УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПУСКА ЛЮДЕЙ ИЗ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ПОЖАРАХ И ДРУГИХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
UNIT FOR PEOPLE DESCEND FROM BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS IN FIRES AND OTHER EMERGENCY SITUATIONS

Изобретение относится к спасательным средствам, а именно к индивидуальным спасательным средствам многоразового использования, применяемым для спасания одного за другим людей при пожарах и других чрезвычайных ситуациях в зданиях и сооружениях.
Известны устройства, в которых фал огибает неподвижные ролики или оси (А.С. СССР № 772553, А62В 1/00; патенты США: № 3260328, 182-5 № 4039045, 182/5; патенты Великобритании: № 2040253, А62В 1/06; № 2057871, А62В 1/14; № 2103560, А62В 1/06; патенты Франции: № 2283702, А62В 1/06; № 1542452, А62В; № 1361187, А62В; № 605409, 61а 8; № 435208, 61а 8; № 2358081, А62В 1/06; № 2403803, А62В 1/14; патенты ФРГ: № 2416051, А62В 1/06; № 2627839, А62В 1/06; патенты Германии: № 15040, 61a 8/02; № 37360, 61a 8/02; № 59559, 61a 8/02; № 71512, 61a 8/02; № 93333, 61a 8/02; № 244762, 61a 8/02; патенты Японии: 1975 г. № 3159, 95с2, 73732, 5(2)-198; 1977 г. № 1594, 95с2, 5(2)-4(356); патенты Швеции: № 140464, 61a 8/02; № 119331, 61a 8/02; № 67450, 61a 7; № 384450, А62В 1/16; № 403049, А62В 1/14; патенты Швейцарии: № 48280, 117а; № 141697, 117а; № 610765, А62В 1/14; патент Италии № 625310, А62В). Некоторые из указанных устройств приспособлены для повторного использования после спуска первого спасаемого человека. Недостаток этих устройств заключается в том, что их подвижный элемент опускается по фалу вместе со спасаемым человеком только в том случае, если ниже спасаемого человека нет натяжения фала за исключением натяжения, вызываемого собственном весом фала. Таким образом, устройства являются неэффективными при одновременном спасании группы людей посредством нескольких подвижных элементов, так как следующий спасаемый человек начнет спускаться только после того, как предыдущий спустится на землю.
Этот недостаток устранен в устройствах, в которых фал проходит прямолинейно через подвижный элемент и сжимается с двух сторон с силой, достаточной для обеспечения безопасной скорости спуска спасаемого человека (А.С. СССР № 931194, А62В 1/14; № 1581328, А62В /14; патенты США: 3765507, 182/5; № 3834489, 182/5; № 4056166, 182/5; № 4448281, 182/5; № 4603755, 182/5; № 4778030, 182/5; патенты Великобритании: № 1260083, А5А; № 1397064, А5А 44; № 2022408, А62В 1/14; патент ФРГ № 2427750, А62В 1/14; патенты Германии: № 68573, 61a 8/02; № 392329, 61a 8/02; патент Швейцарии: № 457150, 61a 8/02).
Первое из указанных устройств представляет собой сложную конструкцию, которая включает вращающиеся ролики, заполненные жидкостью, второе предусматривает использование фала только в виде металлической ленты. Изобретения по патентам США включают две шарнирно соединенные металлические пластины, сжимаемые посредством резьбового соединения, причем пластины снабжены желобами, через которые пропущен фал. После соприкосновения пластин по всей плоскости дальнейшее сжатие фала не представляется возможным. Для расширения диапазона сил сжатия фала глубину желобов в этих устройствах предусматривают размером меньше половины диаметра фала. Однако в этом случае появляется опасность выхода фала из желобов с его последующим заклиниванием между пластинами, так как центр тяжести спасаемого человека не совпадает по вертикали с центром окружности фала и с центром окружности, образуемой двумя желобами. Первое изобретение по патенту Великобритании включает тормозной элемент с малой площадью контакта с фалом, в результате чего последний испытывает в этом месте высокое напряжение сжатия, приближающееся к напряжению среза; прочность фала в этом месте снижается. Второе изобретение не может быть использовано для спасания недееспособного человека: ребенка, физически слабого человека, потерявшего сознание человека и т.п.Третье изобретение предусматривает использование фала только в виде металлической ленты. Изобретение по патенту ФРГ (оно же запатентовано в США, патент № 3861497, 182/5) предусматривает сжимание с большой силой круглого тормозного элемента, через который пропущен фал. Это устройство предназначено для ограниченного контингента, например для солдат, обитателей мужского общежития и т.п. Первое изобретение по патенту Германии в качестве фала предусматривает только ленту. Второе включает тормозной механизм, предусматривающий большое контактное напряжение сжатия на малой площади фала, в результате чего его прочность в этом месте снижается. Недостаток изобретения по патенту Швейцарии аналогичен недостатку второго изобретения по патенту Германии.
В качестве прототипа выбираем изобретение о патенту США № 4603755, 182/5 (МКИ А62В 1/14). В этом изобретении фал пропущен через желоба в двух шарнирно соединенных металлических пластинах, сжимаемых посредством резьбового соединения. Изобретатель пытается расширить диапазон сил сжатия круглого фала и устранить возможность его выхода из желобов с последующим заклиниванием между пластинами путем изменения конфигурации желобов: их поперечное сечение предусмотрено в виде полуэллипса (32 и 33 строки 4-й колонки описания изобретения) так, что при соприкосновении пластин желоба в поперечном сечении образуют эллипс, через который пропущен круглый фал, диаметр которого больше малой оси эллипса. В этом случае диапазон сил сжатия круглого фала расширяется, но не намного. После соприкосновения пластин верхний предел сил сжатия исчерпывается, и если в этот момент скорость спуска спасаемого человека окажется опасной, снизить ее не представляется возможным. Другой недостаток этого изобретения заключается в том, что при внезапном и резком увеличении скорости спуска спасающегося человека снизить и далее стабилизировать безопасную скорость спуска представляет собой трудную задачу даже для подготовленного спасающегося человека. Дело в том, что для снижения скорости спуска необходимо увеличить усилие сжатия фала путем завинчивания гайки 88. В условиях пожара, паники, воздействующих на человека продуктов горения, общем хаосе на месте пожара спасающийся человек, во-первых, при резком увеличении скорости спуска среагирует на это с запозданием, во-вторых, может совершить ошибку - не в ту сторону начнет вращать гайку 88, усугубляя при этом ситуацию, так как скорость спуска в этом случае увеличится еще больше.
Ниже представлены данные, взятые из учебного пособия: Харисов Г.Х. Основы обеспечения безопасности жизнедеятельности человека. М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. - 89 с.
Показатели надежности оператора при выполнении различных операций
Ошибка
Вероятность ошибки
Неверно выбрана величина открытия вентиля
0,002
Открыт не тот вентиль
0,002
Неправильные действия тумблером, кнопкой
0,001
Неправильное действие поворотным выключателем
0,002
Заметим, что указанные показатели соответствуют оператору (т.е. подготовленному для выполнения перечисленных операций человеку), выполняющему операции в нормальных или даже в комфортабельных условиях, когда нет пожара, паники и т.п. Нет сомнений, что в условиях пожара, паники и т.п. спасающийся человек будет ошибаться намного вероятнее.
Внезапное и резкое увеличение скорости спуска спасаемого человека может произойти в результате смачивания фала: дождем; падающим на фал с последующим таянием снегом; водой, льющейся с верхних этажей, где пожарные или обитатели здания тушат пожар. Внезапное и резкое увеличение скорости спуска произойдет и в том случае, когда ниже спасающегося человека его же фалом воспользуется другой человек с нижележащего этажа. Как показывает опыт, человек, терпящий бедствие при пожаре, не спрашивает чей фал висит напротив его окна или балкона и тем более не спрашивает разрешения воспользоваться им. В таком случае диаметр фала от места зависания второго человека и вверх до самого места крепления фала к прочной конструкции здания уменьшается в результате его удлинения. В информационном листе оперативно-спасательного центра «Эдельвейс» (193231, г.Санкт-Петербург, а/я 253, тел. 166-98-76, факс (812) 584 - 96-42) представлены технические характеристики 28 видов веревок, канатов, фалов, шнуров, из которых следует, что при нагрузке 100 кгс их удлинение составляет в среднем 5%. Рассмотрим это более подробно. От места зависания второго человека вверх до места зависания человека, использующего прототип, объем фала равен
1
где Д - диаметр фала после зависания второго человека;
l - длина фала между рассматриваемыми участками до зависания второго человека;
1,05 - удлинение фала на 5% после зависания второго человека.
А до зависания второго человека объем фала на этом участке был равен
где Д - диаметр фала до зависания второго человека. Объем рассматриваемых участков фала остается одним и тем же как до зависания второго человека, так и после
, откуда
Таким образом, например, термостойкая (пожарная) веревка СПАСОС «200» (ТУ 8121-002-23129813-94) диаметром 8 мм, разрывное усилие которой составляет 1800 кгс (данные из информационного листа), после зависания на ней второго человека уменьшится в диаметре до
.
Уменьшение диаметра фала приводит к тому, что сила, сжимающая фал, уменьшается, сила трения фала по желобам в пластинах прототипа также уменьшается, и как результат, скорость спуска спасаемого человека увеличивается. Для снижения скорости спуска необходимо увеличить силу сжатия фала путем выбора зазора 0,2 мм (8 мм - 7, 8 мм). Для этого спасаемый человек должен быстро повернуть гайку 88 прототипа, а делая это, он, как описано выше, может совершить ошибку.
Цель изобретения - устранение всех недостатков, присущих прототипу, а именно:
расширить верхний диапазон сил сжатия фала;
устранить возможность заклинивания фала между двумя сжимаемыми металлическими пластинами;
обеспечить возможность быстрого торможения при внезапном и резком увеличении скорости спуска.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем две шарнирно соединенные металлические пластины, между которыми пропущен фал, сжимаемый посредством резьбового соединения, размещенного на пластинах, одна из пластин снабжена пазом для размещения фала, а вторая - выступом, входящим в паз и прижимающим фал к корпусу первой пластины, причем пластины снабжены рукоятками для их сжимания и передачи усилия через выступ и паз на фал. Конфигурация поверхности паза и выступа, прижимающего фал через паз к корпусу пластины, соответствуют конфигурации поперечного сечения фала и его жесткости.
На фиг.1 представлена та сторона устройства, которую видит спасающийся человек. На фиг.2 - вид по сечению А-А. На фиг.3, 4, 5 представлены увеличенные фрагменты сечения А-А. На фиг.6 представлен вариант устройства для спасания недееспособного человека.
Устройство содержит шарнирно соединенные металлические пластины 1, 2, пропущенные через ось 3. Шарнирное соединение может быть выполнено различными известными способами и средствами. На фиг.1, 2, 6 представлено шарнирное соединение, которое используется для изготовления оконных и дверных петель. Простота устройства позволяет организовать его производство на предприятии по изготовлению дверных петель. Фал 4 (верхняя часть) и 10 (нижняя часть) пропущен через паз, которым снабжена пластина 2. Под фалом понимается любой гибкий или жесткий элемент из любого материала: канат, трос, веревка, шнур, лента, проволока - все любой конфигурации поперечного сечения, а также жесткий стержень, по которому предложено соскальзывать, держась руками, в изобретении по заявке Великобритании № 1420035, А62В 1/20 (А5А). Отверстия 5, 9 выполнены коаксиально на пластинах 1,2. Через них пропускают карабин, соединенный со спасательным поясом, одеваемым на спасаемого человека. Гайка 6 и винт 7 - известные детали, которые известными способами изготавливают и крепят на устройстве. Винт 7 закрепляют жестко на пластине 2, гайка 6 свободно вращается на винте 7. Рукоятки 8, 12 выполняют как продолжение пластин 1, 2 из одного куска металла. Выступ 11 на пластине 1, его размеры и конфигурация поверхности, которая прижимает фал 4 к пластине 2, изготавливают в соответствии с размерами поперечного сечения фала 4 и его жесткости. На фиг.2, 3 представлен жесткий фал 4 - стержень, проволока или стальной трос. Так как первые два практически не деформируются в поперечном сечении при их сжатии, а третье деформируется очень незначительно, конфигурацию паза в пластине 2 и конфигурацию поверхности выступа 11 выполняют в соответствии с диаметром фала 4. Если фал 4 представляет собой синтетическую веревку средней жесткости (фиг.4), к которым относится большинство выпускаемых как в нашей стране, так и за рубежом пожарных спасательных веревок, то конфигурацию паза выполняют в соответствии с диаметром фала, а конфигурацию поверхности выступа 11 выполняют плоской, чтобы можно было компенсировать уменьшение площади поперечного сечения фала 4 при его сжатии. Другими словами, если синтетическую веревку средней жесткости 4, изображенную на фиг.4, поставить в паз вместо жесткого фала 4 на фиг.3, то веревка 4 будет сжиматься только до тех пор, пока полукруглые края выступа 11 не упрутся в полукруглые края паза в пластине 2. Таким образом, плоская конфигурация сечения выступа 11 на фиг.4 позволяет с большей силой сжимать синтетическую веревку 4 средней жесткости, так как в этом случае площадь поперечного сечения веревки 4 можно сжимать до полукруга. Если в качестве фала 4 используют ленту, то конфигурация поперечного сечения выступа 11 также должна быть плоской, равно как и дно паза, к которому прижимается лента. На фиг.4 этот вариант исполнения конфигурации дна паза не показан. Использовать в прототипе ленту в качестве фала не представляется возможным. Если фал 4 (фиг.5) представляет собой мягкую веревку из растительных материалов (манильская веревка, сизальская, кокосовая, пеньковая, хлопковая, джутовая, льняная и т.п.) или из мягких современных синтетических материалов (например, мягкая плетеная кевларовая веревка), то конфигурацию паза и конфигурацию выступа 11 необходимо выполнять полукруглыми в соответствии с диаметром веревки 4, так как в этом случае площадь поперечного сечения веревки 4 можно сжимать до менее чем площадь полукруга. Ограничители 13, 14 (фиг.6) выполнены заодно с осью 3 или жестко прикреплены к ней. Их назначение - предотвращать соскальзывание нижней части фала 10, перекинутого через устройство между ограничителем 13 и верхней частью фала 4 при спасании недееспособного человека.
Для увеличения сил трения между фалом 4, поверхностью паза, в котором он размещен в пластине 2, и поверхностью выступа 11 на последние два (на поверхность паза и на поверхность выступа 11) нанесен абразивный (как на наждачной бумаге) или фрикционный (как на тормозных колодках транспортных средств) материал, или на них нанесена накатка или насечка (как у напильников). В этом случае фал будет изнашиваться быстрее, чем при скольжении по гладкой поверхности, однако необходимо принять во внимание назначение устройства - спасание людей. Устройство хранится в ожидании пожара, его не используют в других целях, и большинство устройств, как огнетушители, выработают свой ресурс в режиме хранения и ожидания пожара, так и не включившись ни разу в работу, так как не будет пожара. Увеличение сил трения между фалом и соприкасающимися с ним указанными деталями устройства позволяет уменьшить усилие сжатия рукояток 8, 12 для эффективного контроля скорости спуска спасаемого человека. Например, при коэффициенте трения k=0,2 между фалом 4, внутренней поверхностью паза, в котором он размещен на пластине 2, и поверхностью выступа 11 при весе спасаемого человека, равном 80 кгс, минимальная сила сжатия фала 4, при котором устройство останется неподвижным на фале 4 (т.е. не будет скользить по нему вниз), составляет 80/0,2=400 кгс, а если упомянутые выше детали устройства будут покрыты абразивным или фрикционным материалом, то k=0,7-0,9, и указанная минимальная сила сжатия фала 4 составит 80/0,8=100 кгс. Как показывают расчеты, в первом случае усилие сжатия рукояток 8, 12 составляет 50 кгс, во втором - 12,5 кгс. Последнее усилие доступно ребенку в возрасте 10-12 лет. Ниже представлены данные, взятые из Справочника, стр.435 (Долин А.П. Справочник по технике безопасности. - 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 824 с.).
Ручная сила (сжатие динамометра)
У мужчин
У женщин
Н (кгс)
правой руки
380(38,6)
218(22,2)
левой руки
355 (36,2)
200 (20,4)
Примечание: Указанные в таблице значения рекомендуются для учета при проектировании и конструировании рабочих мест, постов управления, инструментов и т.п.
Ниже представлены данные, взятые из учебника спасателя, стр.59 (Учебник спасателя. С.К.Шойгу и др. Под общ. ред. Ю.Л.Воробьева. - 2-е изд. перераб. и доп. - Краснодар: «Сов. Кубань». 2002. - 528 с.).
Критерии оценки силы мышц кистей спасателей
Уровень мастерства
Сила кисти, кгс
Оценка
правой
левой
Возраст, лет
19-28
29 и старше
19-28
29 и старше
Наивысший
80 и более
75 и более
75 и более
70 и более
Отл.
Высокий
69-79
65-74
65-74
60-69
Хор.
Средний
60-68
60-64
56-64
52-59
Удовл.
Недостаточный
55-59
54-59
50-55
47-51
Неудовл.
Низкий
54 и менее
53 и менее
49 и менее
46 и менее
Плохо
Примечание: Сила мышц определяется с помощью динамометров ДРП-10, 30, 90, 120.
Работа устройства. Хранится устройство в ожидании пожара с фалом 4, 10, пропущенным через паз и с навинченной гайкой 6. При пожаре спасающийся человек закрепляет верхнюю часть фала 4 за прочную конструкцию здания (батарею отопления, балконную конструкцию и т.п.), а нижнюю часть 10 сбрасывает за окно (балкон), одевает спасательный пояс, карабин, прикрепленный к спасательному поясу, пропускает через отверстие 9, протягивает устройство по фалу 4 за пределы здания, завинчивает гайку 6 так, что при зависании на фале 4 устройство не сдвигается с места, перелезает через окно или балкон, зависает в неподвижном положении, одной рукой держится за рукоятки 8, 12, а другой отвинчивает гайку 6. Отвинчивание гайки 6 приводит к тому, что сила сжатия фала между выступом 11 и пластиной 2 снижается, сила трения также снижается и после того, как сила трения станет меньше веса человека, устройство сдвинется с места и начнет опускаться по фалу 10 вместе со спасаемым человеком. В описании прототипа указывается, что в устройствах, аналогичных прототипу «… трудно контролировать скорость спуска. Спасающийся человек должен завинчивать гайку для снижения скорости спуска и одновременно держаться за устройство» (53-56 строки описания прототипа, колонка 1). Добавим к этому, что при использовании прототипа и аналогичных ему устройств спасающийся человек вынужден одной рукой держаться за устройство, в то время как второй рукой он держится за гайку, с риском затягивания фалом пальцев первой руки в промежуток между шарнирно соединенными пластинами. В данном устройстве такое событие исключено, так как руки спасающегося человека находятся вне досягаемости места вхождения фала 10 в паз устройства, а кроме того, зазор между фалом и пазом намного меньше зазора между шарнирно соединенными пластинами и фалом прототипа.
При внезапном и резком увеличении скорости спуска спасаемый человек безошибочно почти мгновенно и инстинктивно сожмет рукоятки 8, 12, в результате чего сила сжатия фала 4 между выступом 11 и пластиной 2 увеличится, сила трения фала 4 при его прохождении между выступом 11 и пластиной 2 также увеличится, а скорость спуска снизится. Далее, после снижения скорости спуска, в спокойной обстановке спасающийся человек повернет гайку 6 в нужном направлении и с нужным усилием. Одним и тем же устройством последовательно можно спасать несколько человек одного за другим следующим образом. После того, как первый спасшийся человек опустится на землю, он снимает спасательный пояс, второй спасающийся человек выбирает к себе фал 4, поднимая при этом устройство, отцепляет карабин спасательного пояса из отверстия 9 и пропускает его через отверстие 5, привязывает нижнюю часть фала 10 к прочной конструкции здания, а верхнюю часть фала 4 сбрасывает в окно (за балкон), ослабляет силу сжатия фала 4 путем поворота гайки 6 против часовой стрелки, протягивает устройство по фалу 4 за подоконник (балкон), сжимает фал 4 путем поворота гайки 6 по часовой стрелке до требуемого усилия и далее действует как первый спасшийся человек. Аналогичным образом используют устройство следующие спасающиеся люди.
На фиг.6 представлен вариант исполнения устройства, которое позволяет спасать недееспособных людей следующим образом. Проводятся подготовительные действия как и при спасании первого человека. После того, как недееспособного человека вытащили за пределы здания и он завис неподвижно на устройстве, нижнюю часть фала 10 перекидывают через устройство между ограничителем 13 и верхней частью фала 4, поворачивают гайку 6 против часовой стрелки до тех пор, пока спасаемый человек не начнет опускаться вниз. Далее, натягивая с земли нижнюю часть фала 10 с различным усилием, можно регулировать скорость спуска спасаемого человека.
Наличие паза в пластине 2 с размещением в нем фала 4 и выступа 11 на пластине 1 позволяет расширить верхний диапазон усилий сжатия фала и таким образом дает возможность спасающемуся человеку более эффективно контролировать скорость спуска, а также предотвращать выход фала 4 из паза с последующим заклиниванием между пластинами 1,2. Наличие рукояток 8, 12 позволяет спасаемому человеку более эффективно стабилизировать безопасную скорость спуска при внезапном и резком ее увеличении.