Средство ограничения подвижности
Mobility restriction device

Изобретение относится к области создания спецсредств для фиксации конечностей правонарушителя при задержании и блокирования возможностей его контрдействий по избавлению от захвата.
К настоящему времени номенклатура зарубежных и отечественных разработок конструкций средств ограничения подвижности (СОП) весьма разнообразна. Традиционная конструкция изделия состоит, как правило, из скрепленных между собой левой и правой симметричных частей - браслетов. Корпус браслета сформирован двумя дугообразными скобами, скрепленными, при определенном расстоянии между ними, заклепочным соединением. В верхней части корпуса с помощью клепанного шарнирного соединения закреплен подвижной захват, выполненный в виде дуги с храповыми зубцами на конце, внутренняя поверхность которого в сложенном состоянии симметрична внутренней поверхности корпуса. В нижней части корпуса закреплена защелка, зубья которой вступают в храповое соединение с зубцами подвижного захвата.
Известно техническое решение, изложенное в патенте РФ №2024720, в котором подпружиненная защелка с одним зубом стопорится и освобождается от зацепления с помощью фиксатора в виде резьбового стержня. Конструкции, в которых фиксация осуществляется всего лишь одним зубцом нельзя считать надежными с точки зрения устойчивости к динамическим нагрузкам, так как даже локальный износ или выкрашивание кромки единственного зуба чревато утратой сцепления и работоспособности изделия в целом.
В равной степени это относится и к конструкции по патенту РФ №2005871, в которой фиксация подвижного захвата осуществляется блокировкой одного из зубцов с помочью цилиндрической защелки, имеющей диаметр меньше высоты зуба.
Известны решения, в которых повышение эксплуатационных характеристик изделия достигается за счет качественного усложнения конструкции. Так в конструкции патента РФ №2192531 возможные контрдействия правонарушителя блокируются с помощью параллельного использования электрошокового устройства. В патенте США №6574998 задача повышения надежности замкового узла решается за счет использования двух рядов зубьев на подвижном захвате, двух отдельных поворотных защелок с тремя зубцами зацепления. Защелки подпружинены общей пружиной, служащей одновременно фиксатором для обеих защелок. Очевидно, что решение задачи в данном случае также достигается за счет существенного усложнения конструкции, повышения трудоемкости изготовления, себестоимости, массы и габаритов изделия.
В патенте США №8904832, выбранном в качестве прототипа, подвижной захват имеет однорядное расположение зубцов, поворотная защелка осуществляет зацепления зубьями и имеет на конце площадку. Однако, такие важные вопросы как влияние конфигурации зубцов храпового соединения на надежность работы в условиях статических и динамических нагрузок в процессе длительной эксплуатации изделий, не рассмотрены, что является общим недостатком известных технических решений, в том числе и изложенного в прототипе.
Целью изобретения является повышение надежности и эксплуатационного ресурса изделия в условиях статических и динамических нагрузок.
Техническим результатом изобретения является повышение усилия, необходимого для принудительного раскрытия изделия, а также повышение эксплуатационного ресурса изделий, за счет выбора оптимальной геометрии зубцов храпового соединения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что СОП, состоящее из соединенных между собой браслетов, каждый из которых сформирован двумя скрепленными между собой дугообразными скобами и шарнирно соединенной с ними подвижной скобой с зубцами на конце, вступающими в храповое соединение с зубьями защелки, при этом храповое соединение выполнено при угле наклона зуба А=5-40° и отношении шага к высоте зуба (С/В), изменяющемся в пределах 1-3 (см. чертеж).
Основными геометрическими параметрами, определяющими работоспособность храпового соединения, являются угол наклона (А), высота (В) и шаг зуба (С) (см. чертеж). При этом угол наклона зуба является основной служебной характеристикой, так как определяет, как прочность сцепления храпового соединения, так и возможность его разъединения. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечения выбранных показателей прочности соединения. Если угол менее 5°, то зацепление зубьев подвижной скобы за зубья защелки становится чрезмерно малым. Это существенно облегчает возможность отгибания защелки для несанкционированного вскрытия. Например, путем установки инородного предмета в зазор между защелкой и подвижной скобой. В случае силового вскрытия, малое зацепление не позволяет храповому соединению вносить вклад в процесс раскрытия, отчего напряжения концентрируются в определенных точках неподвижных скоб, вызывая их пластическую или упругую деформацию уже при небольших усилиях. Возникшая деформация позволяет расцепить храповое соединение и вскрыть изделие.
Верхний предел значения угла наклона определен из соображений надежности конструкции. Если угол будет более 40°, то зубья будут слишком тонкими. Это чревато тем, что материал зуба будет выкрашиваться, стачиваться или деформироваться как в процессе эксплуатации, так и при попытке силового вскрытия.
Из имеющегося практического опыта известно, что характеристики высоты и шага зуба в храповом соединении связаны между собой, при этом как значения характеристик, так и их соотношения могут изменяться, применительно к СОП, в незначительных пределах. Так, увеличение высоты зуба влечет за собой увеличение хода защелки, а вслед за этим габаритов и массы замкового узла и изделия в целом. Увеличение шага зуба также будет сопряжено с увеличением как габаритов и массы защелки, так и всего замкового узла. Кроме того, при этом, условия обеспечения тонкой регулировки захвата, обеспечивающей с одной стороны достаточно плотный охват и в то же время исключающей ущемления конечности, ухудшаются. Уменьшение высоты зуба ограничено необходимостью обеспечения определенного уровня прочности храпового соединения, а уменьшение шага зуба ограничено возрастающим углом подъема зуба, затрудняющим свободное перемещение поворотной скобы по защелке. Таким образом, было установлено, что наибольшей эффективности можно добиться при отношении шага зуба к высоте в достаточно узком диапазоне 1≤С/В≤3.
Результаты теоретических расчетов и опытного исследования влияния соотношения шага и высоты зуба на эксплуатационные характеристики замкового узла, выполненные при значениях угла наклона зуба равном 5°, 25° и 40°, показали, что при значении соотношения С/В менее 1 имеют место затруднения перемещения подвижной скобы по подпружиненной защелке вследствие повышения угла подъема зуба. Увеличение же значения С/В более 3 влечет за собой необоснованное увеличение габаритов и массы основных деталей замкового узла, при этом точность регулировки плотности захвата не обеспечивается.
Оценка эффективности предложенного технического решения и определение пределов изменений заявляемых параметров проводились на основании анализа результатов проведенных стендовых испытаний изделий на надежность и эксплуатационный ресурс.
Для оценки показателей надежности были проведены стендовые испытания на растяжение натурных образцов изделий. Пороговое значение максимального усилия, которое должно выдерживать замковое соединение без расцепления, определено на основе накопленного опыта и с учетом современных требований зарубежных нормативных документов (Р=224 кг; US NIJ Standart-0307.02, 03.2010) и составило Р=250 кг. Определение результатов испытаний проводилось как в начале, так и по завершению различных этапов испытаний на эксплуатационный ресурс.
Результаты стендовых испытаний на растяжение средств ограничения подвижности представлены в таблице 1. Конструкции изделий отличались только варьируемым параметром - углом наклона зубьев. В таблице приведены усредненные значения для серии испытаний партий образцов.
Из полученных результатов следует, что в диапазоне углов наклона зуба 5°-40° требования по прочности храпового соединения обеспечиваются. При угле наклона зуба равном 1°, требования по прочности соединения не обеспечиваются. Также, как и при угле в 45°. С увеличением угла наклона зуба от 40°, появляются и прогрессируют трудности расцепления храпового соединения, что очевидно связано с возрастанием сил трения по мере приближения к пороговому значению угла трения стальной пары.
Испытания на эксплуатационный ресурс проводились на специальном стенде, имитирующем реальную работу изделия, и заключались в наборе циклов, в течение которых подвижная скоба осуществляет полный оборот в 360° вокруг шарнира и прокатывается своими зубцами по зубьям защелки.
Результаты испытаний на эксплуатационный ресурс изделий с различным углом наклона зуба представлены в таблице 2.
Из полученных результатов следует, что во всем выбранном диапазоне углов наклона зуба значения эксплуатационного ресурса изделия достигают максимального значения. Таким образом, результаты проведенных стендовых испытаний натурных образцов позволили подтвердить эффективность заявляемого технического решения и обосновать пределы заявляемых параметров геометрии зубцов замкового узла.
Совокупное действие заявляемых параметров изобретения позволило установить повышенные стандарты работоспособности изделий и обеспечить их выполнение, результатом чего явилось достижение заявленного технического результата - повышения надежности и эксплуатационного ресурса изделий в условиях действия статических и динамических нагрузок.
Заявленное техническое решение по конструкции средства ограничения подвижности является новым, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.
Решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.