплуатации транспортных систем промышленных предприятий нами предлагается роликово-рельсовая транспортная система с канатной тягой. В качестве опорной части используются ролики специальной формы с направляющей ребордой посередине ролика. Ролики устанавливаются в бетонное основание в специально подготовленные ниши, куда вмонтированы полуцилиндры с подшипниками скольжения (рис. 1), глубина заложения может варьироваться в зависимости от требований заказчика, условий эксплуатации и требуемых размеров сооружения.
К коробу футбольного поля крепятся рельсы, которые катятся по роликам. Количество таких «дорожек», шаг и материал роликов, тип рельсов определяются на основе расчета контактных и изгибных напряжений в рельсах и роликах.
Масса существующих выдвижных футбольных полей изменяется от 8300 до 11000 т. По предварительным данным масса футбольного поля на Крестовском острове также будет находиться в этих пределах. На основе выполненных нами
предварительных расчетов контактных напряжений в рельсах и роликах (пример расчета на рис. 2) показано, что таких «дорожек» может быть 15-25, минимальный диаметр роликов до 300 мм, количество роликов под футбольным полем 600-2000, предел текучести стали роликов не менее 600 кг/мм , рельсы Р65 объемно-закаленные или подкрановые рельсы с пределом текучести более 600 кг/мм .
При выборе всех элементов конструкции необходимо проведение многовариантных технико-экономических расчетов. В качестве тяги предлагается использовать принцип канатных наземных дорог (канатные откатки, канатные подъемники, канатные маневровые устройства и т. п.), достаточно широко и успешно эксплуатируемых на промышленных предприятиях. Принципиальная схема канатной тяги представлена на рис. 3.
По существующим методикам выполняются тяговые расчеты, по которым определяются следующие показатели: необходимое тяговое усилие, количество и тип канатов, мощность двигателя, редуктор, тип и схема привода, необходимое натяжное усилие Рн и ход
• НАУКА
приводного барабана, диаметры шкивов и т. п.
Приводные шкивы оборудуются тормозными устройствами и системой автоматической синхронизации всех приводов с целью равномерного распределения усилий на канаты. Возможна полная автоматизация процесса передвижения. После выдвижения поля и установки его в заданное положение тяговые канаты опускаются в специальные ниши на освободившиеся ролики.
Эксплуатация канатной тяги сопряжена с определенными сложностями: необходима синхронизация приводов, возможно растяжение канатов. Однако тяговые усилия можно реализовать за счет обмоторенных роликов или колес, которые рекомендуется устанавливать
на «дорожках» по краям поля для упрощения компоновки, эксплуатации и ремонта приводных блоков. Целесообразно рассмотреть также использование линейного электродвигателя и магнитного подвеса. Тяговые расчеты в этом случае могут быть выполнены по типовым методикам.
В заключение отметим, что предлагаемая транспортная система имеет, по нашему мнению, ряд преимуществ:
• использование в основном типовых конструкций и элементов (рельсов, роликов, канатов, шкивов, приводов);
• значительная экономия металла по сравнению с предлагаемыми конструкциями типов: рельсы-ролики-рельсы, тележечные экипажи и т. п.;
• ремонтопригодность, простота обслуживания и эксплуатация (типо-
вые схемы и технологии, доступность осмотра, простота замены изношенных частей и т. п.);
• возможность регулировки установки роликов по высоте вследствие использования вкладышей различной высоты (в процессе строительства и эксплуатации);
• вынесение механической части под трибуны или за пределы стадиона, что также упрощает доступ к механизмам, их обслуживание и эксплуатацию.
Литература
1. Яковлев В. Ф., Дудкин Е. П., Параскевопуло Ю. Г. Контактные напряжения в системе колесо-рельс при повышенных нагрузках//Сб. трудов межд. науч. семинара «Kolejowe zestawy kolowe». Katowice — Ustrom: Ynstitut Transportu Politechnika Slaskiej, 1995.
2. www.archrecord.construction.com/proj-ects/bts/archives/leisure/SapporoDome/overvie w.asp
3. www.worldstadiums.com/stadium_menu/ architecture/stadium_design/sapporo_ dome.shtml
4. www.takenaka.co.jp/takenaka_e/major-works_e/topics/2001/win/01.html
5. www.universityofphoenixstadium.com
6. www.stadien.bilab.tuwien.ac.at/veltinsare-nada.htm
