автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента, применяемого при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на транспорте

На правах рукописи

Филановский Александр Маркович

МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ТРАНСПОРТЕ

05.26.02-безопасность в чрезвычайных ситуациях (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005532062

Санкт- Петербург-2013

005532062

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Поляков Александр Степанович

Официальные оппоненты:

Маслаков Михаил Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ,

ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, кафедра пожарной безопасности технологических процессов и производств, профессор;

Грошев Дмитрий Владимирович, кандидат технических наук,

ФГКУ «1 отряд Федеральной противопожарной службы по Республике Коми»,

12-ая специализированная часть по тушению крупных пожаров, начальник

Ведущая организация -

ФГБОУ «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 25 июня 2013 г. в 14 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 205.003.01 при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан _> мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.01 кандидат технических наук, доцент

Д.Н. Саратов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Потребность и область применения гидравлического аварийно-спасательного инструмента (ГАСИ) постоянно растут и расширяются. Это обусловлено возложенными на пожарно-спасательные подразделения задачами, а так же ростом числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Так количество выездов на ликвидацию последствий ДТП подразделениями МЧС РФ с 2009 г. по 2012 г. выросло в три раза, с 74000 до 230000. Кроме того, на вооружении пожарно-спасательных подразделений состоит до 30 типов комплектов инструмента различных фирм-производителей с близкими значениями технических характеристик, но значительно отличающихся по цене.

Отмеченные обстоятельства затрудняют выбор гидравлического аварийно-спасательного инструмента для вооружения пожарно-спасательных подразделений.

Практическая актуальность работы обусловлена распоряжением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2011 года, в котором определен порядок и объем финансирования мероприятий по переоснащению подразделений МЧС России современными образцами техники и оборудованием.

Для достижения поставленной задачи в рамках правительственной программы предусмотрены закупка и поставка в подразделения Министерства современных высоко технологичных образцов техники, включая гидравлический аварийно-спасательный инструмент, разработанных на основе инновационных технологий машиностроения.

Научная актуальность темы определяется недостаточной разработанностью методического обеспечения по выбору гидравлического аварийно-спасательного инструмента, пригодного для успешных действий пожарно-спасательных подразделений.

Тема диссертационного исследования связана с основами государственной политики в области обеспечения безопасности населения РФ, защищенности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз техногенного, природного характера и террористических актов, в части касающейся разви-

тия фундаментальной и прикладной науки, технологий и техники, включающее создание новых образцов аварийно-спасательной техники и аварийно-спасательного оборудования.

Представляемые результаты относятся к области исследования, определенной паспортом специальности 05.26.02 (п. 16): "Научные основы создания и развития аварийно-спасательных технических средств, средств защиты и жизнеобеспечения спасателей, методов обоснования и оптимизации программ технического оснащения аварийно-спасательных служб, принципов, методов и средств подготовки и обучения спасателей".

Цель исследования - разработка методики комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при оснащении им пожарно-спасательных подразделений России различных юридических форм (добровольных, муниципальных, ведомственных и государственных).

Научная задача исследования-теоретическое обоснование методики комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Объект исследования - технические характеристики гидравлического аварийно-спасательного инструмента и методы их оценки.

Предмет исследования — методы комплексной оценки технической эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при оснащении им пожарно-спасательных подразделений России.

Методы исследования: аналогии, анализа размерностей, экспертных оценок, подобия, математической обработки результатов эксперимента.

Научная новизна результатов заключена:

- в теоретическом обосновании структуры комплексных показателей для оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

- в методике комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

- в обосновании структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Практическая значимость результатов заключена в минимизации людских и материальных потерь при дорожно-транспортных происшествиях на основе применения эффективного гидравлического аварийно-спасательного инструмента пожарно-спасательных подразделений, участвующих в ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на транспорте.

Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы в образовательном процессе ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России.

Основные положения, выносимые на защиту:

теоретическое обоснование структуры комплексных показателей для оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента пожарно-спасательных подразделений;

обоснование структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах:

1. III научно-практическая конференция «Совершенствование работы в области обеспечения безопасности людей на водных объектах». - Вытегра: Учебно-спасательный центр «Вытегра МЧС России». - 2012.

2. Международная научно-практическая конференция «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций». — Санкт- Петербург: СПб УГПС МЧС России. - 2012.

3. XVI-я Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности». - Санкт-Петербург: PAP АН. -2013.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях согласно перечню ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, общих выводов и рекомендаций, перечня использованных источников и двух приложений. Общий объем работы 124 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор темы диссертации, ее актуальность, цель, научная задача, объект и предмет исследования, приведены методы исследования, отражены научная новизна и положения, выносимые на защиту, а также - сведения об апробации и реализации результатов выполненного исследования.

В первой главе «Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования» представлены результаты анализа применения гидравлического аварийно-спасательного инструмента при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на транспорте.

Рассмотрены результаты исследований С.П. Тодосейчука, В.В. Парамонова, Л.Г. Одинцова (2005 г.). Выявлено, что не существует методики оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента с точки зрения их технических параметров. В этих работах показатель эффективности определяется, как сумма скоростей выполняемых операций гидравлическим аварийно-спасательным инструментом, отнесенная к его массе и стоимости. Таким образом, эффективность оценена только с учетом быстродействия инструмента, а остальные характеристики не учтены.

В работе В.М. Климовцова (2006г.) представлена классификация гидравлического аварийно-спасательного инструмента, проведен сравнительный анализ отечественного и зарубежного гидравлического инструмента, рассмотрены инновационные технологии его производства. Однако автор делает акцент на гидравлическом аварийно-спасательном инструменте только фирмы Но1тай"о и не рассматривает изделия других зарубежных производителей, так же он дает сравнительную характеристику отдельных технических параметров инструмента, а не всего инструмента целиком.

Выяснено, что отсутствует методика оценки эффективности при выборе комплектов гидравлического аварийно-спасательного инструмента для оснащения пожарно-спасательных подразделений. Так же существует проблема взаимодействия этих подразделений при выполнении международных операций,

так как отсутствует взаимозаменяемость гидравлического инструмента различных производителей.

Исходя из изложенных обстоятельств, возникла необходимость в методике оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента, которая учитывала бы основные его технические параметры.

Такая методика позволит оценивать эффективность и может служить основой для создания новых образцов гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Во второй главе «Теоретические предпосылки к разработке методики комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента» обоснована структура безразмерных комплексных показателей из числа единичных показателей (таблица 1).

Таблица 1 - Основные технические характеристики исполнительных механизмов

№ п/п Технические характеристики (единичные показатели) Символ Формула размерности

1 Рабочее давление домкрата Рд кг-м"'-с"2

2 Грузоподъемность домкрата в кг

3 Рабочий ход домкрата н, м

4 Минимальная высота домкрата Л/ м

5 Масса домкрата мд кг

6 Рабочее давление разжима Рр кг-м"'-с"2

7 Максимальная расширяющая сила разжимов ^ кг-м-с"2

8 Максимальное расширение разжима И2 м

9 Объем, занимаемый разжимом м3

10 Масса разжима Мр кг

11 Рабочее давление ножниц р„ кг-м'-с"2

№ Технические характеристики Символ Формула размер-

п/п (единичные показатели) ности

12 Максимальная режущая сила ножниц Ґ2 кг-м-с"2

13 Максимальная расширяющая сила ножниц кг-м-с"2

14 Максимальная тянущая сила ножниц кг-м-с"2

15 Максимальное раскрытие лезвий ножниц Аз м

16 Объем, занимаемый ножницами \УН м3

17 Масса ножниц мн кг

18 Рабочее давление гидроцилиндра Рг кг-м"'-с"2

19 Минимальная длина гидравлического цилиндра Ьг м

20 Длина хода штока гидравлического цилиндра н2 м

21 Максимальная расширяющая сила гидравлического цилиндра кг-м-с"2

22 Максимальная тянущая сила гидравлического цилиндра кг-м-с"2

23 Масса гидравлического цилиндра мг кг

24 Рабочее давление насосной установки Р 1 НС кг-м~' -с'2

25 Подача насосной установки Яне м'-с-1

26 Объем насосной установки мі

27 Расход топлива Снс с2-м~2

28 Мощность двигателя кс кг-м2 -с-3

29 Масса насосной установки Мис кг

30 Ресурс работы насосной установки т с

Этому этапу работы предшествовал анализ технических характеристик инструмента, который показал, что однотипный гидравлический аварийно-

спасательный инструмент имеет близкие технические характеристики, но различную стоимость.

В связи с этим возникла необходимость обобщения показателей методами аддитивной и мультипликативной свертки. Эти методы предполагают, что коэффициенты значимости технических показателей (таблица 1) определяются экспертами и поэтому носят субъективный характер. Для преодоления этого недостатка применен известный физический метод анализа размерностей, который позволил сформировать безразмерные комплексные показатели (таблица 2)-

Таблица 2 - Физическая сущность безразмерных комплексов

№ п/п Безразмерные комплексные показатели Соотношения размерностей безразмерных комплексных показателей Физическая сущность показателей

1 С 71 \ = — К Г 1 кг Удельная масса домкрата

2 £ II Г 1 Удельный ход штока домкрата

3 р. -к* р р II Удельная расширяющая сила разжима

4 II Г 1 Удельное расширение разжима

5 р.-щ,3 Г 1 н 171г 1 —- 1 ¡1 н Удельная сила резания ножниц

6 II »V"4 =с | и . ьГ. Удельная расширяющая сила ножниц

7 Рс.ЦГи 3 г 1 н № = - 1 7j н Удельная тянущая сила ножниц

№ п/п Безразмерные комплексные показатели Соотношения размерностей безразмерных комплексных показателей Физическая сущность показателей

8 8 -Г К' Удельное раскрытие лезвий

9 II Удельный ход штока гидравлического цилиндра

10 10 ~ р.-е. Г 1 н Удельная расширяющая сила гидравлического цилиндра

11 и л'"4 1 н Удельная тянущая сила гидравлического цилиндра

12 и \4N5- Удельная подача насоса

13 II II Ч, 141 Удельное давление насоса

14 N■1' тт.. --. кг ■ м2 / [*»] = С/кг-м> / съ Удельная мощность двигателя

15 II Удельный расход топлива двигателем

Исходя из выбранных величин, характеризующих эффективность домкратов, образован один обобщенный комплекс:

сп

Я,=7Г,-Я,=-—— • К1)

' ' 2 Мд-иг8

Он включает в себя безразмерные комплексы jii и л2, объединенные с учетом их физического смысла. Большее численное значение показателя соответствует лучшей эффективности домкрата.

Аналогично получены обобщенные комплексы для других инструментов (пд, пр, я„, кг) и насосной установки (пнас, Лдв)'

F,-h2

яр = = —-~

Р Р

н н

(2)

*„=(*5 + *«+*7)-*8=-pw -; (3)

= (*,„ + *..)•*. = Р у,—L; (4)

Р О

_ _ _ _ _ не ¿--не . /с\

71„ас = 12 ' = —- i (5)

НС

NHC-G„C-T

**=*l*-*l,= ■ / • (6)

Уравнения (1,2) получены методом мультипликативной свертки из безразмерных комплексов тс 1,712 и л3,л4. Числители уравнений отражают полезную работу, знаменатели - затрачиваемую работу на достижение полезного эффекта. Это, по методу аналогий, соответствует коэффициенту технического эффекта инструментов.

Уравнение (3) получено сочетанием методов аддитивной и мультипликативной сверток из безразмерных комплексов Л5, Лб, Л7, Л8. Комплексы я5, я6, я7 объединены в одну группу (суммированы) на том основании, что это удельные силы ножниц. Перемножение суммы комплексов Я5, Яб, л7 на комплекс Л8 дает удельную работу. Уравнения (4-6) получены аналогичным приемом.

Таким образом, в числителях уравнений (3, 4) представлена полезная работа, а в знаменателях - потенциальная энергия. Следовательно, физический смысл данных уравнений заключается в удельной энергии ножниц и удельной

энергии гидравлического цилиндра, что, по методу аналогий, соответствует коэффициенту технического эффекта этих инструментов.

Обобщенный комплекс лнас представляет собой отношение полезной мощности к затрачиваемой мощности насоса, что является общеизвестным фактом в теории насосов, а пдв- удельную массу двигателя насосной установки. Таким образом, оба комплекса оценивают работу гидравлического насоса и двигателя внутреннего сгорания, что не входит в задачи данного исследования, поэтому они из дальнейшего исследования исключены.

Физическая сущность обобщенных комплексов, полученных методом свертки, представлена в таблице 3.

Таблица 3- Физическая сущность обобщенных безразмерных комплексов

№ п/п Обобщенные комплексы Соотношения размерностей обобщенных комплексов Физическая сущность комплексов

1 К]- — 1 Дж Удельная энергия домкрата

2 1 "-1 Дж Удельная энергия разжима

3 71 и /' • 1 1 Дж Удельная энергия ножниц

4 Л, — . Рг-Ь) К]- — 1 ' Дж Удельная энергия гидроцилиндра

5 ЛГ„ г п Вт Удельная мощность насоса насосной установки

6 т Н^-Т мнс Г 1 к =— кг Удельная масса двигателя насосной установки

Следовательно, оценка их эффективности сводится к сравнению величин коэффициентов технического эффекта исследуемых образцов. Чем больше этот коэффициент, тем выше эффективность.

Ввиду разнообразия номенклатуры и неоднородности функций отдельных видов аварийно-спасательного инструмента, его эффективность, как правило, определяется методом экспертных оценок.

Таким образом, обобщенный комплекс для комплекта гидравлического аварийно-спасательного оборудования примет вид:

Лобов*, =агяг + а2-тгр+а3-7гн+а4-7гд. (7)

где а, ,а2 ,«,* - коэффициенты значимости (весовые коэффициенты) отдельных исполнительных механизмов в комплекте (соответственно гидравлического цилиндра, разжима, ножниц и домкрата).

Показатели домкратов и разжимов из комплекса можно исключить, так как при проведении аварийно-спасательных работ по ликвидации дорожно-транспортных происшествий они практически не используются. Поэтому уравнение 7 примет следующий вид:

"ововщ=<*1-Яг+" 3-*». (8)

Чтобы уйти от экспертных оценок коэффициентов веса, использованы статистические данные МЧС РФ о фактических видах и объемах работ, проведенных пожарно-спасательными подразделениями при ликвидации последствий ДТП. Из всех выполняемых операций выделяются две основные: стабилизация транспортного средства и деблокирование погибших и пострадавших. На этом основании приняты значения весовых коэффициентов оборудования. Они составляют 0,4 для гидравлических цилиндров и 0,6 для ножниц.

С учетом принятых коэффициентов веса, обобщенный комплекс для всего оборудования комплекта имеет вид:

+ + ^ + . (9)

^^ Р -IV Р IV

Уравнение 9 использовано далее, для комплексной оценки и определения путей повышения эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

В третьей главе «Комплексная оценка и пути повышения эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента» представлено обоснование структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Целью комплексной оценки является выбор наилучшего комплекта инструмента. Для этого сформированы условные комплекты из реально существующих гидравлических цилиндров (характеристики их указаны в таблице 4) и образцов ножниц (таблица 5) различных производителей.

Таблица 4 - Значения комплексных показателей и стоимость гидравлических цилиндров

№ п/п Фирма- изготовитель Модель гидравлического цилиндра Комплексный показатель тгг-\0' Стоимость цилиндра (С), тыс. руб.

1 Я 430 8,06 239,0

2 Я 420 10,30 163,4

3 Я 422 8,21 178,8

4 Lukas Я 424 6,39 186,6

5 Я 410 6,44 93,4

6 Я 412 3,11 108,2

7 Я 414 9,84 118,8

№ п/п Фирма- изготовитель Модель гидравлического цилиндра Комплексный показатель л-г-10' Стоимость цилиндра (С), тыс. руб.

8 ЯА 4321 С 5,45 191,6

9 ЯА 4331 С 4,46 127,0

10 ЯЛ 4322 С 3,39 140,1

11 Но 1 таг г о ЯА 4332 С 2,22 148,3

12 ЯА 4311 С 6,67 71,1

13 ЯА 4313 С 4,86 77,8

14 ЯА 4315 С 5,53 83,4

Ввиду неполноты достоверных данных о стоимости оборудования других производителей они не включены в таблицу 4.

Таблица 5 - Значения комплексных показателей и стоимость ножниц-разжимов

№ п/п Фирма изготовитель Модель ножниц-разжимов Обобщенный комплексный показатель Я-,-103 Стоимость ножниц-разжимов (С), тыс. руб.

1 Lukas SC 150 73,68 165,3

2 SC 350 110,88 197,0

3 SC 550 135,73 243,6

4 Weber SPS 400 236,39 195,0

5 Holmatro CT 4120 С 55,92 216,1

6 CT 4150 С 47,57 253,7

7 Спрут НКГС-80 79,90 114,8

Данные в таблицах 4 и 5 отражают коэффициент технического эффекта и стоимость отдельно взятого инструмента, а не совокупность совместного их

использования. Поэтому из всего многообразия гидравлических цилиндров и ножниц - разжимов сформированы (по принципу перебора вариантов) гипотетические комплекты, которым присвоены условные номера с 1 по 98 (таблица 6).

Таблица 6 -Условные варианты комплектов гидравлического аварийно-

спасательного инструмента

Модели гидравлических цилиндров Модели ножниц- разжимов

8С 150 БС 350 БС 550 БРБ 400 СТ 4120 С СТ 4150 С НКГС-80

Я 430 1 15 29 43 57 71 85

Я 420 2 16 30 44 58 72 86

Я 422 3 17 31 45 59 73 87

К 424 4 18 32 46 60 74 88

Я 410 5 19 33 47 61 75 89

Я 412 6 20 34 48 62 76 90

Я 414 7 21 35 49 63 77 91

ЯА 4321 С 8 22 36 50 64 78 92

ЯА 4331 С 9 23 37 51 65 79 93

ЯА 4322 С 10 24 38 52 66 80 94

ЯА 4332 С 11 25 39 53 67 81 95

ЯА 4311 С 12 26 40 54 68 82 96

ЯА 4313 С 13 27 41 55 69 83 97

ЯА 4315 С 14 28 42 56 70 84 98

Далее проведено их сравнение с отечественным комплектом "Спрут" (состоит на вооружении большинства пожарно-спасательных формирований). Рас-

считанные (по данным таблиц 4 , 5 и 6) удельные значения безразмерного комплекса и стоимости для некоторых образцов представлены в таблице 7.

Таблица 7 — Характеристика комплектов по величине безразмерных комплексов и стоимости

Порядковый Обобщенный Стоимость, Удельное Удельная

номер ком- безразмерный тыс. руб. значение без- стоимость

плекта комплекс, размерного с, / с,г

Яобобщ' 103 комплекса

7Т (иСюбщ)1

Побобщ

1 47,43 404,3 0,72 1,20

6 45,45 273,5 0,69 0,82

9 46,00 292,3 0,70 0,87

48 143,08 303,2 2,17 0,90

49 145,77 313,8 2,21 0,94

53 142,72 343,3 2,17 1,02

54 144,50 266,1 2,19 0,79

58 37,67 379,5 0,57 1,13

60 36,11 402,7 0,55 1,20

62 34,80 324,3 0,53 0,97

94 49,30 254,9 0,75 0,76

96 50,61 185,9 0,77 0,55

98 50,15 198,1 0,76 0,59

Спрут 37,10 160,5 0,56 0,50

Среднее 65,86 335,6 1 1

значение

В связи с неоднозначностью полученных результатов, для дальнейшего анализа использована диаграмма «цена-качество». Экономическая эффективность сравниваемых образцов отражена на рисунке 1, где штрих пунктирные линии обозначают условные границы зон эффективности комплектов (квадранты А, В,С, D).

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что наибольшим техническим эффектом и наименьшей стоимостью обладают образцы комплектов с номерами 48, 49, 53 и 54. Во все эти образцы входят ножницы-разжимы SPS 400 (производитель - фирма "Weber"). Это обусловлено тем, что перечисленные ножницы-кусачки обладают наибольшей эффективностью, а гидравлические цилиндры не оказывают большего влияния на обобщенный комплекс комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента, так как значения отдельно взятых обобщенных безразмерных комплексов гидравлических цилиндров на порядок меньше, чем у ножниц-кусачек.

Яобобщ

2,25

2

1,75 1,5

1,25 1

0,75 0,5

0,25 0

0.5 0.75 1 С ¡/Сср

Рисунок 1- Оценка эффективности условных комплектов: я, - обобщенный показатель i-ro комплекта; яср - среднее значение обобщенного показателя комплекта; С, - цена i-ro комплекта; Сср- среднее значение цены комплекта.

Базовый комплект оказался самым дешевым, но и одним из самых неэффективных (его точка на рисунке 1 с координатами 0,5 и 0,56).

Из комплектов (48, 49, 53 и 54), обладающих наибольшей эффективностью, целесообразно в перспективе сформировать, провести испытания и принять на вооружение комплект - аналог условного комплекта № 49, как наилучшего среди них. Сравнительные характеристики такого комплекта представлены на рисунке 2.

Р2 РЗ ГИ Р5 Р6 Н2 1г

Рисунок 2 - Оценка параметров комплекта: У7? - максимальная режущая сила разжимов - ножниц; — максимальная расширяющая сила разжимов - ножниц; Р4 - максимальная тянущая сила разжимов - ножниц; - максимальная расширяющая сила гидравлического цилиндра ; - максимальная тянущая сила гидравлического цилиндра; Н2 - длина хода штока гидравлического цилиндра;

Ьг- минимальная длина гидравлического цилиндра.

Анализируя данные рисунка 2, можно сделать следующие выводы по техническим параметрам условного комплекта:

- четыре параметра (Р2, Рз, р4, Н2) имеют значения выше среднего арифметического на 20% -330%, что указывает на целесообразность приведения параметров существующих комплектов до указанных величин;

- два параметра (Р5 и Р6) имеют значения ниже среднего арифметического значения (в том числе Р6=0), но это вполне допустимо, так как функция тянущей силы гидравлического цилиндра компенсируется тянущей силой разжимов-ножниц, а расширяющая сила гидравлического цилиндра компенсируется расширяющей силой разжимов - ножниц;

- параметр (1^=0,90), характеризующий минимальную длину гидравлического цилиндра, указывает на компактность инструмента.

Однако условно сформированные комплекты в настоящее время не могут использоваться, так как работают на разных номинальных давлениях и имеют несопрягаемые соединения. Поэтому для эффективной работы комплектов, составленных из инструментов различных производителей, требуется унификация этих соединений, что должно быть отражено в нормативных документах.

В заключении изложены новые научные результаты, приведены сведения об их внедрении, сделаны выводы и практические предложения, подтверждающие решение поставленной научной задачи:

1. Перечень и структура комплексных показателей эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента сформированы на основе общепризнанных методов аналогии и анализа размерностей, из чего следует универсальность и достоинство их в смысле адаптации ко всем существующим и проектируемым образцам гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

2. Разработана методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента, позволяющая получать объективные данные об его эффективности.

3. Целесообразно в перспективе сформировать и принять на вооружение комплект - аналог условного комплекта № 49, имеющий максимальную эффективность по сравнению с другими образцами. Однако при этом должна быть обеспечена взаимозаменяемость агрегатов гидравлического аварийно-спасательного оборудования различных производителей. Необходимость в этом может возникнуть в ходе выполнения масштабных совместных международных спасательных операций.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания по перечню ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Филановский, A.M. Плюрализм номенклатуры гидравлического аварийно-спасательного инструмента: плюсы и минусы при выборе лучших образцов [Текст]/ A.M. Филановский, A.C. Поляков // Проблемы управления рисками в техносфере. -2012. - № 1 (21). - 0,6/0,3 п.л.

2. Филановский, A.M. Оценка параметров гидравлического аварийно-спасательного инструмента на основе метода анализа размерностей [Текст]/ A.M. Филановский, A.C. Поляков // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2012. - № 2 (22). - 0,75/0,4 п.л.

3. Филановский A.M. Сужение неопределенностей экспертных оценок эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента [Электронный ресурс]/ A.M. Филановский, А.Н. Иванов, A.C. Поляков // Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, vestnik.igps.ru. - 2013. -№2. - 0,6/0,2 п.л.

Публикации в иных изданиях:

4. Филановский A.M. Особенности оценки применения комплектов гидравлического аварийно-спасательного инструмента при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на водном транспорте / A.M. Филановский,

A.C. Поляков // III научно-практическая конференция «Совершенствование работы в области обеспечения безопасности людей на водных объектах» Вытегра: Учебно-спасательный центр «Вытегра МЧС России», 18-20 сентября 2012 г., Вытегра. - 2012,-0,2/0,1п.л.

5. Филановский A.M. Оценка эффективности пожарной и аварийно-спасательной техники в учебном процессе на кафедре пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства / A.M. Филановский, A.C. Поляков // Международная научно-практическая конференция «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций» СПб УГПС МЧС России, 24 октября 2012 г., Санкт-Петербург-2012 - 0,2/ ОДп.л.

Подписано в печать 23.05.2013 Формат 60x84 1/16

Печать цифровая Объем 1 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России

На прсшах рукописи

ФИЛАНОВСКИЙ Александр Маркович

04201360369

МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ТРАНСПОРТЕ

05.26.02 - безопасность в чрезвычайных ситуациях (транспорт) • Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Поляков Александр Степанович

Санкт - Петербург 2013

Введение....................................................................................... 3

Глава 1 Состояние вопроса, обоснование цели и задач исследования........ 8

1Л Применение гидравлического аварийно-спасательного инструмента при проведении аварийно-спасательных работ............................................. 8

1.2 Анализ номенклатуры гидравлического аварийно-спасательного инструмента.......................................................................................... 16

1.3 Анализ нормативных, методических и технических документов, регламентирующих проектирование и применение гидравлического аварийно-спасательного инструмента............................................................... 31

1.4 Обоснование цели и постановка задач исследования............................ 35

Глава 2 Теоретические основы методики комплексной оценки эффективности

гидравлического аварийно-спасательного инструмента................................ 36

2.1 Выбор метода исследования комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно - спасательного инструмента................................... 36

2.2. Обоснование структуры комплексного показателя эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента.................................... 38

Выводы по главе.............................................................................. 62

Глава 3 Комплексная оценка и пути повышения эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента........................................... 63

3.1 Комплексная оценкаэффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента................................................................ 63

3.2 Пути повышения эффективности гидравлического аварийно-

спасательного инструмента............................................................... 83

Выводы по главе............................................................................. 88

Заключение.................................................................................... 89

Литература..................................................................................... 91

Приложения:................................................................................... 93

Приложение А. Справочные материалы по конструкции и применению аварийно спасательного инструмента...................................................... 93

Приложение В. Методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента........................................... 121

ВВЕДЕНИЕ

Практическая актуальность работы обусловлена распоряжением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2011 года, в котором определен порядок и объем финансирования мероприятий по переоснащению подразделений МЧС России современными образцами техники и оборудованием.

Для достижения поставленной задачи в рамках правительственной программы предусмотрены закупка и поставка в подразделения Министерства современных высоко технологичных образцов техники, включая гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ), разработанных на основе инновационных технологий машиностроения [1].

Потребность и область применения гидравлического аварийно-спасательного инструмента постоянно растут и расширяются. Это обусловлено возложенными на пожарно-спасательные подразделения дополнительными функциями и ростом числа дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Так, количество выездов на ликвидацию последствий ДТП подразделениями МЧС РФ с 2009г. по 2012г. выросло в три раза, с 74000 до 230000.

Кроме того, на вооружении пожарно-спасательных подразделений состоит до 30 типов комплектов ГАСИ различных фирм-производителей с близкими значениями технических характеристик и большим разбросом цен. Это обстоятельство затрудняет выбор эффективных изделий для вооружения пожарно-спасательных подразделений и может быть объяснено не только субъективными причинами (лоббированием интересов отдельных поставщиков со стороны распорядителей кредитов), но и отсутствием надлежащего научно-методического сопровождения.

МЧС России является активным участником реализации федеральной целевой программы «Безопасность дорожного движения». В настоящее время пожарно-спасательные подразделения выезжают на каждое второе ДТП. Кроме того, Министерство создает специальные подразделения, например, подразделения пожарных мотоциклистов (Краснодарский край), которые оснащены средствами

л .5

пожаротушения, оказания помощи пострадавшим и аварийно-спасательным инструментом для деблокации пострадавших [2].

Тема диссертационного исследования связана с основами государственной политики в области обеспечения безопасности населения РФ, защищенности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз техногенного, природного характера и террористических актов, в части касающейся развития фундаментальной и прикладной науки, технологий и техники, включающее создание новых образцов аварийно-спасательной техники и аварийно-спасательного оборудования [3].

Один из путей повышения эффективности существующих образцов ГАСИ -унификация их составных частей на основе научно обоснованных методических рекомендаций по формированию требований к перспективным базовым образцам отдельных видов инструмента и комплектов в целом. Такие рекомендации в настоящее время не известны. В связи с этим, научная актуальность темы определяется недостаточной разработанностью методического обеспечения по выбору гидравлического аварийно-спасательного инструмента, пригодного для успешных действий пожарно-спасательных подразделений.

Цель исследования - разработка методики комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при оснащении им пожарно-спасательных подразделений России различных юридических форм (добровольных, муниципальных, ведомственных и государственных).

Научная задача исследования — теоретическое обоснование метода комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Объект исследования - технические характеристики гидравлического аварийно-спасательного инструмента и методы их оценки.

Предмет исследования - методы комплексной оценки технической эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента при оснащении им пожарно-спасательных подразделений России.

Методы исследования: аналогии, анализа размерностей, экспертных оценок, подобия, математической обработки результатов эксперимента.

Научная новизна результатов заключена:

- в теоретическом обосновании структуры комплексных показателей для оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

- в методике комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

- в обосновании структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Достоверность научных результатов обеспечена:

применением известных базовых научных методов (аналогии, анализа размерностей, подобия) и статистических данных об эффективности конструкций и гидравлического аварийно-спасательного инструмента в операциях по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций;

использованием современных методик сбора и обработки статистических данных о параметрах, определяющих эффективность гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Практическая значимость результатов заключена в минимизации людских и материальных потерь при дорожно-транспортных происшествиях на основе применения эффективного гидравлического аварийно-спасательного инструмента пожарно-спасательных подразделений, участвующих в ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на транспорте.

Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы в образовательном процессе ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России.

Основные положения, выносимые на защиту:

теоретическое обоснование структуры комплексных показателей для оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента;

методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-

спасательного инструмента пожарно-спасательных подразделений;

5

обоснование структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах:

1. III научно-практическая конференция «Совершенствование работы в области обеспечения безопасности людей на водных объектах». - Вытегра Учебно-спасательный центр «Вытегра МЧС России». - 2012.

2. Международная научно-практическая конференция «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций». -Санкт- Петербург: СПб УГПС МЧС России. - 2012.

3. Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы защиты и безопасности». - Санкт-Петербург: PAP АН. -2013.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы в изданиях согласно перечню ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, общих выводов и рекомендаций, перечня использованных источников и двух приложений. Общий объем работы 123 страницы.

Структура выполненного исследования приведена на рисунке В.1.

Рисунок В.1 - Структура диссертационного исследования

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В этой главе представлены результаты анализа применения и оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента (ГАСИ) в России и за рубежом.

Зарубежный опыт учтен за счет непосредственного внедрения ГАСИ ведущих фирм производителей (Lukas, Holmatro, Weber, Amkus), которые являются базой для создания отечественных аналогов.

Проанализированы нормативные, методические и технические документы, регламентирующие эффективность ГАСИ [4].

1.1 Общие сведения о применении аварийно-спасательного инструмента

Гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ) является основной составной частью аварийно-спасательного инструмента (АСИ), состоящего на вооружении пожарно-спасательных подразделений России различных юридических форм (добровольных, муниципальных, ведомственных и государственных).

Аварийно-спасательный инструмент (АСИ) используется при спасении людей, оказавшихся зажатыми или заблокированными в транспортных средствах в результате чрезвычайных ситуаций. Так же его используют при вскрытии конструкций на пожарах, при разборке образовавшихся завалов от обрушения различных зданий и сооружений. Потребность в нем подтверждается статистическими данными о проводимых работах при ликвидации последствий дорожно-транспортных происшествий в России (таблица 1.1).

Из анализа данных, представленных в таблице 1.1, следует, что за последние годы (2009-2012г.г.) постоянно увеличивается количество выездов пожарно-спасательных подразделений на ДТП и использование ими аварийно-спасательного инструмента при ликвидации их последствий. Таким образом, это свидетельствует о значительном объеме работ, выполняемых АСИ, подтверждает

практическую потребность в современных методах оценки его эффективности.

8

Таблица 1.1- Характеристика работ, проведенных при ликвидации последствий дорожно-транспортных происшествий в России [5]

№ п/п Виды работ 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.

кол-во % кол-во % кол-во % кол-во %

1 Оказания первой помощи 14071 18,9 27933 21,1 61824 28,4 122927 55,0

2 Стабилизация транспортного средства 5304 7,1 9504 7,2 18144 8,3 12746 5,7

3 Ликвидация вторичных поражающих факторов 7938 10,6 10189 7,7 11910 5,5 8357 3,7

4 Деблокирование тел погибших 3286 4,4 3572 2,7 4519 2,1 2942 1,3

5 Деблокирование пострадавших 11880 15,9 15285 11,5 16799 7,7 8297 3,7

6 Работы, не требующие применения АСИ 11604 15,5 5366 4,1 8533 3,9 10374 4,6

7 Иные работы 20547 27,5 33359 25,2 65165 29,9 45505 20,4

8 Работы не проводились - - 24261 18,3 26152 12,0 1093 0,5

9 Возврат на маршруте следования - - 2881 2,2 4736 2,2 11281 5.0

74630 100 132350 100 217782 100 223522 100

Аварийно-спасательный инструмент классифицируется по ряду признаков: виду источника энергии, конструктивному исполнению, мобильности источника питания и выполняемым операциям [6], что отражено на рисунках 1.1-1.4.

Рисунок 1.1 -Классификация АСИ по виду источника энергии

Рисунок 1.2 -Классификация АСИ по конструктивному исполнению инструмента

Рисунок 1.3 - Классификация аварийно-спасательного инструмента по выполняемым операциям

Рисунок 1.4 - Классификация аварийно-спасательного инструмента по мобильности источника питания

Как ранее отмечено, основным аварийно-спасательным инструментом, по-жарно-спасательных подразделений является гидравлический аварийно-спасательный инструмент (ГАСИ) с приводом от насосной станции. Условно его можно разделить на две составляющие: источник энергии (насосная станция) и рабочий орган (исполнительное гидравлическое устройство). Наименования исполнительных гидравлических устройств и выполняемые ими операции представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2- Операции, выполняемые гидравлическими устройствами [6]

Исполнительные гидравлические устройства Выполняемые операции

Перемещение Фиксация Пережимание Резание

Раздвижение Стягивание Расширение Кусание Перерезание Прорезан ие Разрезание

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Домкрат + - - + - - - - -

Гидроцилиндр + + + + - - - - -

Толкающий гидроцилиндр + - + + - - - - -

Тянущий гидроцилиндр - + - + - - - - -

Выполняемые операции

Перемеще- Резание

ние <и

Исполнительные гидравлические устройства Фиксация К

Раздвижение Стягивание Расширение Ж 03 К * <и Он и С Кусание Перерезание Прорезание Разрезание

Расширитель + + + + +/- - - - -

Челюстные ножницы - - - - - - + +/- -

Комбинированные ножницы + + + + +/- - + + +

Кусачки - - - - - + - - -

Назначение операций, выполняемых гидравлическим аварийно-спасательным инструментом, представлено в таблице 1.3.

Таблица 1.3- Содержание операций, выполняемых гидравлическим аварийно-спасательным инструментом [7]

Операция Назначение операции

Раздвижение Перемещение, направленное на увеличение расстояния между двумя предметами

Стягивание Перемещение, направленное на уменьшение расстояния между двумя предметами

Расширение Перемещение, направленное на увеличение щели (проема)

Фиксация Действие в одном направлении, направленное на сохранение расстояния между двумя предметами (обеспечения неподвижности предмета)

Пережимание Действие, направленное на изменение поперечного сечения трубопровода

Кусание Резание прутков и гаек кусачками

Операция Назначение операции

Перерезание Резание профильных конструкционных материалов

Прорезание Резание тонкостенной оболочки

Резание Резание листового материала

Кусание Резание прутков и гаек кусачками

Для покрытия существующей потребности отечественная и зарубежная промышленность производит огромное многообразие гидравлического аварийно-спасательного инструмента, отличающегося назначением, тактико-техническими характеристиками и ценой. Состав комплектов ГАСИ, нашедших широкое распространение в России, приведен в таблице 1.4.

Основными исполнительными гидравлическими устройствами аварийно-спасательного переносного инструмента являются гидравлические цилиндры, разжимы, кусачки и ножницы, ножницы-разжимы.

Таблица 1.4 - Состав комплектов гидравлического аварийно-спасательного инструмента [8].

№ п/ п Производитель комплекта Составные части комплектов

Домкрат Гидроцилиндр 1 Толкающий гидроцилиндр Тянущий гидроцилиндр Расширитель Челюстные ножницы Комбинированные ножницы Кусачки

1 Lukas • • • • • • • •

2 Holmatro • • • • • • • •

3 Weber • • • • • • • •

4 Amkus • • • • • • • •

5 Простор • • • • • • • •

6 Спрут • • • • • • • •

7 Медведь • • • • • • • •

Регламентируемые характеристики исполнительных гидравлических устройств представлены на рисунках 1.5-1.8 [9].

Рисунок 1.5 - Регламентируемые технические характеристики гидроцилиндров

Рисунок 1.6 - Регламентируемые технические характеристики разжимов

Рисунок 1.7 - Регламентируемые технические характеристики ножниц-разжимов

Рисунок 1.8 - Регламентируемые технические характеристики кусачек и ножниц

1.2 Конструктивные особенности и параметры современного гидравлического аварийно-спасательного инструмента

Представленный в таблице 1.4 перечень комплектов гидравлического аварийно-спасательного инструмента не является исчерпывающим. Существуют иные, аналогичные комплекты, что свидетельствует о наличии плюрализма мнений производителей относительно кач�