CC BY
122
УДК 539316 (075)
А.Н. Макурин, В.П. Обрядин
К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОБИЛЬНЫХ ВОЗДУШНЫХ КАНАТНЫХ ДОРОГ
ДЛЯ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
Воздушно-канатные дороги (ВКД) все шире используется для перемещения грузов и людей во многих странах мира. Их безопасная эксплуатация обеспечивается, если налажен контроль силовых характеристик. Чаще всего такой контроль несовершенен или отсутствует совсем. В работе предлагается современная измерительная система контроля безопасной эксплуатации пассажирских ВКД, мобильный вариант которой может быть использован для спасательных работ в труднодоступных и горных условиях.
Ключевые слова: воздушно-канатные дороги, контроль, безопасность.
A. Makurin, V. Obryadin ON THE USE OF MOBILE AIR CABLE CARS FOR RESCUE
On the use of mobile air cable cars for rescue Air cableways (EVA) is increasingly being used to move goods and people around the world. Their safe operation is ensured if the established control force characteristics. Most often, this control is imperfect or absent altogether. The paper proposes a modern measuring system monitoring the safe operation of passenger EVA, a mobile version that can be used for rescue operations in remote and mountainous conditions.
Keywords: air cable cars, control, security.
В международной и отечественной практике для транспортировки грузов и людей достаточно широко нашли применение канатно-блочные системы. К ним относятся различное грузоподъемное оборудование и краны, используемые в строительстве, промышленные и бытовые лифты, воздушно-канатные дороги (ВКД) для перемещения различных грузов: заготовленной в горах древесины, нефтегазовых труб и линий электропередачи при прокладке в горных условиях, а также транспортировки людей (горные спортивные и туристические ВКД) [1]. В России районы Кавказа и Алтая являются зонами высокой сейсмичности, и здесь применение ВКД было бы весьма эффективным. В недалекой перспективе в Москве предполагается использовать ВКД в качестве городского транспорта, как экологически чистого и безопасного [2].
Если эксплуатация грузовых ВКД в случае аварийных ситуаций сопряжена с потерей и порчей грузов, простоями в случае обрыва каната, т.е. с материальными затратами, то при транспортировке людей цена риска будет другой. Поэтому надежная, безопасная эксплуатация пассажирских ВКД приобретает особое значение. Это может быть обеспечено только при постоянном контроле одной из важнейших характеристик канатно-блочных систем - силовой. Такой контроль с сигнализацией перегрузки (динамическая составляющая, ветровая нагрузка и др.) существенно исключает ошибки человека в особых, чрезвычайных ситуациях.
Измерения силовых характеристик необходимы как на стадии приемочных и сертификационных испытаний канатных дорог, так и в условиях эксплуатации.
Анализ показывает, что контроль за характеристиками таких систем часто или несовершенен, или отсутствует совсем. Попытки использовать для измерения силы натяжения каната, показывающие (стрелочные, пружинные или цифровые) динамометры не дают нужного результата по двум причинам: первая - затруднен отсчет показаний (по технике безопасности) и в силу
отдаленности прибора (например, от места управления ВКД); вторая - динамика процесса приводит к большой погрешности измерения, а иногда и невозможности отсчета.
Современный уровень измерительной техники на базе последних достижений микроэлектроники позволяет создавать достаточно простые, надежные и недорогие средства контроля. Их использование уже в существующих канатно-блочных системах позволит существенно поднять уровень их безопасной работы. Мобильные варианты воздушно-канатных дорог при их оснащении средствами контроля силовых характеристик вполне могут быть использованы при проведении аварийно-спасательных работ для транспортировки грузов, спасательной техники и людей в труднодоступных и горных условиях.
Перемещение людей и грузов в труднодоступных и горных условиях с использованием воздушно-канатных систем применяется достаточно давно. Горные страны Европы и Азии применяют воздушно-канатные дороги (ВКД) для транспортировки населения и грузов, а также туристов и горнолыжников. В России уже много лет эксплуатируются горнолыжные трассы на Кавказе, Алтае и других местах. Новые туристические и горнолыжные ВКД построены в составе Олимпийского комплекса в Сочи, в Нижнем Новгороде и других местах. В Домбае запущены в эксплуатацию три канатные дороги с подъемом до высоты 3200 м [1].
Самая простая канатная дорога - это буксировочный (или бугельный) подъемник для одного или двух лыжников при их скольжении. Для перевозки лыжников с лыжами на ногах применяют ВКД кресельного типа (на 2 - 4 человек). Система не имеет контроля силовых характеристик.
Транспортировка группы пассажиров (на 12 - 100 человек) осуществляется дорогами маятникового типа (две кабины со встречным движением на одном или двух несущих канатах и одним тяговым канатом). На рис. 1 показана двухканатная маятниковая ВКД. Протяженность таких дорог достигает 12 км, скорость движения кабины 1,5 - 11 м/с. Дорога не имеет средств контроля силы натяжения несущего и грузового канатов. В случае перегрузки кабины при посадке срабатывает механический сигнализатор.
Самая длинная канатная дорога над морем (длина 3,3 км на высоте 50 м) построена во Вьетнаме. Она перемещает 65 кабин, движущихся по двум канатам (с 9 опорами) со скоростью 36 км/ч.
Рис. 1. Двухканатная маятниковая дорога В настоящее время в России зарегистрировано 388 воздушных канатных дорог. Из них 92 пассажирских (из них 47 отечественного производства и 45 - импортного), 28 грузовых, 268 буксировочных [1]. Наибольших успехов в строительстве ВКД достигла фирма «СКАДО» (г. Самара). Изготавливаемые этой фирмой дороги внедрены на Южном Сахалине, на Кавказе, в Крыму, на Алтае, в Сочи. Из зарубежных организаций наибольшую известность приобрела фирма «РОМА» (Словакия) [1].
Статистика чрезвычайных ситуаций (ЧС), происходящих на воздушно-канатных дорогах [1], показывает, что возникновение ЧС чаще происходит при внезапных остановках канатной дороги и обрыве несущего каната от перегрузки. Последняя ситуация часто заканчивается летальным исходом.
Использование воздушно-канатных тросовых систем нашло применение и в различных технологических процессах. Наибольший опыт в этом отношении имеет институт ЦНИИМЭ (механизации и энергетики лесной промышленности РФ). В свое время здесь были разработаны и внедрены канатные установки самых различных конструкций для перемещения хлыстов (дерево с обрубленными сучьями) и готовых сортиментов с применением стационарных лебедок при использовании в качестве мачт растущих деревьев [3].
Наряду с использованием зарубежного и собственного опыта разработки технологии и техники транспортировки при помощи ВКД, в ЦНИИМЭ была разработана и внедрена в эксплуатацию передвижная канатная установка, смонтированная на базе автомобиля «КамАЗ-43118». Она предназначена для трелевки древесины к погрузочной площадке в горной или труднодоступной равнинной местности. Транспортировка канатной установки осуществляется своим ходом по дорогам общей сети России и ведомственным лесовозным дорогам с заездом на временные дороги (усы), состояние которых позволяет передвигаться без потери
проходимости. Общий вид установки показан на рис. 2.
Рис. 2. Мобильная канатная
Мобильная канатная установка на базе автомобиля КАМАЗ
установка МЛ-139
включает в себя инвентарную мачту с роликами, 3-барабанную
лебедку, пульт управления с радиосвязью и комплект специальных «хомутов» с роликами для промежуточных опор (деревьев).
Технические характеристики МЛ-139
Тип установки МЛ-139 канатная передвижная
База установки (шасси) КамАЗ-43118-1049-13
Мощность двигателя, не менее, кВт (л.с.) 191 (260)
Грузоподъемность, т 3,2
Максимальное расстояние трелевки, м 800 (1000)
Количество барабанов, шт., не менее 3
Канатоемкость, м 400 - 800 Максимальные тяговые усилия в канатах:
несущего, кН 95
тягового, кН 32
Высота мачты, м 10,65
Максимальная скорость перемещения каретки, м/с 5
На рис. 3 представлена схема транспортировки грузов с помощью мобильной установки МЛ-139. Установка не имеет средств контроля силовых параметров. На рисунке система дополнена предполагаемыми средствами измерения сил натяжения канатов и скорости ветра с дальнейшим использованием ВКД в пассажирском варианте (рассмотрено ниже).
Канатно-трелевочная установка смонтирована на лесоучастке Московского лесопромышленного объединения АО «Юг» (Северный Кавказ). Она осуществляет воздушную транспортировку различных лесоматериалов. Работа ведется в труднодоступных местах, где другие способы транспортировки весьма затруднены.
Чтобы использовать ВКД в качестве пассажирской, система должна быть оборудована средствами контроля силовых характеристик [6].
Размещение измерительных преобразователей основных параметров мобильной канатной установки на базе МЛ-139 показано на рис. 3.
На кафедре механики и инженерной графики АГЗ МЧС РФ была разработана измерительная система, позволяющая
контролировать силовые параметры ВКД при ее использовании для транспортировки людей и грузов в труднодоступных горных условиях.
С учетом современных тенденций развития цифровой измерительной техники,
измерительная система содержит следующие элементы:
• измерительные преобразователи (ИП):
- силы натяжения несущего каната (НК);
- силы натяжения грузового каната (ГК) или растяжки;
- скорости ветра;
• тензометрические усилители (ТУ);
• аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
• пульт управления с цифровой индикацией (ПУ);
• блок питания (БП).
Структурная схема измерительной системы приведена на рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема измерительной системы Анализ методов и средств измерения силы в канатно-транспортных системах показал, что наиболее перспективными для этой цели являются устройства с тензорезисторными измерительными преобразователями (датчиками) в силу их ряда преимуществ: компактность, надежность, простота монтажа, относительная дешевизна, высокие динамические характеристики. Для измерения скорости ветра используется серийный тахогенераторный датчик с крыльчаткой.
Рис. 3. Схема мобильной воздушно-канатной дороги 1 - несущий канат (НК); 2 - грузовой канат (ГК); 3
- грузовая каретка;
4 - пассажирская (грузовая) платформа; 5 - лебедка; 6
- пульт управления;
7 - мачта; 8 - хомут опоры; ИП1 - ИП2 - датчики
силы натяжения НК; ИП3 - датчик силы натяжения ГК; ИП4 - датчик силы
натяжения растяжки; ИП5 - датчик скорости ветра; А - антенна радиосвязи.
При разработке схемы измерений был выбран вариант цифровой измерительной системы на базе современной микроэлектроники, которая позволяет создать простое и надежное полевое устройство с возможностью выхода на персональный компьютер при испытаниях ВКД.
Наиболее приемлема для этих целей элементная база американского производства, поставляемая АО «ARGUSSOFT COMPANE» в Россию [5].
Элементы измерительной системы относительно недороги, доступны на российском рынке и легко монтируются и налаживаются.
Изготовленный опытный образец с использованием стержневых силовых элементов на 100 и 30 кН на базе отечественных серийных тензорезисторов типа ФКП-20-200 был испытан в лабораторных условиях и показал положительные результаты.
Использование современных отечественных мобильных воздушно-канатных транспортных устройств для проведения спасательных и восстановительных работ может оказаться весьма эффективным. При длине канатной дороги до 1000 метров грузоподъемности до 3 тонн, при достаточно высокой скорости транспортировки груза, можно перемещать, извлекать из глубоких ущелий грузы, оборудование, технику, людей. Время монтажа занимает 1-1,5 дня (в зависимости от длины мобильной ВКД).
Стоимость измерительной системы составляет порядка 80 - 100 тыс. рублей. Отметим, что стоимость эксплуатации вертолета порядка - 50 тыс. рублей в час. Монтаж и обслуживание мобильной ВКД осуществляют расчет 2 человека в течение 1 - 2 дней.
Следует отметить, что измерение силы натяжения канатов необходимо и в ряде других случаев: при эксплуатации всех видов грузоподъемного оборудования (погрузчики, манипуляторы, краны, бульдозеры и др.), а также при тяговых испытаниях гусеничных и колесных тракторов (тягачей), бронетранспортеров и другой техники. Наличие подобной измерительной системы в этих случаях существенно повышает эффективность работ и обеспечивает контроль безопасности. В соответствии с требованиями Международных и государственных стандартов измерение силовых и тяговых характеристик является обязательным как элемент безопасной работы машин и оборудования [6].
Мобильные воздушно-канатные дороги для перемещения грузов и людей при наличии в этих средствах контроля безопасной эксплуатации могут быть достаточно эффективно использованы для аварийно-спасательных работ в труднодоступных и горных условиях.
Литература:
1. http://www.rian.ru/spravka/20070917/79014910.html (дата обращения: 16.09.15);
2. Карпицкая Д.И. Москвичи свысока смотрят на пробки // Московский комсомолец. 2014. № 206.
3. Проспект международной выставки 2007 г., экспозиция ОАО ЦНИИМЭ, Россия.
4. Обрядин В.П. Методы и средства измерений основных параметров машин и оборудования: Учеб. пособие. - Химки: АГЗ МЧС России, 2010. -134 с.
5. Каталог на средства измерения и преобразования, микросхемы и источники питания. (Analog Devices Inc., 1994 г. All Rights Reserved - США).
6. ПБ 10-559-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации пассажирских подвесных и буксировочных канатных дорог. Утверждены постановлением Госгортехнадзора РФ от 16 мая 2003 г. № 32.
Рецензент: кандидат технических наук Мясников Д.В.
