Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обобщение исследований по эксплуатации пожарных напорных рукавов (ПНР) 7
1.1. Общие сведения 7
1.2. Эксплуатация ПНР 11
1.3. Обслуживание ПНР 17
1.4. Некоторые особенности условий эксплуатации ПНР в СРВ 29
1.5. Задачи исследования и общая методика их решения 33
Глава 2. Особенности эксплуатации пожаршх автомоешшй (ПА) и ПНР в СРВ 36
2.1. Анализ потока вызовов ПА и продолжительность их использования 36
2.2. Специфика организации тушения пожаров . 40
2.3. Использование ПНР на пожарах в городе Ханое 44
2.4. Использование ПНР на пожарах в других городах 57
2.5. Отказы в работе ПНР 63
Глава 3. Методика лабораторного исследования трения материалов ПНР 67
3.1. Общие закономерности трения твердых тел . 67
3.2. Размещение ПНР на пожарных автомобилях . 74
3.3. Цриборы для измерения коэффициентов трения . 80
3.4. Материалы для испытаний 94
Глава 4. Анализ результатов лабораторного исследования 97
4.1. Определение влияния давления на трение материала ПНР о твердые тела 97
4.2. Трение материалов ПНР о дерево 105
4.3. Трение материалов ПНР о металлы 115
4.4. Трение образцов из ПНР о полимерные материалы 121
4.5. Антифрикционные свойства материала рукавов из хлопка (производство СРВ) 127
4.6. Анализ влияния твердости материала на антифрикционные свойства образцов ПНР 130
4.7. Анализ влияния укладки в скатках ПНР в отсеках ПА на работу трения 134
Глава 5. Мероприятия по совершенствованию обеспечения пожарной охраны пожарными напорными рукавами 151
5.1. Анализ общих направлений работы 151
5.2. Машина трения и методика проведения испытаний 153
5.3. Анализ результатов изнашивания материала ПНР 161
5.4. Обоснование расчета централизованной рукавной базы для города Ханоя 178
Выводы 187
Список использованной литературы 190
Приложения 196
- Некоторые особенности условий эксплуатации ПНР в СРВ
- Использование ПНР на пожарах в других городах
- Цриборы для измерения коэффициентов трения
- Антифрикционные свойства материала рукавов из хлопка (производство СРВ)
Введение к работе
Пожарным напорным рукавам (ПНР) в оборудовании пожарных автомобилей принадлежит особая роль.
ПНР - это гибкие трубопроводы, по которым подаются огнетуша-щие вещества в очаг горения для тушения пожаров. Абсолютное большинство пожаров, при использовании пожарных автомобилей, тушат, используя для подачи огнетушащих веществ пожарные напорные рукава. В общей номенклатуре пожарно-технического вооружения они по количеству занимают первое место. Из всего пожарно-технического вооружения они наиболее часто используются на пожарах. При обслуживании пожарных автомобилей после пожара наибольшие затраты труда приходятся на обслуживание ПНР. Из всех отказов пожарно-технического вооружения на пожарах наибольшее их число приходится на
ПНР /4.4/.
Тяжелые условия использования напорных рукавов /6.1/, а также недостаточно тщательно организованное их содержание являются причиной того, что их долговечность службы значительно меньше срока службы пожарного автомобиля. К сожалению /4.4/, фактический срок службы пожарных рукавов значительно меньше нормативной долговечности, равной в СССР 5-7 годам для рукавов разных диаметров. Пожарные рукава самая дорогостоящая часть пожарно-технического вооружения.
В пожарной охране сложились очень тяжелые условия по обеспечению пожарных автомобилей напорными рукавами. В стране слабая база по их производству, до настоящего времени производятся рукава только из естественных волокон (хлопка). Имеется большое количество рукавов производства СССР и других стран. Поэтому рациональная организация использования ПНР является актуальной для пожарной охраны СРВ.
Поэтому целью работы являлось обоснование путей совершенствования использования пожарных напорных рукавов и повышения их дол-
5 говечности в пожарной охране СРВ.
Достижение этой цели требовало проработки ряда задач.
Во-первых, следовало изучить особенности использования ПНР в пожарной охране СРВ с целью обоснования рационального их количества на пожарном автомобиле.
Во-вторых, представляло теоретический и практический интерес исследования трения и изнашивания образцов пожарных напорных рукавов о различные материалы , используемых для обшивки отсеков, в которых на пожарных автомобилях содержат рукава.
В-третьих, важно было, используя опыт пожарной охраны СССР проанализировать возможность организации централизованного обслуживания пожарных рукавов.
На протяжении многих десятилетий сложилась в гарнизонах пожарной охраны, так называемая, децентрализованная система обслуживания ПНР. Сущность ее состоит в том, что каждая пожарная часть организует использование, обслуживание, а также хранение рукавов. При такой системе должно быть на каждом пожарном автомобиле их три комплекта. В каждой пожарной части должно быть оборудование для обслуживания, испытания и ремонта ПНР. Работами исследователей /4.3, 4.4, 5.1/ показана рациональность централизации обслуживания пожарных рукавов. Поэтому, естественно, представляло практический интерес произвести анализ и соответствующие расчеты по обоснованию рациональности использования централизованных рукавных баз в пожарной охране СРВ. Такой расчет выполнен на примере г.Ханоя с учетом перспектив его развития /6.2/.
Решение поставленных задач требовало разработки общей методики исследования, методики, позволяющей обосновывать рациональное количество рукавов на пожарных автомобилях (автоцистернах).
Особое внимание в работе уделено изучению трения и изнашивания образцов пожарных напорных рукавов о различные материалы.
Для этой цели были созданы специальные лабораторные приборы.
Полученные результаты расширили наши познания в области трения твердых тел, они позволили обоснованно рекомендовать материалы для обшивки отсеков, в которых содержатся рукава на пожарных автомобилях.
В связи с претворением в жизнь плана создания Большого Ханоя станет важным и создание централизованной базы обслуживания пожарных рукавов.
диссертационная работа выполнялась в СРВ и ВИПТШ МВД СССР. В СРВ был собран статистический материал по использованию пожарных напорных рукавов и пояарных автомобилей на пожарах. Там же были организованы эксплуатационные испытания износостойкости пожарных напорных рукавов.
Лабораторное исследование трения образцов рукавов о твердые тела проводилось в ВИПТШ МВД СССР.
На защиту выносятся:
методика анализа и результаты обоснования количества пожарных напорных рукавов на пожарных автомобилях;
результаты исследования трибологических свойств материала пожарных напорных рукавов;
результаты исследования износостойкости материала пожарных напорных рукавов;
обоснование путей сокращения пожарных напорных рукавов в гарнизоне пожарной охраны г.Ханоя.
Автор выражает признательность офицерам управления пожарной охраны СРВ, оказавшим помощь в организации сбора статистических материалов, а также личному составу кафедры "Пожарная техника" за содействие по созданию лабораторных установок и проведению на них испытаний.
Некоторые особенности условий эксплуатации ПНР в СРВ
Долговечность и надежность пожарных рукавов зависят от многих факторов: материала рукава, климатических условий, организации эксплуатации, технического обслуживания, хранения рукавов и т.д. Климатические условия также играют важную роль.
Климатические условия характеризуются температурой воздуха, относительной влажностью. Они во многом характеризуются количеством дождливых дней в месяц, количеством осадков и солнечных часов в течение суток.
Большая протяженность территории страны с севера на юг обусловила различие климатических условий в различных районах страны. Некоторое представление о климатических условиях на территории СРВ можно иметь по анализу данных, представленных в табл.1.2.
Для Вьетнама, как и для всей Кжной Азии, муссонный режим определяет основные сезонные различия: влажное лето, когда преобладает поток воздуха с океана, и сухую зиму, когда поток воздуха устремляется с суши на море.
Период летних муссонов продолжается в районе Ханоя с мая по октябрь (со средней температурой +28С). Наиболее сильные ливни, тайфуны и наводнения наблюдаются в июне и августе. Прохладный и сухой сезон с кратковременными холодами продолжается с ноября по апрель. Средняя температура в это время в районе Ханоя +20С. Даже в самые холодные дни ртутный столбик не опускается здесь ниже +5, однако, в горах иногда выпадает снег. С ноября по январь стоит сухая погода, с конца января начинает моросить мелкий дождь ("мыа фун"). Среднегодовое количество осадков в Северном Вьетнаме 1500 мм, в горах - выше 2000 мм. Средняя относительная влажность - 85%, в период дождей приближается к 100$.
Самый холодный месяц на Юге Вьетнама в районе Хюэ - январь (17-24С выше нуля), в районе Хошимина - декабрь (22-31С выше нуля). Самый жаркий месяц в районе Хюэ - июль (25-34С выше нуля) , в районе Хошимина - апрель (24-35С выше нуля). Среднегодовое количество осадков в Хюэ - 2950 мм; в районе Хошимина - 1950 мм (см. табл. средних величин климата во Вьетнаме).
В настоящее время в СРВ используются: советские, германские и китайские пожарные напорные рукава, кроме того, после освобождения Юга Вьетнама от американских захватчиков осталось некоторое количество рукавов американского, французского и японского производства. В настоящее время в нашей стране начали производить рукава из хлопка.
ПНР производства различных стран имеют неодинаковые размеры при равных номинальных внутренних диаметрах, у них различные соединительные головки. Все это затрудняет эксплуатацию и хранение рукавов. Приходится делать в кустарных условиях различного типа переходные соединительные головки. С их помощью соединяются рукава из разных стран. Эти головки укладываются на каждый пожарный автомобиль.
В организации эксплуатации, технического обслуживания и ремонта ПНР имеется ряд особенностей и недостатков.
В каждой пожарной части, кроме рукавов на машинах боевого расчета и на складе, имеются учебные рукава. Они служат только для использования на учебных занятиях, учениях. Нередко для этой цели используются и рукава из комплекта пожарных автомобилей.
В большинстве гарнизонов пожарной охраны не имеется достаточного количества оборудования для обслуживания, супяш и ремонта рукавов. 1 укава, обычно, сушат на крышах, развешивают на деревьях или расстилают на земле. Б таких условиях продолжительность сушки не регламентируется, она зависит от количества солнечных часов в день. Вот поэтому необходимо усвоение и использование опыта пожарной охраны СССР.
Большим недостатком является и то, что еще не налажен учет и регламентирование работы пожарных напорных рукавов.
При хранении ПНР на складах и даже на пожарных автомобилях нередко из: разрушают грызуны, терлиты и т.д.
Высокая влажность воздуха, при достаточно высокой температуре, является причиной образования плесени на рукавах в отсеках кузовов пожарных автомобилей. При этом интенсифицируются гнилостные микробиологические процессы. В результате этого рукава также разрушаются.
Отсутствие четкой регламентации по укладке рукавов в пожарных автомобилях является причиной их интенсивного истирания.
Учитывая сложившуюся практику эксплуатации ПНР в СРВ и опыт, накопленный в пожарной охране СССР в настоящей работе поставлена цель: обобщить опыт использования ПНР в СРВ и обосновать пути рациональной их эксплуатации.
Достижение поставленной цели требовало решения ряда задач. Наиболее важные из них следующие.
Использование ПНР на пожарах в других городах
Для получения информации об условиях использования и количества ПНР в различных населенных пунктах и городах СРВ была разработана специальная статистическая карточка (см. Приложение 2).
Заполненные статистические карточки были получены по 51 выезду ПА в 19 городах и населенных пунктах. Пожарные автомобили вызывались на тушение пожаров на самые разнообразные объекты. Некоторое представление об условиях использования ПА можно представить по материалам, помещенным в Приложении 2 , табл. П.2.3.
На основании анализа статистических карточек установлено, что в 30$ всех случаев пожары тушили в жилых домах, в 59% - в промышленных зданиях и в 11$ случаев в общественных зданиях.
При выезде на пожар одного ПА продолжительность тушения находилась в пределах 10 30 минут. При выезде двух ПА на 32 пожара на 20 из них занятость ПА не превышала 30 минут, в 10 случаях она не превышала 60 минут. Только на двух пожарах она составляла 2 и 3 часа. При работе трех пожарных автомобилей (10 пожаров) пожары были потушены: три - в течение 5+15 минут, а остальные за время от 23 до 50 минут.
Площадь пожара составляла в 20 случаях до 50 м, в 10 - более 50 до 100 м , в 6 - более 100 до 200 м2 и в 4 - более 200 до 500 м . Только в двух случаях она была равна 1144 и 1600 м .
Таким образом, условия тушения пожаров были самыми разнообразными. Они проводились на различных объектах, они характеризовались разной продолжительностью занятости ПА, площадь пожара в 60$ случаев не превышала 100 м . Около 70$ пожаров было потушено в районах выезда части (от 0,5 до 3,5 км). В остальных случаях расстояние выезда на пожар было более 4 км. При этом выезд на 13$ пожаров был в пределах 4 12 км, а остальные - более 13 юл.
По данным табл.2.3П были рассчитаны количество выездов ПА, общее количество ПНР и максимальное Tt-max, а также частоты использования ПНР на всех пожарах, когда выезжали 1,2 и 3 ПА. Получен- . ные результаты приводятся в табл.2.II.
Из анализа этой таблицы следует, что как и в г.Ханое, наиболее часто использовались ПНР в количестве от I до 5 (штриховая диаграмма на рис.2.6). Она достигла 45$. В 80$ всех случаев использовалось до 10 ПНР. При наличии на каждом ПА 18 ПНР, запас их на пожарах был более 2,25 (табл.2.12).
Из сопоставления табл.2.II и 2.12 следует, что при наличии на каждом ПА только 12 ПНР на любом пожаре был бы их запас не ме нее полуторного. Таким образом, этот запас при выезде 1,2 и 3 ПА оказался выше, чем в г.Ханое (см табл.2.4).
Для определения соотношения ПНР типа А и Б были определены максимальные их количества в принятом нами интервале частот. Они записаны в табл.2.13.
Цриборы для измерения коэффициентов трения
Устройство прибора показано на рис.3.7. Основой его является станина І. На ней шарниром 2 закреплена планка 6. К этой планке специальными захватаній 9 крепятся пластины 5 из различных твердых материалов.
К основанию пластины I приклеплен сектор 3 для измерения углов трения, штанга 12 с роликами II и электродвигатель 13. Образец 8, вырезанный из материала рукава прижимается к испытуемому образцу 5 с помощью металлического груза 7. Этот образец может перемещаться вдоль планки 6.
При включенном электродвигателе 13 тросиком Ю планка б проворачивалась вокруг шарнира 2. В разработанном нами приборе поворот планки осуществлялся со скоростью V = 0,0136 м/с.
Для обеспечения воспроизводимости результатов опытов в приборе предусмотрено автоматическое выключение электродвигателя, задающего скорость планке 6. Для выключения двигателя на планке 6 установлен микровыключатель 4. Испытуемый образец всегда устанавливается с помощью специального шаблона на расстоянии \ =6 мм от микровыключателя.
Экспериментально было установлено, что коэффициенты трения между грузом 7 и материалом образца 8 рукава больше коэффициентов трения материала рукава по испытуемым твердым образцам 5. Поэтому в приборе не предусмотрено крепление образца рукава к грузу 7. Для надежности работы,особенно при больших значениях груза 7 было предпринято следующее. К основанию груза 7 приклеивалась наждачная бумага. С ее поверхностью, покрытой абразивом находилась в контакте прорезиненная поверхность образца рукава. Таким образом, обеспечивалось прочное сцепление испытуемого образца с грузом. Для измерения угла оС в приборе на секторе з с величиной радиуса R. =.270 мм были нанесены угловые деления. Цена деления (одного градцса) на шкале была равна 4 мм. При такой цене деления возможно было производить измерение с точностью до 0,5 . Экспериментально было установлено, что величины углов находятся в пределах от Ю до 30. Следовательно, точность измерения коэффициентов трения была неодинаковой. При значениях углов трения, равных коэффициентам трения груз 7 с испытуемым образцом рукава 8 перемещается по наклонной плос кости и с помощью микровыключателя 4 выключает электродвигатель 13. При движении груза 7 на пути \ = 6 мм планка 6 перемещает ся на величину меньше 0,25. Общий вид прибора показан на фотографии (рис.3.8). Обозначения основных элементов прибора соответствуют обозначениям рис. 3.7. Опыты проводились следующим образом. Образец испытуемого рукава устанавливался на укрепленный образец 5 материала на планке 6. На образец рукава помещался груз 7. Образец рукава с грузом перемещали на испытуемой пластине 5 материала до расстояния между кнопкой микровыключателя 4 и тыльной поверхностью груза, равного 6 мм. Установка этого расстояния производилась с помощью специального шаблона. После установки образцов включался электродвигатель 13. При его работе тросик 10 подншлал правый конец планки 6. Когда угол подъема планки становился равным углу трения, нагруженный испытуемый образец рукава начинал двигаться и, преодолев расстояние 6 мм,с помощью микровыключателя 4 выключал электродвигатель 13. 8 момент остановки визуально фиксировалась величина угла трения. После выключения электродвигателя планка 6 поворачиваясь; вокруг шарнира 2,медленно возвращалась в горизонтальное положение. При проведении экспериментов важно было установить воспроизводимость результатов опытов и их погрешность определения коэффициента трения покоя. Для установления воспроизводимости и погрешности была про ведена серия опытов. В них определялось трение образцов рукава из льна и лавсана с размерами 28 и 14 см2 по деревянному образцу из дуба в диапазоне давлении от 2,6 до 21,2 №. Образцы рукавов располагали так, что имитировалось скольжение вдоль и поперек рукава. Опыты с каждой парой трения повторяли 10 раз. Всего было поставлено 240 опытов. В каждом из опытов угол наклона площадки, при котором начиналось движение определялся с точностью 0,5. В опытах были получены результаты, аналогичные приведенным в табл.3.3 для трения образца рукава из лавсана по дубовой пластине, обработанной рубанком. Площадь образца рукава была равной 28 см и давление 3,1 кПа. Из анализа полученных результатов этих опытов сделаны следующие выводы. Более 90% всех результатов опытов имели погрешность менее 4%. Более 9Ъ% всех результатов имели погрешность менее 5%. Таким образом, вероятность получения результата с от клонением от средней величины І ь%, была не более ь%. Такую воспроизводимость и точность измерении следует считать достаточно хорошими. Высокая воспроизводимость опытов позволила уменьшить количество опытов до 4-5. Это, без ущерба для точности получаемых результатов позволило сократить объем экспериментальных исследований.
Антифрикционные свойства материала рукавов из хлопка (производство СРВ)
В СРВ увеличивается производство пожарных напорных рукавов из отечественных материалов, главным образом, из хлопка. Поэтому изучению их антифрикционных свойств было уделено внимание. Полученные результаты представлены в табл.4.8 и некоторые из них на рис.4.II.
Из рассмотрения табл.4.8 и рис.4.II следует, что общие закономерности, описанные выше характерны и для трения образцов ПНР из хлопка.
Коэффициенты трения покоя и скольжения хлопка по фторопласту и полиэтилену оказались практически равными в опытах с сухими и увлажненными образцами (кривые 1,2 и 7,8).
При трении по фторопласту были обнаружены самые малые коэффициенты трения (кривые I и 2), а по полиэтилену самые большие (кривые 7 и 8). На основании анализа табл.4.8 и рис.4.II можно утверждать, что антифрикционные свойства материала ПНР из хлопка аналогичны этим свойствам образцов из льна производства СССР. Следовательно, антифрикционные свойства материалов ПНР из естественных волокон идентичны.
Антифрикционные свойства ПНР изучались при трении их образцов о материалы различной природы: дерево, металлы, полимеры. Естественной была попытка оценить эти свойства на какой-то одной основе. В качестве такой основы была выбрана твердость материалов. Их твердость специально не измерялась. Она выбиралась по литературным источникам. Найденные значения твердости, а также источники информации приводятся в табл.4.9.
Для всех испытуемых пар трения на основании результатов лабораторного эксперимента были определены величины установившихся значений коэффициентов трения скольжения как при трении сухих, так и увлажненных образцов.
Полученные значения коэффициентов трения ПНР в зависимости от твердости материалов, в контакте с которыми они находились, представлены на рис.4.12. На основании анализа этих результатов можно сделать ряд общих выводов.
Црежде всего, антифрикционные свойства образцов ПНР существенно зависят от природы материала, из которого они изготовлены. В случае образцов из синтетических материалов влажность их оказывает влияние на величины коэффициентов трения только при скольжении по дереву. При скольжении по металлическим и полимерным материалам антифрикционные свойства материала ПНР не зависят от влажности. Это следует из равенства коэффициентов трения образцов ПНР из синтетических волокон по жести, алкминию и полимерным материалам (рис.4.12,б).
Скольжение образцов ПНР из естественных волокон по различным материалам сильно зависит от влажности испытуемых образцов (см.рис.4.12,а).
Вторая особенность трения образцов ПНР из синтетических материалов состоит в следующем. Их коэффициенты трения не зависят от твердости контртел. Однако, исключением является трение образцов ПНР о полимерные материалы. Так, в случае трения по полиэтилену они значительно больше, чем при трении о другие материалы. По-видимому, в рассмотренных случаях, сказывается взаимодействие поверхностей полимерных материалов трущихся тел. Однако, на основании результатов наших опытов, дать исчерпывающий ответ на этот вопрос не представляется возможным. результаты лабораторного исследования позволили показать различие антифрикционных свойств материалов ПНР из естественных и полимерных материалов. Из них следует, что по антифрикционным свойствам предпочтение должно быть отдано синтетическим материалам. Однако, знания антифрикционных характеристик ПНР недостаточно для обоснования рекомендаций по выбору материалов для опорных планок в отсеках пожарных автомобилей. Это обусловлено тем, что не изучены износостойкость материала ПНР и ее связь с антифрикционными свойствами.
