Повышение технической готовности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при эксплуатации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 614.847.79

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

А. Д. СЕМЕНОВ, А. Г. БУБНОВ, А. Н. БОЧКАРЕВ

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново sad8_3@mail.ru, bubag@mail.ru, pogarnik1_artem@mail.ru

В работе показано, что эффективность использования гидравлического аварийно-спасательного инструмента в большой степени зависит от технического состояния единичных элементов оборудования. Техническое состояние оборудования в процессе эксплуатации изменяется в сторону ухудшения, в связи с износом узлов и агрегатов. Динамика изменения технического состояния элементов гидравлического аварийно-спасательного инструмента зависит от различных условий: режимов эксплуатации, квалификации спасателя, наработки с начала эксплуатации.

Определено, что падение давления в гидравлической системе инструмента связано с износом пружин клапанов и засорения внутренних каналов транспортировки гидравлической жидкости. Вследствие этого, по показаниям изменения гидравлического давления и времени перекусывания металлического прутка, различного диаметра, можно осуществлять диагностику работоспособности ГАСИ в подразделении.

Ключевые слова: гидравлический аварийно-спасательный инструмент, отказ, эксплуатация.

INCREASE THE TECHNICAL READINESS OF A HYDRAULIC RESCUE TOOL DURING OPERATION

A. D. SEMENOV, A. G. BUBNOV, A. N. BOCHKAREV

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, bubag@mail.ru, pogarnik1_artem@mail.ru

It is shown that the effectiveness of the hydraulic rescue tool to a large extent depends on the technical condition of individual items of equipment. The technical condition of the equipment during operation changes in the direction of deterioration, due to the wear of components and assemblies. The dynamics of changes in the technical condition of the elements of the hydraulic rescue tool depends on different conditions: operating modes, qualification of the rescuer, operating time since the beginning of operation.

It is determined that the pressure drop in the hydraulic system of the tool is associated with the wear of the valve springs and clogging of the internal channels of hydraulic fluid transportation. As a result, according to the indications of changes in hydraulic pressure and the time of snacking of the metal bar, of different diameters, it is possible to diagnose the performance of the hydraulic rescue tool in the unit.

Keywords: hydraulic rescue tool, failure, exploitation.

От исправного состояния аварийно-спасательного инструмента (АСИ) зависит выполнение операций по спасению пострадавших. Одним из, наиболее часто используемых, видов механизированного АСИ является гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ) исправное состояние которого обеспечивается своевременным про-

© Семенов А. Д., Бубнов А. Г., Бочкарев А. Н., 2019

ведением технического обслуживания, ремонта и хранения.

Анализ литературных источников [1] показал, что эффективность использования гидравлического аварийно-спасательного инструмента в большой степени зависит от технического состояния единичных элементов оборудования.

Техническое состояние оборудования в процессе эксплуатации (рис. 1) изменяется в сторону ухудшения, в связи с износом узлов и

агрегатов. Динамика изменения технического состояния элементов ГАСИ зависит от различных условий, режимов эксплуатации, квалификации спасателя, наработки с начала эксплуатации и имеет различную величину. Т.е. в за-

висимости от технического состояния, оборудование, входящее в комплект ГАСИ может обладать различными индивидуальными особенностями.

Постановка на

вооружение

Внешний Заправка

осмотр =0 рабочей

жидкостью

ЛОТТ

Ч

Ремонт

Применение при тушение пожара

С

Рис. 1. Эксплуатация ГАСИ в подразделении

Рассмотрим процесс эксплуатации гидравлического инструмента в подразделении (рис. 1), так как от грамотной эксплуатации оборудования будет зависеть его работоспособность1, 2.

Внешний осмотр ГАСИ используемого инструмента проводят после каждого использования. Его осматривают на наличие маркировки, а также возможных неисправностей. Внешнюю поверхность ГАСИ, осматривают визуально, на изменение цвета, наличие масляных пятен, деформаций рабочих поверхно-

1Приказ МЧС России № 555 от 18.09.2012 «Об организации материально-технического обеспечения системы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий». 2Приказ МЧС России N 624 от 25.11.2016 «Об утверждении Положения об организации ремонта, нормах наработки (сроках службы) до ремонта и списания техники, вооружения, агрегатов, специального оборудования и имущества в Министерстве Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий».

стей, изломов, сколов, трещин режущих кромок и т.д.

По результатам визуального осмотра, принимают решение о дальнейшей эксплуатации ГАСИ или необходимости его испытания и ремонта (рис. 1).

Заправка (замена) гидравлического масла проводиться ежеквартально для обеспечения работоспособного состояния инструмента (рис. 1). Замену, выработавшего свой ресурс гидравлического масла, проводят для избегания выпадения осадка и засорения внутренних каналов транспортировки гидравлической жидкости к элементам ГАСИ.

Протирание инструмента от пыли и грязи проводится регулярно после работы или по возвращении в часть (рис. 1).

Перед заступлением караула на дежурство и по окончании АСР проводится контрольный осмотр ГАСИ, который позволяет оценить техническое состояние элементов комплекта инструмента.

Контрольный осмотр осуществляется по следующим пунктам:

- контролируется отсутствие подтеканий гидравлического масла;

- проверяется надежность затяжки быстроразъемных соединений (БРС) рукавов высокого давления, а также элементов обору-

дования комплекта и при необходимости подтягиваются (рис. 1).

Таким образом, техническое состояние ГАСИ в подразделении определяется только внешним осмотром, что позволяет обнаружить внешние признаки неисправности оборудования (подтекание масла, неисправности бай-онентных соединений, рукавов высокого давления и др.). Однако нарушение работоспособности внутренних конструктивных элементов оборудования инструмента, при эксплуатации, определить не представляется возможным, т.е. не учитывается изменение технического состояния инструмента в процессе эксплуатации.

Авторами [1-3] показано, что процессы, протекающие в технических системах, приводят к изменению начальных свойств элементов оборудования, протекают в материалах, из которых создано оборудование, включая не только детали, но и смазку, что участвует в процессе эксплуатации. Протекающие процессы связаны, со сложными физико-химическими явлениями и приводят к изменению формы (деформации), износу, дефекту, разрушению за счет процессов окисления (коррозии) и другим видам действия разрушающих сил, что влечет за собой изменение выходных параметров элементов комплекта ГАСИ, что может привести к отказу (рис. 2).

Энергия действующая на ГАСИ

=>

Процесс изменения свойств или состояния

Повреждение материала изделия

—К -V

Изменение выходного параметра изделия

—N -V

Рис. 2. Процессы, снижающие работоспособность изделия

Анализ показателей надежности гидравлического инструмента показал, что с увеличением времени эксплуатации инструмента происходит изменение его свойств, что приводит к его поломке (рис. 2). Основным показателем, характеризующим работу инструмента, является ресурс (продолжительность функционирования) элемента оборудования.

Одним из основных требований, предъявляемых к современным аварийно-спасательным средствам и оборудованию, является обеспечение надежности . Однако это требование достигается за счет соответствия условий и режимов работы с ГАСИ, а также повышением эффективности проведения обслуживания, в полном объеме и по всем параметрам, что позволит сохранять вероятность безотказной работы элементов комплекта инструмента на соответствующем уровне.

Соответствие условий и режимов эксплуатации ГАСИ достигается путем изучения личным составом подразделения правил эксплуатации и технических характеристик имеющегося на вооружении гидравлического инструмента. Поддержание безотказности инструмента должно достигаться специалистами производственно-технических центров пожарной охраны или сертифицированных сер-

3ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике (ССНТ). Термины и определения. Введ. 201703-01. М.: Стандартинформ, 2016. 22 с.

висных центров. Анализ литературы4 5 показал, что испытания гидравлического аварийно-спасательного инструмента должны осуществляться один раз в два года с целью определения стабильности его показателей (сила резания кусачек; перекусывающая сила; разжимающая или сжимающая сила и др.). Однако не все пожарно-технические центры имеют лицензию, специалистов и технологическое оборудование на проведение испытаний гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

ГОСТ 50982-2009 устанавливает требования как к отдельным типам инструмента, входящим в комплект ГАСИ, так и в целом к комплекту.

Требования к ножницам (кусачкам)3 4:

• максимальное режущее усилие - не менее 50 кН;

• раскрывание лезвий - не менее

30 мм;

• время открывания ножей - не более

7 с;

• время закрывания ножей в режиме холостого хода - не более 10 с.

Таким образом, проведение испытаний гидравлического аварийно-спасательного ин-

4ГОСТ 50982-2009 Инструмент для проведения специальных работ на пожарах. Введ. 2010-0101. М.: Стандартинформ, 2009. 23 с. 5National Fire Protection Association NFPA 1936 -2005, 48 p.

струмента при его техническом обслуживании позволит повысить эффективность и уменьшить время проведения работ. Исследование параметров функционирования ГАСИ при различных вариациях диаметра перерезаемого прутка и его расположения относительно режущих кромок рабочего органа позволит контролировать готовность инструмента к эксплуатации.

Анализ литературы [4-5] показал, что любой гидравлический инструмент использует для передачи усилия от насоса к рабочему органу давление рабочей жидкости по принципу гидроцилиндра. Определение параметров рабочей жидкости (время накачки, развиваемое давление, определение утечки и т.д.) при различных усилиях на рабочем органе, позволяет сделать заключение о техническом состоянии исследуемого инструмента. Имея показатели проверки конкретного инструмента за несколько последних испытаний, можно делать выводы об изменении его технического состояния за определенный период времени.

Авторами [5] разработана установка, представленная на рис. 3, которая позволяет проводить испытания указанного инструмента путем контроля показателей рабочей жидкости при различных нагрузках на рабочие органы. Разработанная схема испытания гидравличе-

ского аварийно-спасательного инструмента позволяет проводить испытание всех существующих марок оборудования как Российского, так и зарубежного производства.

Принцип работы технического решения заключается в следующем (рис. 3) [5]: из ручного насоса 7 и инструмента 1 выворачиваются стандартные штуцеры, на их место устанавливаются специально изготовленные тройники 2, к которым с помощью быстроразъем-ных 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 быстроразъ-емному соединению 5 с помощью гибких рукавов высокого давления, что позволяет располагать их в удобном положении при проведении испытаний. Все предлагаемые элементы конструкции изготовлены и подобраны с учетом предельного рабочего давления 80 МПа, согласно техническим характеристикам инструмента и нормативно-технической докумен-

-3 4 5

тациеи

Исследование параметров функционирования ГАСИ, при перекусывании различного диаметра прутка, проводилось с использованием установки, представленной на рис. 3.

3 4 5 6

Рис. 3. Схема установки для испытания комплекта ГАСИ

2

7

В состав установки по определению параметров функционирования ГАСИ в процессе перекусывания металлического прутка различного диаметра, использовалось оборудование:

1. Лабораторная установка (рис. 3);

2. Гидравлический аварийно-спасательный инструмент марок: «Простор»; «Спрут»; «Но1та^о»;

3. Манометр34 (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.

Проведение испытания комплектов ГАСИ: установить пруток для резки на стойке. Развести рабочие органы инструмента в крайнее положение и установить металлический пруток в первой зоне резания (рис. 4). Контролировать соответствие времени раскрытия рабочих органов нормативному значению345 -время открывания ножей в режиме холостого хода - не более 7 с.

Зона 2 Зона 1

Рис. 4. Зоны резания прутка рабочими органами ГАСИ

Свести рабочие органы до касания с прутком и выполнить разрезание прутка. При этом необходимо зафиксировать время разрезания т (от момента касания режущей кромки рабочих органов прутка) и максимальное давление разрезания р.

Повторить описанный выше алгоритм для прутков другого диаметра.

В ходе проведения исследования параметров функционирования ГАСИ, получены значения по времени разрезания т (от момента касания режущей кромки рабочих органов прутка) и максимальному давлению разрезания р при резании металлического прутка различного диаметра (таблица).

Таблица. Экспериментальные данные по перерезанною прутка различными марками ГАСИ

На основании полученных данных (табл.) построили зависимости создаваемого давления при перекусывании от диаметра перекусываемого прутка (рис. 5). 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.

400 | 350

£ зоо

к

и

? 250 а

8 200 к

§ 100

с;

СО

£[ 50 0

0 5 10 15 20 25 30

Диаметр прутка, мм

Рис. 5. Зависимость давления создаваемого

ГАСИ для перекусывания от диаметра стального прутка: 1 - комплект «Но1та^о»; 2 - комплект «Простор»; 3 - комплект «Спрут»

Величина создаваемого давления в элементах ГАСИ определяет время резания металлического прутка и характеризует техническое состояние инструмента. Таким образом, по изменению величины создаваемого усилия при резании металлического прутка различного диаметра можно спрогнозировать вывод комплекта ГАСИ в резерв для проведения обслуживания. Падение давления в гидравлической системе инструмента связано с износом пружин клапанов и засорения внутренних каналов транспортировки гидравлической жидкости. Вследствие этого, по показаниям изменения гидравлического давления и времени перекусывания металлического прутка, различного диаметра, можно осуществлять диагностику работоспособности ГАСИ в подразделении.

В работе проведено определение значений времен перекусывания от диаметра стальной арматуры при использовании комплекта ГАСИ марки «Простор», «Спрут», «Но!та^о» (рис. 6-8).

Диаметр Давление р, Время т, с

прутка, мм атм.

«Простор»

5 61 0,45

10 123 1,25

12 147 1,8

14 172 2,2

16 196 2,6

18 221 3,6

25 307 7,5

«Спрут»

5 74 0,51

10 148 1,62

12 178 1,94

14 207 2,31

16 237 2,64

18 267 3,41

25 371 8,69

«Holmatro»

5 48 0,42

10 97 1,3

12 117 1,9

14 136 2,1

16 156 2,5

18 175 3,4

25 244 8

Диаметр прутка, мм

Рис. 6. Зависимость времени перекусывания комплектом «Простор» от диаметра стального прутка

1 - экспериментальные значения; 2 - линия тренда

Диаметр прутка, мм

Рис. 7. Зависимость времени перекусывания комплектом «Спрут» от диаметра стального прутка 1 - экспериментальные значения; 2 - линия тренда

Диаметр прутка, мм

Рис. 8. Зависимость времени перекусывания комплектом «Но1та1го» от диаметра стального прутка

1 - экспериментальные значения; 2 - линия тренда

Анализ полученных зависимостей времени перекусывания от диаметра стальной арматуры и используемого комплекта ГАСИ показывает, что изменение значений подчиняется экспоненциальному закону распределения. Величина достоверности аппроксимации Р2=0,96, полученных зависимостей, подтверждает подчинение величины времени перекусывания от диаметра прутка экспоненциальному закону.

Выводы

В работе показано, что эффективность использования гидравлического аварийно-спасательного инструмента в большой степени зависит от технического состояния единичных элементов оборудования. Из-за износа узлов и агрегатов оно в процессе эксплуатации изменяется в сторону ухудшения.

Установлено, что готовность ГАСИ выявляется только внешним осмотром, позволяя обнаружить только внешние признаки неисправности оборудования (подтекание масла, неисправности байонентных соединений, рукавов высокого давления и др.). Однако нарушение работоспособности внутренних конструктивных элементов инструмента на этапе эксплуатации определить не представляется возможным, поскольку не учитывается изменение технического состояния инструмента в процессе эксплуатации.

Список литературы

1. Малкин В. С. Надежность технических систем и техногенный риск. Ростов н/Д.: Феникс, 2010. 432 с.

2. Андронов А. А. Разработка системы показателей эффективности эксплуатации транспортных и технологических машин лесного хозяйства // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2010. № 3. С.111-114.

3. Репин С. В. Методология совершенствования системы технической эксплуатации строительных машин: автореф. дис.... д-ра техн. наук: 05.05.04. Санкт-Петербург, 2008. 46 с.

4. Степанов А. С. Гидравлический аварийно-спасательный инструмент в схемах и таблицах. М.: Стройиздат, 2008. 204 с.

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 Всерос-

Показано, что гидравлический инструмент использует для передачи усилия от насоса к рабочему органу давление рабочей жидкости по принципу гидроцилиндра. Определение параметров рабочей жидкости (время накачки, развиваемое давление, определение утечки и т.д.) при различных усилиях на рабочем органе, позволяет сделать заключение о техническом состоянии исследуемого инструмента. Имея показатели проверки конкретного инструмента за несколько последних испытаний, можно делать выводы об изменении его технического состояния за определенный период времени.

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.

Таким образом, проведение испытаний гидравлического аварийно-спасательного инструмента при его техническом обслуживании позволит по показаниям изменения гидравлического давления и времени перекусывания металлического прутка, различного диаметра, осуществлять диагностику работоспособности ГАСИ в подразделении до и во время эксплуатации.

сийской научно-практической конференции с международным участием. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», 2012. С. 82-87. URL: http://elar.urfu.ru/handle/1234.56789/4053.

References

1. Malkin V. S. Nadezhnost' tekhnich-eskih sistem i tekhnogennyj risk [Reliability of technical systems and man-made risk], Rostov n/D.: Feniks, 2010. 432 p.

2. AndronovA. A. Razrabotka sistemy pokazatelej effektivnosti ekspluatacii transportnyh i tekhnologicheskih mashin lesnogo hozyajstva [Development of a system of indicators of efficiency of operation of transport and technological machines of forestry], Nauchno-tekhnicheskie ve-domosti SPbGPU. Nauka i obrazovanie, 2010, issue 3, pp. 111-114.

3. Repin S. V. Metodologiya sovershenstvovaniya sistemy tekhnicheskoj ekspluatacii stroitel'nyh mashin: avtoref. dis. dr tech. nauk: 05.05.04 [Methodology of improving the system of technical operation of construction ma-

chines: abstract of the thesis for the degree Dr. tech. sci.:05.05.04]. Sankt-Peterburg, 2008. 46 p.

4. StepanovA. S. Gidravlicheskij ava-rijno-spasatel'nyj instrument v skhemah i tablicah [Hydraulic rescue tool in diagrams and tables], M.: Ctrojizdat, 2008. 204 p.

5. Krudyshev V. V., Tuktashev A. V., Fil-ippovA. V. Snizhenie effektivnosti raboty i nadezhnosti gidravlicheskogo avarijno-spasatel'nogo instrumenta v processe ego ek-spluatacii [Reducing the efficiency and reliability of the hydraulic rescue tool during its operation].

Problemy pozharnoj bezopasnosti: puti ih resh-eniya / sovershenstvovanie protivopozharnoj zashchity: materialy vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Ekaterinburg: FGAOU VPO «UrFU imeni pervogo Prezidenta Rossii B.N.EI'cina», 2012, pp. 82-87. URL:

http://elar.urfu.ru/handle/1234.56789/4053.

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 Andrej Dmitrievich

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

Бубнов Андрей Германович

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

доктор химических наук, доцент, профессор кафедры

E-mail: bubag@mail.ru

Bubnov Andrej Germanovich

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

doctor of Chemical Sciences, professor

E-mail: bubag@mail.ru

Бочкарев Артем Николаевич

ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

преподаватель

E-mail: pogarnik1_artem@mail.ru Bochkarev Artem Nikolaevich

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 teacher

E-mail: pogarnik1_artem@mail.ru