РОБОТИЗИРОВАННЫЙ ТРАНШЕЕКОПАТЕЛЬ

Изобретение относится к противопожарной технике, применяемой при тушении и локализации лесных пожаров. Изобретение также относится к конструкции роботов, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Борьба с лесными пожарами является одной из важнейших задач лесного хозяйства России. Более 90% лесных пожаров являются низовыми. Верховые и торфяные пожары также начинаются с низовых, в связи с этим разработка новых технологий тушения и локализации низовых пожаров различной интенсивности повышает эффективность системы охраны лесов и поэтому весьма актуальна.
Борьба с лесными пожарами требует неимоверных затрат средств и ресурсов. Чтобы снизить риск их возникновения и распространения, разрабатываются комплексы профилактических мероприятий, направленные как на недопущение возгораний, так и на борьбу с огнем и его нераспространение на обширные территории. Правильно обустроенная минерализованная полоса играет в этом не последнюю роль.
Минерализованная полоса - это искусственно созданный противопожарный барьер. Он создается путем очистки линейного участка территории от горючих материалов. Как правило, это делается механизированным способом. Минеральный слой почвы оголяется, а дерн, трава, хвоя, листья и прочие материалы, способные гореть, в процессе этого присыпаются землей. При очаговых возгораниях минерализованная полоса препятствует распространению низового пожара на другие участки лесного массива.
Минерализованная полоса также может являться опорной, от которой будет производиться встречный регулируемый отжиг. Минерализованная полоса обустраивается вдоль линии распространяющегося огня на некотором от него отдалении.
Противопожарные минерализованные полосы создаются почвообрабатывающими орудиями. В большинстве случаев это происходит механизированным способом с использованием тракторов, бульдозеров, специальной техники для прокладывания полос.
Для создания заградительных и опорных полос также применяются растворы огнетушащих химических составов длительного действия (например, ОС-5У, Вудгард и Сильван). Эти растворы эффективны, могут легко применяться в условиях каменистых и тяжелых грунтов, а также для создания более широких заградительных полос, но требуют специального приготовления и работают при сравнительно высокой их концентрации (порядка 10…13%), что приводит к потере времени и существенным затратам химикатов.
На сегодняшний день существует сравнительно большое разнообразие технологий и технических средств для тушения пожаров и создания искусственных противопожарных барьеров в лесах, однако, задача быстрого создания эффективных заградительных полос технически обеспечена недостаточно. В связи с этим остается потребность в разработке новых, более эффективных, способов и средств создания заградительных полос для локализации низовых пожаров.
По патенту РФ №2437695 известна машина для прокопки противопожарной полосы, которая содержит плуг, выполненный в виде установленных с возможностью вращения с разными скоростями конусных и цилиндрических шнеков.
По патенту РФ №2183486 известна противопожарная грунтометно-пескоструйная машина, снабженная барабанно-ножевым грунторубильным устройством и шнеками, которые выбрасывают на поверхность грунт или песок и локализуют поверхность горящего леса от пожара.
По патенту РФ №2610815 известна лесопожарная грунтометательная машина, предназначенная для локализации и тушения низовых пожаров грунтом, а также для прокладки защитных минерализованных полос. Грунтометательная машина содержит два сферических диска, фрезу-метатель, а также черенковый нож с тупым углом вхождения в почву.
По патенту РФ №2496540 известен пожарный грунтомет-полосопрокладыватель для работы в условиях грунтов, насыщенных корнями древесно-кустарниковой растительности и уплотненных связных почв, снабженный фрезой-метателем и механизмом образования вала из разрыхленного почвогрунта в виде двух сферических дисков.
По патенту РФ №2628725 известен универсальный лесопожарный грунтомет для прокладки опорных минерализованных и защитных полос, содержащий автономный двигатель внутреннего сгорания и рабочий орган в виде диска с закрепленными на подвижных шарнирах и расположенными по окружности режуще-метательными ножами
По патенту РФ №2395644 известен траншеекопатель, включающий самоходное шасси и рабочий орган с последовательно установленными плужными резцами, с возможностью срезания каждым плужным резцом слоя грунта, освобождая зону резания для последующего плужного резца.
По патенту РФ №2398074 известен траншеекопатель, содержащий опорную раму, механизм передвижения опорной рамы, рабочее оборудование, транспортер, силовую установку привода всех механизмов траншеекопателя. На опорной раме траншеекопателя закреплена платформа. Платформа имеет возможность вертикально перемещаться по направляющим. На платформе установлены силовая установка приводов механизмов траншеекопателя, кабина управления и механизм подъема и опускания рабочего оборудования, состоящего из центрального исполнительного органа и двух цепных многорезцовых исполнительных органов, установленных по обе стороны от центрального исполнительного органа.
По патенту РФ №2592288 известен траншеекопатель, содержащий остов трактора, включающий основную раму, с ходовой частью, включающей две гусеницы, вращение на которые передается с бортовых редукторов от регулируемых гидромоторов, и дополнительную раму, на которой установлены двигатель, кабина, гидронасос с баком для рабочей жидкости, гидродвигатель привода рабочего органа, гидроцилиндр для установки глубины копания рабочим органом, при этом он снабжен шарнирами, закрепленными в передней и задней частях основной рамы, в которых установлена дополнительная рама с возможностью поперечного наклона за счет гидроцилиндров, установленных в задней части основной рамы, на конце вала заднего шарнира установлена планшайба, к которой крепятся гидродвигатель привода рабочего органа и кронштейн для дополнительного крепления рабочего органа, на котором установлен гидроцилиндр для установки глубины копания рабочим органом, в передней части трактора, к основной раме шарнирно прикреплен корчеватель, высота подъема которого регулируется гидроцилиндром.
Недостатком известных машин для прокладки защитных минерализованных полос является необходимость присутствия человека в зоне проведения работ, что в условиях тушения лесного пожара связано с риском для его жизни.
Прототипом заявляемого решения является роботизированная платформа, оборудованная траншеекопателем или грунтометом, входящая в состав роботизированного комплекса для тушения лесных пожаров по патенту РФ 2677413.
Следует признать, что, несмотря на большое разнообразие, эффективного средства локализации и тушения лесных пожаров еще не существует. Подтверждением этому могут служить показатели ежегодного ущерба от лесных пожаров, которые только для России за последние пять лет колеблются в пределах от 20 до 100 миллиардов рублей ежегодно. Аналогичная ситуация наблюдается во всех странах мира, имеющих леса. Например, в конце 2017 года возник лесной пожар в штате Калифорния, США. На борьбу с огнем было направлено около 5700 пожарных. Тем не менее, всего лишь за несколько часов в предместьях Лос-Анжелеса возникли и стали быстро распространяться шесть крупных очагов пожара на территории десятков тысяч гектаров. Почти 200 тысяч жителей были эвакуированы из опасных районов. Многим пришлось бежать оттуда ночью, спасаясь от быстро движущегося огня. Пожары принесли с собой страшные разрушения - сгорели тысячи домов, уничтожена большая часть плантаций авокадо. Ущерб по разным оценкам составил порядка 270-350 млн. долларов.
Предложен Роботизированный траншеекопатель.
Роботизированный траншеекопатель предназначен для создания противопожарных минерализованных полос для локализации низовых пожаров путем отрывки траншей по командам оператора. Создание минерализованных полос осуществляется при помощи навесного траншеекопателя с использованием технологий дистанционного управления, исключающих нахождение людей в непосредственной близости от фронта пламени.
Основные отличия заявляемого роботизированного комплекса заключаются в следующем.
1) На роботизированную платформу сверху установлен съемный огнезащитный кожух, который крепится к ней винтами с возможностью съема для технического обслуживания робота, в передней части робота установлен навесной траншеекопатель, в верхней части огнезащитного кожуха установлены три складывающиеся основные антенны, а в задней части огнезащитного кожуха расположены три резервные огнестойкие антенны, при этом в передней части робота внутри огнезащитного кожуха расположены резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
2) Съемный огнезащитный кожух для защиты от действия огня и теплового излучения включает раму из профилированного металла, закрытую листовыми металлическими панелями, на внутренние поверхности которых нанесена огнестойкая пена толщиной 10-50 мм, на которую с внешней и/или внутренней стороны наклеен один или несколько слоев огнестойкой кремнеземной ткани толщиной 0,5-1,5 мм, причем боковые панели огнезащитного кожуха приварены к раме из профилированного металла, а верхние панели сделаны съемными с водозащитными уплотнениями и с креплениями на винтах или замках, при этом на боковых поверхностях огнезащитного кожуха имеются четыре воздухозаборных полых профиля, расположенные в местах установки двигателя робота, так, что входные части воздухозаборных профилей обращены ко внутренней части двигателя траншеекопателя роботизированного, а выходная часть выведена наружу и обращена вниз.
3) Система технического зрения включает одну поворотную курсовую видеокамеру с механизмами поворота по вертикали и горизонтали, расположенную в передней верхней части огнезащитного кожуха и четыре неподвижные видеокамеры кругового обзора, расположенные посередине каждой стороны огнезащитного кожуха, и при этом все видеокамеры соединены с блоком управления системой технического зрения с помощью соединительных кабелей и снабжены форсунками для омывающей жидкости, а блок управления системы технического зрения позволяет по команде оператора подключать к системе любую одну из пяти видеокамер.
4) Траншеекопатель роботизированный содержит складывающуюся антенну системы видеонаблюдения, складывающуюся антенну системы передачи телеметрии, складывающуюся антенну системы дистанционного управления, причем каждая складывающаяся антенна содержит механизм складывания антенны известной конструкции, соединенный с одной стороны с корпусом траншеекопателя роботизированного, а с другой стороны с несущим профилем антенны из стеклопластика, внутри которого размещена излучающая конструкция антенны соответствующего диапазона, при этом все антенны подключены к блоку модулей основных антенн радиосвязи.
5) Резервные огнестойкие антенны включают огнестойкую панель антенны системы видеонаблюдения, огнестойкую панель антенны системы передачи телеметрии, огнестойкую панель антенны системы дистанционного управления, причем, огнестойкие панели антенн представляют собой печатную плату с фазированной антенной решеткой соответствующего диапазона, расположенную между двумя панелями из огнестойкого пеноматериала толщиной 25-50 мм, оклеенной со всех сторон 2-5-ю слоями огнестойкой кремнеземной тканью толщиной 0,5-1,2 мм, при этом все антенны подключены к блоку модулей резервных антенн радиосвязи.
6) Дистанционно управляемый навесной траншеекопатель, установленный в передней части робота, включает цепной грунторез, расположенный на раме, защитный кожух грунтореза, лебедку для подъема и опускания грунтореза, а также толкатель с винтовой передачей для выставления угла наклона цепи грунтореза, а система дистанционного управления в свою очередь содержит блок управления роботизированной платформой, соединенный с блоком управления навесным технологическим оборудованием и системой технического зрения, обеспечивающей оператору круговой обзор обстановки в зоне работы робота, причем работа грунтореза и создание минерализованной полосы осуществляется при дистанционно управляемом движении робота задним ходом.
7) Резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления включают сиденье оператора, руль с поворотной рукояткой газа, педали тормоза, ручки переключения передач, ключа зажигания, органов управления навесным траншеекопателем, при этом сиденье оператора размещено так, что при снятой верхней панели огнезащитного кожуха, уровень глаз оператора оказывается выше верхнего уровня огнезащитного кожуха и обеспечивает возможность управления движением и работой траншеекопателя роботизированного.
Указанные отличия являются новыми, в указанном сочетании не встречаются в известных патентах, а это сочетание не вытекает явно из уровня техники.
Техническим результатом от использования заявляемого роботизированного комплекса является снижение опасности и трудоемкости процесса создания противопожарных минерализованных полос за счет его роботизации.
Описание предлагаемого Роботизированного траншеекопателя поясняется фигурами 1-8, на которых показано устройство.
На фигурах 1-8 цифрами обозначены:
1 - роботизированная платформа
2 - огнезащитный кожух
3 - навесной траншеекопатель
4 - антенна системы видеонаблюдения, антенна системы передачи телеметрии, антенна системы дистанционного управления
5 - рама
6 - листовые металлические панели
7 - верхние панели
8 - воздухозаборный полый профиль
9 - курсовая видеокамера
10 - видеокамеры кругового обзора
11 - антенна системы видеонаблюдения
12 - антенна системы передачи телеметрии
13 - антенна системы дистанционного управления
14 - механизм складывания антенны
15 - несущий профиль антенны
16 - излучающая конструкция антенны
17 - панель антенны системы видеонаблюдения
18 - панель антенны системы передачи телеметрии
19 - панель антенны системы дистанционного управления
20 - печатная плата с фазированной антенной решеткой
21 - панели из огнестойкого пеноматериала
22 - огнестойкая кремнеземная ткань
23 - лебедка
24 - защитный кожух грунтореза
25 - толкатель с винтовой передачей
26 - рама
27 - цепной грунторез
28 - резервное место оператора
На фиг. 1 показан внешний вид роботизированного траншеекопателя.
На фиг. 2 показан съемный огнезащитный кожух.
На фиг. 3а) показаны антенны системы видеонаблюдения, системы передачи телеметрии, системы дистанционного управления и поворотная курсовая видеокамера.
На фиг. 3b) показаны видеокамеры кругового обзора.
На фиг. 4 показаны механизм складывания и устройство антенн.
На фиг. 5 показаны резервные огнестойкие антенны.
На фиг. 6 показано устройство огнестойкой панели антенны системы видеонаблюдения, огнестойкой панели антенны системы передачи телеметрии, огнестойкой панели антенны системы дистанционного управления.
На фиг. 7а) показан робот с навесным траншеекопателем в транспортном положении.
На фиг. 7b) показан робот с навесным траншеекопателем в рабочем положении.
На фиг. 8 показаны резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
Устройство робота.
Роботизированный траншеекопатель (фиг. 1) содержит дистанционно управляемую гусеничную роботизированную платформу 1, на которую установлен съемный огнезащитный кожух 2. В передней части робота установлен навесной траншеекопатель 3, в верхней части огнезащитного кожуха 2 установлены три складывающиеся основные антенны 4, а в задней части огнезащитного кожуха расположены три резервные огнестойкие антенны. В передней части робота внутри огнезащитного кожуха расположены резервное место оператора и дублирующие органы ручного управления.
Съемный огнезащитный кожух 2 (фиг. 2) для защиты от действия огня и теплового излучения содержит раму 5 из профилированного металла, закрытую листовыми металлическими панелями 6, приваренными к раме из профилированного металла, а верхние панели 7 сделаны съемными с водозащитными уплотнениями и с креплениями на винтах или замках, при этом на боковых поверхностях огнезащитного кожуха имеются четыре воздухозаборных полых профиля 8, расположенные в местах установки двигателя робота так, что входные части воздухозаборных профилей обращены ко внутренней части двигателя траншеекопателя роботизированного, а выходная часть выведена наружу и обращена вниз. На внутренние поверхности листовых металлических панелей съемного огнезащитного кожуха нанесена огнестойкая пена толщиной 10-50 мм, на которую с внешней и/или внутренней стороны наклеен один или несколько слоев огнестойкой кремнеземной ткани толщиной 0,5-1,5 мм.
Система технического зрения робота (фиг. 3) содержит одну поворотную курсовую видеокамеру 9 (фиг. 3, а) с механизмами поворота по вертикали и горизонтали, расположенную в передней верхней части огнезащитного кожуха, и четыре неподвижные видеокамеры кругового обзора 10 (фиг. 3, b), расположенные посередине каждой стороны огнезащитного кожуха 2. Все видеокамеры соединены с блоком управления системой технического зрения с помощью соединительных кабелей и снабжены форсунками для омывающей жидкости, а блок управления системы технического зрения позволяет по команде оператора подключать к системе любую одну из пяти видеокамер.
Роботизированный траншеекопатель содержит складывающуюся антенну системы видеонаблюдения 11 (фиг. 3, а), складывающуюся антенну системы передачи телеметрии 12, складывающуюся антенну системы дистанционного управления 13. Каждая складывающаяся антенна содержит механизм складывания антенны 14 известной конструкции (фиг. 4), соединенный с одной стороны с корпусом роботизированного траншеекопателя, а с другой стороны с несущим профилем антенны 15 из стеклопластика, внутри которого размещена излучающая конструкция антенны 16 соответствующего диапазона. Все антенны подключены к блоку модулей основных антенн радиосвязи.
Резервные огнестойкие антенны включают огнестойкую панель антенны системы видеонаблюдения 17 (фиг. 5), огнестойкую панель антенны системы передачи телеметрии 18, огнестойкую панель антенны системы дистанционного управления 19. Огнестойкие панели антенн представляют собой печатную плату с фазированной антенной решеткой 20 соответствующего диапазона (фиг. 6), расположенную между двумя панелями из огнестойкого пеноматериала 21 толщиной 25-50 мм, оклеенными со всех сторон 2-5-ю слоями огнестойкой кремнеземной тканью 22 толщиной 0,5-1,2 мм. Все антенны подключены к блоку модулей резервных антенн радиосвязи.
Дистанционно управляемый навесной траншеекопатель (фиг. 7) включает цепной грунторез 27, расположенный на раме 26, защитный кожух грунтореза 24, лебедку 23 для подъема (фиг. 7, а) и опускания (фиг. 7, b) грунтореза, а также толкатель с винтовой передачей 25 для выставления угла наклона цепи грунтореза. Система дистанционного управления содержит блок управления роботизированной платформой, соединенный с блоком управления навесным технологическим оборудованием и системой технического зрения.
Резервное место оператора 28 (фиг. 8) и дублирующие органы ручного управления включают сиденье оператора, руль с поворотной рукояткой газа, педали тормоза, ручки переключения передач, ключа зажигания, органы управления навесным траншеекопателем. Сиденье оператора размещено таким образом, что при снятой верхней панели огнезащитного кожуха, уровень глаз оператора оказывается выше верхнего уровня огнезащитного кожуха и обеспечивает возможность управления движением и работой роботизированного траншеекопателя.
Работа Роботизированного траншеекопателя происходит следующим образом.
Роботизированный траншеекопатель к месту выполнения работ транспортируется в прицепе, либо при помощи специального транспорта. После выгрузки робота из транспорта, используя механизм складывания антенны 14, переводят в поднятое рабочее положение складывающуюся антенну системы видеонаблюдения 11, складывающуюся антенну системы передачи телеметрии 12 и складывающуюся антенну системы дистанционного управления 13.
Далее, роботизированный траншеекопатель по командам оператора своим ходом перемещается к месту выполнения работ по прокладке защитной минерализованной полосы для локализации пожара. Для ориентирования на местности оператор использует поворотную курсовую видеокамеру 9 и видеокамеры кругового обзора 10 системы технического зрения роботизированного траншеекопателя.
После прибытия робота на место выполнения работ, оператор дистанционно производит запуск двигателя цепного грунтореза 27 навесного траншеекопателя 3, и дистанционно выставляет требуемый угол его наклона при помощи лебедки 23 и толкателя с винтовой передачей 25.
После этого оператор включает заднюю передачу робота и дистанционно управляет движением робота, который, двигаясь задним ходом, прокладывает защитную минерализованную полосу для локализации пожара.
За процессом выполнения работ оператор следит с помощью системы технического зрения. При необходимости оператор в режиме реального времени может регулировать скорость перемещения цепи грунтореза 27.
После прокладки минерализованной полосы, оператор дистанционно останавливает цепной грунторез 27 и приводит его в транспортное положение при помощи лебедки 23 и толкателя с винтовой передачей 25, после чего направляет робот к месту создания следующей минерализованной полосы или к месту погрузки на транспорт.
Защиту роботизированного траншеекопателя от возможного действия огня и теплового излучения обеспечивает огнезащитный кожух 2. Резервные огнестойкие антенны 17, 18, 19 обеспечивают резервный канал управления. В нештатных ситуациях, при невозможности дистанционного управления движением и работой роботизированного траншеекопателя, оператор, используя дублирующие органы ручного управления резервного места оператора 28, может продолжить работу в режиме ручного управления, либо эвакуировать робота своим ходом.
Борьба с лесными пожарами является одной из важнейших задач лесного хозяйства России. Более 90% лесных пожаров являются низовыми. Верховые и торфяные пожары также начинаются с низовых, в связи с этим разработка новых технологий тушения и локализации низовых пожаров различной интенсивности повышает эффективность системы охраны лесов и поэтому весьма актуальна.
Обладая рядом неоспоримых преимуществ перед известными устройствами предлагаемый «Роботизированный траншеекопатель» найдет самое широкое применение в практике тушения лесных пожаров.