РАЗРАБОТКА ЗАСТЕЖКИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЗАПУСКА СРЕДСТВ АКТИВНОГО ОБОГРЕВА СПАСАТЕЛЬНЫХ ЖИЛЕТОВ

В экстремальных условиях наибольший интерес представляют термохимические источники обогрева, которые имеют следующие важные технические характеристики:

- рабочая температура на поверхности - 45±5ºС;

- время тепловыделения (часов) - от 30 до 50;

- время выхода на режим (зависит от tº хранения, мин) - 5-20.

И достоинства:

- постоянное наличие источника активного тепла;

- простота в обращении;

- безопасность при применении, отсутствие вредных газовыделений;

- скорость применения;

- длительность хранения и время работы и т.д.

Преимущества данных видов грелок позволили ученым разработать эффективный обогревающий спасательный жилет, который успешно прошел апробацию в воинских частях авиации, флота и МЧС РФ. Жилет отличается наличием системы карманов для вкладывания активированных термохимических источников. Запуск грелок осуществляется изъятием их из карманов, раздавливанием капсулы с солевым раствором и перемешиванием шихты внутри. Однако в режиме чрезвычайной ситуации использование данного жилета требует определенных навыков, затрат «дорогого» времени и значительного самообладания потерпевшего.

Целью нашей работы являлась разработка такой конструкции жилета, которая позволит использовать его при катастрофах на воде людям без специальной подготовки. Не потребуется предварительное обучение и время на «включение» жилета. Для решения поставленной задачи разработан вариант застежки для автоматического запуска обогревающего пакета в момент одевания спасательного средства.

При разработке застежки рассматривались два вида термохимических грелок, основанных на реакциях окисления металлов или реакциях вытеснения металлов. Важной особенностью является то, что в обоих случаях для запуска реакций необходим определенный объем воды. Для решения данной проблемы предусматривалась особая конструкция термохимического пакета, состоящая из двух отсеков (рис.1):

- отсек с реакционной смесью;

- отсек с водой.

Рис 1 – Конструкция термохимического пакета

Разрушение защитной перегородки возможно, например, путем «рывка» специальной стропы, прикрепленной одним концом к перегородке, другим – к ремням застежки жилета. Длина стропы должна быть меньше длины ремня застежки жилета (рис.2). Поэтому, чтобы застегнуть жилет, необходимо усилие, чтобы разрушить защитную перегородку термохимического пакета.

Рис 2– Конструкция застежки автоматически запускающей термохимический пакет

Таким образом, разработанный вариант застежки обогревающего жилета позволит автоматически запускать экзотермическую реакцию в термохимическом пакете, что значительно упростит использование спасательного жилета в режиме чрезвычайных ситуаций.
Литература

1. Гребенкин, В.С. Человек и холод Юнита 1 Выживание и спасение человека в условиях воздействия холодной среды :- М.:2001.

2. Клинцевич, Г.Н. Выживаемость терпящих бедствие на море : Г.Н. Клинцевич.- М.: Транспорт,1977.

3. Делль, Р.А.Гигиена одежды : учеб.пособие для вузов / Р.А. Делль, Р.Ф.Афанасьева, З.С.Чубарова. - Изд.-2-е, перераб. и доп.- М.: Легпромбытиздат,1991.-160 с.: ил.

Термохимические пакеты (грелки) предназначены для защиты человека от переохлаждения:

- при длительном выполнении работ на воздухе в холодное время года;

- при выполнении боевых задач личным составом ВС РФ в зимнее время в полевых условиях;

- при авариях и катастрофах на суше и на море;

- в быту, а также при занятиях спортом, туризмом, альпинизмом.

Для выбора наиболее оптимального вида грелок для использования в обогревающих спасательных жилетах были рассмотрены следующие варианты.

Угольные грелки. Еще лет 90 назад изобретательская мысль обратилась к самому распространенному экзотермическому процессу - реакции горения. Появились устройства, в которых тлеющий угольный стержень, обернутый в специальную бумагу, был помещен в металлический корпус, а последний в суконный чехол. Такие грелки весили сравнительно немного, а действовали 5-6 часов. На поверхности корпуса температура была от 60 0С до 100 0С.

С + О₂ → CО₂ + 94 ккал/моль

СаО + Н₂О → Ca(OH)₂ + 10,6 ккал.

2Са (ОН)₂ + Н₂С₂О₄ + 2 Н₂О → CаС₂О₄ + 4Н₂О + 31 ккал

С помощью этих двух реакций можно в портативном устройстве получить температуру от 100 ⁰С до 300 ⁰С. Кроме того, использование кристаллогидратов кислот позволяет запускать грелку небольшим количеством воды, а с очередными порциями извести будет реагировать вода, выделяющаяся при нейтрализации.

4Fe + 2H₂ O + 3O₂ → 2(Fe₂O₃·H₂O) +390,4 ккал/моль

Вместо железа в коррозионных грелках лучше применять алюминий. Тепла в этой реакции выделяется гораздо больше, чем при окислении железа:

8Аl + 3Fe₃O₄ → 4Al₂O₃ + 9Fe + 795 ккал/моль

Использование кристаллизационных грелок в чрезвычайных ситуациях в полевых условиях ограничено непродолжительностью режима тепловыделения грелок.

Основное достоинство грелок кристаллизационного типа - возможность многократного использования: для восстановления исходного состояния грелки достаточно прокипятить ее в воде в течение 15-20 минут.

Анализ технических характеристик различных видов грелок позволил установить, что в экстремальных условиях наибольший интерес представляют термохимические источники обогрева на основе экзотермических реакций, которые имеют следующие важные достоинства:

- постоянное наличие источника активного тепла;

- простота в обращении;

- безопасность при применении, отсутствие вредных газовыделений;

- скорость применения;

- длительность хранения и время работы и т.д.
Литература

1. Гребенкин, В.С. Человек и холод Юнита 1 Выживание и спасение человека в условиях воздействия холодной среды:- М.:2001.

2. Клинцевич, Г.Н. Выживаемость терпящих бедствие на море [Текст]: Г.Н. Клинцевич.- М.: Транспорт,1977.

3. Делль, Р.А. Гигиена одежды: учеб. пособие для вузов / Р.А. Делль, Р.Ф.Афанасьева, З.С.Чубарова. - Изд.-2-е, перераб. и доп.- М.: Легпромбытиздат,1991.-160 с.: ил.

4. Никулин, Ф. Грелка из пробирки// Юный техник. - 1983.-№5. стр.78-79.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ОПРОКИДЫВАНИЯ АВТОБУСА
Б.Ю. Калмыков
Действующие в Российской Федерации законы направлены на защиту жизни и здоровья граждан. В этой связи научные исследования многих авторов, посвященные обоснованию параметров надежной и безопасной эксплуатации машин и механизмов на основе комплексного учета нагрузок и воздействий на них, являются актуальными [1-3].

23 сентября 2010 г. вступил в силу технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» [4], устанавливающий требования к безопасности колесных транспортных средств при их выпуске в обращение на территории Российской Федерации и эксплуатации независимо от места их изготовления в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, защиты имущества физических и юридических лиц, государственного или муниципального имущества и предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей колесных транспортных средств.

Согласно проведенных ранее исследований [5], наиболее существенное влияние на внутреннюю пассивную безопасность автобуса оказывает «Прочность верхней части конструкции пассажирских транспортных средств». Оценка этого параметра осуществляется по Правилам ЕЭК ООН №66-00 [6].

Согласно Правил №66 автобус считается официально утвержденным, если его кузов имеет достаточную прочность для того, чтобы во время и после его испытаний или расчетов удовлетворялись следующие условия:

• 
  ни один из сместившихся элементов кузова не заходил в остаточное пространство;
  
• 
  ни одна из частей остаточного пространства не выступала за пределы кузова.
  

• 
  испытание комплектного транспортного средства на опрокидывание;
  
• 
  испытание секции кузова на опрокидывание;
  
• 
  испытание секции кузова на маятниковом копре;
  
• 
  проверка верхней части конструкции кузова на прочность посредством расчетов.
  

Перед проведением испытаний Правилами №66 регламентируются требования к положению транспортного средства на платформе. Это положение должно быть следующим:

• 
  ось вращения параллельна продольной оси транспортного средства,
  
• 
  ось вращения находилась на расстоянии 0-200 мм от вертикальной линии перепада между двумя плоскостями,
  
• 
  ось вращения находилась на расстоянии 0-100 мм от боковины шины на наиболее длинной оси,
  
• 
  ось вращения находилась на расстоянии 0-100 мм ниже горизонтальной исходной плоскости, на которую опираются шины,
  
• 
  разница между высотой расположения горизонтальной исходной плоскости и горизонтальной нижней плоскости, на которой происходит удар, была не менее 0,8 м.
  

Отсутствие четкого требования о том, с какой именно высоты необходимо опрокидывать пассажирское транспортное средство привело к тому, что все автобусы опрокидывают с высоты 0,805-0,81 м. При этом кузова больших автобусов вместимостью ≈50 мест практически не деформируются, а кузова автобусов вместимостью ≈20 мест испытывают значительные деформации. В сложившейся ситуации необходим единообразный подход, который позволит учитывать различные значения высоты расположения центра тяжести и габаритных размеров автобусов [7] (табл. 1). Для этого авторы предлагают проводить опрокидывание автобусов не с минимальной высоты приблизительно равной 0,8 м, а для каждой марки и модели автобуса определять высоту, с которой необходимо его опрокинуть. При расчете высоты опрокидывания автобуса предлагается учитывать соотношение высоты расположения центра тяжести и его габаритные размеры.

Определим высоту опрокидывания для двух случаев расположения центра тяжести автобуса в момент касания крыши горизонтальной нижней плоскости.

I случай. Определение высоты опрокидывания автобуса при расположении центра тяжести в момент касания крыши горизонтальной нижней плоскости при условии, что через центр тяжести и точку касания крыши кузова автобуса можно провести вертикальную перпендикулярную плоскость (рис.1).

Рис. 1. Определение высоты опрокидывания автобуса для первого случая

При таком соотношении вектор силы тяжести направлен вертикально вниз.

Высота падения цента тяжести h, м, в момент касания крыши горизонтальной нижней плоскости для этого случая будет определяться по формуле:

, (2)

II случай. Определение высоты опрокидывания автобуса при расположении центра тяжести в момент касания крыши горизонтальной нижней плоскости при условии, что через центр тяжести и ось вращения кузова автобуса можно провести плоскость параллельную горизонтальной нижней плоскости (рис.2).

Из рис. 2 можно определить, что высота опрокидывания h₀, м, определяется по формуле:

где угол β определяется по формуле:

Высота падения цента тяжести h, м, в момент касания крыши горизонтальной нижней плоскости в этом случае определится по формуле:

Рис. 2. Определение высоты опрокидывания автобуса для второго случая

Таблица 1 – Технические характеристики и расчетные значения автобусов

Марка, тип автобуса	КаВЗ-3976	ПАЗ-3205	IKARUS-350.00	IKARUS-365.10	MERCEDES-BENZ O 302 V-8
Исходные данные
Размеры, м:
– габаритные:
высота	3,03	2,95	3,37	3,47	3,14
ширина	2,38	2,5	2,5	2,5	2,5
– высота расположения центра тяжести	0,99	0,9	1,2	1,3	1,24
Расчетные значения
Высота опрокидывания, рассчитанная по I случаю	2,62	2,52	2,92	3,0	2,62
Высота опрокидывания, рассчитанная по II случаю	2,33	2,39	2,43	2,41	2,23
Разность высот опрокидывания	0,29	0,13	0,49	0,59	0,39
Скорректированная высота опрокидывания	1,09	0,93	1,29	1,39	1,19

Рассмотрим разность значений высот полученных по формулам (1) и (3):

Полученная по формуле (6) разность высот является искомой функцией f(H,W,H₃), зависящей от габаритных размеров автобуса и высоты расположения его центра тяжести. Результаты расчетов по формуле (7) для рассматриваемых марок и моделей автобусов приведены в таблице 1.

Для определения высоты опрокидывания автобуса при оценке прочности конструкции его кузова предлагается воспользоваться формулой:

(7)

где h_0min = 0,8 м – минимальная высота опрокидывания автобуса.

Результаты расчетов по формуле (7) также представлены в таблице 1.

На диаграмме, приведенной на рисунке 3, представлены расчетные значения скорректированной высоты опрокидывания для рассматриваемых марок и моделей автобусов и способ ее формирования.

Рис.3. Формирование скорректированной высоты опрокидывания автобусов

В результате проведенной работы предлагается внести изменения в порядок оценки прочности верхней части конструкции кузова автобуса. В частности для приведения к оптимальному значению высоты опрокидывания автобусов с различными габаритными размерами и получению более достоверной информации о прочности их кузовов предлагается ввести дополнительный этап перед установкой транспортного средства на опрокидывающую платформу.

Этот этап необходим для определения высоты, с которой будет опрокидываться автобус. Предлагаемая формула для определения высоты опрокидывания автобуса включает основные параметры, оказывающие влияние на прочность кузова, выглядит следующим образом:

После чего корректируется положение транспортного средства на опрокидывающей платформе. При этом испытательным лабораториям (центрам), имеющим соответствующую аккредитацию, необходимо разработать конструкцию опрокидывающей платформы, регулируемой по высоте относительно нижней горизонтальной плоскости.

Остальные этапы оценки прочности кузова автобуса остаются без изменений.
Литература

1. Ягодкин Ф.И., Прокопов А.Ю. Влияние диссипативных сил на формирование вертикальной нагрузки на проводники// Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. – №11. – С. 373–378.

2. Прокопов А.Ю. Исследование дополнительных нагрузок на армировку, возникающих вследствие кручения подъемных канатов// Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. – №11. – С. 387–391.

3. Плешко М.С. Перспективы развития промышленности бетона и железобетона/ Механизация, автоматизация и электрификация горного и строительного производства, сервис технологических машин и оборудования: сб. науч. тр. / Шахтинский ин-т ЮРГТУ (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ), 2005. – С. 163-169.

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 10 сентября 2009 г. №720 «Об утверждении технического регламента о безопасности колесных транспортных средств» / Российская газета: сетевая версия. 2010. URL: http://www.rg.ru/2009/09/23/avto-reglament-dok.html (дата обращения 15.01.2010).

5. Калмыков Б.Ю., Высоцкий И.Ю., Овчинников Н.А. Предложения по оценке прочности конструкции пассажирских транспортных средств / Инженерный Вестник Дона [Электронный ресурс]. – Ростов-на-Дону: Ростовское региональное отделение Российской Инженерной Академии – №2, 2012. – Шифр Информрегистра: 0421100096. – URL: http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n2y2012/765/ – 7 с.

6. ГОСТ Р 41.66-00 (Правила ЕЭК ООН № 66) Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения крупногабаритных пассажирских транспортных средств в отношении прочности верхней части конструкции. – Введ. 26 мая 1999 № 184-ст. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. – 19 с.: ил.).

7. Краткий автомобильный справочник / А.Н. Понизовкин, Ю.М. Власко, М.Б. Ляликов и др. – М.: АО «ТРАНСКОСАЛТИНГ», НИИАТ, 1994. – 779 с.