МОБИЛЬНЫЙ ИНСПЕКЦИОННО-ДОСМОТРОВЫЙ КОМПЛЕКС
MOBILE INSPECTION AND EXAMINATION COMPLEX

Изобретение относится к области технических средств бесконтактного рентгеновского досмотра крупногабаритных объектов и может использоваться для обнаружения в них незаконных скрытых вложений, например, наркотических средств, взрывчатых веществ, оружия и др., на таможенных и полицейских пунктах пропуска и контроля.
Известны три вида инспекционно-досмотровых комплексов (ИДК): стационарные, легковозводимые (перебазируемые) и мобильные. Наиболее дешевыми, эффективными и удобными в эксплуатации считаются мобильные инспекционно-досмотровые комплексы (МИДК) [1].
Подавляющее большинство МИДК как российского, так и зарубежного производства имеют единый принцип работы (сканирование объекта контроля узким веерообразным пучком рентгеновских лучей) и типовой набор функциональных систем, входящих в их состав [2]. Нормативным документом, определяющим состав любого мобильного ИДК и регламентирующим его эксплуатацию, является [3, п. 3.7].
Известные МИДК [4, 5, 6], являющиеся аналогами, в рабочем состоянии разворачивают стрелу с Г-образной детекторной линейкой, образуя при этом, так называемые, П-образные «ворота», в створе которых устанавливается контролируемый (досматриваемый) крупногабаритный объект. Перед началом сканирования источник рентгеновского излучения (ИРИ) и связанные с ним П-образные «ворота» опускаются как можно ближе к поверхности рабочей площадки. Это необходимо для более полного охвата объекта контроля (ОК) направленным веерообразным пучком рентгеновских лучей, для возможности просвечивания не только верхних, но и нижних частей ОК, в частности, колес, так как именно в них часто провозятся запрещенные предметы и вещества (наркотики, взрывчатые вещества и т.п.).
Опускание данного оборудования осуществляется за счет уменьшения (стравливания) давления воздуха до соответствующего значения во всех пневматических рессорах (пневматических подушках) автомобильного шасси МИДК.
Штатная пневматическая система стабилизации автомобильного тягача, на котором установлено оборудование (в том числе и рентгеновское) ИДК, предназначена для нивелирования колебаний и ударов только при движении комплекса по дорогам общего пользования, т.е. в походном (маршевом) положении. Данная система не предназначена для стабилизации (стабильно-горизонтального позиционирования) массивных, поперечно размещенных П-образных «ворот» при перемещении МИДК во время сканирования по рабочей площадке с имеющимися на ней неровностями.
Отсутствие стабилизации оборудования может привести к возникновению поперечного раскачивания П-образных «ворот» относительно рабочей площадки, автомобильного шасси и неподвижного ОК. При сильном раскачивании (в процессе сканирования) может произойти касание вертикальной части Г-образной детекторной линейки и нижней части ИРИ поверхности рабочей площадки, что приведет к повреждению оборудования. Раскачивание «ворот» также снижает и качество получаемого рентгеновского изображения (РИ) ОК за счет «смазывания» и искажения отдельных его фрагментов. Так как габариты и масса «ворот» существенны, то их раскачивание и «смазывание» изображения могут быть значительными. Указанные искажения могут дезинформировать (ввести в заблуждение) операторов МИДК, которые анализируют информацию, полученную с использованием МИДК (рентгеновские изображения объектов контроля).
В этом заключается главный недостаток аналогов.
Такая ситуация возникает при сканировании ОК на рабочей площадке с имеющимися на ней неровностями. Это происходит часто при досмотре ОК в полевых условиях на недостаточно выровненной грунтовой рабочей площадке (например, сотрудниками ГИБДД или оперативными работниками полиции); на бетонной площадке таможенного пункта пропуска, но имеющей большую наледь в весенне-зимний и осенне-зимний периоды эксплуатации. К раскачиванию «ворот» может также привести и воздействие ветра на их конструкцию. Ухудшение стабилизации оборудования МИДК объясняется тем, что ИРИ и П-образные «ворота» через поворотный механизм жестко связаны с шасси автомобильного тягача.
Для исключения раскачивания П-образных «ворот» необходимо:
а) применять МИДК на идеально ровной горизонтальной рабочей площадке;
б) использовать соответствующие системы стабилизации ИРИ с развернутой детекторной линейкой (стрелой).
Первый путь далеко не всегда выполним, так как МИДК применяются, как указывалось выше, и в полевых условиях, на заснеженных рабочих площадках, где неизбежно будут кочки, выбоины, ухабы и т.п.
Второй путь предпочтительнее, так как позволяет использовать МИДК на различных по качеству рабочих площадках (поверхностях) и при любой ветровой нагрузке.
Наиболее близким по техническому решению является мобильный ин-спекционно-досмотровый комплекс [7]. В прототипе между автомобильным шасси и поворотным механизмом дополнительно введен стабилизирующий механизм, состоящий из неподвижной и подвижной (качающейся) платформ, соединенных между собой по типу сферического (шарового) шарнира, позволяющего вращаться (двигаться) подвижной платформе относительно неподвижной в любой (в частности, в поперечной и продольной) плоскости. Неподвижная платформа жестко связана с автомобильным шасси, а подвижная платформа с поворотным механизмом ИРИ и П-образных «ворот». Между платформами установлены, дополнительные пневматические стойки (пневматическая рессора и амортизатор в одном блоке), количество которых зависит от формы платформ, которые и стабилизируют ИРИ и «ворота» от поперечных и продольных раскачиваний при движении МИДК по неровной рабочей площадке во время сканирования. Применение шарового шарнира также исключает и разрушающие механические нагрузки на элементы стабилизирующего механизма и шасси тягача в целом.
К основным недостаткам прототипа можно отнести сложность конструкции стабилизирующего механизма и системы управления им. Выше отмечалось, что между платформами установлены дополнительные пневматические стойки, количество которых зависит от формы платформ и в которые подается (стравливается) сжатый воздух. Усложнение системы управления происходит за счет:
- установки более производительного компрессора (для подачи воздуха не только в основные, но и в дополнительные пневмоподушки);
- установки системы контроля горизонтального позиционирования подвижной платформы;
- наличия дополнительных перепускных пневматических клапанов;
- усложнения узла управления пневматическими клапанами.
Данное усложнение конструкции стабилизирующего механизма и пневматической системы неизбежно приведет к некоторому снижению общей надежности комплекса.
Кроме того, к недостаткам можно отнести и то, что система стабилизации «ворот» будет работать с некоторым запаздыванием (временем задержки), которое будет складываться из: времени реагирования системы контроля горизонтального позиционирования «ворот», времени работы системы перепускных клапанов и времени подачи (стравливание) сжатого воздуха в пневматические стойки (времени работы компрессора).
То есть, наличие времени запаздывания все-таки может вызывать некоторые раскачивания «ворот», хотя и с заметно меньшей амплитудой.
Эти незначительные раскачивания «ворот» могут не позволить стабилизирующему механизму полностью исключить искажения и «смазывания» рентгеновского изображения ОК.
Целью изобретения является:
- повышение надежности и эффективности работы стабилизирующего механизма за счет исключения из его конструкции пневматических стоек, системы обеспечения работоспособности и управления ими;
- практически полное исключение запаздывания в работе стабилизирующего механизма, т.е. практически полное исключение раскачивания П-образных «ворот»;
- уменьшение габаритных размеров стабилизирующего механизма (уменьшение расстояния между подвижной и неподвижной платформами) за счет исключения из него пневматических стоек.
Поставленная цель достигается тем, что в МИДК, содержащем оборудование комплекса, установленное на автомобильном шасси, источник рентгеновского излучения, стрелу с детекторной линейкой, образующие в рабочем положении комплекса П-образные «ворота», в створе которых располагается крупногабаритный объект контроля, поворотный механизм ИРИ и «ворот», пневматические рессоры и амортизаторы автомобильного шасси по количеству колес в автомобильном тягаче, а также стабилизирующий механизм, состоящий из неподвижной и подвижной (качающейся) платформ, соединенных между собой по типу сферического (шарового) шарнира, неподвижная платформа жестко связана с автомобильным шасси, с подвижной платформой жестко связан поворотный механизм ИРИ и «ворот», причем, в походном (маршевом) состоянии подвижная платформа может фиксироваться с помощью специальных фиксаторов, в его состав дополнительно введен гироскопический блок, основу которого составляет механический роторный гироскоп, жестко установленный в центре поворотного механизма, а ось вращения гироскопа совпадает с вертикальной осью шарового шарнира и перпендикулярна горизонтальной поверхности поворотного механизма.
Из отмеченного выше следует, что основным узлом в системе стабилизации П-образных «ворот» МИДК является механический роторный гироскоп.
Одним из свойств такого гироскопа является то, что его ось вращения стремится устойчиво сохранять в пространстве приданное ей первоначальное направление независимо от изменения углов ориентации основания, на котором он установлен [8]. Примером использования гироскопов может служить гироскопическая система стабилизации палуб от качки некоторых морских прогулочных судов.
Непосредственно гироскоп и соответствующее к нему оборудование объединены в гироскопический блок. Применительно к МИДК этот блок жестко крепится к поворотному механизму в центральной его части и изначально при монтаже выставляется так, чтобы ось вращения гироскопа совпадала с вертикальной осью сферического шарнира и была перпендикулярна строго горизонтальной поверхности, в частности, поворотного механизма. Монтаж и установка гироскопического блока осуществляются при неподвижном МИДК, когда он стоит строго на горизонтальной поверхности.
При этом из конструкции стабилизирующего механизма будут исключены все пневматические стойки и элементы системы управления ими, а их функции возьмет на себя гироскопический блок. Как только гироскоп войдет в рабочий режим (ось вращения раскрутится до номинального значения), П-образные «ворота» приобретут устойчивость и будут сохранять заданную строго горизонтальную ориентацию при любом положении автомобильного шасси.
Очевидно, что раскачивание П-образных «ворот» и искажения РИ будут полностью исключены. А это приведет к существенному повышению качества РИ, что в свою очередь повысит эффективность проведения самого бесконтактного досмотра объектов контроля, сделает МИДК более независимым к погодным условиям и неровностям рабочей площадки, т.е. более мобильным, универсальным и надежным.
Принцип действия мобильного инспекционно-досмотрового комплекса поясняется фиг. 1, на которой изображен его вид сбоку в походном положении; фиг. 2, на которой представлен вид сзади МИДК в рабочем положении, а также фиг. 3, где представлен чертеж стабилизирующего механизма с установленным на поворотном механизме (в центральной его части) роторным гироскопом.
1
6
1
2
2
Мобильный ИДК включает в себя оборудование комплекса с источником рентгеновского излучения 1, размещенное на автомобильном шасси 2, поворотный механизм ИРИ и «ворот» 3, стрелу 4 с детекторной линейкой, основные пневматические рессоры и амортизаторы по количеству колес в автомобильном тягаче (пусть шесть колес) 5-5, стабилизирующий механизм 6, состоящий из двух платформ: подвижной (качающейся) 6 и неподвижной 6. Эти платформы между собой соединяются по типу сферического (шарового) шарнира. Неподвижная платформа 6 жестко связана с автомобильным шасси 2, а подвижная платформа жестко связана с поворотным механизмом 3, который поворачивает ИРИ со стрелой 4 в рабочее положение. Кроме того, в центральной части поворотного механизма (на вертикальной оси шарового шарнира), установлен и жестко с ним связан гироскопический блок 7, основу которого составляет механический роторный гироскоп.
1
4
1
Подвижная платформа при перемещении МИДК по дорогам общего пользования (в маршевом положении) может фиксироваться с помощью специальных фиксаторов для предотвращения возможного раскачивания ИРИ со сложенной стрелой. Фиксаторы ИРИ (пусть четыре штуки) 8-8 являются съемными элементами МИДК и могут крепиться между подвижной платформой 6 и шасси автомобиля 2 (как показано на фиг. 1) или другими способами. В рабочем состоянии при сканировании ОК фиксаторы не устанавливаются (см. фиг. 2). Количество фиксаторов также может быть иным.
В створе «ворот» МИДК устанавливается контролируемый (досматриваемый) крупногабаритный объект контроля, например, автотранспортное средство.
На фиг. 3 представлен чертеж основного функционального узла предлагаемого изобретения - шарнирного стабилизирующего механизма, в котором установлен роторный гироскоп: вид прямо, сверху и сбоку (в разрезе). Шарниром называют пару деталей, одна из которых совершает вращательные, колебательные и угловые перемещения по всем направлениям относительно другой детали. В шарнирах не происходит передача изгибающего или скручивающего моментов между его деталями благодаря минимальному трению между ними. На рисунке не показаны конструктивные элементы, снижающие трение в шарнире (каналы для смазки, специальные промежуточные прокладки и пр.).
Конструкция стабилизирующего механизма, в частности, диаметр шара и его высота, зависит от двух основных факторов: от общего веса ИРИ и «ворот» и от крепости используемого для их изготовления материала (сталь или, например, титановый сплав).
Мобильный ИДК работает следующим образом.
1
1
4
В походном положении стрела 4 сложена и расположена вдоль оси симметрии автомобильного тягача, подвижная платформа 6 стабилизирующего механизма жестко зафиксирована с помощью фиксаторов 8-8.
При прибытии на место проведения досмотра (сканирования) ОК происходит перевод МИДК из походного (маршевого) положения в рабочее, а именно:
- подъем стрелы;
- поворот ИРИ со стрелой с помощью поворотного механизма 3 перпендикулярно оси симметрии автомобильного тягача;
- раскладывание стрелы 4 с детекторной линейкой и образование П-образных «ворот»;
1
6
- опускание ИРИ и П-образных «ворот» вниз к рабочей площадке путем снижения давления воздуха в основных пневматических рессорах тягача 5-5 до необходимого для работы (максимального охвата веерообразным рентгеновским пучком лучей объекта контроля) значения;
- позиционирование П-образных ворот в заданном (горизонтальном) положении;
- вывод гироскопа в рабочий режим;
- расфиксация подвижной платформы стабилизирующего механизма (или ИРИ со стрелой), т.е. удаление фиксаторов.
После этого П-образные «ворота» приобретут устойчивость и будут сохранять заданную ориентацию в пространстве, независимо от колебаний шасси МИДК.
По завершении указанных подготовительных операций МИДК готов к сканированию крупногабаритных объектов.
1
С удалением фиксаторов происходит исключение жесткой связи между подвижной платформой 6 и автомобильным шасси 2.
2
В то же время из конструкции видно, что при движении МИДК по неровной поверхности неподвижная платформа 6 будет совершать синхронные раскачивания (колебания) вместе с автомобильным шасси 2, так как она с ним жестко связана.
Во время сканирования (при движении МИДК по неровной рабочей площадке) гироскопический блок 7 будет оставаться в заданном положении: ось вращения гироскопа совпадает с осью шарового шарнира, а основание блока, жестко связанное с поворотным механизмом будет строго горизонтально относительно горизонта земли.
1
2
Тогда указанный гироскопический блок будет удерживать поворотный механизм и связанную с ним подвижную платформу 6, раскачивающуюся в разных плоскостях, в заданном стабильно-горизонтальном положении не зависимо от положения и дестабилизирующего воздействия неподвижной платформы 6 и автомобильного шасси 2. Это исключит раскачивание П-образных «ворот» при использовании МИДК на любых по качеству рабочих площадках относительно их исходного (заданного) расположения на МИДК. Никаких механических нагрузок на обе платформы в силу их шарового соединения не будет.
Таким образом, путем введения гироскопического блока в состав МИДК, все поставленные цели изобретения будут достигнуты.
Источники информации
1. Малышенко Ю.В. и др. Начальная подготовка персонала инспекционно-досмотровых комплексов: учебник. - Владивосток: Владивостокский филиал Российской таможенной академии, 2010. - 460 с.
2. Вербов В.Ф. и др. Таможенное дело: инспекционно-досмотровые комплексы России и зарубежных государств: учебное наглядное пособие. - Ростов-на-Дону: Ростовский филиал Российской таможенной академии, 2015. - 146 с.
3. Приказ Федеральной таможенной службы России от 24.01.2005 №52 «Об утверждении Концепции создания системы таможенного контроля крупногабаритных грузов и транспортных средств».
4. Вербов В.Ф., Карасев А.В. и др. Таможенное дело: практика и теория применения инспекционно-досмотровых комплексов: учебник. - Ростов-на-Дону: Ростовский филиал Российской таможенной академии, 2019. - 360 с.
5. HCV-Mobile. Heiman CarqoVision mobile: учебное пособие технического специалиста. Издательство «Smiths Heiman», 2007.
6. Мобильный инспекционно-досмотровый комплекс СТ-2630М: «Техническое описание мобильного ИДК и всех его систем». Издательство ООО «СКАНТРОНИК СИСТЕМС», Москва, Санкт-Петербург, 2017.
7. Вербов В.Ф., Карасев А.В. Мобильный инспекционно-досмотровый комплекс. Патент Российской Федерации на изобретение №2683138, 2019. (Прототип)
8. Бороздин В.Н. Гироскопические приборы и устройства систем управления: уч. пособие для втузов. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.