Спусковое устройство

Спусковое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Спусковое устройство предназначено для спуска десантников с грузами с высотных объектов при чрезвычайных ситуациях, относится к области специальной техники и может быть использовано спасателями для технического оснащения высотных зданий и сооружений, а также в качестве индивидуального спасательного средства для гравитационного спуска людей при пожарах с этажей горящих зданий, при горноспасательных работах в экстремальных условиях и других чрезвычайных ситуациях.

Известны устройства и требования к ним, описанные в [1…12]

За аналоги приняты автоматические устройства самоспаса типа Spider, YS-E-16, Fir Exit, DoubL Exit, «Самоспас 1-10». Основными техническими характеристиками этих устройств являются:

- скорость спуска: 1,0…3,0 м/с,

- масса спускаемого объекта: до 150 кг,

- высота спуска: до 150 м,

- вес, в зависимости от длины фала: от 5 до 15 кг,

- время приведения в готовность: от 60 до 300 сек.

Состав устройств:

- катушка с фалом (тросом, веревкой, шнуром, лентой, струной, нитью и пр.)

- тормозной блок,

- спасательная косынка,

- соединительный карабин,

- упаковочная сумка,

- паспорт, инструкция.

Рекламируемая стоимость устройств: от 5 тыс. до 150 тыс.руб., реальная стоимость на 30%…90% выше.

Главным заблуждением в изобретательстве и проектировании перечисленных спусковых устройств, приводящим к увеличению веса, габаритов и стоимости, являются чрезмерные требования к фалу и переусложнения автоматического тормоза, приводящие к практической неработоспособности после хранения.

Например, фал, состоящий из 4 мм металлического троса и полимерной оплетки, безусловно «архитектурное излишество», поскольку стандартное время спуска с реальных объектов не превышает несколько секунд. Например, время спуска с 9-этажного здания составляет не более 3…6 секунд. Огневые нагрузки гораздо опаснее для человека, чем для фала.

Известны устройства с автоматическим подтормаживанием и ручным регулированием скорости спуска - это конструкции, в которых торможение осуществляется путем огибания фалом неподвижных роликов или осей. Принцип торможения основан на заклинивании фала при прохождении его через ролики. ВНИИПО МЧС России выпускаются комплекты спасательного снаряжения [4, 6] фото 1, оснащенные тормозным устройством [7, 8] фото 2. Недостатками этих устройств является сложность, дороговизна, необходимость специальной подготовки.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство (Патент США 2321248), включающее наклонный канат, закрепленный на нефтяной вышке и платформе с размещенным на нем чехлом-тормозом, сжимаемым двумя руками спускающегося и исключающим травмы рук, а также пояс с карабином, автоматически слегка подтормаживающим спуск.

Недостатками устройства-прототипа являются ограничения по длине фала, сложность торможения при спуске, ввиду чего спускающийся должен обладать недюжинной силой и самообладанием, чтобы удержаться от свободного падения, невозможность спуска для стариков и детей, необходимость закрепления обоих концов каната.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение безопасности путем автоматической регулировки скорости спуска, обеспечение спуска десантников, всех граждан без каких-либо ограничений и с любых высот за счет резервирования основных элементов и функций и упрощение устройств.

Это достигается тем, что в спусковое устройство, содержащее фал (трос, веревка, шнур, лента, струна, нить и т.п.), ручной тормоз, пояс с автоматически подтормаживающим карабином, элементы крепления фала к сооружению, согласно предлагаемому изобретению дополнительно введены жесткое составное кольцо с профилированным сечением, например П или U-образное для размещения фала и дублирующие регулируемые по длине петли для ног и торса.

Кроме того, для увеличения эффективности автоматического торможения фал упакован в моноблок-кольцо с внутренним диаметром, соответствующим скользящей посадке по внешнему диаметру жесткого составного кольца, а также дополнительно введен неподвижный направляющий ролик, закрепленный на жестком составном кольце.

При этом ручной тормоз, неподвижный направляющий ролик, внутренняя образующая поверхность моноблока-кольца дополнительно снабжены фрикционными наноструктурами в областях соприкосновения с фалом и жестким составным кольцом.

Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает решение поставленной задачи.

На фото 1 представлены известные спусковые устройства: самоспасатель Барс, система эвакуации DoubLExit, пожарное устройство YS-Е-16, устройство эвакуации Spider.

На фото 2 дана фотография тормозного устройства для двухфаловых спусковых устройств.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого спускового устройства.

На фиг.2 изображена схема сборки предлагаемого спускового устройства.

На фиг.3 - графики зависимости силы трения от массы и коэффициента трения по Кулону.

На фиг.4 - графики зависимости силы уравновешивания массы спасателя от коэффициента трения по Эйлеру при α≈180° для предлагаемого устройства.

На фото 3 даны фотографии испытанных спусковых устройств.

На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Спусковое устройство содержит 1 - жесткое составное кольцо, 2 - фал (веревка, трос, шнур, лента, струна, нить и др.), упакованный в моноблок-кольцо, 3 - ручной тормоз, 4 - неподвижный направляющий ролик, 5 - страховочные петли для ног и торса, 6 - фрикционные наноструктуры ролика, тормоза и моноблока-кольца.

На фиг.2 представлена схема сборки спускового устройства.

В нижнюю половину жесткого составного кольца с большим внутренним диаметром помещается фал, упакованный, например, способом заливки сплошным или вспененным полиуретаном в моноблок-кольцо. После чего в нижнюю половину жесткого составного кольца вставляется верхняя половина жесткого составного кольца и на собранном таким образом кольце закрепляются неподвижный направляющий ролик, ручной тормоз и страховочные петли для ног и торса.

Работает устройство следующим образом: фал 2 (фиг.1) под действием гравитационных сил разматывается, освобождаясь из моноблочного крепления и автоматически, на 80…90% общих гравитационных сил, тормозит десантника за счет внешнего трения в парах трения: образующая жесткого составного кольца - внутренняя образующая моноблока-кольца и фал - неподвижный ролик 4, а также за счет усилий разрыва связей крепления моноблока; ручным тормозом реализуется функция подтормаживания, компенсирующая 10…20% гравитационных сил. Неограниченность длины фала обеспечивается возможностью набора n-го числа моноблоков.

Фрикционные наноструктуры выбираются в зависимости от материала, из которого изготовлен фал, для обеспечения коэффициента трения в пределах 0,3…0,9 (фиг.3, 4). Например, на фиг.3 приведены зависимости силы сопротивления по Эйлеру от коэффициента трения и веса; на фиг.4 - те же зависимости по Кулону.

Используется спусковое устройство следующим образом: десантник или просто спасающийся надевают и закрепляют на себя пояс, страховочные петли со спусковым устройством, свободный конец фала с карабином застегивают на специальном крюке, как, например, для самоспасателей типа «Барс», «Spider», YE-E16, или закрепляют на 1-3 оборота вокруг надежных элементов здания или помещения - трубы, батареи и т.п., а затем карабин пристегивают к фалу, после чего десантник спускается вниз, используя возможности автоматического и ручного торможения.

По данной заявке были спроектированы, изготовлены и испытаны несколько вариантов спусковых устройств. Внешний вид некоторых устройств приведен на фото 3.

По результатам системных исследований и испытаний, проведенных совместно с Пензенскими спасателями, наиболее удачным устройством оказалось устройство со следующими размерами и материалами:

- внутренний диаметр жесткого кольца - 200 мм;

- ширина кольца - от 20 до 60 мм;

- материал фала - лента полипропиленовая шириной 15 мм, толщиной 0,8 мм, с прочностью 365 кг;

- материал упаковки в моноблок - вспененный полиуретан типа ПУ-105;

- неподвижный ролик 5…10 мм;

- фрикционные наноструктуры на основе полиуретана с наночастицами из резины.

Заявляемое устройство обеспечивает следующие технические характеристики:

- скорость спуска - регулируемая: 0…5 м/сек;

- масса спускаемого объекта: до 350 кг;

- высота спуска: не ограничена;

- вес устройства, в зависимости от материала и длины фала: 1…7 кг;

- время закрепления на теле и здании: 10…30 сек.

Были проведены также стендовые испытания других спусковых устройств, в том числе аналогов и прототипа. Установлено, что реально работающими устройствами являются устройства с комбинированной системой торможения - автоматической и ручной. Дело в том, что сила трения в схемах Эйлера зависит от ускорения не тривиальным образом - в области ускорений свободного падения сила трения стремится к бесконечно малой величине.

Возникающие силы торможения и трения в предлагаемом спусковом устройстве достаточны для поддержания безопасной скорости спуска человека.

Источники информации

1. File://У:\24.10.07\www.rescuer.ru Эвакуация с высоты…html.

2. В.Постнов, С.Орищенко, Ю.Шевченко. Эвакуация из издания. / Мир и безопасность. №1, 2007.

3. Система индивидуального спасения «Самоспас» - 1-10. Описание. Инструкция.

4. Спусковые устройства - КСВ-30, КСВ-50, КСС-30, КСС-50. Описание. Инструкция.

5. Самоспасатель Барс. Описание. Инструкция.

6. Спасательные устройства ВНИИПО-УСП-3, УСПИ-50, УБДИ. Описание. Инструкция.

7. Иващенко Б.С., Карась Л.В., Лопай Л.В. и др. Спусковое устройство RU. 2223802, C2. 2004.02.20.

8. Николаев Н.И., Крахин О.И., Аметисов Е.В. Спусковое устройство для эвакуации людей с высотных объектов в чрезвычайных ситуациях, RU, 2004107292, 2005.11.10.

9. Кашевник Б.Л. Спасательное устройство, RU, 2071665, C1, 1997.01.10.

10. Патенты US 2311070, 2321248, 4523664; GB 2367048A; IP 08-121498 A.

11. Система экстренной эвакуации Spider. Инструкция Moseroth Technologies (Израиль).

12. Европейский стандарт EN 1498 класс B, CE 0123.

1. Спусковое устройство, содержащее фал, ручной тормоз, пояс с карабином, элементы крепления фала к сооружению, отличающееся тем, что дополнительно введены: жесткое составное кольцо с профилированным сечением для размещения фала, регулируемые по длине петли для ног и торса, неподвижный направляющий ролик, закрепленный на жестком составном кольце, при этом фал упакован в моноблок-кольцо с внутренним диаметром, соответствующим скользящей посадке по внешнему диаметру жесткого составного кольца.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ручной тормоз, ролик и внутренняя образующая поверхность моноблока-кольца снабжены фрикционными наноструктурами в областях соприкосновения с фалом и жестким составным кольцом.