CC BY
15
УДК 614.843
РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАПОРНЫХ ПОЖАРНЫХ РУКАВОВ
В. Е. ИВАНОВ, П. В. ПУЧКОВ, И. А. ЛЕГКОВА, А. А. ПОКРОВСКИЙ
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: [email protected]
В данной статье пойдет речь о новых технических решениях, позволяющих оперативно восстанавливать работоспособность рукавных систем на пожаре при повреждении оболочки напорных пожарных рукавов. В статье предлагается несколько новых конструкций рукавных зажимов, которые позволяют устранить утечку огнетушащих веществ в пожарном напорном рукаве, в результате прокола или пореза оболочки напорного рукава. Конструкции зажимов позволяют оперативно установить их на поврежденный участок пожарного рукава без прекращения подачи огнетушащих средств в рукавной линии. Также описывается конструкция устройства для закрепления оболочки пожарного напорного рукава на втулке соединительной головки без использования специализированного оборудования. При разработке конструкций данных устройств были проведены прочностные исследования в системе автоматизированного проектирования AutoDESK Inventor для достижения оптимальных критериев надежности, работоспособности и долговечности. Такой подход позволяет снизить металлоемкость как отдельных деталей, так и в целом всего устройства, при сохранении прочностных характеристик разрабатываемых конструкций устройств для восстановления работоспособности напорных пожарных рукавов.
Ключевые слова: пожарный рукав; повреждение; восстановление работоспособности; устройство; зажим; прочностной анализ.
DEVELOPMENT OF TECHNICAL SOLUTIONS FOR RESTORING THE OPERABILITY OF PRESSURE FIRE HOSES
V. E. IVANOV, P. V. PUCHKOV, I. A. LEGKOVA, A. A. POKROVSKY
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: [email protected]
This article will focus on new technical solutions that allow you to quickly restore the operability of hose systems in a fire when the shell of pressure fire hoses is damaged. The article offers several new designs of sleeve clamps that allow you to eliminate the leakage of fire extinguishing substances in the fire pressure sleeve, as a result of a puncture or cut of the shell of the pressure sleeve. The designs of the clamps allow them to be quickly installed on the damaged section of the fire hose without stopping the supply of fire extinguishing agents in the hose line. The design of the device for fixing the shell of the fire pressure hose on the bushing of the connecting head without the use of specialized equipment is also described. When developing the designs of these devices, strength studies were carried out in the AutoDESK Inventor computer-aided design system to achieve optimal criteria for reliability, operability and durability. This approach allows you to reduce the metal consumption of both individual parts and the entire device as a whole, while maintaining the strength characteristics of the developed structures of devices for restoring the opera-bility of pressure fire hoses.
Key words: fire hose; damage; recovery; device; clip; strength analysis.
© Иванов В. Е., Пучков А.П. В., Легкова И. А., Покровский А. А., 2021
Целью данной научной работы является разработка технических решений по созданию новых конструкций зажимов для напорных пожарных рукавов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: выполнить анализ возможных причин отказов напорных пожарных рукавов на пожаре; провести патентный поиск существующих аналогов устройств для устранения течи в пожарных напорных рукавах, разработать новые конструкции рукавных зажимов; провести исследования с целью оптимизации элементов конструкций, разработанных рукавных зажимов.
Известно, что напорные пожарные рукава используются значительно чаще, чем другие виды пожарно-технического оборудования. При этом доля отказов в работе пожарных рукавов составляет львиную долю среди отказов пожарно-технического оборудования. Однако оперативное восстановление работоспособности пожарных напорных рукавов и уменьшение их дефицита на пожаре можно обеспечить разработкой новых способов и устройств, позволяющих на пожаре в кратчайшие сроки провести ремонт вышедшего из строя рукава. При тушении пожара напорные пожарные рукава работают в тяжелых и зачастую в экстремаль-
ных условиях эксплуатации. Они подвергаются различного рода механическим воздействиям - абразивному износу, истиранию, разрывам, проколам, порезам оболочки т.д., в результате которого происходит повреждение рукава, что в свою очередь влечет снижение количества или полное прекращение подачи огнетушащих веществ и как следствие увеличение времени тушения пожара. Механическое повреждение 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 огнетуша-щих веществ и появлению свищей, продольных и поперечных разрывов.
Проведя анализ возможных причин отказов напорных пожарных рукавов на пожаре и современных способов устранения их неисправностей в Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России было разработано несколько технических решений по созданию устройств для восстановления работоспособности рукавных линий на пожаре.
На рис. 1 представлена конструкция зажима для восстановления пожарного напорного рукава диаметром 51 мм, при образовавшемся проколе или порезе оболочки.
Рис. 1. Трехмерная модель конструкции рукавного зажима: 1 - нижнее полукольцо; 2 - верхнее полукольцо; 3 - прижимная скоба; 4 - кронштейн; 5 - ребро жесткости; 6 - перфорация; 7 - шарнир; 8 - прижимная пластина; 9 - замок; 10 - ригель; 11 - «открыватель»: а - зажим в положении «ЗАКРЫТ»; б - зажим в положении «ОТКРЫТ»
Данное устройство обладает следующими достоинствами: возможность дальнейшего использования поврежденного рукава при тушении пожара; простота использования; надежность и долговечность. В качестве недостатка можно отметить его ограниченную область применения - данное устройство подходит только для одного тип-размера рукавов диаметром 51 мм.
Зажим состоит из двух подвижно соединенных полуколец (1 и 2) посредством двух шарниров (7). На верхнем полукольце закреплена прижимная пластина (8), которая служит для предотвращения утечки огнетушащего вещества из пожарного рукава в случае его пореза или прокола. Зажим надежно фиксируется на пожарном рукаве за счет прижимной скобы (3) и замка (9). Прижимная скоба (3) может свободно вращаться вокруг оси, прикрепленной на кронштейне (4). Ригель (10) прижимной скобы входит в зацепление с замком (10), а прижимная скоба (3) совмещается с верхним полукольцом. Для раскрытия зажима на прижимной скобе (3) для имеется полукруглый вырез «открыватель» (11). Для обеспечения легкости конструкции зажима в нижнем полукольце (1), прижимной скобе (3) и в кронштейне (4) выполнена перфорация.
В результате экспериментальной эксплуатации опытного образца разработанного устройства возник вопрос об оптимизации его
конструкции. Большой запас прочности зажима ведет к повышенной металлоемкости, увеличению размеров и массы устройства в целом, что приводит к сложностям при его эксплуатации и повышению его себестоимости. Поэтому для устранения существующих недостатков было принято решение модернизировать конструкцию зажима [4, 5] с целью уменьшить габариты устройства; снизить его массу за счет перфорации деталей зажима; уменьшить излишнюю металлоемкость зажимов, сохранив при этом их прочность.
Для усовершенствования конструкции зажима в графическом редакторе Autodesk Inventor была разработана его трехмерная модель [6], не ее основе были проведены исследования в генераторе форм, при помощи расчетного модуля был произведен прочностной расчет устройства. Перед проведением исследований разработанной детали был присвоен материал Сталь 40 ГОСТ 2590-2006 (Прокат сортовой стальной горячекатаный круглый), заданы зависимости и приложены 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 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
Эй-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 спра-
График показывает, что при доработке конструкции и снижении веса детали более чем на 65 % возникают напряжения, превышающие допускаемое для выбранного материала напряжение в 160 МПа. Таким образом, проведенные исследования позволили разработать новую конструкцию зажима. Все трехмерные модели устройства после оптимизации в программе Autodesk Inventor, выполнены в трёхмерной системе автоматизированного проектирования и черчения AutoCAD.
Разработанная конструкция устройства может быть применена только для определенного диаметра пожарного рукава, поэтому было принято решение разработать универсальную конструкцию зажима, которая будет применяться как для рукавов диаметром 51 мм, так и для диаметра 66 мм и 77 мм. На рис. 4 представлена конструкция ленточного устройства «Бандаж-1» для устранения течи в пожарных руках диаметром 51, 66 и 77 мм.
вочным 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).
Рис. 4. Ленточный зажим: 1 - рукоятка, 2 - корпус, Э - текстильный материал
Анализ напряжений в результате оптимизации формы и веса детали в генераторе форм программы Inventor
ЕС
i
Ö п
я и и
03
й Е
г» *
к
U
80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
64.25 69.47
57.72
Л 3 "> j
35.33 4 l.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
Разработанное устройство состоит из корпуса (2), рукоятки (1) и текстильного материала (3). Текстильный материал крепится, с одной стороны, к корпусу устройства. Для ликвидации течи пожарного рукава, необходимо обернуть один раз вокруг рукава текстильным материалом, пропустить между рукояткой и корпусом и зажать рукояткой материал. Для этого на рукоятке предусмотрены зубья, чтобы прочно закрепить материал. Наиболее слабым и уязвимым местом является два шипа рукоятки, которые вставляются в отверстия в корпусе устройства. Одним из достоинством данного устройства является то, что в качестве текстильного материала возможно использовать
материал с технически неисправных пожарных рукавов.
В ходе работы был произведен прочностной расчет конструкции устройства. Перед расчетом сначала назначили материал Сталь 45. Далее указали опоры (шарнир и защемление), задали нагрузку. Приняли допускаемое значение для стали 160 МПа. По результатам первого расчета поперечное сечение рукояти оказалось мало, так как напряжение превысило допускаемые значения (рис. 5.). Поэтому поперечное сечение рукояти было изменено в сторону увеличения и заново произведен расчет.
Рис. 5. Показатель смещения рукояти при фиксации зажима на пожарном рукаве
Часто пожарные рукава повреждаются именно в месте соединения с соединительной головкой [2]. В этом случае восстановление их работоспособности невозможно в полевых условиях, поскольку установить рукавный зажим в этом месте нет возможности, а удалить поврежденную часть и заново произвести навязку рукава возможно лишь в условиях мастерской. Поэтому, актуальной задачей является разработка относительно простого по конструкции, но эффективного устройства для крепления пожарных рукавов к соединительным головкам. Дополнительным требованием к такому устройству может являться получение разъемного соединения.
На рис. 6 представлена конструкция для крепления пожарного напорного рукава на втулке соединительной головки.
Устройство закрепляется на соединительной головке (1) на которой помещается оболочка пожарного напорного рукава. Устройство состоит из пружинного зажима (2) и фиксатора (3). Пружинный зажим (2) представляет из себя цилиндрическую втулку, состоящую их пластинчатых пружин, каждый изгиб которых имеет треугольный профиль. Пластинчатые пружины, с одной стороны, прикреплены к ободу и ориентированы вдоль оси соединительной головки. Шаг треугольного профиля пружинного зажима (2) соответствует шагу ребер на втулке соединительной головки (1). Длина пружинного зажима (2) соответствует длине втулки соединительной головки (1). Фиксатор (3) выполнен в виде цилиндрической втулки на внутренней поверхности которой размещаются упоры. Шаг упоров советует шагу треугольного профиля пружинного зажима (2).
Рис. 6. Модель устройства для крепления пожарного рукава к соединительной головке 1 - головка соединительная, 2 - пружинный зажим, 3 - фиксатор
Работает устройство следующим образом. На пожарный рукав последовательно надевается фиксатор (3) и пружинный зажим (2), таким образом, чтобы незакрепленные концы пружин были ориентированы к срезу рукава. Пружинный зажим (2) и фиксатор (3) сдвигаются вдоль рукава, что бы остался свободный конец, равный длине втулки соединительной головки 1, плюс 10-30 мм. Рукав свободным концом одевается на втулку соединительной головки (1) до упора, затем до упора вдоль рукава сдвигается пружинный зажим (2). Для закрепления рукава на соединительной головке (1) фиксатор (3) сдвигается вдоль рукава на пружинный зажим (2) таким образом, чтобы выступы фиксатора (3) уперлись в треугольный профиль. Затем осуществляется нажатие на торец фиксатора (3), при этом со стороны пластинчатых пружин создается усилие, действующее на рукав и прижимающее его к штуцеру соединительной головки (1). Жесткость пружин должна обеспечивать необходимое усилие прижатия что бы предотвратить срыв пожарного рукава со втулки соеди-
нительной головки (1) при подаче в рукав воды под давлением. Что бы разобрать соединение достаточно создать усилие на фиксаторе (3) вдоль оси в противоположную соединительной головке сторону. Возможность быстрого отсоединения позволит незамедлительно устранять повреждения рукава, возникающие в непосредственной близости к соединительной головке, а также дает возможность его многократного использования.
Таким образом, предлагаемое устройство позволит решить ряд проблем возникающих при эксплуатации напорных пожарных рукавов.
Вывод: В результате проведенного анализа причин отказов пожарных напорных рукавов на пожаре и анализа существующих рукавных зажимов для устранения утечки огне-тушащих веществ из напорных пожарных рукавов, разработаны новые конструкции устройств для восстановления работоспособности рукавных линий без использования специализированного оборудования непосредственно на месте тушения пожара.
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 пожаробезопасные 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 Vse-rossiyskoy 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 dol-govechnost' mashin i mekhanizmov: sbornik ma-terialov X Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Ivanovo: FGBOU VO Ivanovskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2019. pp. 427-429.
Иванов Виталий Евгеньевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, доцент
E-mail: [email protected]
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, senior lecturer
E-mail: [email protected]
Пучков Павел Владимирович
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 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: [email protected]
Легкова Ирина Анатольевна
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 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, assistant professor, senior lecturer E-mail: [email protected]
Покровский Аркадий Алексеевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, доцент, доцент
E-mail: [email protected]
Pokrovsky Arkady Alekseevich
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, assistant professor, senior lecturer E-mail: [email protected]
