CC BY
9
УДК 614.843
РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ЗАЖИМА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАПОРНЫХ ПОЖАРНЫХ РУКАВОВ
В. Е. ИВАНОВ, П. В. ПУЧКОВ, И. А. ЛЕГКОВА
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: [email protected]
Данная статья посвящена проблемам технического обслуживания пожарных напорных рукавов, а именно, проведению ремонта вышедшего из строя на пожаре рукава. Разрыв пожарных напорных рукавов на пожаре происходит из-за механических повреждений при прокладке магистральных и рабочих линий. При этом повышение рабочего давления в рукавной системе приводит к потерям ог-нетушащих веществ и появлению свищей, продольных и поперечных разрывов. В данной статье предлагается техническое решение, направленное на модернизацию ранее разработанной конструкции зажима для восстановления работоспособности пожарного напорного рукава диаметром 55 мм при его поперечном разрыве. С этой целью была разработана трехмерная модель зажима и проведен его прочностной анализ с помощью системы автоматизированного проектирования Autodesk Inventor. На основании результатов проведенных исследований и расчетов проведена конструктивная доработка и предложена новая конструкция зажима, которая имеет меньшие габаритные размеры и вес, а, следовательно, и металлоемкость; при этом обладает высокими показателями надежности и долговечности. Данное устройство позволит в кратчайшие сроки восстанавливать подачу огнетуша-щих веществ при повреждении напорных пожарных рукавов на пожаре.
Ключевые слова: пожарный рукав; повреждение; восстановление работоспособности; устройство; зажим; прочностной анализ.
DEVELOPMENT OF A RATIONAL CLAMP DESIGN FOR RESTORING THE PERFORMANCE OF PRESSURE FIRE HOSES
V. E. IVANOV, P. V. PUCHKOV, I. A. LEGKOVA
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 E-mail: [email protected]
This article is devoted to the problems of maintenance of fire pressure hoses, namely, the repair of a hose that has failed in a fire. The rupture of fire pressure hoses in a fire occurs due to mechanical damage during the laying of main and working lines. At the same time, an increase in working pressure in the hose system leads to the loss of extinguishing agents and the appearance of fistulas, longitudinal and transverse ruptures. This article proposes a technical solution aimed at modernizing the previously developed design of the clamp to restore the functionality of a fire pressure hose with a diameter of 55 mm with its transverse rupture. For this purpose, a three-dimensional model of the clamp was developed and its strength analysis was carried out using the Autodesk Inventor computer-aided design system. Based on the studies and calculations, a structural refinement was carried out and a new clamp design was proposed, which has smaller overall dimensions and weight, and, consequently, metal consumption; at the same time, it has high indicators of reliability and durability. This device will allow you to quickly restore the supply of extinguishing agents in case of damage to pressure hoses in a fire.
Key words: fire hose; damage; recovery; device; clip; strength analysis.
© Иванов В. Е., Пучков П. В., Легкова И. А., 2020
Установлено, что напорные пожарные рукава используются значительно чаще, чем другие виды пожарного оборудования. При этом до 85% отказов пожарного оборудования приходится на долю пожарных напорных рукавов. Однако повышение срока службы пожарных напорных рукавов и уменьшение их дефицита на пожаре достигается не только разработкой новых износостойких материалов, покрытий и технологий для их создания, но и разработкой способов и устройств, позволяющих на пожаре в кратчайшие сроки провести ремонт вышедшего из строя рукава.
При тушении пожара напорные пожарные рукава подвергаются механическим воздействиям, в результате которых происходит повреждение рукава, что в свою очередь влечет снижение количества или полное прекращение подачи огнетушащих веществ, увеличение времени тушения пожара. Основными причинами выхода из строя пожарных напорных рукавов являются: абразивный износ, разрывы и проколы, прогары, порезы оболочки, отслоение внутреннего слоя и разъедание оболочки агрессивными веществами.
Разрыв пожарных напорных рукавов на пожаре происходит из-за механических повреждений при прокладке магистральных и рабочих линий. При этом повышение рабочего давления в рукавной системе приводит к потерям огнетушащих веществ и появлению свищей, продольных и поперечных разрывов.
Следует отметить, что каждая минута пожара приносит огромный материальный ущерб как самому зданию или сооружению, так и материальным ценностям, находящимся в нем. Поэтому чем скорее будет ликвидировано горение, тем меньший ущерб пожаром будет нанесен объекту. В настоящее время отсутствуют устройства, которые могли бы восстановить работоспособность рукавной линии при поперечном разрыве напорного рукава или при его порезе размером более 100 мм [1].
Проанализировав возможные причины отказов пожарных напорных рукавов на пожаре и современные способы устранения их неисправностей в Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России была разработана конструкция нового устройства и изготовлен опытный образец. Данное устройство должно обеспечить оперативное восстановление подачи огнетушащих веществ при поперечном разрыве напорного рукава [2, 3]. Данное устройство представлено на рис. 1.
Достоинствами данного устройства являются: отсутствие прямых аналогов; надежность и простота использования; возможность дальнейшего использования поврежденного рукава при тушении пожара; долговечность. В
качестве недостатка данного устройства можно считать его область применения и достаточно большой вес. Данное устройство подходит только для одного тип-размера рукавов диаметром 55 мм.
Рис. 1. Трехмерная модель устройства для восстановления работоспособности напорных рукавов (в собранном виде): 1 - зажим; 2 - ось; 3 - соединительная втулка с проушиной; 4 - винт «Барашек»;
5 - пожарный напорный рукав
Устройство для восстановления работоспособности напорных рукавов состоит из соединительной втулки с проушиной (3) и установленными на нее двумя зажимами (1) на общей оси (2) (рис. 1).
После опытной эксплуатации разработанного устройства возник вопрос по оптимизации конструкции зажимов данного устройства. Большой запас прочности зажима ведет к повышенной металлоемкости, увеличению массы изделия в целом и повышению себестоимости. Поэтому целью данной работы являлось усовершенствовать конструкцию зажима и нивелировать существующие недостатки. Для решения вопросов модернизации необходимо было решить следующие задачи [4, 5]:
1. Снизить излишнюю металлоемкость зажимов, сохранив прочность.
2. Снизить массу устройства за счет перфорации деталей зажима.
3. Уменьшить габариты устройства.
Для решения данных задач на первом
этапе был произведен обзор современных систем автоматизированного проектирования с встроенным модулями прочностного расчета [6]. На основе проведенных аналитических исследований были выявлены достоинства и недостатки различных программных продуктов, как отечественного производства, так и зарубежного. Данные исследования позволили определить оптимальный программный продукт, который кроме модулей для прочностного
расчета имеет модуль генератора форм, данной программой является система автоматизированного проектирования Autodesk Inventor. Алгоритм расчета с помощью модуля генератора форм в программе Autodesk Inventor можно разделить на три этапа: на первом этапе разрабатывается трехмерная модель детали; на втором этапе готовая модель загружается в модуль расчета, где присваивается материал, задаются нагрузки и зависимости; на третьем этапе корректируется исходная модель на основании расчета.
В программе Autodesk Inventor была разработана трехмерная модель зажима. Да-
лее был произведен прочностной расчет и исследования в генераторе форм. Перед проведением исследований, разработанной детали присвоили материал Сталь 40 ГОСТ 2590-2006 (Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый), затем задали зависимости и приложенные силы (рис. 2а). Также были указаны области, которые необходимо исключить из расчета. В генераторе форм были настроены параметры сетки для обеспечения более точного расчета и заданы параметры для сокращения исходной массы детали в процентах. Результат выполненных расчетов в генераторе форм представлен на рис. 2б.
Рис. 2. Результат расчета детали в генераторе форм программы Autodesk Inventor: а - создание прочностного расчета, б - итоговый расчет с помощью генератора форм
При проведении исследований с помощью генератора форм программы Autodesk Inventor изменялись параметры сохранения исходной массы. Исследования проводились с шагом 5% снижения веса детали. С каждым шагом рассчитанная форма детали добавлялась в трехмерную модель, далее при включенном каркасном режиме отображения вида 3D-модель корректировалась в соответствии с расчетом [7]. Так как форма детали, ее вес и размер менялись, то после каждого шага производился прочностной анализ с вычислением напряжений, коэффициента запаса прочности, а также деформация детали при постоянном одинаковом нагружении. При этом допускаемое напряжение для стали 40, согласно справочным данным, было принято 160 МПа. Исследования производились до превышения допускаемых напряжений. По результатам
проведенных исследований была построена зависимость напряжений, возникающих в зажиме от оптимизации формы, выражающейся в снижении веса конструкции (рис. 3).
Как видно из графика, при доработке конструкции и снижении веса детали более чем на 65% возникают напряжения, превышающие допускаемое напряжение в 160 МПа, что не допустимо для выбранного материала. Произведенные исследования позволили разработать новую конструкцию зажима. На рис. 4а и 4б представлены старая конструкция зажима и новая. Все трехмерные модели устройства после оптимизации в программе Autodesk Inventor, выполнены в трёхмерной системе автоматизированного проектирования и черчения AutoCAD.
Анализ напряжений в результате оптимизации формы
II
80.00
о О 70.00
1 60.00
Ö п 50.00
-
■J 40.00
m
и 30.00
Е
и * 20.00
Е 10.00
О
0.00
64.25 69.47
57.72
35.33 41.ilУ
27.24
15.42^
0.00/
28.8
29.0 32.0 38.1 78.3 86.9 Напряжение . МПа
106.6
219.1
Рис. 3. Результаты исследований
Рис. 4. Трехмерная модель конструкции зажимов в положении «ЗАКРЫТО»: 1 - верхнее полукольцо; 2 - нижнее полукольцо; 3 - прижимная скоба; 4 - кронштейн; 5 - шарнир; 6 - оребрение; 7 - перфорация; 8 - ребра жесткости: а - зажим старого образца;
б - зажим нового образца
Зажим нового образца (рис. 4б) имеет меньшую массу, а, следовательно, и металлоемкость. В корпусе зажима предусмотрена перфорация для снижения веса конструкции. Перфорация не снижает прочности конструкции зажима, но при этом значительно снижает вес устройства. Также усовершенствована прижимная скоба зажима, она стала легче и компактнее [7]. В ходе работы была изменена
конструкция шарнира, обеспечивающего подвижность верхнего и нижнего полуколец.
После конструктивной доработки конструкции зажима устройства значительно уменьшились его габариты (рис. 5). Габаритные размеры старого и нового образца зажимов составляют 95 х 94 мм и 62 х 69 мм соответственно.
Рис. 5. Зажим в закрытом положении (главный вид): а - старого образца; б - нового образца
Соединительная втулка с проушиной поз.3 (рис. 1) на которую помещаются и фиксируются концы пожарных рукавов конструктивных изменений не претерпела.
На основании проведенных исследований и расчетов можно сделать вывод, что раз-
работанная конструкция зажима обладает высокими показателями надежности, металлоемкости и долговечности, и данное устройство позволит в кротчайшие сроки восстанавливать подачу огнетушащих веществ при повреждении напорных пожарных рукавов.
Список литературы
1. Пучков П. В., Иванов В. Е. Повышение долговечности соединительных рукавных головок напорных рукавов // Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной безопасности объектов: материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, посвященной Году гражданской обороны. Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2017. С. 186-188.
2. Пучков П. В., Борисов Д. В. Разработка конструкции устройства для восстановления работоспособности рукавных систем на пожаре // Предупреждение. Спасение. Помощь: сборник материалов XXVII Международной научно-практической конференции, посвященной 85-й годовщине создания гражданской обороны и 25-летию со дня образования Академии. Химки, 2017. С. 16-19.
3. Пучков П. В., Костяев А. А. Устройство для восстановления работоспособности рукавных систем на пожаре при поперечном разрыве напорного рукава // Современные по-
жаробезопасные материалы и технологии: сборник материалов Международной научно-практической конференции, посвященной Году гражданской обороны. Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2017. С. 321-326.
4. Пучков П. В., Суконщиков А. А. Новые технические решения, направленные на повышение долговечности соединительных рукавных головок // Надежность и долговечность машин и механизмов: сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2018. С.240-242.
5. Иванов В. Е, Талащенко А. О. Современное оборудование для обслуживания и сушки пожарных рукавов // Пожарная и аварийная безопасность: сборник материалов XIII Международной научно-практической конференции, посвященной Году культуры безопасности. Часть I. Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2018. С. 521-522.
6. Легкова И. А., Зарубин В. П., Иванов В. Е. Использование трехмерной графики при изучении устройства узлов механизмов // Аграрная наука в условиях модернизации и инновационного развития АПК России: сборник материалов Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, посвященной 85-летию Ивановской государственной сельскохозяйственной академии имени Д.К. Беляева. Иваново, 2015. С.140-143.
7. Иванов В. Е. Снижение металлоемкости конструкции средствами Autodesk Inventor // Надежность и долговечность машин и механизмов: сборник материалов X Всероссийской научно-практической конференции. Иваново: ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2019. С.427-429.
References
1. Puchkov P. V., Ivanov V. E. Povysheni-ye dolgovechnosti soyedinitel'nykh rukavnykh golovok napornykh rukavov [Increasing the durability of connecting sleeve heads of pressure hoses]. Aktual'nyye voprosy sovershenstvovaniya inzhenernykh sistem obespecheniya pozharnoy bezopasnosti ob»yektov: materialy IV Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy Godu grazhdanskoy oborony. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2017, pp. 186-188.
2. Puchkov P. V., Borisov D. V. Razrabot-ka konstruktsii ustroystva dlya vosstanovleniya rabotosposobnosti rukavnykh sistem na pozhare [Development of a device design for restoring the performance of bag systems in a fire]. Preduprezhdeniye. Spaseniye. Pomoshch': sbornik materialov XXVII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy 85-y godovshchine sozdaniya grazhdanskoy oborony i 25-letiyu so dnya obra-zovaniya Akademii. Khimki, 2017, pp.16—19.
3. Puchkov P. V., Kostyayev A. A. Ustroystvo dlya vosstanovleniya rabotosposobnosti rukavnykh sistem na pozhare pri poperech-nom razryve napornogo rukava [Device for restoring the performance of bag systems in a fire when
the pressure hose is transversely ruptured]. Sov-remennyye pozharobezopasnyye materialy i tekhnologii: sbornik materialov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy Godu grazhdanskoy oborony. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2017, pp. 321326.
4. Puchkov P. V., Sukonshchikov A. A. Novyye tekhnicheskiye resheniya, napravlennyye na povysheniye dolgovechnosti soyedinitel'nykh rukavnykh golovok [New technical solutions aimed at increasing the durability of connecting sleeve heads]. Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik materialov IX Vse-rossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2018, pp. 240-242.
5. Ivanov V. E, Talashchenko A. O. Sov-remennoye oborudovaniye dlya obsluzhivaniya i sushki pozharnykh rukavov [Modern equipment for servicing and drying fire hoses]. Pozharnaya i avariynaya bezopasnost': sbornik materialov XIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy Godu kultury bezopasnosti. Chast' I. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2018, pp. 521-522.
6. Legkova I. A., Zarubin V. P., Ivanov V. E. Ispol'zovaniye trekhmernoy grafiki pri izuchenii ustroystva uzlov mekhanizmov [Using three-dimensional graphics in the study of the device nodes mechanisms]. Agrarnaya nauka v usloviyakh modernizatsii i innovatsionnogo razviti-ya APK Rossii: sbornik materialov Vserossiyskoy nauchno-metodicheskoy konferentsii s mezhdu-narodnym uchastiyem, posvyashchennoy 85-letiyu Ivanovskoy gosudarstvennoy sel'skokho-zyaystvennoy akademii imeni D.K. Belyayeva. Ivanovo, 2015, pp. 140-143.
7. Ivanov V. E. Snizheniye metalloyem-kosti konstruktsii sredstvami Autodesk Inventor [Reducing the metal content of the structure using Autodesk Inventor tools]. Nadezhnost' i dolgovechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik materialov X Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2019, pp. 427-429.
Иванов Виталий Евгеньевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected]
Ivanov Vitaly Evgenievich
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 tech. sciences, senior lecturer
E-mail; [email protected]
Пучков Павел Владимирович
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, старший преподаватель
E-mail: [email protected]
Puchkov Pavel Vladimirovich
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 tech. sciences, senior lecturer
E-mail: [email protected]
Легкова Ирина Анатольевна
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, доцент, доцент
E-mail: [email protected]
Legkova Irina Anatolievna
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 tech. sciences, assistant professor, senior lecturer E-mail: [email protected]
