Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Группа изобретений относится к области предупреждения пожара (взрыва) объекта в случаях возгорания энергоносителя в топливном баке транспортного средства.

Известен способ тушения пожара с помощью переносных огнетушителей, возимых на транспортных средствах [1]. Основным достоинством способа является простота приведения в действие и надежность.

Недостатком способа является то, что при возгорании энергоносителя в емкости в ряде случаев (например, если транспортное средство воспламенено в результате террористического акта, дорожно-транспортного происшествия и т.п.), воспользоваться его штатными огнетушителями на начальной стадии распространения огня часто не представляется возможным.

Известна система спасения самолета, имеющая управляемые в полете разъемы консолей крыльев, выполняющего дополнительную функцию топливного бака; килей; рулей и мотогондол с двигателями. При необходимости увеличения скорости самолета или, например, при пожаре крыльевые топливные баки и двигатели могут «отстреливаться» с использованием микрозарядов, располагаемых в разъемах [2].

Недостатком способа является то, что для предотвращения поломок деталей, узлов и систем самолета при отсоединении консолей, если они расположены на одной горизонтали с рулями высоты, летчику перед размыканием следует резко опустить нос самолета, а мотогондол - поднять. Изменение ориентации самолета для отбрасывания его элементов в горизонтальной плоскости заявленных целей не достигнет. Для наземного транспорта изменение пространственной ориентации горизонтальной оси транспортного средства в вертикальной плоскости невозможно, а в горизонтальной плоскости - ограничено габаритами проезжей части дороги.

Известен способ защиты транспортного средства от пожара или взрыва осуществляемый отстрелом (отбрасыванием) топливного бака на безопасное (с точки зрения распространения огня) расстояние от автомобиля с помощью группы устройств и механизмов, имеющих в составе пиропатроны [3].

Способ включает следующие процессы:

1. Инициацию сигнала возгорания (взрыва) топливных баков с помощью следящих датчиков.

2. Преобразование инициированного сигнала в исполнительный сигнал и его подача на пиропатроны отсечки топливопровода, раскрепления топливного бака и отстрела топливного бака.

3. Отсечку топливопровода подачи топлива из топливного бака и его перекрытие.

4. Раскрепление топливного бака через промежуток времени относительно времени отсечки топливопровода.

5. Отстрел (отбрасывание, метание) топливного бака на безопасное расстояние от транспортного средства через промежуток времени относительно времени раскрепления топливного бака.

Данный способ принят за прототип.

Недостатками способа являются:

- высокая материалоемкость и сложность устройства для его осуществления, в связи с большим количеством деталей, узлов и механизмов;

- отбрасывание топливного бака производится взрывным способом, пиропатроны устройства требуют сложных правил содержания и строгого выполнения техники безопасности при обращении;

- отбрасывание топливного бака под прямым углом к траектории его движения вызывает опрокидывающий момент, что снижает устойчивость транспортного средства, особенно при отрицательных поперечных уклонах дорожного полотна (виражи, косогоры), или на поворотах (при действии центробежной силы в направлении опрокидывающего момента) - в конечном счете - безотказность;

- приведение транспортного средства в технически исправное состояние после отстрела требует значительных затрат сил и средств;

- огневые средства противника при использовании транспортного средства в военных целях в условиях незаконного вмешательства в его движение могут повредить детали и узлы устройства, вызвать срабатывание пиропатронов без отбрасывания топливного бака, тем самым только усилить процесс горения транспортного средства.

- для реализации способа требуется материалоемкая конструктивная переработка базового образца транспортного средства. Поэтому прототип имеет низкую безотказность.

Целью предлагаемой группы изобретений является повышение безотказности защиты транспортного средства от возгорания путем быстрого удаления воспламенившегося топливного бака под углом к направлению движения на безопасное расстояние от транспортного средства путем создания водителем замедления, вызывающего снижение скорости движения транспортного средства по сравнению со скоростью движения топливного бака по направляющей на величину достаточную для отбрасывания.

Предлагаемый способ защиты транспортного средства от возгорания включает следующие процессы:

1. Переключение системы питания топливом на питание из запасного топливного бака.

2. Раскрепление стороны направляющей топливного бака.

3. Поворот направляющей топливного бака на угол отбрасывания.

4. Раскрепление хомутов крепления топливного бака.

5. Резкое уменьшение скорости транспортного средства, таким образом, чтобы установившееся замедление снизило его скорость по сравнению со скоростью движения топливного бака по направляющей на величину достаточную для отбрасывания топливного бака под горизонтальным углом к направлению движения транспортного средства на безопасное расстояние.

Заявленный способ реализуется устройством для его осуществления.

Устройства для отбрасывания известны. Известно аварийно-спасательное средство, предназначенное для обеспечения безопасности экипажа и самой автомашины при лобовом столкновении. Оно выполнено в виде двух катапульт. Каждая из них представляет собой инициирующее устройство в виде закрепленного на бампере автомобиля подпружиненного штока с острием для капсюля пиропатрона, срабатывающего при столкновении, и исполнительного устройства в виде цилиндра, в штоке которого размещена головка инициирующего устройства [4].

Недостатком аварийно-спасательного средства является то, что источник возгорания конструктивно (неразъемно) сопряжен с базовым объектом, поэтому его горение (взрыв) вызовет горение транспортного средства.

Известно устройство, имеющее в своем составе инициирующее устройство, включаемое водителем и которое посредством датчиков, размещенных на топливном баке, при его возгорании (взрыве) инициирует, усиливает и передает сигнал на электровоспламенители пиропатронов исполнительного устройства. Исполнительное устройство представляет собой механизм отстрела и перекрытия топливопровода от топливного бака к потребителям системы питания топливом транспортного средства в виде механического устройства, разъединяющего при срабатывании пиропатрона топливопровод и с помощью находящегося в нем запорного клапана предотвращающего выливание топлива. В исполнительное устройство так же входит механизм раскрепления топливного бака в виде замков, которые при срабатывании пиропатрона размыкают верхние и нижние окончания ленточных хомутов крепления бака перед его отстрелом. К исполнительному устройству относится и механизм отстрела, включающий направляющий каркас в котором на роликах располагается бак и толкающая его при срабатывании пиропатрона опорная плита с возвратными пружинами [3].

Данное устройство принято за прототип.

Недостатком устройства является низкая безотказность.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на:

- фиг. 1 - вид устройства сбоку (прерывистой линией - положение хомутов крепления топливного бака в положении отбрасывания);

- фиг. 2 - устройство в рабочем положении (вид сверху);

- фиг. 3 - направляющая топливного бака в рабочем положении (вид сбоку);

- фиг. 4 - разрез по «А-А» - закрепление верхнего окончания хомута на продольной балке направляющей топливного бака (прерывистой линией изображено положение хомутов крепления топливного бака в положении отбрасывания);

- фиг. 5 - схема соединения основного и запасного топливных баков;

- фиг. 6 - принципиальная электрическая схема устройства;

- фиг. 7 - устройство в положении отбрасывания (вид сверху);

- фиг. 8 - направляющая топливного бака в положении отбрасывания (вид сбоку);

Предлагаемое устройство для защиты транспортного средства от возгорания содержит: направляющую топливного бака, механизм крепления топливного бака, поворотный механизм, дополнительные топливные элементы, блок управления.

Устройство имеет два положения:

- рабочее положение, когда транспортное средство используется по прямому назначению;

- положение отбрасывания, когда топливный бак готов к отбрасыванию в сторону (под углом к направлению движения транспортного средства).

Направляющая топливного бака 1 (фиг. 1, 2, 3) представляет собой пространственную L-образную конструкцию из двух прямоугольных рам жестко сопряженных под прямым углом.

Вертикальная рама включает вертикальные стойки 2, верхнюю горизонтальную балку 3 и нижнюю горизонтальную балку 4, изготавливающиеся из жесткого конструкционного материала (например, металлического проката прямоугольного сплошного или коробчатого сечения), которые соединяются между собой, например, при помощи сварки и образуют жесткую решетчатую конструкцию. Нижняя горизонтальная балка 4 вертикальной рамы одновременно является левой продольной балкой горизонтальной рамы. Правая нижняя продольная балка 5 жестко сопряжена с балкой 4 посредством поперечин 6 и образует решетчатую раму. В стойки 2 и поперечины 6 с внутренней стороны помещены опорные шарики 7, выступающие над их поверхностью с возможностью вращения в своих гнездах. В горизонтальной балке 5 выполнены сквозные отверстия 8 прямоугольного сечения с размерами больше поперечного сечения хомутов крепления. К первой стойке 2 направляющей топливного бака 1 соосно жестко прикрепляются, например, привариваются, проушины 9, а к продольной балке 10 рамы транспортного средства - проушины 11 и нажимной рычаг 12. В отверстия проушин 9 и 11 вводится и фиксируется вертикальная ось 13. Размеры проушин 9 и 11 в рабочем положении обеспечивают зазор между балкой 10 рамы транспортного средства и вертикальной рамой направляющей топливного бака 1. Две последние стойки 2 вертикальной рамы направляющей жестко (например, с помощью сварки) сопряжены между собой плоской тонкостенной опорной плитой 14 (фиг. 3), образующей опорную поверхность для силового элемента поворотного механизма. Направляющая топливного бака 1 в рабочем положении фиксируется с помощью электромагнитного замка 15, сердечник которого вводится в замковое отверстие 16, выполненное в стенке последней вертикальной стойки 2 направляющей топливного бака 1. Топливный бак 1 транспортного средства в рабочем положении размещается в полости, образованной рамами направляющей и опирается днищем на шарики 7 поперечин 6 и стоек 2.

Механизм крепления топливного бака 1 включает плоские ленточные хомуты 17, изготовленные из упругого конструкционного материала, например из стали. Верхним окончаниям хомутов 17 придается пружинная спиралевидная форма. Они жестко (например, с помощью винтового соединения) без возможности поворота запасовываются в прорези осей 18 кронштейнов 19 (фиг. 4), прикрепляемых (например, с помощью сварки) к полке верхней горизонтальной балки 3. К нижним окончаниям хомутов 17 (фиг. 1, 2, 3) жестко прикрепляются цилиндрические стаканы 20, к днищу которых изнутри также жестко прикрепляются сервопружины 21 так, чтобы лента хомута 17 размещалась внутри сервопружины 21. В рабочем положении нижние окончания с преодолением изгибных упругих свойств хомутов 17 вводятся в отверстия 8 нижней горизонтальной балки 5, где фиксируются электромагнитными замками 23, сердечники которых вводятся в отверстия 22, выполненные в нижних окончаниях хомутов 17. Сервопружины 21 при этом находятся в сжатом, а хомуты 17 в предварительно-напряженном состоянии.

Поворотный механизм включает силовой элемент в виде мягкой цилиндрической гофрированной замкнутой оболочки 24, прикрепляемой торцами с одной стороны к стенке продольной балки 10 рамы транспортного средства, а с другой - к плите 14 снаружи направляющей топливного бака 1; трехпозиционный электромагнитный воздушный кран 25; ограничитель 26 поворота направляющей. Ограничитель 26 выполнен в виде прочной (например, из стали) цепи и имеет фиксированную длину, обеспечивающую такой максимальный угол поворота направляющей, чтобы топливный бак 1 отбрасывался беспрепятственно (без касания деталей и узлов транспортного средства). Ограничитель 26 одним концом жестко прикрепляется к проушине балки 10 рамы транспортного средства, а другим - к проушине последней стойки 2 направляющей. Воздушный кран 25 (с предохранительным клапаном, отрегулированным на расчетное давление воздуха) имеет три рабочих положения: «О» - полость оболочки 24 сообщается с источником сжатого воздуха (компрессором, ресивером) базовой машины и не сообщается с атмосферой; «З» - полость оболочки 24 не сообщается с источником сжатого воздуха и с атмосферой; «В» - полость оболочки 24 сообщается с атмосферой и не сообщается с источником сжатого воздуха. В рабочем положении (воздух из полости оболочки 24 выпущен, электромагнитный воздушный кран 25 включен в положение «З») гофрированная оболочка 24 сжата и располагается между балкой 10 и плитой 14 направляющей топливного бака 1 (фиг. 1, 2, 3).

Дополнительные топливные элементы (фиг. 1, 2, 5) содержат: топливные трубки 27, отсечные клапаны 28, запасный топливный бак 29, топливный кран 30. Топливные трубки 27, выполнены винтовой цилиндрической формы из мягкого упругого материала (например, из резины, армированной металлическим кордом), с одной стороны надеты на нагнетательный и сливной топливопроводы магистрали системы питания топливом транспортного средства, с другой - на концы топливопроводов входящих непосредственно входящих в топливный бак 1 и с двух сторон зафиксированы хомутиками. Перед топливными трубками 27 в топливопроводах устанавливаются отсечные пружинные шариковые клапаны 28. При отсутствии в штатной комплектации транспортного средства второго топливного бака, и крана для переключения баков в устройство включается запасный топливный бак 29 известной конструкции и электромагнитный топливный кран 29 для переключения системы питания топливом с основного топливного бака 1 на запасный топливный бак 28. Электромагнитный топливный кран 30 имеет два рабочих положения: «О» - основной топливный бак; «З» - запасный топливный бак, а также положение полного перекрытия подачи топлива (фиг. 5).

Блок управления (фиг. 6) содержит включатель/выключатель 31 замков 23 крепления хомутов 17 с контрольной лампой 32, включатель/выключатель 33 замка фиксации направляющей топливного бака 1 с контрольной лампой 34, переключатель 35 основного топливного бака 1 на запасный топливный бак 29 электромагнитного крана 30 с контрольными лампами 36, переключатель трехпозиционного воздушного крана 37 с контрольными лампами 38 и концевого выключателя 39. Блок управления может быть встроен в блок контрольно-измерительных приборов базового транспортного средства или изготовлен как переносной пульт, который через штекерный разъем 40 подключается к бортовой сети 41 базового транспортного средства.

Устройство для противопожарной защиты транспортного средства от возгорания работает следующим образом.

Блок управления через штекер 40 подключается к бортовой сети, осуществляется пуск двигателя и инициируется движение базового транспортного средства (фиг. 6).

Для переведения устройства из рабочего положения в положение отбрасывания топливного бака выполняются следующие действия:

1. Переключатель 35 основного топливного бака 1 переключается из положения «О» в положение «З». Ток из бортовой сети 41 поступает на обмотку «З» электромагнитного крана 30. В систему питания включается запасный топливный бак 29, топливопроводы от основного топливного бака 1 перекрываются (фиг. 5). Загорается соответствующая контрольная лампа 36.

2. Включается включатель/выключатель 33 электромагнитного замка 16 фиксации направляющей топливного бака 1. Ток из бортовой сети поступает на обмотку включателя замка 15, сердечник втягивается и выходит из замкового отверстия 16 в последней стойке 2 направляющей топливного бака 1. Загорается контрольная лампа 34.

3. Переключатель 37 трехпозиционного воздушного крана 25 включается в положение «О» (фиг. 6), сжатый воздух от компрессора (ресивера) базовой машины поступает в мягкую гофрированную оболочку 24, которая расширяясь в объеме, принимает рабочую форму, давит на плиту 14, поворачивает вокруг оси 13 направляющую топливного бака в горизонтальной плоскости до полного натяжения цепного ограничителя 26 (фиг. 7). Загорается соответствующая контрольная лампа 38.

4. При достижении направляющей топливного бака 1 положения отбрасывания ограничитель 26 натягивается, рычаг 12 замыкает контакты конечного выключателя 39. В общую электрическую цепь блока управления включаются обмотки замков 23 крепления хомутов 17.

5. Включается включатель/выключатель 31 замков 23 крепления хомутов 17, загорается контрольная лампа 32. Ток из бортовой сети поступает на обмотки электромагнитных замков 23, сердечники замков втягиваются и выходят из отверстий 22 нижних окончаний хомутов 17. Сервопружины 21 разжимаются, воздействуют на днища стаканов 20, выводят нижние окончания хомутов 17 из отверстий 8 правой продольной балки 5 направляющей топливного бака 1. За счет упругих свойств и способа закрепления хомуты 17 самостоятельно приподнимаются (зависают) над топливным баком 1 и раскрепляют его (фиг. 1, 8).

Для отбрасывания топливного бака водитель резко нажимает на педаль рабочего тормоза (транспортное средство можно не останавливать). Топливный бак 1 выдвигается (выкатывается) из направляющей, опираясь на шарики 7 его стоек 2 и поперечин 6; упругие винтовые цилиндрические топливные трубки 27 распрямляются, не препятствуя движению бака (фиг. 7). Разница в скорости движения транспортного средства и скорости движения топливного бака относительно транспортного средства позволяет отбросить бак на некоторое безопасное расстояние от транспортного средства.

Топливные трубки 27 сдергиваются с участков топливопроводов, входящих в топливный бак 1, отсечные клапаны 28 закрываются и не допускают выливания остатков топлива из топливопроводов.

Условием отбрасывания топливного бака будет условие:

где V_тб - скорость движения топливного бака по направляющей, м/с;

V_тc - скорость движения транспортного средства, м/с.

При движении без торможения скорости движения транспортного средства и закрепленного в направляющей топливного бака равны

После торможения скорость движения топливного бака будет снижаться за счет сил сопротивления движению:

где V₀ - скорость движения транспортного средства в момент торможения, м/с;

F_c - сумма сил сопротивления движению топливного бака по направляющей, Н (сила сопротивления качению топливного бака по шарикам 7, сила сопротивления сдергивания топливных трубок 27 с топливопроводов, аэродинамическое сопротивление);

α - угол между направлением движения транспортного средства и топливного бака при отбрасывании в горизонтальной плоскости.

Скорость движения транспортного средства будет снижаться за счет нарастания замедления, инициированного водителем с помощью рабочей тормозной системы:

где j - замедление, создаваемое водителем с использованием рабочей тормозной системы транспортного средства, м/с² (при экстренном торможении может достигать 7 м/с² [5] и более).

Подставив (3) и (4) в (1), получим условие осуществление изобретения с точки зрения торможения транспортного средства:

Дополнительным эффектом будет являться снижение опрокидывающего момента, поскольку топливный бак отбрасывается под углом α к направлению движения, меньшим, чем прямой угол у прототипа. Поэтому предлагаемое устройство повысит устойчивость транспортного средства и его безотказность.

Для приведения транспортного средства из положения отбрасывания в рабочее положения выполняются следующие действия:

1. Переключатель 38 включается в положение «В» (фиг. 6). Ток от бортовой сети 41 базовой машины поступает на обмотку «В» трехпозиционного воздушного крана 25. Воздуховод от компрессора (ресивера) базовой машины перекрывается, полость оболочки 24 соединяется с атмосферой.

2. Водитель вручную нажимает на направляющую топливного бака 1, воздух из оболочки 24 выходит (выдавливается) в атмосферу. Направляющая топливного бака 1 занимает рабочее положение, оболочка 24 сжимается до величины зазора между балкой 10 рамы транспортного средства и вертикальной рамой направляющей топливного бака 1, рычаг 12 размыкает контакты конечного выключателя 38.

3. Переключатель 37 включается в положение «З».

4. Включатель/выключатель 33 выключается, сердечник электромагнитного замка 15 вводится в замковое отверстие 16 в последней вертикальной стойке 2, направляющая фиксируется в рабочем положении.

5. В направляющую помещается (новый) топливный бак 1, винтовые цилиндрические топливные трубки 27 надеваются на концы топливопроводов, входящих в топливный бак 1 и фиксируются хомутиками.

6. Нижние оконечности хомутов 17 вручную вводятся в отверстия 8 продольной балки 5, сервопружины 21 сжимаются. Включатель/выключатель 31 выключается, сердечники замков крепления хомутов 17 входят в отверстия 22, контрольные лампы 32 и 34 выключаются.

7. При необходимости переключатель 35 включается в положение «О», электромагнитный кран 30, включает в топливную систему базовой машины основной топливный бак 1, запасный топливный бак 29 перекрывается (фиг. 5). При отключении (при необходимости) штекера 40 блока управления контрольные лампы 36 и 38 выключаются.

Транспортное средство готово к дальнейшей эксплуатации.

Способ и устройство можно использовать для припаркованных транспортных средств. Для этого устройство переводится в положение отбрасывания, водитель запускает двигатель, включает передачу заднего хода и резко начинает движение назад. При наличии у транспортного средства возможности совершения маневра в ходе движения задним ходом целесообразно рулевое колесо поворачивать в сторону противоположную стороне, где располагается топливный бак. В этом случае дополнительно возникает центробежная сила, помогающая отбросить топливный бак в сторону.

Предполагаемое изобретение может найти широкое применение для защиты транспортных средств с наружным расположением топливных баков и других объектов от пожара (взрыва) в случаях возгорания энергоносителя в топливном баке.

Использованные источники

1. п. 7.7. Приложения к Основным положениям по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностям должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения. Правила дорожного движения Российская Федерация. - М.: Атберг 98, 2018. - 64 с.

2. Пат. RU 2336203 С2 Российская Федерация, МПК B64D 25/00, В64С 3/56 Система спасения самолета /варианты/ Н.Е. Староверов. - №20006136967/11; заяв. 10.10.2006; опубл. 20.10.2008.

3. Пат. RU 2564253 С2 Российская Федерация, МПК G08B 17/00. Способ защиты транспортного средства от возгорания и устройство для его осуществления / Ю.В. Саломохин, А.П. Трофимов, О.А. Матвеев. А.Ю., Дащенко. - №2013118595/08, 22.04.2013, опубл. 27.09.2015.

4. Пат. RU 2247668 С2 МПК 7 B60R 19/20 Российская Федерация, Катапульта - аварийно-спасательное средство жизни людей, экипажа машины и самой машины при столкновении на дороге / Н.А. Захаров №2003104380/11, заявл. 13.02.2003, опубл. 20.08.2004.

5. Проектирование полноприводных колесных машин: т. 2 Учеб. для вузов. Под общей ред. А.А. Полунгяна. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.