Рольставни пулестойкие
BULLET-PROOF ROLLER SHUTTERS

Изобретение относится к конструкции пулестойких рольставень (жалюзи) и, в частности, может найти применение в конструкции пулестойких складных дверей, сворачивающихся в рулон по типу жалюзи или рольставень.
Известны рольставни (жалюзи), описанные в патенте РФ №4775 (патент РФ на полезную модель №4775, опубликованный 16.08.1997), ламели в которых выполнены в виде двустенного усеченного полого цилиндра, верхний и нижний зацепы имеют крюкообразный профиль и встречно направлены, причем ламели выполнены из неметаллического противоударного материала. Полость ламели заполнена либо теплоизоляционным материалом, либо броневыми вкладышами.
Недостатком данных рольставень является наличие незащищенных зон с точки зрения пулестойкости. Т.к. верхние и нижние зацепы расположены на концах ламели, то броневые вкладыши соседних ламелей не образуют перекрытия, и подвижное шарнирное соединение двух соседних ламелей никак не перекрывается броневыми вкладышами. Таким образом данная конструкция рольставень не обеспечивают пулестойкость по всей площади полотна. Еще одним недостатком является нерегламентированные механические свойства и геометрическая форма броневого вкладыша.
Известны рольставни (жалюзи), описанные в патенте РФ №2039866 (патент на изобретение РФ №2039866, опубликованный 20.07.1995), в которых ламели выполнены из алюминиевой ленты, свернутой в полую секцию, имеющую внутреннюю и наружную стенки, а также верхний и нижний зацепы в виде крюка и гнезда, в которых алюминиевая лента расположена в два слоя, и полая секция имеет, по меньшей мере, одну точку контакта, в которой два слоя алюминиевой ленты жестко соединены между собой.
Недостатком данных рольставень является наличие незащищенных зон с точки зрения пулестойкости. Т.к. верхние и нижние зацепы расположены на концах ламели, то броневые вкладыши соседних ламелей не образуют перекрытия, и подвижное шарнирное соединение двух соседних ламелей никак не перекрывается броневыми вкладышами. Таким образом, данная конструкция рольставень не обеспечивают пулестойкость по всей площади полотна. Еще одним недостатком данной конструкции ламели является наличие внутри полой секции, по меньшей мере, одной точки контакта, в которой два слоя алюминиевой ленты жестко соединены между собой, что не позволяет разместить в точке контакта броневой вкладыш, и, соответственно, обеспечить пулестойкость. Также недостатком является нерегламентированные механические свойства и геометрическая форма броневого вкладыша.
Известны рольставни (жалюзи), описанные в патенте РФ №104609 (патент РФ на полезную модель №104609, опубликованный 20.05.2011), в которых ламели представляют собой полый полимерный уплощенный профиль, по продольным краям которого выполнены элементы, образующие подвижное соединение со смежными ламелями. Профиль имеет в сечении многоугольник, форма которого близка к форме трапеции, меньшее основание которой дугообразно вогнуто внутрь, а большее основание, формирующее лицевую стенку, выполнено гофрированным. На обращенных друг к другу стенках двух смежных ламелей имеется продольный паз на одной ламели и ответный ему продольный гребень на другой ламели, образующие при соприкосновении замковое соединение. Конструкция ламелей позволяет разместить во внутренней полости броневой вкладыш, но не позволяет обеспечить расположение броневых вкладышей двух смежных ламелей внахлест.
Таким образом, данная конструкция рольставень не обеспечивают пулестойкость по всей площади полотна.
Известны пулестойкие рольставни, представленные на российском рынке компанией «WIRAL» (www.wiral.ru), которые выбраны авторами в качестве прототипа. Данные рольставни включают в себя вертикальные направляющие, барабан с приводом для наматывания полотна, состоящего из полых ламелей в виде уплощенного профиля с верхними и нижними зацепами, во внутренней полости которого выполнена металлическая вставка.
Металлическая вставка (броневой вкладыш) в своем сечении имеет сложную геометрическую форму с несколькими горизонтальными выступами. Такая форма вставки в разных местах сечения имеет разную толщину. Если пулестойкость обеспечивается минимальной толщиной сечения, то увеличение толщины в других местах сечения приводит к увеличению массы вкладыша и, соответственно, ламели, что, в свою очередь, приводит к увеличению нагрузки на привод и снижению функциональных характеристик рольставень. Если пулестойкость обеспечивается максимальной толщиной сечения, то зоны сечения с меньшей толщиной не обеспечат пулестойкость.
Существенным недостатком прототипа является то, что металлическая вставка выполнена из алюминия, твердость которого существенно ниже твердости сердечника любой пули. Таким образом, пулестойкость в прототипе достигается не за счет механических свойств броневого вкладыша, а только за счет его толщины. У компании «WIRAL» заявлен класс пулестойкости Бр1 по ГОСТ Р51112-97. Пулестойкость по более высокому классу невозможно обеспечить, т.к. внутренняя полость ламели не позволяет разместить броневой вкладыш большей толщины.
Еще одним недостатком данных рольставень является нерегламентированное расположение нижнего зацепа, которое задает величину перекрытия броневых вкладышей двух смежных ламелей и, соответственно, пулестойкость зоны стыка ламелей.
Заявленные авторами пулестойкие рольставни включают в себя вертикальные направляющие, барабан с приводом для наматывания полотна, состоящего из ламелей. Каждая ламель (см. рис. 1) представляет собой уплощенный профиль с верхними 3 и нижними 4 зацепами. Во внутренней полости ламели 1 выполнена металлическая равнотолщинная ставка из стали 2. Нижний зацеп 4 расположен на расстоянии А от нижнего края ламели.
Целью изобретения является получение рольставень, обладающих заданными пулестойкими свойствами по всей своей площади.
Технический результат изобретения достигается за счет выбора равнотолщинной стали с твердостью 40-60 HRC в качестве материала для броневого вкладыша, а также за счет выбора расстояния от нижнего края ламели до нижнего зацепа величиной 5-30% от ширины ламели, что обеспечивает гарантированное наложение друг на друга броневых вкладышей от смежных ламелей, а также обеспечивает возможность наматывания полотна на барабан без повреждения ламелей. Выполнение двух этих условий обеспечивает гарантированную пулестойкость по заданному классу и высокие функциональные характеристики.
Гарантированная эффективность достигается при выборе в качестве материала броневого вкладыша равнотолщинной стали с твердостью 40-60 HRC. Равнотолщинность броневого вкладыша обеспечивает одинаковую степень защиты по всей его площади.
Если твердость стали ниже 40 HRC, то пулестойкость обеспечивается не за счет механических свойств вкладыша, а за счет его толщины. Это приводит к увеличению массы изделия, а также нагрузки на привод и зацепы ламелей при наматывании на барабан. Также, при попадании пули во вкладыш с твердостью ниже 40 HRC может произойти его пластическая деформация, что приведет к деформации и повреждению профиля ламелей, что, в свою очередь, приведет к нарушению работы узла сцепления двух смежных ламелей и изделия в целом.
Если твердость стали выше 60 HRC, то при попадании пули происходит хрупкое разрушение материала. Даже если толщина вкладыша будет велика, при попадании пули материал начнет выкрашиваться, и могут иметь место пробития. Также, при попадании пули возможен тыльный откол, который является вторичным поражающим элементом.
Броневая вставка из равнотолщинной стали с твердостью 40-60 HRC обладает достаточной прочностью и пластичностью для обеспечения пулестойкости без пластической деформации вставки и без образования вторичных поражающих элементов.
Гарантированная эффективность достигается, когда расстояние от нижнего края ламели до нижнего зацепа А составляет 5-30% от ширины ламели L.
При расстоянии от нижнего края ламели до нижнего зацепа А менее 5% от ширины ламели L броневые вкладыши смежных ламелей не образуют перекрытия или образуют недостаточное перекрытие, тем самым создавая незащищенную зону с точки зрения пулестойкости.
В случае, когда расстояние от нижнего края ламели до нижнего зацепа А составляет более 30% от ширины ламели L, смежные ламели при наматывании на барабан располагаются друг относительно друга под углами более 60°. При этом каждый слой полотна на барабане оказывает давление на нижние слои, а вся нагрузка приходится на зацепы, что приводит к их деформации. При углах поворота смежных ламелей друг относительно друга более 60° возможен их выход из зацепления, что приводит к выходу рольставень из строя.
Также, при величине расстояния А более 30% от ширины ламели L обеспечивается слишком большое перекрытие как броневых вкладышей смежных ламелей, так и профилей ламелей, что приводит к существенному увеличению массы рольставень, что, в свою очередь, приводит к повышению нагрузки на привод, снижению функциональных характеристик, уменьшению срока службы и увеличению себестоимости изделия.
С целью снижения массы рольставень при неизменных пулестойких свойствах, расположенная в полой секции ламели вставка может быть выполнена из высокомодульного полимерного материала.
С целью снижения себестоимости изделия, ламель может быть изготовлена из полимерного материала. Это приведет к снижению массы изделия, его себестоимости, но никак не отразится на пулестойких свойствах рольставень.
Для проведения испытаний был изготовлен каркас рольставень, включающий в себя вертикальные направляющие и барабан с приводом для наматывания полотна. Данный каркас был закреплен на испытательном стенде в вертикальном положении. Была изготовлена серия образцов ламелей в виде уплощенного профиля с зацепами и внутренней полостью, в которой выполнена металлическая вставка в виде плоской равнотолщинной полосы из стали. Переменные параметры в образцах - твердость стальной вставки и расстояние от нижнего края ламели до нижнего зацепа (в процентах от ширины ламели). Характеристики всех образцов ламелей приведены в Таблице 1. Таким образом, каждый испытываемый образец получали путем монтажа определенного типа ламелей на каркас рольставень. После монтажа ламелей каждый образец представлял собой полноценные рольставни в сборе.
В качестве материала металлической вставки была выбрана сталь 43ХСНМА (СПС-43). Разные диапазоны твердости получены с помощью различных режимов термообработки.
Толщина стальной вставки для всех испытаний была выбрана 6,7 мм.
В испытательном центре специальных материалов ЗАО «НПО СМ» (аттестат аккредитации №РОСС RU.0001.22C308 от 26.08.2014) каждый образец был подвергнут испытаниям на пулестойкость в соответствии с ГОСТ Р 51112-97.
Проверяемый класс пулестойкости - Бр4 по ГОСТ Р 51112-97.
Испытательное оборудование: Стенд «Трасса»; регистратор скорости полета пули РС-4М №664, гигрометр психрометрический ВИТ-1 №Р116(29), автомат АК-103 калибра 7,62 мм №101360369, патроны инд. 57-Н-231 с пулей ПС со стальным термоупрочненным сердечником, контрольный экран из картона толщиной 1,0 мм.
Условия испытаний: дистанция обстрела - 10 м, температура воздуха плюс 19°С, угол встречи пули с образцами 90°, скорость пули 720±15 м/с.
Обстрел проводился с лицевой стороны рольставень. В каждый образец производилось по два выстрела: один - в центральную часть ламели, один - в область стыка двух ламелей.
После обстрела каждого образца производился его осмотр для определения характера поражения.
Образец считают выдержавшим испытания, если отсутствует сквозное пробитие образца и отсутствуют следы пробития экрана-свидетеля вторичными поражающими элементами.
Результаты испытаний на противопульную стойкость приведены в Таблице 2.
Из результатов испытаний видно, что успешно прошли испытания и соответствуют классу пулестойкости Бр4 по ГОСТ Р 51112-97 только образцы №3 и №6. Но в образце №6 расстояние от нижнего края ламели до нижнего зацепа А составляет 40% от ширины ламели L, поэтому смежные ламели при наматывании на барабан располагаются друг относительно друга под углами более 60°. При этом каждый слой полотна на барабане оказывает давление на нижние слои, а вся нагрузка приходится на зацепы, что приводит к их деформации. Также при углах поворота смежных ламелей друг относительно друга более 60° возможен их выход из зацепления, что приводит к выходу рольставень из строя. Более того, расстояние от нижнего края ламели до нижнего зацепа А величиной 40% от ширины ламели L привело к существенному повышению массы рольставень, что, в свою очередь, привело к повышению нагрузки на привод и увеличению себестоимости изделия. Поэтому, гарантированная эффективность достигается только в образце №3. Данный образец соответствует классу пулестойкости Бр4 по ГОСТ Р 51112-97, что существенно выше, чем в изделии по прототипу.
Таким образом, действие заявляемых параметров изобретения позволило обеспечить достижение заявленного технического результата - получение рольставень, обладающих заданными пулестойкими свойствами по всей площади.
Заявленное техническое решение по конструктивным особенностям пулестойких рольставень 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.