РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА СО СТРОПОРЕЗОМ ДЛЯ РАЗБИВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ СТЕКОЛ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 614.8

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА СО СТРОПОРЕЗОМ ДЛЯ РАЗБИВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ СТЕКОЛ

В. Е. ИВАНОВ, П. В. ПУЧКОВ, А. В. ТОПОРОВ

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: vitaliyivanov@yandex.ru

В данной статье пойдет речь о разработке конструкции устройства для разбивания автомобильных стекол, оснащенного стропорезом и стеклобоем с пружинным механизмом. Данное устройство предназначено для безопасного и оперативного разбивания автомобильного стекла в аварийных ситуациях. При разработке устройства применялись системы автоматизированного проектирования AutoDESK AutoCAD, AutoDESK Inventor и технология трехмерной печати.

Ключевые слова: конструкция, устройство, аварийная ситуация, 3D-печать, автомобильное стекло, боек.

DESIGN DEVELOPMENT OF A DEVICE WITH A SLINGER FOR BREAKING CAR WINDOWS

V. E. IVANOV, P. V. PUCHKOV, A. V. TOPOROV

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education

«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo E-mail: vitaliyivanov@yandex.ru

In this article we will talk about the design of a device for breaking car windows, which is equipped with a slinger and a pressure-type cullet mechanism. This device is designed for safe and prompt breaking of car glass in emergency situations. During the development of the device, computer-aided design systems AutoDESK AutoCAD, AutoDESK Inventor and three-dimensional printing technology were used.

Key words: design, device, emergency, 3D printing, car glass, firing pin.

В России ежегодно происходит большое количество дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Согласно статистике, представленной на официальном сайте Госавтоинспекции, за период с января по сентябрь 2021 года количество ДТП снизилось на 10,04 % и составило 96314 ДТП. Достаточно часто для тушения пожаров на транспорте и проведения аварийно-спасательных работ при ДТП привлекаются аварийно-спасательные службы и пожарные расчеты. При проведении данных работ пожарные и спасатели, сталкиваются с ситуацией, когда необходимо оперативно извлечь пострадавших из транспортного средства. Иногда вследствие ДТП происходит деформация кузова автомобиля, что нередко приводит к заклиниванию дверей. Для разбивания стекла автомобиля при заклиненных

© Иванов В. Е., Пучков П. В., Топоров А. В., 2022

дверях, в таких случаях применяются либо шанцевый инструмент, либо специальные инструменты - стеклобои [1, 2]. В настоящее время существует множество конструкций стеклобоев отличающихся по принципу работы и по габаритам. Целью данной работы является разработка приспособления для разбивания стекол и перерезания ремней безопасности, позволяющего без затруднений его использовать пожарными и спасателями в средствах индивидуальной защиты при спасении людей на транспорте. Так же данным устройством предлагается оснастить личные автомобили автовладельцев для самостоятельного оперативного самоспасания из автомобиля при ДТП.

На первом этапе работы проведен обзор конструкций аналогичных устройств, применяемых в России и в зарубежных странах. На рис. 1 представлены типовые конструкции стеклобоев.

Рис. 1. Существующие конструкции стеклобоев: а) Стеклобой пружинный Holmatro (Нидерланды), б) Стеклобой нажимной Viking Nordway (КНР), в) Молоток аварийный (Россия), г) Стеклобой с функцией стропореза, SafetyPen (ФРГ)

Проведенный выше анализ показал, что каждая из представленных конструкций обладает своими достоинствами и недостатками. Так, например, стеклобой пружинный Holmatro требует использования обеих рук для удержания стеклобоя и взведения пружины бойка, что в аварийных ситуациях зачастую бывает невозможно. Другие устройства имеют малые габаритные размеры, что доставляет неудобство или делает невозможным применение данных устройств пожарными, работающих в крагах. Кроме анализа конструкций стеклобоев был проведен анализ конструкций стропорезов. На рис. 2 представлены различные конструкции стропорезов.

Представленные конструкции стропорезов применяются в чрезвычайных ситуациях, как спецслужбами, так и гражданским населением. Одним из преимуществ, представленных на рисунках 2а и 2в стропорезов, являются

сменные лезвия. Все рассмотренные стропо-резы хорошо перерезают как ремни безопасности, так и веревки, и стропы.

Рассмотрев различные конструкции стропорезов и выявив их достоинства и недостатки, были применены новые инженерно-технические решения, которые позволили учесть особенности работы пожарных и спасателей с оборудованием в средствах индивидуальной защиты. Разработка новой конструкции приспособления для разбивания стекол осуществлялась с применением систем автоматизированного проектирования AutoDESK AutoCAD и AutoDESK Inventor с целью последующего изготовления опытного образца при помощи технологии трехмерной печати. На рис. 3 представлено разработанное устройство, которое оснащено бойком и «V»- образным лезвием для перерезания строп или ремней безопасности [3-8].

Рис. 2. Конструкции стропорезов: а) Нож GERBER VITAL ZIP (США), б) Стропорез Benchamde Strap Cutter 7BLKW (США), в) Стропорез Ceramic Mares XR (Италия), г) Стропорез Ontario Asek 1403 (США)

Рис. 3. Конструкция разработанного устройства: 1 - корпус устройства, 2 - зажим-клипса, 3 - насечка, 4 - винт крепежный,

5 - отверстие для крепления темляка,

6 - ^образный стропорез, 7 - гарда, 8 - корпус механизма для разбивания

стекла, 9 - боек

При изготовлении опытного образца разработанной конструкции стеклобоя с применением технологии трехмерной печати было уделено особое внимание оптимизации его удельной прочности. При проведении экспериментальных исследований необходимо было определить оптимальное соотношение затрачиваемого материала на изготовление

■ wanhao-13

Файл Инструменты Принтер Под роб Основные Продвинутые Расширения Star

Качество

Высота слоя (мм) [□.Z5 |

Толщина стенки (мм) |о.8 ~|

Включить откат 1^1

Заполнение

Толщина Низ/Верк (мм) |о.6 |

Плсгтосгь заполнения 1100 Скорость и температура

Сирость печати (мм/3 50 ~

Температура печати (С) Температура стола (С; 60

Поддержка

Twi поддержки Везде

Тип прилипания к столу Нет

Нить

Диаметр (мм) 1. ~

Текучесть (•/.) 1100.0

При подготовке образцов для проведения эксперимента задавались следующие неизменяемые параметры: температура печати -2200С, высота слоя - 0,25 мм, толщина стенки - 0,8 мм, температура стола - 600С, материал

устройства при сохранении достаточной прочности конструкции. Экспериментальные исследования проводились с применением лабораторного оборудования «Маятниковый копер». Для проведения ряда экспериментов были подготовлены образцы из пластика PLA с площадью поперечного сечения 0,36 см2 (рис. 4).

для 3D-печати - PLA пластик. Плотность заполнения образца изменялась с шагом в 10 % в интервале от 30 % до 100 %. На рис. 5 показана зависимость затрачиваемой работы на разрушение образца от плотности заполнения.

Рис. 4. Подготовка образцов к 3D-печати

0,5 -•-+-

0 -

о го ад 60 во юо %

Рис. 5. Зависимость затрачиваемой работы на разрушение образца от плотности заполнения

Как видно из рис. 5, затрачиваемая работа на разрушение образца при 70 % заполнении ниже, чем при 60 % заполнении. Это можно объяснить тем, что внутри детали увеличивается количество концентраторов напряжения при заполнении внутренней части детали в виде сеточной (ромбовидной) структуры. Далее для каждого эксперимента рассчитывалась ударная вязкость образца (кДж/см2). При плотности заполнения образца

Список литературы

1. Иванов И. В., Пучков П. В. Разработка ручного инструмента для разбивания автомобильных стекол в аварийных ситуациях // Пожарная и аварийная безопасность: сборник материалов XVI Международной научно-практической конференции, посвященной проведению в Российской Федерации Года науки и технологий в 2021 году и 55-летию учебного заведения. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021. С. 293-295.

2. Суконщиков А. А., Пучков П. В. Восстановление деталей механизмов с помощью 3D печати //: Надежность и долговечность машин и механизмов: cборник материалов X Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019. С.540-543.

3. Вокуев Д. Н., Иванов В. Е., Пучков П. В. Современное программное обеспечение для визуализации проектных решений // Надежность и долговечность машин и механизмов: сборник материалов VIII Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2017. С. 456-459.

на 60 % ударная вязкость составила 0,99 кДж/см2,а при заполнении на 70 % -0,9 кДж/см2. Эксперимент показал, что при уменьшении плотности заполнения на 10 %, ударная вязкость изменилась всего 0,09 %.

Исходя из результатов экспериментальных исследований выявлено, что для обеспечения необходимой и достаточной прочности и жесткости конструкции корпуса стеклобоя необходимо обеспечить плотность заполнения формы при 3D-печати в пределах 60-70 %. При увеличении плотности заполнения формы до 80-90 % расход материала увеличивается на 10-20 % соответственно, а прочность конструкции возрастает незначительно (рис. 5).

Вывод: проведен анализ существующих устройств, предназначенных для разбивания автомобильных стекол и для перерезания строп, и ремней безопасности. Разработана новая конструкция комбинированного устройства, которое позволит его использовать пожарными и спасателями в средствах индивидуальной защиты для оперативного и безопасного разбивания стекол и перерезания ремня безопасности в автомобиле при спасении людей.

4. Иванов В. Е., Легкова И. А., Пучков П. В. Применение современного программного продукта для трехмерного моделирования деталей и узлов пожарной техники // Пожарная и аварийная безопасность. 2017. № 2 (5). С.53-65.

5. Иванов В. Е. Снижение металлоемкости конструкции средствами Autodesk Inventor // Надежность и долговечность машин и механизмов:сборник материалов X Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019. С. 427-429.

6. Иванов В. Е., Головатенко А. Ю. Современное программное обеспечение для проведения прочностных исследований разрабатываемых конструкций // Надежность и долговечность машин и механизмов: сборник материалов XII Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021. С.224-227.

7. Иванов В. Е., Пучков П. В. Исследование технического состояния объектов машиностроения на основе компьютерного моделирования на примере разработки зажимов для устранения неисправностей пожарных рукавов // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021. № 12. С. 543-546.

8. Иванов В. Е., Пучков П. В. Использование современных методов исследования при разработке новых конструкций зажимов для восстановления работоспособности напорных пожарных рукавов и оценка их технического состояния на основе компьютерного моделирования // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2021. № 3. С. 114-118.

References

1. Ivanov I. V., Puchkov P. V. Razrabotka ruchnogo instrumenta dlya razbivaniya avtomo-bil'nykh stekol v avariynykh situatsiyakh [Development of a hand tool for breaking car windows in emergency situations]. Pozharnaya i avariynaya bezopasnost': sbornik materialov XVI Mezh-dunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy provedeniyu v Rossiyskoy Federatsii Goda nauki i tekhnologiy v 2021 godu i 55-letiyu uchebnogo zavedeniya. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2021, pp. 293-295.

2. Sukonshchikov A. A., Puchkov P. V. Vosstanovleniye detaley mekhanizmov s pomoshch'yu 3D pechati [Restoration of mechanism parts using 3D printing]. Nadezhnost' i dol-govechnost' mashin i mekhanizmov: cbornik materialov X Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2019, pp. 540-543.

3. Vokuev D. N., Ivanov V. E., Puchkov P. V. Sovremennoye programmnoye obespecheniye dlya vizualizatsii proyektnykh resheniy [Modern software for visualization of design solutions]. Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik materialov VIII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konfeentsii. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2017, pp. 456459.

4. Ivanov V. E., Legkova I. A., Puchkov P. V. Primeneniye sovremennogo pro-grammnogo produkta dlya trekhmernogo mod-elirovaniya detaley i uzlov pozharnoy tekhniki [Application of a modern software product for

three-dimensional modeling of parts and components of fire equipment]. Pozharnaya i avariynaya bezopasnost'. 2017, vol. 2 (5), pp. 53-65.

5. Ivanov V. E. Snizheniye metalloyem-kosti konstruktsii sredstvami Autodesk Inventor [Reduction of metal consumption of the structure by means of Autodesk Inventor] // Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik materialov X Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2019. pp. 427-429.

6. Ivanov V. E., Golovatenko A. Yu. Sovremennoye programmnoye obespecheniye dlya provedeniya prochnostnykh issledovaniy raz-rabatyvayemykh konstruktsiy [Modern software for conducting strength studies of developed structures] // Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik materialov XII Vse-rossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2021, pp. 224227.

7. Ivanov V. E., Puchkov P. V. Issledo-vaniye tekhnicheskogo sostoyaniya ob"yektov mashinostroyeniya na osnove komp'yuternogo modelirovaniya na primere razrabotki zazhimov dlya ustraneniya neispravnostey pozharnykh rukavov [Investigation of the technical condition of mechanical engineering objects based on computer modeling on the example of the development of clamps for troubleshooting fire hoses]. Sborka v mashinostroyenii, priborostroyenii, 2021, issue 12, pp. 543-546.

8. Ivanov V. E., Puchkov P. V. Ispol'zovaniye sovremennykh metodov issledo-vaniya pri razrabotke novykh konstruktsiy zazhimov dlya vosstanovleniya rabotosposobnosti napornykh pozharnykh rukavov i otsenka ikh tekhnicheskogo sostoyaniya na osnove komp'yuternogo modelirovaniya [The use of modern research methods in the development of new clamp designs for restoring the operability of pressure fire hoses and assessing their technical condition based on computer modeling]. Sborka v mashinostroyenii, priborostroyenii, 2021, issue 3, pp. 114-118.

Иванов Виталий Евгеньевич

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

кандидат технических наук, доцент

E-mail: vitaliyivanov@yandex.ru

Ivanov Vitaly Evgenievich

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo

candidate of tech. sciences, associate professor E-mail: vitaliyivanov@yandex.ru

Пучков Павел Владимирович

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

кандидат технических наук, старший преподаватель

E-mail: palpuch@mail.ru

Puchkov Pavel Vladimirovich

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of

State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination

of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

candidate of tech. sciences, senior lecturer

E-mail: palpuch@mail.ru

Топоров Алексей Валерьевич

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,

Российская Федерация, г. Иваново

кандидат технических наук, доцент

E-mail: ironaxe@mail.ru

Toporov Alexey Valerievich

Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of

State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination

of Consequences of Natural Disasters»,

Russian Federation, Ivanovo

candidate of tech. sciences, associate professor

E-mail: ironaxe@mail.ru