устройство для гравитационного спуска людей в экстремальных условиях

Формула изобретения

1. Устройство для гравитационного спуска людей в экстремальных ситуациях, включающее тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном внешнем конце, пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого, тормозной механизм, выполненный в виде концентрично смонтированных статора и ротора, промежуток между которыми заполнен веществом, установленных на одном валу с тросовым барабаном, и неподвижный корпус, отличающееся тем, что в цилиндрическом статоре тормозного механизма, установленном по одной оси с тросовым барабаном, выполнена эксцентричная цилиндрическая расточка, по оси цилиндрического статора жестко на общем валу с тросовым барабаном касательно к стенке расточки установлен цилиндрический ротор, образующий в расточке статора серповидную полость, ротор выполнен с продольной цилиндрической проточкой на боковой поверхности, по оси которой шарнирно с возможностью качания относительно этой оси установлен призматический вытеснитель, образованный двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, одна из которых имеет радиус цилиндрической проточки, а вторая - радиус ротора так, что в сборе ротор и вытеснитель составляют полный цилиндр, вытеснитель снабжен системой, обеспечивающей постоянное взаимодействие рабочего ребра вытеснителя с внутренней поверхностью цилиндрической расточки в статоре, а начало и конец серповидной камеры сообщены каналом, в котором установлено запорно-регулирующее устройство, позволяющее регулировать живое сечение канала вплоть до полного перекрытия его, при этом серповидная полость и все внутреннее пространство сообщающего канала и запорно-регулирующего устройства заполнены вязким текучим веществом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что параллельно с тросом в корпусе тросового барабана установлена ленточная пружина, внутренний конец которой жестко закреплен на общем валу, а внешний конец жестко закреплен на неподвижном корпусе.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тросовый барабан имеет дополнительную секцию для тонкого троса, внутренний конец которого закреплен на "общем валу в этой секции, а свободный конец этого троса намотан на дополнительный барабан - катушку, на которую наматывается этот трос при обратном подъеме устройства.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что зацеп на внешнем свободном конце гибкого несущего элемента имеет конструкцию типа "карабин".

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что система, обеспечивающая постоянное взаимодействие рабочего ребра вытеснителя с внутренней поверхностью цилиндрической расточки в статоре, снабжена пружинами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для гравитационного спуска людей при пожарах с этажей горящих зданий, при горноспасательных работах в экстремальных условиях, при эвакуации людей из воздушного и водного транспорта при авариях. Оно может использоваться при ремонтных работах и мытье стекол на фасадах зданий, при проведении специальных операций для высадки десанта с вертолетов, воздушных шаров и крыш, а также при строительно-монтажных работах с вертолетов и кранов.

Известно множество устройств для гравитационного спуска людей по закрепленному сверху прочному и гибкому или эластичному направляющему элементу (канату, тросу, ленте и т.п.).

Так, например устройство [1] содержит корпус, канатный барабан с навитым на него направляющим элементом и спусковой тормоз. Тормоз выполнен в виде гидравлического или пневматического цилиндра с внутренним поршнем с перепускными каналами для рабочего тела. При этом поршень цилиндра связан механической передачей с канатным барабаном.

Это устройство обладает несколькими недостатками:

1. Во-первых, оно предназначено для крепления в определенном месте сооружения и не может быть быстро доставлено и установлено в необходимой точке сооружения при возникновении чрезвычайной ситуации. Поэтому такие устройства должны быть установлены над каждым проемом, возможным для эвакуации людей, что экономически нецелесообразно. Кроме того, оно всегда должно находиться вне обитаемого объема сооружения и подвержено внешним атмосферным воздействиям сырости, что приводит к коррозии, и температуры, что отрицательно влияет на гидравлическую систему тормозов.

2. Во-вторых, настроенное на одну определенную скорость раскручивания канатного барабана, оно не может быть оперативно переналажено на другую более подходящую для конкретного случая скорость. Вес эвакуируемого может привести либо к слишком большой скорости спуска, либо к чересчур малой, особенно при эвакуации ребенка. Подвергшееся коррозии это устройство может вообще заклинить, поэтому за ним требуется постоянный уход.

3. В-третьих, это устройство практически одноразового действия, т.к. обратная намотка каната на барабан - трудоемкая и длительная операция. В результате получается, что [1] - это стационарное устройство одноразового использования.

Более подходят для использования в экстремальных и аварийных ситуациях устройства, в которых несущий элемент закрепляют на покидаемом объекте непосредственно в момент начала эвакуации. К таким относятся спасательные устройства [2, 3]. В этих устройствах тормозное устройство крепится на обвязке (лямках и поясе) спасаемого. Эти устройства конструктивно просты, но очень не надежны. Аварийные и экстремальные ситуации не создают стерильных условий, а малейшее попадание на грузонесущий элемент посторонних загрязнений - щепок, песчинок и даже пыли, а тем более захлестывание троса или каната и образование "барашка" обязательно приведет к заклиниванию спускового тормоза на грузонесущем элементе.

Для того чтобы в устройстве [2] заставить спусковой тормоз начать сползать по грузонесущему элементу - фрикционной ленте, нужно приложить очень значительные усилия. Такая лента создает значительное трение не только при контакте с самой собой, но и при обегании роликов. Это делает его ненадежным и небезопасным.

Тормозное устройство [3] портативно, но при использовании также небезопасно. Оно не позволяет регулировать скорость спуска. Торможение происходит в нем за счет трения между несущим элементом и канавкой спускового тормоза, а это неуправляемый процесс. По мере спуска скорость все время увеличивается, процесс спуска ничем не регулируется.

Устройство для аварийного спуска [4, 5] конструктивно более сложно. Оно содержит поворотный барабан с намотанным на него тросом, конец которого крепится к покидаемому объекту, и тормозной механизм. Тормозной механизм включает неподвижный барабан с кольцевым магнитопроводом и диск с постоянными магнитами. Последний жестко соединен с подвижным барабаном и расположен внутри кольцевого магнитопровода.

Недостатком этого устройства является то, что его конструктивные параметры подбираются расчетным путем при заданных параметрах груза. Спасательное же устройство должно характеризоваться универсальностью, работоспособностью и надежностью вне зависимости от параметров спасаемого человека или груза. В известном же устройстве [4] за пределами расчетных параметров функциональная ценность существенно снижается.

Известно также устройство [6], которое содержит тросовый барабан с намотанным на него гибким несущим элементом (тросом, канатом, лентой, фалом и т. п. ), конец которого имеет зацеп для крепления к покидаемому объекту. Тормоз этого устройства выполнен в виде концентрично смонтированного статора и ротора - тросового барабана. Полость между статором и ротором заполнена сыпучим абразивным материалом, например корундовым шлифовальным порошком. Ротор выполнен в виде полого барабана, на внутренней поверхности которого расположены по винтовой линии выступы, образующие одно- или многозаходный шнек. Статор связан с грузовой подвеской и выполнен в виде размещенного внутри барабана полого вала с равномерно расположенными на его наружной поверхности радиальными выступами, которые образуют зазор относительно выступов тросового барабана по всей длине последнего. Все это находится в общем корпусе.

Недостатком этого устройства является то, что сложная конструкция является механизмом одноразового действия и ни при каких обстоятельствах не может быть использовано вторично. Это устройство не позволяет также регулировать скорость спуска, а тем более останавливаться и дальше продолжать спуск с той же или иной скоростью.

Это устройство для аварийного спуска людей, преимущественно с высоких зданий, содержащее тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на внешнем конце типа "карабин", пояс и лямки для фиксации на теле спасаемого и тормозное устройство, выполненное в виде концентрично смонтированных статора и ротора, по патенту России 2149046 по кл. МПК А 62 В 1/8 от 20.05.2000 г., по своему функциональному назначению и числу общих существенных признаков является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения и принято за его прототип.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание такого устройства для аварийного или рабочего спуска с верхних уровней при пожарах, авариях, горноспасательных и ремонтно-строительных работах и выполнения десантирования в процессе специальных операций, которое позволит по желанию спускаемого менять скорость спуска в широких пределах, вплоть до полной одной или нескольких остановок и при этом обе руки его остаются свободными для выполнения одновременно со спуском других необходимых работ.

Т. о. технический результат, который должен быть получен при осуществлении заявленного изобретения, это возможность спускаемого управлять скоростью своего спуска вплоть до одной или нескольких полных остановок, ускорять или замедлять свое движение вниз.

Технический результат достигается, когда в устройстве для гравитационного спуска людей в экстремальных ситуациях, включающем тросовый барабан с гибким несущим элементом с зацепом на свободном внешнем конце, например типа "карабин", пояс и лямки для фиксации на теле эвакуируемого и тормозной механизм, выполненный в виде концентрично смонтированных статора и ротора, промежуток между которыми заполнен вязким веществом и установленных на одном валу с тросовым барабаном, и неподвижный корпус, согласно изобретению, в цилиндрическом статоре тормозного механизма выполнена эксцентричная цилиндрическая расточка, по оси цилиндрического статора жестко на валу, общем с тросовым барабаном, касательно к стенке расточки установлен цилиндрический ротор, образующий в расточке статора серповидную полость, ротор выполнен с продольной цилиндрической проточкой на боковой поверхности, по оси которой шарнирно с возможностью качания относительно этой оси установлен призматический вытеснитель, образованный двумя пересекающимися цилиндрическими поверхностями, одна из которых имеет радиус цилиндрической проточки, а вторая - радиус ротора (в сборе ротор и вытеснитель составляют полный цилиндр), вытеснитель снабжен системой, например пружинами, обеспечивающей постоянное взаимодействие рабочего ребра вытеснителя с внутренней поверхностью цилиндрической расточки в статоре, а начало и конец серповидной камеры сообщены каналом, в котором установлено запорно-регулирующее устройство, позволяющее регулировать живое сечение канала или полностью перекрывать его, серповидная полость, все внутреннее пространство сообщающего канала и запорно-регулирующего усторойства заполнены вязким текучим веществом.

В устройстве для гравитационного спуска людей по предлагаемому изобретению тормозной механизм может быть установлен либо соосно, либо коаксиально с тросовым барабаном.

Для самостоятельного возврата устройства для гравитационного спуска к исходному уровню после завершения спуска эвакуируемого для спуска следующего при небольших высотах (10-15м) в нем параллельно с тросовым барабаном в корпусе установлена ленточная пружина, внутренний конец которой жестко закреплен на общем валу, а внешний конец жестко закреплен на неподвижном корпусе.

Для многократного повтора спусковой операции и подъема устройства к исходному уровню оператором снизу в предлагаемом устройстве тросовый барабан имеет дополнительную секцию для тонкого троса, один конец которого закреплен на общем валу в этой секции барабана, на которую наматывается этот трос в процессе спуска, а второй - внешний конец его намотан на дополнительный барабан - катушку, на которую наматывают этот трос при подъеме устройства к исходному уровню.

Для самостоятельного повторного подъема устройства оно может быть снабжено собственным электроприводом на аккумуляторах или батареях, с ручным выключателем для запуска после завершения спуска и с автоматическим выключением в верхней исходной точке. Пусковая кнопка этого электропривода должна быть синхронизована с рычагом запорно-регулирующего устройства и не допускать его запуска при перекрытии канала.

Проведенный заявителем 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 заявителем 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 показан общий вид устройства в соосном исполнении, сбоку в разрезе;

на фиг.2 - вид устройства по сечению I-I;

на фиг.3 приведен общий вид устройства с возвратной пружиной, в разрезе;

на фиг.4 показан общий вид устройства в коаксиальном исполнении в разрезе;

на фиг.5 приведен вариант устройства со сдвоенным тросовым барабаном;

на фиг.6 - устройство с индивидуальным приводом возврата.

Устройство содержит тросовый барабан 1 с навитым на него гибким несущим элементом 2, внутренний конец которого закреплен на общем валу вращения 3, а наружный конец снабжен зацепом 4 для фиксации на надежной конструкции покидаемого объекта.

Тросовый барабан 1 закрыт неподвижным внешним кожухом 5 с левой 6 и правой 7 крышками, на которых закреплены пластины 8 с отверстиями для пояса и лямок, фиксируемыми на теле эвакуируемого (не показаны).

Соосно с тросовым барабаном 1, а возможно и концентрично с ним (фиг.4) на том же общем валу вращения 3 установлен тормозной механизм 9.

Тормозной механизм 9 имеет статор 10, жестко закрепленный на внешнем неподвижном кожухе 5 и имеющий отверстие для прохода общего вала вращения 3. В статоре 10 эксцентрично тормозному валу 3 выполнена цилиндрическая расточка 11, в которой на валу 3 жестко закреплен цилиндрический ротор 12, образующий в цилиндрической расточке 11 статора 10 серповидную полость 13.

Ротор 12 выполнен с поверхностной цилиндрической продольной проточкой 14, по оси 15 которой шарнирно, с возможностью качания вокруг оси 15 установлен вытеснитель 16 призматической формы, образованной пересечением двух параллельных цилиндрических поверхностей 17 и 18. При этом поверхность 17 имеет радиус цилиндрической проточки 14 в теле ротора 12, а другая поверхность 18 имеет радиус самого ротора 12. В сборе ротор 12 и вытеснитель 16 составляют полный сплошной цилиндр.

Вытеснитель 16 снабжен системой 19, например пружинами, обеспечивающей постоянное взаимодействие (прижатие) рабочего ребра 20 вытеснителя 16 с цилиндрической поверхностью 21 расточки 11 в статоре 10. Концы серповидной камеры 13 в статоре 10 сообщены каналом 22, в котором установлено запорно-регулирующее устройство 23, например, в виде пробкового крана, позволяющее регулировать живое сечение канала 22, либо полностью перекрывать его. Рычаг управления 24 запорно-регулирующим устройством 23 вынесен за внешний кожух 5.

Вся внутренняя полость тормозного механизма 9 - серповидная полость 13 и сообщающий ее концы канал 22, должны быть заполнены какой-либо жидкостью, желательно вязкой, например глицерином, маслом, вазелином и т.п.

Для плавного сматывания несущего элемента с тросового барабана в верхней части кожуха 5 установлены направляющие ролики 25. Устройство для гравитационного спуска может быть снабжено возвратной ленточной пружиной 26, концы которой жестко закреплены на валу вращения 3 и на неподвижном кожухе 5. Эта пружина 26 после снятия нагрузки возвращает устройство наверх.

Устройство с ленточной пружиной 26 может использоваться при небольших высотах спуска до ~ 15 м. Для больших высот желательно разделить тросовый барабан 1 на две секции (фиг. 5). Одна из секций предназначена для основного несущего элемента 2, а вторая секция - 27 предназначена для наматывания более тонкого троса, веревки или проволоки 28, наматывающейся на барабан при спуске и вытягиваемой вручную при подъеме устройства к исходной позиции. При этом внутренний конец этого тонкого троса 28 должен быть жестко закреплен в секции 27 тросового барабана 1 на приводном валу вращения 3. Для удобства целесообразно свободный конец этого тонкого троса или проволоки 28 иметь на небольшом дополнительном барабане или катушке 29. Барабан 29 сбрасывают вниз до начала эвакуации. На этот барабан 29 наматывают тонкий трос или проволоку в процессе подъема устройства вручную к исходной позиции для повторного спуска следующего эвакуируемого.

Для облегчения наматывания гибкого несущего элемента 2 на тросовый барабан 1 концы общего вала 3 желательно вывести за пределы кожуха 5 и снабдить их гнездами для взаимодействия с вращающейся головкой специального инструмента 30, например дрели.

Устройство может быть снабжено самостоятельным электроприводом 31 для вращения приводного вала 3, питаемым от электрических аккумуляторов или батареек. При этом кнопка запуска электропривода 31 должна быть сблокирована с рычагом 24 управления запорно-регулирующего устройства 23, для предотвращения запуска электропривода 31 в момент перекрытия канала 22.

На фиг.2 буква Э обозначает эксцентриситет между осью приводного вала 3 и осью цилиндрической расточки 11 в статоре 10.

Устройство используют следующим образом.

Узнав о чрезвычайной ситуации, спасаемый сам или с помощью спасателя надевает на себя лямки и спасательный пояс, проверяет правильность и удобство расположения спасательного устройства и закрепляет зацепом 4 гибкий несущий элемент 2 на какой-либо надежной конструкции покидаемого объекта. В качестве такой надежной конструкции могут быть использованы трубопроводы систем отопления и водоснабжения, лестничные и балконные перила, бетонные, кирпичные и деревянные столбы или специально предварительно заложенную в стену, пол или потолок арматуру. Проверив надежность крепления, эвакуируемый подходит к проему и, если используется устройство, изображенное на фиг.5, рычагом 23 полностью перекрывает сечение канала 22 и сбрасывает катушку 29 с тонким тросом 28. Затем переходит на наружную сторону стены и повисает на несущем элементе 2. После этого рычагом 23 постепенно приоткрывает сечение канала 22 и начинает медленно спускаться по гибкому несущему элементу 2, сматывающемуся с тросового барабана 1. Если скорость спуска недостаточна, рычагом 23 сечение канала 22 приоткрывают больше, если скорость велика - сечение канала уменьшают, а если нужна остановка, канал 22 полностью перекрывают.

В процессе спуска тормозное устройство 9 работает следующим образом.

Эластичный несущий элемент 2, сматываясь с тросового барабана 1, раскручивает его. Тросовый барабан 1, жестко закрепленный на валу 3, начинает вращать его. В свою очередь, вал 3 передает вращение цилиндрическому ротору 12, также жестко насаженному на вал 3.

Ротор 12, проворачиваясь в цилиндрической расточке 11 статора 10, своим выступающим вытеснителем 16, плотно скользящим по цилиндрической поверхности 21 расточки 11 статора 10, выталкивает находящуюся перед вытеснителем 16 вязкую жидкость из серповидной полости 13 в канал 22 и через него снова - в полость 13, но уже за телом вытеснителя 16. Если канал 22 полностью перекрыть, то вытеснитель 16 упрется в находящуюся перед ним жидкость и вращение всего комплекса: ротор 12, вал 3, тросовый барабан 1 - прекратится, несущий элемент 2 прекратит сматываться с тросового барабана 1 и спуск прекратится. При полностью открытом канале 22 скорость вращения тросового барабана 1 будет максимальной и скорость спуска будет наибольшей. Т.к. скорость спуска людей ограничена 3-5 метрами в секунду, сечение канала не должно быть слишком большим, и рассчитывается из этих соображений. Поэтому, если спасаемый растеряется и не сможет управлять скоростью своего спуска, максимальная скорость спуска не будет для него опасной. Если же он повиснет, забыв переключить рычаг управления 24, то у него будет время придти в себя или услышать спасателей.

Спустившись до необходимого уровня и достигнув желаемого, эвакуированный или спасатели снимают пояс и лямки открывают полностью канал 22 и, наматывая тонкий трос 28 на барабан 29 вручную, поднимают спасательное устройство к исходному уровню. При этом одновременно наматывается несущий элемент 2 на основной тросовый барабан 1. Наверху канал 22 снова перекрывают, и устройство готово к эвакуации следующего спасаемого. При соответствующей прочности несущего элемента возможна одновременная эвакуация сразу нескольких человек, но при этом должно быть предусмотрено необходимое количество лямок и поясов, зацеп должен крепиться на более надежной опоре, а устройство должно крепиться на наиболее сильном, смелом и опытном спасаемом.

Использование устройства по фиг.3 с возвратной пружиной мало отличается от описанного выше. В этом устройстве по мере спуска пружина 26 постепенно скручивается, а по достижении нижнего уровня и снятия лямок и пояса облегченное устройство за счет силы скрученной пружины возвращается вверх для повторного использования. При этом надо помнить, что канал 22 должен быть полностью открыт.

Предлагаемым устройством могут быть оснащены многоэтажные и многолюдные здания, такие как школы, гостиницы, административные комплексы, жилые дома. Изготовление таких устройств не связано с какими-либо трудностями, себестоимость их невысока, трудоемкость даже при индивидуальном изготовлении не превышает полутора-двух человеко-дней, а из комплектующих изделий наибольшую стоимость составляет грузонесущий трос. При серийном изготовлении стоимость может быть в 5-7 раз ниже.

Организовать массовое производство семейства таких устройств для различной высоты спуска и грузоподъемности не представляет труда. Большую сложность представляет психологический фактор, страх перед высотой, недоверие к технике и паническое состояние в условиях экстремальных ситуаций. Преодоление этих факторов также может быть осуществлено предлагаемым же устройством. Для этого во дворах жилых домов, школ, на спортивных площадках могут быть установлены небольшие вышки, высотой 3-5 м, со стационарно подвешенными устройствами для спуска людей, на которых можно отрабатывать технику спуска, преодолевать естественный страх перед высотой и вырабатывать навыки и доверие к технике. Успех такого "аттракциона" среди детей несомненен, хуже с взрослыми. Для их обучения нужны инструктора. Однако если начинать обучение с низких уровней до 1 м, желающие постепенно появятся. Предприниматели могут сооружать и высокие вышки и организовывать платные аттракционы и даже соревнования. Все это может помочь выработать у части населения определенные навыки и смелость, что очень может пригодиться при попадании в экстремальную ситуацию.

Производство предлагаемых устройств не требует никаких капитальных затрат, оно может быть налажено в любой механической мастерской, имеющей минимальный набор металлообрабатывающего оборудования - токарные и фрезерные станки.

В определенных условиях такие устройства могут заменить дорогие стационарные внешние пожарные лестницы, уродующие фасады высоких зданий, но обладающие совершенно недостаточной пропускной способностью, спуск по которым не так уж безопасен.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 402197 от 12.10.1973, МПК B 66 D 9/04.

2. Патент России 2129890 от 10.05.1999, МПК А 62 В 1/14.

3. Патент России 2145506 от 20.02.2000, МПК А 62 В 1/14.

4. Патент России 2081639 от 20.06.1997, МПК А 62 В 1/10.

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

6. Патент России 2149046 от 20.05.2000, МПК А 62 В 1/08 - прототип.