CC BY
26
УДК 614.847.72
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГИБКОГО СПАСАТЕЛЬНОГО РУКАВА
УЛУЧШЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ
В.И. Булгаков
кандидат технических паук, доцент
заведующий кафедры физики
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл..
г. Химки, мкр. Новогорск.
Е-шаП: agzkaffizOmail.ru
М.В. Гомонай
доктор технических паук
профессор кафедры эксплуатации трапспортпо-техпологических машип и комплексов Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. Е-шаП: mgomonayOmail.ru
Д.А. Смирнова
студентка 343 учебной группы инженерного факультета
Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск. Е-шаП: miss9630yaudex.ru
А.Ю. Кляузов
кандидат технических паук
доцепт кафедры пожарной тактики и службы Академия государственной противопожарной службы МЧС России *
Адрес: 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, д.4 Е-шаП: pt.is3160mail.ru
Аннотация. В статье проведен анализ способов эвакуации людей из зданий, па основе которого сделан вывод о целесообразности совершенствования конструктивных параметров спасательных рукавов. Предложена новая конструкция гибкого спасательного рукава, реализация которой позволит снизить максимальную скорость спуска до допустимого значения. Проведены экспериментальные исследования по определению коэффициента трения между материалом тормозного устройства, расположенного внутри рукава, и различными материями, используемыми для пошива одежды.
Ключевые слова: Гибкий спасательный рукав, скорость спуска, коэффициент трения, устройство торможения, экспериментальные исследования.
Цитирование: Булгаков В.П., Гомопай М.В., Смирнова Д.А., Кляузов А.Ю. Исследование характеристик гибкого спасательного рукава улучшенной конструкции 2018. .V 2 (37). С. 50-56.
Самые распространенные чрезвычайные ситуации в современном мире, наносящие большой материальный ущерб и связанные с гибелью людей, это пожары.
Как показывает статистика Министерства РФ но делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, несмотря на уменьшение общмх) количества пожаров на территории России за последние 5 лет, отношение числа пожаров в жилом секторе к общему числу пожаров практически остается на одном уровне и составляет 68-70%
При возникновении пожара в зданиях и сооружениях, в которых находятся люди, основной задачей спасателей и пожарных является спасение людей, а затем уже локализация и ликвидация очага возх'орания. Даже для одно-и двухэтажных строений эта задача является очень сложной, не говоря уже о спасении людей из зданий и сооружений повышенной
этажности (рисунок 1).
Рисунок 1 Пожар в здании повышенной этажности «Грозный Сити», г. Грозный 3.04.2013 г.
Для спасения людей из зданий используют различные способы и технические средства, которые приведены на рисунках 2 и 3 [1]. Каждый из приведенных способов имеет свои до-
стоинства, недостатки и области применения. В таблице 1 представлены основные недостатки присущие разным способам спасения.
Для эффективной эвакуации людей из зда-
ний необходимо правильно выбрать способ их спасения в зависимости от обстановки и имеющихся технических средств спасения.
Рисунок 2 Способы спасения людей из зданий и сооружений
а) б)
Рисунок 3 Технические средства спасения людей: а) с применением автолестниц; б) с использованием пневмати ческохх) нрыжковохх) снасательнохх) устройства
2018'2(37)
Таблица 1 - Недостатки различных способов спасения людей из зданий и сооружений
Способ спасения Недостатки
1 2
С применением автолестниц, автовышек и автоподъёмников • Высота подъёма не более 60 метров (22 этаж), но обычно используются АЛ 30, высота подъёма которых 30 метров (11 этажей) • Необходимость наличия площадки размером не менее 11,5 х 4,5 м на расстоянии около 10 м от здания, при уклоне местности не более 6° •
С использованием вертолёта • • • Экономически затратный способ • •
По сохранившимся или временно восстановленным лестничным маршам • • • ного марша
С использованием альпинистских средств или канатных устройств • • • • • ных людей.
Пневматические прыжковые спасательные устройства • • • зданий и сооружений (максимальная высота спасения - 20 метров) • погодных условиях.
С применением спасательного рукава. • превысить безопасную скорость • Страх использования эвакуируемыми • го этажа здания.
Проведённый выше анализ позволил сделать вывод о целесообразности совершенствования способа спасения людей из зданий и сооружений с применением спасательного рукава.
Спасательный рукав - это спасательное устройство из эластичной ткани, предназначенное для спасения людей с высотных уровней зданий при пожарах или в других чрезвычайных ситуациях в зданиях, сооружениях и на других высотных объектах [2].
Основными достоинствами спасательного рукава являются [3]:
обеспечивает спасение людей практически с любой высоты существующих зданий (на сегодняшний момент самый длинный рукав установлен на 34 этаже здания Газпрома на высоте 120 метров от земли);
приводится в рабочее положение за сравнительно короткое время(10 - 20 с);
обладает большой пропускной способностью, около 10 чел./мин., а для людей, про-
шедших предварительные тренировки, пропускная способность может достигать более 20 чел./мин.;
обеспечивает защиту спасаемых от теплового воздействия;
не требует тренировки и обучения спасаемых, а также специального снаряжения для них;
подавляет чувство страха высоты у спасаемых благодаря тому, что внутри спасательного рукава человек не видит внешнего пространства;
позволяет проводить спасение людей до прибытия спасателей (в случае наличия спасательного рукава в здании или сооружении).
Основными недостатками спасательных рукавов является возможность развития большой скорости при спуске нетренированных людей, а также единственный вход в верхней части рукава, что не обеспечивает безопасность спуска маломобильных людей. Кроме того, спуск людей необходимо производить на землю, то есть отсутствует промежуточный выход на нижерасположенный этаж, где нет пожара.
Устранение приведённых выше недостатков является одним из направлений модернизации спасательных рукавов.
В работе [4] проанализированы ряд направлений решения проблемы высокой скорости при спуске в спасательном рукаве, однако предлагаемые технические решения не в полной мере решают эту задачу и предполагают наличие определённых навыков при их использовании.
Для исследования характеристик гибкого спасательного рукава был выбран спасательный рукав улучшенной конструкции, разработанный в Академии гражданской защиты, на который был получен патент на изобретение [5], который, на наш взгляд, является наиболее безопасным, простым, эффективным и не требует специальной подготовки для своего применения. Схема предлагаемого устройства представлена на рисунке 4.
В предлагаемом устройстве торможение происходит за счёт каскада средств торможения 2, расположенных в гибком спасательном
рукаве 1 с определённым шагом Н, равным расстоянию между этажами здания £ (или половине этого расстояния), поэтому подход к нему возможен с любого этажа. Средства торможения выполнены в виде усечённого конуса 3 (рисунок 4в) или имеют форму половины фигуры гиперболоида 4 (рисунок 46), за счёт чего скорость спуска после прохождения каждого тормозящего устройства остаётся постоянной. Выходное отверстие тормозного средства соединено с рукавом посредством гибких элементов 5, расположенных по окружности и радиально в один или два ряда по высоте каждого средства. В зоне большего диаметра каждого средства торможения 2 выполнен лаз 6 для входа человека. Лаз закрывается шторками с магнитными защёлками по среднему вертикальному разрезу и нижним горизонтальным кромкам шторок. Кроме того, на уровне лаза укреплено металлическое (пластмассовое) кольцо 7, с внутренней стороны которого закреплены по два тросика с кольцами на концах 9 для удобства входа человека в спасательное устройство и принятия нужного положения перед спуском в средство торможения. Данное кольцо имеет также внешние тросики с петлями 8 для возможного крепления рукава к зданию. Дополнительно, самое нижнее средство торможения в нижней своей части имеет внутри эластичную сетку, окончательно гасящую скорость приземления, выходной лаз, а снаружи имеет кольцо с растяжками 10.
В предлагаемом устройстве торможение человека производится вне зависимости от его действий (или бездействия) при спуске в результате прохождения суживающейся части средства торможения под действием силы трения, возникающей при растяжении внутренней части устройства.Как известно, сила трения по закону Кулона равна
^тр = / ■ N (1)
где / - коэффициент трения;
N - сила нормального давления, действующая на человека со стороны упругого средства торможения при его растяжении в процессе движения (спуска) человека.
201812(37)
Рисунок 4 Конструкция спасательного устройства для эвакуации людей из зданий
Силу нормального давления можно определить из величины степени растяжения рукава но его техническим характеристикам, а также но коэффициенту упругости пружин, удерживающих внутреннюю часть средства торможения (см. рисунок 46,в). Коэффициент трения в данном случае определяется экспериментальным путем в зависимости от вида пары контактирующих»! материалов: эластический материал внутренних) рукава материал одежды человека. На основании условия равновесия тела на наклонной поверхности аналитически получен вывод о том, что коэффициент трения равен тангенсу угла наклона этой поверхности. Зная пределы изменения коэффициента трения, можно рассчитать необходимые пределы изменения силы трения, чтобы максимальная скорость спуска человека не превысила допустимой скорости
2 м/с, которая может регулироваться степенью сужения устройства, влияющих) на силу нормального давления. В таблице 2 представлены значения коэффициентов трения, полученные между внутренним эластичным рукавом, а также наружным слоем трехслойного рукава и различными материалами, используемыми для пошива одежды (как по основе, так и по утку). Коэффициент трения определялся через угол наклона начала движения тела с использованием электронного угломера DUG-30 фирмы Hammer, Германия (диапазон измерений 0° - 220°, точность измерения ±0,1°). Как видно из таблицы, коэффициент трения рассматриваемых материалов изменяется в пределах: f = 0,27 - 1,58. В таблице также представлены средние значения коэффициента трения, полученные по десяти экспериментам.
Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований по определению коэффициента трения между внутренним слоем спасательного рукава и материалами
Материал, используемый в эксперименте Материал спасательного рукава
Внутренний слой двухслойного рукава Внутренний слой трёхслойного рукава Изготовитель: Mobiltexevacuation-systemAB (Швеция) Наружный слой трёхслойного рукава Изготовитель: Mobiltexevacuation-systemAB (Швеция)
Основа Уток Основа Уток Основа Уток
Бязь 0,789 0,579 1,162 1,131 0,329 0,342
Ситец 0,438 0,425 0,832 0,889 0,256 0,259
Креп сатин 0,393 0,377 1,258 0,387 0,231 0,248
Шёлк 0,326 0,349 1,070 0,640 0,201 0,178
Вискоза 0,376 0,529 0,337
Плащёвка 0,274 0,267 0,360 0,538 0,195 0,145
Фланель 0,716 0,676 1,582 1,494 0,406 0,399
Кожа искусственная 0,510 0,509 0,323
Кожа натуральная 0,315 0,534 0,159
Замша 0,807 1,207 0,529
Кроме того, были проведены исследования по определению коэффициента упругости двухслойного рукава «НПП «БАРЬЕР - С» при растяжении в тангенциальном (окружном) направлении, результаты которого представлены на рисунке 5. Измерение величины деформации произведены прибором ELECTRONIC DIGITAL CALLIPER (диапазон измерений 0-150 мм, точность измерений ± 0,02 мм) Как видно из графика, относительная деформация £ растёт по линейному закону в зависимости от нагрузки. При этом относительный коэффициент упругости составил 9,70 Н, что позволяет производить расчёт силы нормального давления, действующей на человека при спуске, по величине которой определяется сила трения торможения.
Относительная деформация £ определялась как £ =
где Ah - удлинение эластичного материала;
ho - начальная длина образца материала.
.J
О ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Б
Рисунок 5 - Зависимость относительной деформации £ от нагрузки С
Таким образом, полученные экспериментальные данные могут быть использованы для расчёта конструктивных параметров спасательных рукавов предлагаемой конструкции, позволяющих обеспечить безопасную скорость спуска людей.
Литература
1. Загладин В.Г., Дегтярев С.С., Акатьев C.B. и др.; под ред. Пучкова В.А.Методические рекомендации по применению и действиям нештатных аварийно-спасательных формирований при приведении в готовность гражданской обороны и ликвидации чрезвычайных ситуаций - М.: 2005.[Электронный ресурс] - Режим доступа: http://central.mchs.ru./document/118530 (дата обращения 15.01.2018)
2. ГОСТ Р 53271-2009 - Техника пожарная. Рукава спасатаяьные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний.
3. Свод правил «Средства индивидуальной защиты и спасения людей при пожаре. Нормы и правила размещения и применения». МЧС России. М. 2009.
2018'2(37)
4. Основная продукция ООО «Реттунг» [Электронный ресурс] - Режим досту-na:http://rettung.ru/products/ (дата обращения 18.09.2018)
5. Булгаков В.И.,Гомонай МЛ?.. Межов А.Р.Патент на изобретение № 2618466. Устройство спасательное для эвакуации людей из зданий. Публикация патента: 03.05.2017
RESERCH OF CHARACTERISTICS OF THE FLEXIBLE RESCUE SLEEVE OF
IMPROVED DESIGN
Viktor Bulgakov
Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Department of Physics
Academy of Civil Protection of the Ministry
of Emergency Situations of Russia
Address: 141435, Moscow Region,
Khimki, md. Novogorsk.
E-mail: agzkaffizQmail.ru
Darya Smirnova
Student 343 study group
Academy of Civil Protection of the Ministry
of Emergency Situations of Russia
Address: 141435, Moscow Region,
Khimki, md. Novogorsk.
E-mail: miss963®yandex.ru
Mikhail Homonay
Doctor of Technical Sciences,
Professor of the Department
operation of transport and technological
machines and complexes
Academy of Civil Protection of the Ministry
of Emergency Situations of Russia
Address: 141435, Moscow Region,
Khimki, md. Novogorsk.
E-mail: [email protected]
Aleksandr Klyauzov
Candidate of technical sciences, associate professor
Department of Fire Tactics and Services
Academy of Civil Protection of the Ministry
of Emergency Situations of Russia
Address: 141435, Moscow Region,
Khimki, md. Novogorsk.
E-mail: ptis316®mail.ru
Abstract, the methods of evacuation of people from buildings are analyzed and a new design of a flexible life-saving sleeve is developed, experimental studies are carried out to determine the coefficient of fric-tion between the material of the braking device located inside the sleeve and the various materials used for sewing clothes, and deformations of the elasticity of the material of the braking device.
Keywords: flexible rescue sleeve, speed of descent, coefficient of friction, braking device, experimental research.
Citation: Bulgakov V. I., Gomonay V. M., Smirnova D. A., Klyauzov A. J.(2018) Issledovaniye kharakteristik gibkogo spasatel'nogo rukava uluchshennoy konstruktsii [Reserch of characteristics of the flexible rescue sleeveof improved design]. Scientific and educational problems of civil protection, no. 2 (37), pp. 50-56 (in Russian).
References
1. Zagladin V.G., Degtyarev S.S.,AkatievS.V.and others; Ed.Puchkov V.A. Methodological recommendations on the application and actions of emergency response teams in alerting civil defense and liquidation of emergencies - M.: 2005. [Electronic resourcef - Access mode: http://central.mchs.ru./document/118530 ( date of circulation 01/15/2018)
2. GOST R 53271-2009 - Firefighting equipment. Firefighting sleeves.General technical requirements. Test methods.
3. Code of rules "Means of individual protection and rescue of people in case of fire. Norms and rules of deployment and application ".Russian Emergency Situations Ministry.M. 2009.
4. Main products of LLC "Rettung" [Electronic resource] - Access mode: http://rettung.ru/products/ (circulation date 18.09.2018)
5. Bulgakov V.l., Gomonai M.V., Mezhov A.R. Patent for invention № 2618466. Rescue device for evacuation of people from buildings. Patent publication: 05/03/2017
