СПАСАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК A62B1/08 

Техническое решение относится к устройствам для гравитационного спуска спасаемых с верхних этажей горящих зданий, при горно-спасательных работах, при эвакуации людей из терпящих бедствие судов воздушного и водного транспорта.

Известны спасательные устройства для гравитационного спуска людей по закрепленному сверху прочному, гибкому или эластичному несущему элементу - канату, тросу, фалу, ленте и т.п. [1-6].

Все эти устройства содержат тросовый барабан с упакованным на нем несущим элементом, спусковой ограничитель скорости - тормоз и лямки для фиксации несущего элемента на теле спасаемого.

Основным недостатком всех этих известных устройств является практическая невозможность регулировки скорости спуска в зависимости от массы спасаемого. Вес спасаемого заранее предвидеть невозможно, и он может варьироваться в очень широких пределах от 3-5 кг (домашние животные и грудные дети) до 100 и более кг, а при групповом спуске спасаемых - до 300-400 кг.

Кроме этого, большинство известных спасательных устройств являются механизмами одноразового действия, т.к. в процессе использования часть составляющих их узлов и деталей выходит из строя - разрушается [2, 3, 6], а в других устройствах [1, 4, 5] переналадка на повторное использование сложна и трудоемка и, уж, во всяком случае, не может быть осуществлена во время чрезвычайной ситуации в виду ее экстремальности и скоротечности.

По своему функциональному назначению, количеству общих конструктивных признаков и порядку использования при спасательных работах наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство по патенту России 2149046 от 20.05.2000 г.

Это спасательное устройство для гравитационного спуска людей в экстремальных условиях включает тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном конце, пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого, тормозной механизм, жестко закрепленный на оси тросового барабана и выполненный в виде статора с внутренней цилиндрической камерой, цилиндрического ротора, установленного в камере статора, и торцовые крышки статора за прототип.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение надежности устройства, создание такой взаимосвязи его конструктивных элементов, при которой не могли бы возникать угрозы жизни спасаемого.

Т. о. технический результат, который должен быть получен при осуществлении заявленного технического решения, это повышение надежности и безопасности спасательного устройства.

Технический результат достигается, когда в спасательном устройстве для гравитационного спуска людей в экстремальных условиях, включающем тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном конце, пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого, тормозной механизм, жестко закрепленный на одной оси с тросовым барабаном, выполненный в виде статора с внутренней цилиндрической камерой и цилиндрического ротора, установленного в камере статора, и торцовые крышки статора, согласно заявленному техническому решению тормозной механизм снабжен системой гидравлического управления усилием торможения, ротор установлен касательно к цилиндрической поверхности камеры статора и имеет на внешней поверхности продольную цилиндрическую проточку, по оси которой шарнирно, с возможностью качания относительно этой оси закреплен вытеснитель, образованный двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, создающими на пересечении продольные ребра вытеснения, одно из которых - рабочее, снабжено системой обеспечения постоянного взаимодействия рабочего ребра вытеснителя с поверхностью внутренней цилиндрической камеры в статоре, в торцовых крышках статора выполнены одна в другой две эксцентричные одна относительно другой кольцевые канавки, внутренняя - с центром, совпадающим с осью ротора, а внешняя - с центром, совпадающим с осью цилиндрической рабочей камеры в статоре, в этих кольцевых канавках заподлицо с внутренней плоскостью крышек размещены ответные по форме канавок, с возможностью свободного кольцевого скольжения в них кольца, меньшее из которых жестко крепится на роторе и шарнирно взаимодействует с осью качания вытеснителя, а большее кольцо шарнирно взаимодействует с рабочим ребром вытеснителя, при этом внешний радиус меньшего кольца меньше радиуса ротора, а большего кольца - больше радиуса цилиндрической камеры в статоре.

При этом в точке касания ротора и цилиндрической камеры статора внешнее ребро меньшего кольца может касаться внутреннего ребра большего кольца.

Предлагаемые устройства могут быть стационарными или переносными, использоваться профессионалами - спасителями или самими потерпевшими, поэтому должны быть различные варианты их исполнения. Они могут варьироваться по типоразмерам в зависимости от высоты спуска и от заданной грузоподъемности, предназначаться для многоразового использования в течение одного эпизода или быть одноразовыми для самоспасения потерпевшего, для многократного использования специальными подразделениями или храниться в помещениях на случай возникновения чрезвычайной ситуации.

Все это предъявляет особые требования к конструктивному исполнению конкретных устройств. Так, при многоразовом использовании устройства в течение одного эпизода, особенно при участии квалифицированных спасателей, особое значение приобретает скорость подъема - возврата устройства к исходному положению для повторного использования. Скорость подъема должна быть максимальной и, поэтому, в таких устройствах система гидравлического управления должна иметь позицию, при которой оказывается наименьшее сопротивление при подъеме свободного от груза грузонесущего элемента. Обычно применяемые в таких случаях храповые механизмы использовать для данного спасательного устройства нежелательно, т.к. случайное неконтролируемое их срабатывание может привести к непоправимым последствиям - смерти спасаемого. Повысить скорость вращения тросового барабана при обратной намотке грузонесущего элемента можно либо механически путем применения, например, дрели (но где ее найти в суматохе чрезвычайной ситуации?), либо вручную, за счет рукоятки, входящей в комплект устройства и закрепленной на кожухе тросового барабана. Но, так как вращение тросового барабана при возврате грузонесущего элемента должно быть ускоренным, целесообразно снабдить устройство дополнительной шестерней большого диаметра, взаимодействующей с шестерней малого диаметра, закрепленной на основном валу тросового барабана и тормозного механизма. Эти шестерни необходимо закрыть дополнительным кожухом для предотвращения травм.

Проведенный заявителями поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении. Следовательно, заявленное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна".

Проведенный заявителями дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявленного технического решения, и сравнение свойств заявляемого и известных технических решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показал, что у заявленного решения проявляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками в известных технических решениях, чем обуславливается достижение заявляемого положительного технического эффекта, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется приводимыми чертежами, где на:
- фиг.1 приведен общий вид спасательного устройства в аксонометрии, взаиморасположение основных деталей;
- фиг. 2 приведена одна из торцeвых крышек тормозного устройства с кольцевыми пазами для скользящих в них колец;
- фиг.3 - то же, что на фиг.2, вид сбоку;
- фиг.4 - то же, что и на фиг.2, вид сверху;
- фиг.5 - приведены скользящие кольца, шарнирно взаимодействующие с осью и с рабочим ребром вытеснителя и кольцевыми канавками в торцевых крышках статора,
- на фиг. 6 - показан один из вариантов системы ускоренного возврата гибкого несущего элемента на тросовый барабан.

Устройство по фиг. 1 включает тросовый барабан (не показан) в защитном кожухе 1, с гибким грузонесущем элементом 2 с зацепом (не показан) на свободном конце, систему крепления 3 лямок и поясов для фиксации устройства на теле спасаемого, тормозной механизм 4 с системой гидравлического управления 5 усилием торможения. Тормозной механизм 4 жестко закреплен на одном валу 6 с тросовым барабаном.

Тормозной механизм 4 включает статор 7 с внутренней цилиндрической камерой 8, в которой установлен цилиндрический ротор 9 эксцентрично к камере 8 и касательно к ее стенке по линии 10. Ротор 9 на своей цилиндрической поверхности 11 выполнен с цилиндрической проточкой 12, выполненной из центра 13, находящегося в пределах тела ротора 9.

В центре 13 проточки 12 размещена продольная ось 14 качающегося (плавающего) вытеснителя 15, образованного двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями 16 и 17. Одна из которых внешняя цилиндрической проточки - 16 описана из центра вала 6 и является частью поверхности цилиндрического ротора 9, а вторая - 17 имеет радиус цилиндрической поверхности проточки 12 в роторе 9. С торцов статор 7 закрыт крышками 18. Вытеснитель 15 взаимодействует с системой обеспечения постоянного взаимодействия рабочего ребра 19 с цилиндрической стенкой 20 камеры 8. В торцовых крышках 18 выполнены по две эксцентричные одна другой кольцевые канавки, меньшая - внутренняя 21, с центром, совпадающим с центром ротора 9, и большая - внешняя канавка 22, с центром, совпадающим с осью цилиндрической камеры 8. В этих канавках заподлицо с внутренней поверхностью торцовых крышек 18 размещены с возможностью кругового скольжения в канавках 21 и 22: меньшее кольцо 23, которое жестко крепится на роторе 9 и шарнирно взаимодействует с осью 24 качания вытеснителя 15, и большее кольцо 25, взаимодействующее с шарниром 26 рабочего ребра 19 вытеснителя 15.

Указанные канавки 21 и 22 могут быть выполнены в торцовых плоскостях статора 7, или, что предпочтительнее, во внутренних плоскостях торцовых крышек, каждая пара в своей плоскости и оси их при этом должны быть строго параллельны. Естественно, что оси меньшего кольца и меньшей канавки должны совпадать, также как и оси большего кольца и большей канавки.

И большее, и меньшее кольца 23 и 25 вращаются, совершая полный оборот за одно и то же время, но в пределах одного оборота меньшее кольцо 23 вращается равномерно, а большее кольцо 25 - в пределах одного цикла то ускоряется, то замедляется.

На фиг. 6 дополнительная шестерня 27 взаимодействует с малой шестерней 28, жестко закрепленной на основном валу 6. Шестерня 27 закреплена между стенкой защитного кожуха 1 и дополнительным кожухом 29, к которому прикреплена рукоятка 30 для вращения шестерни 27 при обратной намотке грузонесущего элемента 2 на тросовый барабан. Так как намотка грузонесущего элемента 2 круглого сечения на тросовый барабан, как правило, приводит к укладке "навалом", для предлагаемого устройства целесообразнее применять грузонесущую ленту, например базальтовую, обычно рекомендуемую для спасательных устройств.

При сборке устройства все его взаимодействующие элементы совмещают на густой, качественной смазке. Камеру 8 в статоре 7, систему гидравлического управления 5 и все каналы, их соединяющие, заполняют вязкой, но менее густой смазкой, желательно не взаимодействующей с густой смазкой, не растворяющей ее. При заполнении внутренних полостей вязкой жидкостью из них должен быть тщательно удален воздух. К заполняющей жидкости предъявляются жесткие требования: она должна быть морозостойкой, не испаряться, быть нейтральной к конструктивному материалу, находящемуся в контакте с ней, не менять своих физико-механических свойств со временем.

Работает устройство следующим образом.

Под действием веса эвакуируемого гибкий грузонесущий элемент 2 начинает раскручивать тросовый барабан с валом 6. Через вал 6 вращение передается тормозному механизму 4, приводя во вращение ротор 9 с кольцом 23 и вытеснителем 15. Вытеснитель 15 через шарнир 26 передает вращение кольцу 25, которое начинает круговое скольжение по кольцевой канавке 22. При этом вращении кольцо 25 обеспечивает постоянство касания или зазора между рабочим ребром 19 вытеснителя 15 и цилиндрической стенкой 20 внутренней камеры 8 в статоре 7. Вытеснитель 15, воздействуя на вязкую жидкость, заполняющую рабочую полость камеры 8, начинает гнать ее перед собой, между тем как за вытеснителем образуется разрежение и жидкость начинает циркулировать по замкнутому контуру: рабочая камера 8 в статоре 7 - система гидравлического управления 5 - рабочая камера 8 в статоре 7. Перекрывая живое сечение потока в системе гидравлического управления 5, меняют скорость циркуляции потока жидкости, что, в свою очередь, меняет скорость вращения вала 6. Полностью перекрыв сечение потока, добиваются полной остановки вала 6 и, следовательно, останавливают вращение тросового барабана и прекращают выход из устройства гибкого грузонесущего элемента 2, спуск спасаемого прекращается.

Использоваться предлагаемое устройство может в двух вариантах спасательных работ - в варианте самостоятельного спасения и в варианте спасения группы потерпевших при участии спасателя или лица, организующего спасение.

Работа в режиме самостоятельного спасения заключается в следующем.

При возникновении чрезвычайной ситуации - пожаре терпящий бедствие извлекает спасательное устройство из места постоянного хранения, закрепляет крюк (карабин) на прочном элементе покидаемого помещения (отопительных и водопроводных трубах, перилах лестниц и т.п.), при помощи лямок и поясов крепит на себе спасательное устройство, максимально перекрывает систему гидравлического управления 5 тормозного механизма 4 и покидает помещение через окно или балкон. Повиснув на грузонесущем элементе 2, он постепенно открывает систему гидравлического управления 5 тормозного механизма 4 и, постепенно набирая скорость спуска, останавливается на наиболее, с его точки зрения, подходящей скорости снижения. Коснувшись земли, он отбегает от стены здания на некоторое безопасное расстояние и только после этого сбрасывает лямки и пояса, освобождаясь от спасательного устройства.

Работа по спасению пострадавших с участием спасателя заключается в следующем.

Вначале, спасатель определяет наилучший путь эвакуации и определяет место своего нахождения в течение всей операции, позволяющее ему контролировать весь процесс спуска. После этого, он специальным тросом крепит спасательное устройство к надежному элементу здания так, чтобы ему можно было обслуживать спасательное устройство, не отходя от места наблюдения за спуском. Затем, определив очередность спуска терпящих бедствие, он помогает им надеть лямки и пояса, крепит к ним крюк или карабин грузонесущего элемента 2 и, перекрыв систему гидравлического управления 5 тормозного механизма 4, помогает спасаемому повиснуть снаружи здания. После этого спасатель начинает спуск спасаемого, приоткрывая систему гидравлического управления 5 и постоянно следя за спуском. После того, как эвакуированный достиг низа спуска, он самостоятельно или с помощью других спасателей снимает с себя лямки и пояса и связывает их так, чтоб при подъеме они не зацепились за какие-либо элементы здания или провода. Затем верхний спасатель начинает подъем и намотку грузонесущего элемента 2 на тросовый барабан, и операция повторяется. После эвакуации последнего пострадавшего спасатель отцепляет спасательное устройство, закрепляет крюк грузонесущего элемента 2 на ближайшем доступном прочном и надежном элементе, лямками и поясом крепит на себе спасательное устройство и начинает собственную эвакуацию в режиме самоспасения.

Стремительный рост городов, образование мегаполисов, постоянный рост этажности и плотности населения, заполнение городской территории объектами малой инфраструктуры: автостоянками, гаражами, автомобилями, автозаправочными станциями, киосками самого различного назначения и т.п. приводят к тому, что прибывшие на пожар пожарные бригады не могут найти свободной площадки для разворачивания своей деятельности.

В современных сооружениях все больше используются различные вещества, выделяющие при горении отравляющие газы, поэтому очаги возгорания максимально быстро должны быть локализованы.

Пробки на дорогах, сужение проездов за счет припаркованных автомобилей не позволяют пожарным бригадам в кратчайшие сроки прибыть к месту происшествия, между тем, как катастрофические последствия при пожарах со временем растут в геометрической прогрессии.

Рост этажности вынуждает использовать очень длинные выдвижные лестницы, создавать для них огромные, неуклюжие и очень дорогие пожарные машины, неразворотливые в стесненных городских условиях, опутанных массой всевозможных проводов и заставленных столбами и деревьями.

Сама технология тушения пожаров практически не изменилась за несколько столетий, пожалуй, только применение пены является достижением прошлого века. Как и раньше, все необходимое для тушения пожара и для спасательных работ к месту происшествия пожарные везут с собой воду, пену, шланги, лестницы и многое другое. Целесообразнее все это постоянно иметь на месте возможного возгорания. На место пожара должны доставляться только специалисты: пожарные и спасатели, обученные, высококвалифицированные профессионалы, оснащенные только индивидуальными средствами защиты.

Срочную доставку их к месту происшествия можно осуществлять только по воздуху. В этом случае нет необходимости создавать множество огромных пожарных депо наземного или подземного базирования. Наиболее подходящее место для базирования пожарных - крыши высотных зданий, оснащенные защищенными от ветра вертолетными площадками. Вертолет не всегда сможет сесть на крышу горящего здания, но из него всегда, вблизи от места происшествия, может высадиться десант профессионалов, используя предлагаемое спасательное устройство.

В использовании предложенного спасительного устройства, в первую очередь, должны быть заинтересованы государственные органы и организации, ответственные за безопасность доверившихся им людей: гостиницы, учебные, зрелищные и лечебные, муниципальные, конторские, проектные, торговые и пищевые заведения с большой плотностью насыщения людьми, где возможно возникновение паники от страха и стресса. Возможность эвакуации людей из большого количества окон позволит рассредоточить толпу и взять под контроль специалистов чрезвычайную ситуацию. Кроме того, в использовании спасательного устройства должны быть заинтересованы страховые компании, страхующие жизнь людей.

Использованные источники информации
1. Аавт. свид. СССР 402197 от 1973 г. по МПК В 66 D 9/04.

2. Патент России 2129890 от 1999 г. по МПК А 62 В 1/14.

3. Патент России 2145506 от 2000 г. по МПК А 62 В 1/14.

4. Патент России 2081639 от 1997 г. по МПК А 62 В 1/10.

5. Патент США 4567963 от 1986 г. по МПК А 62 В 1/10.

6. Патент России 2149046 от 2000 г. по МПК А 62 В 1/08.

Устройство используется для гравитационного спуска людей при пожарах с этажей горящих зданий, при горно-спасательных работах в экстремальных условиях, при эвакуации людей. Устройство включает тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном конце, пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого, тормозной механизм, жестко закрепленный на оси тросового барабана и выполненный в виде статора с внутренней цилиндрической камерой, цилиндрического ротора, установленного в камере статора, и торцовые крышки статора. Тормозной механизм снабжен системой гидравлического управления усилием торможения. Ротор установлен касательно к цилиндрической поверхности камеры статора и имеет на внешней поверхности продольную цилиндрическую проточку, по оси которой шарнирно, с возможностью качания относительно этой оси, закреплен вытеснитель, образованный двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, создающими на пересечении продольные ребра вытеснителя, одно из которых - рабочее. Устройство снабжено системой обеспечения постоянного взаимодействия рабочего ребра вытеснителя с поверхностью внутренней цилиндрической камеры в статоре. В торцовых крышках статора выполнены одна в другой две эксцентричные одна относительно другой кольцевые канавки, внутренняя - с центром, совпадающим с осью ротора, а внешняя - с центром, совпадающим с осью цилиндрической камеры в статоре, в этих кольцевых канавках заподлицо с внутренней плоскостью крышки размещены ответные по форме канавок, с возможностью свободного кругового скольжения в них, кольца, меньшее из которых жестко крепится на роторе и шарнирно взаимодействует с осью качания вытеснителя, а большее кольцо шарнирно взаимодействует с рабочим ребром вытеснителя. Внешний радиус меньшего кольца меньше радиуса ротора, а большего кольца - больше радиуса цилиндрической камеры в статоре. Устройство отличается повышенной безопасностью и надежностью. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Спасательное устройство для гравитационного спуска людей в экстремальных условиях, включающее тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном конце, пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого, тормозной механизм, жестко закрепленный на оси тросового барабана и выполненный в виде статора с внутренней цилиндрической камерой, цилиндрического ротора, установленного в камере статора, и торцовые крышки статора, отличающееся тем, что тормозной механизм снабжен системой гидравлического управления усилием торможения, ротор установлен касательно к цилиндрической поверхности камеры статора и имеет на внешней поверхности продольную цилиндрическую проточку, по оси которой шарнирно, с возможностью качания относительно этой оси, закреплен вытеснитель, образованный двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, создающими на пересечении продольные ребра вытеснителя, одно из которых рабочее, снабжено системой обеспечения постоянного взаимодействия рабочего ребра вытеснителя с поверхностью внутренней цилиндрической камеры в статоре, в торцовых крышках статора выполнены одна в другой две эксцентричные одна относительно другой кольцевые канавки, внутренняя - с центром, совпадающим с осью ротора, а внешняя с центром, совпадающим с осью цилиндрической камеры в статоре, в этих кольцевых канавках, заподлицо с внутренней плоскостью крышки размещены ответные по форме канавок, с возможностью свободного кругового скольжения в них, кольца, меньшее из которых жестко крепится на роторе и шарнирно взаимодействует с осью качания вытеснителя, а большее кольцо шарнирно взаимодействует с рабочим ребром вытеснителя, при этом внешний радиус меньшего кольца меньше радиуса ротора, а большего кольца - больше радиуса цилиндрической камеры в статоре.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в точке касания ротора и цилиндрической камеры статора внешнее ребро меньшего кольца касается внутреннего ребра большего кольца.