CC BY
24
УДК 614.847.79
ОЦЕНКА БЕЗОТКАЗНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
А. Д. СЕМЕНОВ, Ю. Н. МОИСЕЕВ, М. А. КОЛБАШОВ
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново sad8_3@mail.ru, fireman13@mail.ru, kolbashow@mail.ru
В работе показано, что безотказность пожарной техники и оборудования в подразделениях ГПС МЧС России при эксплуатации поддерживается комплексом профилактических мероприятий при техническом обслуживании.
Установлено, что по соотношению величины давления, создаваемого при перекусывании прутка комплектом инструмента после периода эксплуатации, к величине давления, создаваемого новым комплектом, можно оценить вероятность безотказной работы на текущий момент времени. Полученные математические зависимости времени от создаваемого давления при перекусывании комплектами гидравлического аварийно-спасательного инструмента с разным периодом эксплуатации можно использовать для прогнозирования изменения основного параметра (давления), что позволяет при накопившихся данных об эксплуатации инструмента оценить его безотказность при испытании или ежемесячной проверке.
Ключевые слова: гидравлический аварийно-спасательный инструмент, отказ, эксплуатация.
EVALUATION OF RELIABILITY OF HYDRAULIC RESCUE TOOLS IN OPERATION BY THE RESULTS OF HYDRAULIC TESTS
A. D. SEMENOV, YU. N. MOISEYEV, M. A. KOLBASHOV
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo sad8_3@mail.ru, fireman13@mail.ru, kolbashow@mail.ru
The paper shows that the reliability of fire equipment and equipment in the units of the Ministry of emergency situations of Russia during operation is supported by a set of preventive measures during maintenance.
It is established that the ratio of the pressure created when snapping the bar, a set of tools after the period of operation, to the pressure created by the new set can estimate the probability of trouble-free operation at the current time.The obtained mathematical dependences of time on the created pressure when snacking sets of hydraulic rescue tools, with different periods of operation, can be used to predict changes in the main parameter (pressure), which allows the accumulated data on the operation of the tool to assess its reliability during testing or monthly inspection.
Key words:hydraulic rescue tool, failure, exploitation.
В [1] показано, что от своевременного прибытия, эффективного разбора завалов и деблокирования пострадавшего из поврежденного транспортного средства, оказания первой помощи на месте происшествия зависит спасение жизни еще 12-15% пострадавшим.
© Семенов А. Д., Моисеев Ю. Н., Колба-шов М. А., 2019
Успешность ликвидации последствий чрезвычайной ситуации зависит от технического оснащения и эксплуатационных характеристик пожарной техники и оборудования пожар-но-спасательных подразделений. Техника, применяемая при тушении пожара и проведения аварийно-спасательных работ, характеризуется безотказностью. Безотказность в процессе эксплуатации технических систем под-
держивается комплексом профилактических мероприятий при техническом обслуживании [2, 3].
Основным инструментом при проведении аварийно-спасательных работ [1] является гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ), от исправного состояния которого зависят временные показатели выполнения спасательных операций. Однако неясно, как оценить безотказность инструмента в процессе эксплуатации. Для решения поставленной задачи требуется разработка диагностических мероприятий, направленных на определение изменений технического состояния ГАСИ.
Анализ литературы123 показал, что проверка технического состояния элементов, входящих в комплект ГАСИ, проводится при вводе в эксплуатацию, после ремонта и во время эксплуатации, но не реже одного раза в месяц. В свою очередь, ГОСТ 50982-2009 устанавливает общее требование к создаваемому усилию на рабочих органах как к отдель-
ным элементам инструмента, входящим в комплект ГАСИ, так и в целом к комплекту.
Таким образом, по изменению параметра создаваемого усилия при проведении проверок и испытании ГАСИ можно осуществлять прогноз надежностных свойств инструмента в процессе эксплуатации.
В работах [4, 5] предложено проводить определение показателей рабочей жидкости (время создания требуемого усилия, развиваемое давление, определение утечки и т.д.) при изменении усилия на рабочем органе, что позволяет оценить техническое состояние исследуемого ГАСИ. Имея данные по изменению параметров работы инструмента за несколько последних испытаний, можно сделать заключение об изменении технического состояния за определенный период времени.
С целью измерения создаваемого усилия элементов комплекта ГАСИ всех существующих марок оборудования как отечественного, так и зарубежного производства, предлагается использование установки [4], представленной на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки для испытания комплекта ГАСИ 1 - гидравлический инструмент, 2 - тройник, 3 - манометр высокого давления, 4 - рукав высокого давления, 5 - быстроразъемное соединение, 6 - штатные магистрали высокого давления, 7 - ручной насос из комплекта инструмента
Установка для испытания комплекта ГАСИ (рис. 1) [5] состоит из: ручного насоса 7
1 ГОСТ 50982-2009 Инструмент для проведения специальных работ на пожарах. Введ. 2010-01-01. М.: Стандартинформ, 2009. 23 с.
2 ГОСТ Р 22.9.18-2014 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Инструмент аварийно-спасательный гидравлический. Общие технические требования. Введ. 2015-04-01. М.: Стандартинформ, 2014. 20 с.
3 ГОСТ Р 22.9.28-2015 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Инструмент аварийно-спасательный. Классификация. Введ. 2016-04-01. М.: Стандартинформ, 2015. 6 с.
и инструмента 1, из которого выворачиваются стандартные штуцеры, на их место устанавливаются специально изготовленные тройники 2, к которым с помощью быстроразъемных соединений 5 крепятся манометры 3. В оставшееся отверстие тройника 2 вворачиваются изъятые ранее стандартные штуцеры, что обеспечивает возможность присоединения штатных магистралей высокого давления 6. Манометры 3 присоединяются к быстроразъемному соединению 5 с помощью гибких рукавов высокого давления, что позволяет располагать их в удобном положении при проведении испытаний. Составляющие элементы установки подобраны с учетом предельного рабочего давле-
ния 80 МПа и согласно техническим характеристикам ГАСИ. Принцип работы установки заключается в передаче механической энергии при помощи ручного гидравлического насоса 7 на питатели инструмента 1 посредством гидравлической жидкости через штатные магистрали высокого давления, по показаниям манометров фиксируется создаваемое давление в системе.
Состав лабораторного оборудования входящего в комплектацию установки:
1. Установка для испытания комплекта ГАСИ (рис.1);
2. Гидравлический аварийно-спасательный инструмент различных марок;
3. Манометр (пределы измерения от 1 до 100 МПа класса точности не ниже 2,5) -4 шт.;
4. Комплект металлических прутков СтЗ диаметром с1 = 5, 10, 12, 14, 16, 18, 25 мм;
5. Секундомер.
Порядок проведения испытания комплектов инструмента на установке испытания:
- установить пруток для резки на стойке;
- развести рабочие органы инструмента в крайнее положение и установить металлический пруток в первой зоне резания (рис. 2);
- свести рабочие органы до касания с прутком, осуществить перекусывание прутка соответствующего диаметра;
- зафиксировать время резания прутка т (от момента касания режущей кромки рабочих органов прутка) и максимальное давление разрезания р;
- контролировать соответствие времени раскрытия рабочих органов нормативному значению - время открывания ножей в режиме холостого хода - не более 7 с.
Зона 2 Зона 1
Рис. 2. Зоны резания прутка рабочими органами ГАСИ
По результатам испытаний гидравлического аварийно-спасательного инструмента получены экспериментальные данные по времени разрезания т (от момента касания режущей кромки рабочих органов прутка) и максимальному давлению разрезания р по перерезанию прутка различными марками ГАСИ (таблица).
Диаметр прутка, мм Новый ГАСИ ГАСИ через год эксплуатации
Давление р, атм. Время т, с Давление р, атм. Время т, с
«Простор»
5 98 0,5 93,1 0,5
10 196 1,3 186,2 1,3
12 235,2 1,8 223,4 1,9
14 274,4 2,2 260,7 2,3
16 313,6 2,6 297,9 2,7
18 352,8 3,6 335,2 3,8
25 490,1 7,5 465,6 9
«Спрут»
5 118,2 0,5 112,3 0,5
10 236,4 1,6 224,6 1,7
12 283,7 1,9 269,5 2
14 331 2,3 314,4 2,4
16 378,3 2,6 359,4 2,7
18 425,6 3,4 404,3 3,6
25 591,1 8,6 561,6 9,1
«Holmatro»
5 77,7 0,38 73,8 0,4
10 155,5 1,3 147,7 1,4
12 186,6 1,6 177,2 1,7
14 217,7 2,1 206,8 2,2
Таблица. Экспериментальные данные по перерезанною прутка различными марками ГАСИ
Диаметр прутка, мм Новый ГАСИ ГАСИ через год эксплуатации
Давление р, атм. Время т, с Давление р, атм. Время т, с
16 248,8 2,4 236,3 2,5
18 279,9 3,3 265,9 3,4
25 388,7 8 369,3 8,4
Анализ литературных источников4 5,6 показал, что при испытании комплектов ГАСИ максимальное режущее усилие должно составлять не менее 50 кН. Таким образом, по уменьшению режущего усилия инструмента при перекусывании металлического прутка можно оценить эксплуатационные технические показатели: время перекусывания и создаваемое давление при работе инструмента.
Определим давление, создаваемое гидравлическим насосом при максимальном режущем усилии по перекусыванию (формула 1). Замер диаметров поршней насосов ГАСИ проводили штангенциркулем для ма~ рок:«Но1та1го» - 32 мм, «Простор»- 28мм, «Спрут»- 28 мм.
Ж
Р=5
(1),
где Р - режущее усилие, Н;5 - площадь поршня гидравлического насоса комплекта инструмента, см2.
В результате расчета получили значения давлений при создании максимального режущего усилия для комплектов ГАСИ марок: «Но1та^о» - 625 атм., «Простор» - 793 атм., «Спрут» - 793 атм.
Таким образом, отклонение от полученных значений давления при испытаниях и в процессе эксплуатации ГАСИ будет свидетельствовать о нарушении работоспособности инструмента.
В работе [6] проводится изучение надежности гидравлических систем при эксплуатации. Анализ литературных данных показывает, что в процессе эксплуатации гидравлических систем с незагрязненной гидравлической жидкостью не происходит снижения технических характеристик системы. Однако накопление в рабочей жидкости механических примесей приводит к увеличению интенсивности изнашивания внутренних поверхностей гидравлической системы, что снижает наработку и технические характеристики (давление, время создания требуемого давления).
По экспериментальным данным (таблица) построили зависимости давления при перекусывании от диаметра прутка (рис. 3). Анализ полученных данных показывает, что наибольшее давление при перекусывании металлической арматуры создается ГАСИ марки «Спрут», что связано с диаметром поршня насоса инструмента. Однако способность к перекусыванию определяется конструкцией лезвий ножниц или разжим кусачек.
Рис.3.Зависимость давления создаваемого ГАСИ для перекусывания от диаметра стального прутка: 1 - комплект «Но1та1го»; 2 - комплект «Простор»; 3 - комплект «Спрут»
10 15 20
Диаметр прутка, мм
25
30
ГОСТ 50982-2009 Инструмент для проведения специальных работ на пожарах. Введ. 2010-01-01. М,: Стандартинформ, 2009. 23 с.
5 ГОСТ Р 22.9.18-2014 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Инструмент аварийно-спасательный гидравлический. Общие технические требования. Введ. 2015-04-01. М.: Стандартинформ, 2014. 20 с.
6 ГОСТ Р 22.9.28-2015 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Инструмент аварийно-спасательный. Классификация. Введ. 2016-04-01. М.: Стандартинформ, 2015. 6 с.
Создаваемое давление при работе ГАСИ определяет время резания металлического прутка и характеризует техническое состояние инструмента. Падение давления в гидравлической системе инструмента связано с износом пружин клапанов и засорением внутренних каналов транспортировки гидравлической жидкости. Вследствие этого по показаниям изменения гидравлического давления и времени пе-
рекусывания металлического прутка различного диаметра можно осуществлять диагностику работоспособности ГАСИ в подразделении.
В работе проведено определение значений времен перекусывания от величины создаваемого давления при использовании комплекта ГАСИ марки «Простор», «Спрут», «Но1та1го» (рис. 4-6).
Рис. 4. Зависимость времени от создаваемого давления при перекусывании комплектом «Простор» 1 - экспериментальные значения нового комплекта ГАСИ; 2 - линия тренда нового комплекта ГАСИ; 3 - экспериментальные значения комплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации; 4 - линия трендакомплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации
12
се 10 х
ь
а е 8 ¡я
Я
са 6
3
о
ы
и
о. еа
у = 0,3591е°'0(>6 Я2 = 0,9622
у = 0,342е°'оо65х Б.2 = 0,9622
100 200 300 400
Давление, атм
500
600
Рис. 5. Зависимость времени от создаваемого давления при перекусывании комплектом «Спрут» 1 - экспериментальные значения нового комплекта ГАСИ; 2 - линия тренда нового комплекта ГАСИ; 3 - экспериментальные значения комплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации; 4 - линия трендакомплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации
Давление, атм
Рис. 6. Зависимость времени от создаваемого давления при перекусывании комплектом «Но1та1го» 1 - экспериментальные значения нового комплекта ГАСИ; 2 - линия тренда нового комплекта ГАСИ; 3 - экспериментальные значения комплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации; 4 - линия трендакомплекта ГАСИ после 1 года эксплуатации
Анализ полученных зависимостей времени перекусывания от величины создаваемого давления и используемого комплекта ГАСИ показывает, что изменение значений подчиняется экспоненциальному закону распределения. Величина достоверности аппроксимации Р =0,96 полученных зависимостей, подтверждает подчинение величины времени перекусывания от величины создаваемого давления экспоненциальному закону.
На сегодняшний день готовность ГАСИ к использованию [4] определяется внешним осмотром, что позволяет обнаружить только внешние признаки неисправностей оборудования (подтекание масла, неисправности бай-онентных соединений, рукавов высокого давления и др.). Однако нарушение работы внутренних конструктивных элементов инструмента на этапе эксплуатации определить не представляется возможным, поскольку не учитывается изменение технического состояния инструмента в процессе эксплуатации.
Авторами [6] установлена связь снижения коэффициента полезного действия (КПД) от размера примесей в процессе эксплуатации. Определена интенсивность снижения КПД от продолжительности эксплуатации. Используя в качестве определяющего технического параметра значение давления, полученного при испытании или проверке комплекта ГАСИ, можно оценить безотказность в процессе эксплуатации.
Таким образом, по соотношению величины давления, создаваемого при перекусы-
вании прутка комплектом инструмента после года эксплуатации, к величине давления, создаваемого новым комплектом, можно оценить вероятность безотказной работы на текущий момент времени. Полученные математические зависимости времени от создаваемого давления при перекусывании комплектами ГАСИ с разным периодом эксплуатации можно использовать для прогнозирования изменения основного параметра (давления), что позволяет при накопившихся данных об эксплуатации инструмента оценить его безотказность при испытании или ежемесячной проверке.
Выводы
В работе показано, что безотказность в процессе эксплуатации технических систем поддерживается комплексом профилактических мероприятий при техническом обслуживании, а определение технического состояния элементов пожарной техники и оборудования при эксплуатации является приоритетной задачей.
Предложено проводить определение технических показателей (время создания требуемого усилия, развиваемое давление, определение утечки и т.д.) гидравлической системы при изменении усилия на рабочем органе, что позволяет оценить техническое состояние исследуемого инструмента. Имея данные по изменению параметров работы инструмента за несколько последних испытаний, можно сделать заключение об изменении технического состояния за определенный период времени.
Получены значения давлений гидравлической системы инструмента при создании максимального режущего усилия - 50 кН для комплектов ГАСИ марок «Но1та^о» - 625 атм., «Простор» - 793 атм., «Спрут» - 793 атм.
Получены характеристики, указывающие на способность к перекусыванию металлического прутка в зависимости от его диаметра новыми комплектами ГАСИ марки «Простор», «Спрут», «Но1та^о». Установлено, что величина времени перекусывания от диаметра прутка подчиняется экспоненциальному закону, позволяя связать его с показателями надёжности.
Установлено, что по соотношению величины давления, создаваемого при перекусывании прутка комплектом инструмента после года эксплуатации, к величине давления, создаваемого новым комплектом, можно оценить вероятность безотказной работы на текущий момент времени. Полученные математические зависимости времени от создаваемого давления при перекусывании комплектами ГАСИ с разным периодом эксплуатации можно использовать для прогнозирования изменения основного параметра (давления), что позволяет при накопившихся данных об эксплуатации инструмента оценить его безотказность при испытании или ежемесячной проверке.
Список литературы
1. Семенов А. Д., Моисеев Ю. Н. О работе спасателей с гидравлическими аварийно-спасательными инструментами // Технологии техносферной безопасности. 2011. № 5 (39). С. 5. http://academygps.ru/ttb.
2. Малкин В. С. Надежность технических систем и техногенный риск. Ростов н/Д.: Феникс, 2010. 432 с.
3. БайхельтФ., Франкен П.Надежность и техническое обслуживание. Математический подход. М: Радио и связь, 1988. 392 с.
4. Семенов А. Д., Бубнов А. Г., Бочка-рев А. Н. Повышение технической готовности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при эксплуатации // Технологии техносферной безопасности. 2019. № 2 (31). С. 75-83. http://ntp.edufire37.ru.
5. Крудышев В. В., Тукташев А. В., Филиппов А. В. Снижение эффективности работы и надежности гидравлического аварийно-спасательного инструмента в процессе его эксплуатации // Проблемы пожарной безопасности: пути их решения и совершенствование противопожарной защиты: материалы всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», 2012. С. 82-87. http://elar.urfu.ru/handle/1234.56789/4053.
6. Комаров А. А. Надежность гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1969. 237 с.
References
1. SemenovA. D., MoiseevYu. N. О rabotespasatelej s gidravlicheskimiavarijno-
spasatel'nymi instrumentami [About the work of rescuers with a hydraulic rescue emergency tools], Tekhnologii tekhnosfernoj bezopasnosti, 2011, vol. 5 (39), p. 5. http://academygps.ru/ttb.
2. Malkin V. S. Nadezhnost' tekhnich-eskihsistemitekhnogennyj risk [Reliability of technical systems and man-made risk], Rostov n/D.: Feniks, 2010. 432 p.
3. Bajhel't F., Franken P. Nadezhnost' i tekhnicheskoe obsluzhivanie. Matematicheskij podhod [Reliability and maintenance. Mathematical approach], Moscow: Radio isvyaz', 1988. 392 p.
4. SemenovA. D., BubnovA. G., BochkarevA. N. Povysheniye tekhnicheskoy gotovnosti gidravlicheskogo avariyno-spasatel'nogo instrumenta pri ekspluatatsii [Increase of technical readiness of hydraulic rescue tools during operation], Tekhnologii tekhnosfernoj bezopasnosti, 2019, vol. 2 (31), pp. 75-83. http://ntp.edufire37.ru.
5. Krudyshev V. V., Tuktashev A. V., Fil-ippov A. V. Snizheniye effektivnosti raboty i nadezhnosti gidravlicheskogo avariyno-spasatel'nogo instrumenta v protsesse yego ekspluatatsii [Reducing the efficiency and reliability of the hydraulic rescue tool during its operation], Problemy pozharnoy bezopasnosti: puti ikh resh-eniya i sovershenstvovaniye protivopozharnoy zashchity: materialy vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem. Ekaterinburg, 2012, pp. 82-87. http://elar.urfu.ru/handle/1234.56789/4053.
6. KomarovA. A. Nadezhnost'gidravlich-eskih system [Reliability of hydraulic systems], M.: Mashinostroenie, 1969. 237 p.
Семенов Андрей Дмитриевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, старший преподаватель
E-mail: sad8_3@mail.ru
Semenov Andrey Dmitriyevich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State
Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of
Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of technical Sciences, senior lecturer
E-mail: sad8_3@mail.ru
Моисеев Юрий Николаевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
начальник кафедры,
E-mail: fireman13@mail.ru
Moiseyev Yuriy Nikolayevich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo head of chair
E-mail: fireman13@mail.ru Колбашов Михаил Александрович
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, заместитель начальника кафедры E-mail: kolbashow@mail.ru Kolbashov Mikhail Aleksandrovich
Federal State Educational Institution of Higher Education «Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State
Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of
Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
deputy chief of chair
E-mail: kolbashow@mail.ru
