СПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится относится к области специальной техники и может быть использовано десантниками, спасателями, для технического оснащения многоэтажных зданий и сооружений, а также, в качестве индивидуального спасательного средства для гравитационного спуска людей при пожарах с этажей горящих зданий, при горно-спасательных 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-Е-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 недостатком в 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-и 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, сжимаемом двумя руками спускающегося и исключающим травмы рук, а также пояс с карабином, автоматически слегка подтормаживающим спуск.
Недостатками устройства - прототипа является 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.
Целью 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 упрощения устройств.
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 упрощения 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 обеспечивают решение поставленной задачи.
Известны спусковые устройства: самоспасатель Барс, система эвакуации DoubLExit, пожарное устройство YS-E-16, устройство эвакуации Spider.
На фото 1 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 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 одевают 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 устройств приведен на фото 2.
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.