CC BY
35
ml. bryg. mgr inz. Zbigniew SURAL inz. Katarzyna WLODARCZYK
Zespol Laboratoriow Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpozarowych CNBOP
APARATURA DO BADANIA TRWALOSCI HYDRAULICZNYCH NARZ^DZI RATOWNICZYCH
Streszczenie
Autorzy artykulu opisuj^ prace oraz wyniki realizacji zadania badawczego wykonywanego we wspolpracy Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpozarowej w Jozefowie z Instytutem Technologii Eksploatacji Panstwowym Instytutem Badawczym w Radomiu w ramach projektu badawczego zamawianego Nr PW-004/ITE/09/2006/2 obj^tego Programem Wieloletnim PW-004.
W ramach powyzszego zadania opracowano metodyk^ oraz zbudowano stanowisko do badania trwalosci hydraulicznych narz^dzi ratowniczych.
Summary
The authors describes works and results of research task carried out in cooperation of Scientific and Research Centre for Fire Protection in Jozefow with Institute for Sustainable Technologies National Research Institute in Radom as part of an ordered research project No. PW-004/ITE/09/2006/2 included in Multi-Year programme PW-004.
The results of above-mentioned task are research methodologie and post for checking the endurace of hydraulic rescue tools.
Wst^p
Hydrauliczne narz^dzia ratownicze wykorzystywane s^. do ratowania osob poszkodowanych w katastrofach technicznych, w tym katastrofach budowlanych i komunikacyjnych oraz do usuwania skutkow tych zdarzen. Skutecznosc narz^dzi oraz ich niezawodnosc ma bezposredni wplyw na wykonanie zadania taktycznego, tj. dotarcia do uwi^zionych osob oraz na bezpieczenstwo zarowno osob poszkodowanych jak i ratownikow.
Skutecznosc dzialania narz^dzi oraz ich niezawodnosc powinna bye sprawdzana poprzez badanie parametrow technicznych narz^dzi. Dlatego tez opracowanie i wdrozenie metody i stanowiska do badania trwalosci narz^dzi hydraulicznych stalo si? niezb^dne w celu zapewnienia bezpieczenstwa oraz skutecznosci dzialan ratowniczych, w ktorych wykorzystywane s^ narz?dzia ratownicze.
Kolejne etapy prac nad stworzeniem stanowiska badawczego do badania trwalosci hydraulicznych narz?dzi ratowniczych, przy wspolpracy Centrum Naukowo-Badawczego Ochrony Przeciwpozarowej w Jozefowie z Instytutem Technologii Eksploatacji Panstwowym Instytutem Badawczym w Radomiu w ramach projektu badawczego zamawianego Nr PW-004/ITE/09/2005 obj?tego Programem Wieloletnim PW-004, pocz^wszy od metodyki badania hydraulicznych narz?dzi ratowniczych, poprzez zalozenia konstrukcyjne do budowy stanowiska badawczego, a na probach eksploatacyjnych koncz^c zostaly dokladnie omowione w jednym z poprzednich numerow kwartalnika CNBOP „Bezpieczenstwo i technika pozarnicza" Nr 04/07 w artykule ml. bryg. mgr inz. Jerzego Prasuly, pt „Metoda i aparatura do badania hydraulicznych narz?dzi ratowniczych oraz poduszek pneumatycznych do podnoszenia i uszczelniania".
Badania trwalosciowe wszystkich rodzajow hydraulicznych narz?dzi ratowniczych podlegaj^cych temu badaniu przeprowadzane s^ na jednym stanowisku (Fot. Nr 1).
Fot. 1. Stanowisko do badania hydraulicznych narz?dzi ratowniczych
Ponadto stanowisko to sluzy do wyznaczania charakterystyk silowych w funkcji rozwarcia koncówek roboczych narzçdzi oraz okreslania nominalnej sily podnoszenia i sci^gania dla cylindrów rozpieraj^cych. Na rys. 1 przedstawiono schemat stanowiska, zbudowanego w celu przeprowadzania badan trwalosciowych wg ponizszych metodyk.
Ruchome podpory z uchwytami mocuj^cymi szczçki narzçdzia
Silownik hydrauliczny dwustronnego dzialania
Elementy prowadz^ce ruchome podpory
Ryc. 1. Schemat stanowiska do badania hydraulicznych narzçdzi ratowniczych
Stanowisko pomiarowe wyposazone jest w nastçpuj^c^. aparaturç i urz^dzenia kontrolno-pomiarowe:
• czujnik sily mierz^cy silç rozpierania i silç sci^gania badanego narzçdzia,
• czujnik przesuniçcia liniowego, mierz^cy przesuniçcie punktów pomiarowych (rozwarcie ramion rozpieracza lub skok tloczyska cylindra rozpieraj^cego),
• licznik cykli pracy rozpieracza z mozliwosci^ zadania z^danych ilosci cykli,
• termometr mierz^cy temperatura cieczy hydraulicznej zarówno w ukladzie pomiarowym stanowiska, jak i w agregacie zasilaj^cym narzçdzie,
• manometry mierz^ce cisnienie w ukladzie pomiarowym stanowiska oraz w ukladzie zasilaj^cym badane narzçdzie,
• uklad do automatycznej rejestracji wynikow pomiarow i programowania przebiegu obci^zenia w funkcji rozwarcia ramion.
Wdrozenie jednolitych metod badania trwalosci narzçdzi hydraulicznych zapewnia peln^. powtarzalnosc badan, eliminuj^c wplyw czynnika ludzkiego oraz umozliwia wystawienie obiektywnej oceny wykonania narzçdzi i uzyskanych parametrow.
Wprowadzenie do uzytkowania narzçdzi o wysokiej jakosci wykonania wplynie na podwyzszenie skutecznosci prowadzenia akcji ratowniczych i zwiçkszenie niezawodnosci dzialania sprzçtu.
Zadanie zmiennego obci^zenia rozpierania i sci^gania w funkcji rozwarcia ramion rozpieracza podczas badania trwalosci pozwala w krotkim czasie z duzym prawdopodobienstwem wnioskowac o trwalosci i wytrzymalosci narzçdzia.
Badania trwalosci narzçdzi hydraulicznych umozliwiaj^ okreslenie wplywu wysokiej temperatury cieczy roboczej na stan uszczelnien narzçdzia i zachowanie nominalnych parametrow silowych.
Badania umozliwiaj^. ustalenie parametrow uzytkowych charakterystycznych dla danego zestawu narzçdzi hydraulicznych, takich jak: czas ci^glej pracy danego narzçdzia, do momentu osi^gniçcia dopuszczalnej temperatury cieczy roboczej w ukladzie zasilania, srednie zuzycie paliwa przez agregat zasilaj^cy, czas pracy przy jednorazowym napelnieniu zbiornika.
Realizacja tematu
W niniejszym artykule zwrocono szczegôln^. uwagç na urz^dzenie stanowi^ce integraln^. czçsc stanowiska, a ktore nie zostalo uwzglçdnione w zalozeniach konstrukcyjnych stanowiska do badania parametrow silowych narzçdzi hydraulicznych. Urz^dzeniem tym jest manipulator, ktorego celem jest zast^pienie w trakcie badania osoby obsluguj^cej narzçdzie podczas wykonywania cykli pracy.
Koniecznosc zastosowania manipulatora wynika z faktu, iz przeprowadzenie pelnego badania trwalosciowego wymaga wykonania 150 cykli pracy, co powoduje nagrzewanie siç powierzchni uchwytu do temperatury ok. 60 0C.
Rowniez ze wzglçdow bezpieczenstwa i higieny pracy badanie to nie powinno byc wykonywane rçcznie.
Ponadto, manipulator pozwala na pomiar sily potrzebnej do obslugi sterownika narz?dzia, a tym samym umozliwia okreslenie, w ktorym momencie nast?puje „zacieranie si?" sterownika, co b?dzie sygnalizowane potrzeb^. uzycia wi?kszej sily do jego obslugi.
Stanowiska do badania narz?dzi hydraulicznych, stosowane przez producentow tych urz^dzen s^. stanowiskami kompletnymi, wyposazonymi w ww. manipulator.
Narz?dzia takie jak: rozpieracz hydrauliczny, narz?dzie combi, nozyce hydrauliczne czy cylinder rozpieraj^cy, pochodz^ce od tego samego producenta, niezaleznie od ich wielkosci czy parametrow pracy, posiadaj^. ten sam rodzaj urz^dzenia steruj^cego.
Natomiast narz?dzia pochodz^ce od roznych producentow, chociaz s^. tego samego rodzaju nawet o bardzo zblizonych parametrach technicznych, posiadaj^. inn^. konstrukcj? urz^dzenia do sterowania prac^. narz?dzia (wskazane strzalk^. na fotografiach nr 2, 3 i 4)
Fot. 2. Rozpieracz firmy Holmatro
Fot. 3. Rozpieracz firmy Lukas
Fot. 4. Rozpieracz firmy Weber-Hydraulik
Skonstruowanie manipulatora stanowiska badawczego przystosowanego do jednego typu sterownika nie stanowilo problemu, natomiast duzym wyzwaniem bylo zaprojektowanie manipulatora uniwersalnego, ktory jest w stanie obsluzyc rozne typy sterownikow, o roznych ksztaltach i sposobach dzialania, po to aby na posiadanym stanowisku bylo mozliwe przeprowadzenie badan urz^dzen roznych producentow.
Jak widac na powyzszych fotografiach roznice bywaj^ znacz^ce - w niektorych narz^dziach sterowanie prac^, odbywa si^ poprzez uchwycenie sterownikow (rozni^cych si^ wymiarami i ksztaltem) i wykonanie ruchu obrotowego, natomiast w innych niezb^dne jest wyl^czenie blokady przed wykonaniem ruchu obrotowego. Blokada wyl^czana jest przez
wcisni^cie odpowiedniego przycisku umieszczonego na r^kojesci narz^dzia. W zaleznosci od tego, ktory przycisk wybieramy uzyskujemy odpowiednio prac? rozpierania lub sciskania.
Obecnie, na rynku swiatowym funkcjonuje wiele roznych rodzajow narz?dzi hydraulicznych.
W zwi^zku z powyzszym stanowisko badawcze musi byc z nimi kompatybilne oraz spelniac wymagania, co do funkcjonalnosci i niezawodnosci.
Podczas realizacji niniejszej pracy nad stworzeniem uniwersalnego manipulatora do badania trwalosci hydraulicznych narz?dzi ratowniczych wykorzystano:
• PN-EN 13204: 2005 (U) „Hydrauliczne narz?dzia ratownicze dwustronnego dzialania dla strazy pozarnej. Wymagania eksploatacyjne i dotycz^ce bezpieczenstwa", [1]
• opracowania wlasne CNBOP (procedury badawcze oraz WBO), [2,3]
• DIN 14751:1992 Teil 1-5 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr, [4,5,6,7,8]
• Zal^cznik nr 2 „Wymagania techniczno-uzytkowe" do projektu rozporz^dzenia Ministra Spraw Wewn?trznych i Administracji w sprawie wykazu wyrobow sluz^cych zapewnieniu bezpieczenstwa publicznego lub ochronie zdrowia i zycia oraz mienia, a takze zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobow do uzytkowania, [9]
• materialy katalogowe i specyfikacje techniczne narz?dzi hydraulicznych [10],
Ponadto przeprowadzono serie badan narz?dzi hydraulicznych w celu okreslenia wymaganych parametrow technicznych budowanego urz^dzenia oraz wykorzystano wiedz? zdobyt^. podczas dotychczasowych badan narz?dzi hydraulicznych.
Przeprowadzono dokladne rozpoznanie w zakresie parametrow urz^dzen sterjcych najcz?sciej spotykanych narz?dzi hydraulicznych, z uwzgl?dnieniem wymiarow i konstrukcji sterownikow stosowanych w tych narz?dziach.
Ponadto CNBOP podczas opracowywania w/w zalozen technicznych konstrukcji manipulatora prowadzilo konsultacje i wspolpracowalo z Instytutem Technologii Eksploatacji Panstwowym Instytutem Badawczym w Radomiu.
Wspolpraca zaowocowala opracowaniem precyzyjnych zalozen, w oparciu o ktore mozliwa byla realizacja dalszej cz?sci projektu czyli zaprojektowanie i wykonanie przez ITE PIB w Radomiu uniwersalnego manipulatora do badania trwalosci narz?dzi hydraulicznych.
Ponizej przedstawiono podstawowe zalozenia techniczne:
• Sposob zamocowania manipulatora na rçkojesci narzçdzia powinien umozliwiac pewne jego zacisniçcie na korpusie rçkojesci narzçdzi o roznej konstrukcji.
• Mocowanie na rçkojesci powinno byc na tyle skuteczne, aby podczas proby min. 150 cykli pracy wysuwania i wsuwania tloczyska silownika manipulatora, przy nagrzaniu powierzchni rçkojesci do temperatury max 800C, nie nastçpowalo przesuwanie w dowolnej plaszczyznie manipulatora na rçkojesci narzçdzia.
• Manipulator powinien pracowac prawidlowo bez wzglçdu na polozenie wzglçdem plaszczyzny podloza. Jednoczesnie powinien zostac zaprojektowany system eliminuj^cy wplyw masy manipulatora z przewodami zasilaj^cymi na badane narzçdzie hydrauliczne bez wzglçdu na polozenie manipulatora wzglçdem narzçdzia.
• W momencie wyst^pienia awarii manipulatora powinna nastçpowac:
a) sygnalizacja dzwiçkowa lub swietlna stanu awarii,
b) przel^czenie zaworu steruj^cego kierunkiem pracy narzçdzia w pozycjç neutraln^..
• W zwi^zku z duz^ rozpiçtosci^. zakresu srednic rçkojesci wystçpuj^cych u poszczegolnych producentow narzçdzi hydraulicznych, manipulator powinien zostac tak zaprojektowany aby mozliwe bylo zamocowanie go na rçkojesciach o srednicach od 0 40 mm do 0 70 mm.
• Odleglosc miçdzy punktami przesuwaj^cymi suwak zaworu steruj^cego powinna umozliwiac regulacjç w zakresie 50^110 mm.
• Nalezy przewidziec precyzyjn^. regulacjç skoku tloczyska w gorç i w dol od ustalonej pozycji zerowej w zakresie od 5 mm do 20 mm, tak aby byla mozliwosc dopasowania skoku tloczyska silownika do zakresu ruchu zaworu steruj^cego prac^. narzçdzia.
• Sila nacisku i ci^gniçcia silownika powinna wynosic od 50 do 100 N.
• W celu zapewnienia mozliwosci uchwycenia momentu ewentualnego zacierania siç zaworu sterjcego kierunkiem pracy narzçdzia (bçdzie to objawialo siç wzrostem sily potrzebnej do przesuniçcia zaworu steruj^cego), nalezy zapewnic mozliwosc monitorowania sily nacisku i ci^gniçcia silownika z dokladnosci^. do ±1 N.
• W przypadku zwi?kszenia oporow przesuwania zaworu steruj^cego prac^ narz?dzia powyzej wczesniej zaprogramowanej wielkosci system pomiarowy manipulatora powinien ustawic zawor steruj^cy w pozycji neutralnej.
• System sterowania zmian^. kierunku ruchu silownika moze byc realizowany poprzez:
a) impuls z czujnika przesuni?cia liniowego ramion narz?dzia
b) impuls z czujnikow magnetycznych ustawionych w poblizu krancowych pozycji zajmowanych przez ramiona badanego narz?dzia.
Na podstawie zalozen technicznych w ITE PIB w Radomiu zaprojektowano i wykonano manipulator do sterowania prac^ badanych narz?dzi hydraulicznych (Rys. Nr 2), a takze opracowano oprogramowanie do sterowania manipulatorem i rejestracji parametrow pracy narz?dzia podczas badania trwalosci.
Manipulator wyposazony zostal w nast^puj^c^. aparatur? i urz^dzenia kontrolno-pomiarowe:
• silownik pneumatyczny do mocowania manipulatora na r?kojesci badanego narz?dzia,
• czujnik sily, mierz^cy sil? potrzebn^ do uruchomienia dzwigni steruj^cej badanym narz?dziem,
• uklad hydrauliczny zmieniaj^cy polozenie dzwigni sterjcej kierunkiem ruchu ramion badanego narz?dzia.
Ryc. 2. Widok manipulatora
Prototyp manipulatora zostal zamontowany w stanowisku do badania hydraulicznych narz?dzi ratowniczych (Fot. Nr 5).
Ryc. 5. Manipulator zamontowany w stanowisku do badania hydraulicznych narzçdzi
ratowniczych.
Obecnie trwaj^. próby eksploatacyjne wykonanego manipulatora oraz oprogramowania. Po zakonczeniu tych prób wykonana aparatura zostanie wdrozona do badan prowadzonych w CNBOP.
Podsumowanie
Manipulator, który zostal wykonany w oparciu o powyzsze zalozenia jest urz^dzeniem uniwersalnym przystosowanym do badania wymienionych we wstçpie typów narzçdzi hydraulicznych o róznej konstrukcji urz^dzeñ steruj^cych prac^. narzçdzia.
Mozliwe jest pojawienie siç nowych urz^dzeñ, których konstrukcja sprawi, ze badanie ich tym stanowisku bçdzie niemozliwe, natomiast parametry techniczne bçd^ odpowiadaly wymaganiom decyduj^cym o dopuszczeniu tych wyrobów do uzytku. W takim przypadku zajdzie koniecznosc prowadzenia dalszych prac w celu skonstruowania adapterów umozliwiaj^cych przeprowadzenie badan tych urz^dzeñ.
Monitorowanie sily potrzebnej do przesuniçcia zaworu steruj^cego kierunkiem pracy narzçdzia pozwala na wczesne wykrycie nieprawidlowosci w dzialaniu mechanizmu zaworu.
Manipulator pozwala na prowadzenie prac badawczych prototypow i narzçdzi z seryjnej produkcji pod k^tem ich trwalosci. Mozliwe jest prowadzenie nieograniczonej ilosci cykli pracy tzw. proby niszcz^ce narzçdzi hydraulicznych.
Manipulator pozwala na wyeliminowanie niebezpieczenstwa odniesienia obrazen przez osobç obslugjc^. zawor steruj^cy prac^ narzçdzia podczas awarii typu pçkniçcie przewodu zasilaj^cego, pçkniçcie cylindra silownika, ramienia lub koncowki roboczej narzçdzia.
Ze wzglçdu na coraz szersz^. gamç narzçdzi hydraulicznych oraz coraz wiçksz^. liczbç producentow, nalezy rozwazyc potrzebç unifikacji w zakresie niektorych rozwi^zan technicznych, jak np. rçkojesc urz^dzenia steruj^cego czy inne istotne z punktu widzenia obslugi elementy. Jest to wazne ze wzglçdu na fakt, iz narzçdzia te s^. glownie wykorzystywane przez sluzby ratownicze, gdzie zarowno prostota obslugi jak i zblizony charakter elementow do bezposredniej obslugi urz^dzenia, w warunkach akcji ratowniczej, nie s^ bez znaczenia.
Literatura
1. PN-EN 13204:2005 (U) - Hydrauliczne narzçdzia ratownicze dwustronnego dzialania dla strazy pozarnej - Wymagania eksploatacyjne i dotycz^ce bezpieczeñstwa.
2. PB/BS/11:2006 - Procedura badawcza. Badanie hydraulicznych narzçdzi ratowniczych. CNBOP, 2006.
3. WBO/07/01/CNBOP:1998 - Wymagania, badania i kryteria oceny hydraulicznych narzçdzi ratowniczych.
4. DIN 14751:1992 Teil 1 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr. Spreizer.
5. DIN 14751:1992 Teil 2 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr. Schneidgeräte.
6. DIN 14751:1992 Teil 3 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr. Rettungszylinder.
7. DIN 14751:1992 Teil 4 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr. Doppelt wirkende hydraulische Rettungsgeräte mit integrierter Pumpe und/oder Energiequelle.
8. DIN 14751:1992 Teil 5 - Hydraulisch betätigte Rettungsgeräte für die Feuerwehr. Einfach wirkende hydraulische Rettungsgeräte.
9. Zal^cznik nr 2 „Wymagania techniczno-uzytkowe" do projektu rozporz^dzenia Ministra Spraw Wewn^trznych i Administracji w sprawie wykazu wyrobow sluz^cych zapewnieniu bezpieczenstwa publicznego lub ochronie zdrowia i zycia oraz mienia, a takze zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobow do uzytkowania.
10. Katalogi firm: Weber-Hydraulik, Holmatro, Lukas.
