Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для самоспасения человека с высотных сооружений

Изобретение относится к индивидуальным средствам экстренного спасения людей из высотных сооружений гражданского, промышленного и военного назначения в случае пожара или при других чрезвычайных ситуациях.

Известна автоматическая система аварийной эвакуации, представляющая собой корпус, в котором установлен барабан с намотанным запасом троса, связанный с гидравлическим и фрикционным тормозом (US5586617 (A), МПК А62В 1/12, опубл. 24.12.1996 г.). Устройство имеет бак для масла, дроссельный регулятор скорости спуска и спасательную «косынку». Корпус крепится к полу сооружения в предполагаемой зоне эвакуации. Для эвакуации необходимо извлечь из корпуса спасательную косынку, подогнать ее ремни под себя, прикрепить ее к спасательному тросу и покинуть помещение. При разматывании троса с барабана для обеспечения безопасной скорости спуска система снабжена гидравлическим тормозом, который работает от вращения барабана. Также имеется дополнительный фрикционный тормоз и масляный бак для питания гидравлического тормоза в виде гидронасоса с управляемым перепускным дросселем.

Недостатком этой системы является немобильность из-за жесткого крепления системы. Система имеет масляный бак, который сам может представлять пожаровзрывоопасность.

Также известно устройство для спуска с высотного объекта, содержащее корпус с отверстиями – замедлителями скорости спуска, через которые пропущен трос в виде ленты, уложенной «змейкой» в съемном контейнере, прикрепленном к корпусу, а также средства крепления человека к корпусу и троса к сооружению (RU7884 (U1), МПК А62В 1/00, опубл. 16.10.1998).

Известное устройство опускается вместе с человеком, и в замедлителях скорости, выполненных в виде отверстий, происходит торможение устройства на основе трения скольжения между ним и тросом. При этом замедление спуска человека осуществляется за счет сухого трения троса в ряде отверстий корпуса с многократным изменением направления движения троса, а регулировка скорости спуска человека может производиться самим человеком во время спуска путем изменения условий трения троса упругим элементом на рычаге ручного управления скорости спуска.

Недостатком указанного технического решения, снижающим его надежность, является: наличие сухого трения троса в замедляющих отверстиях корпуса, что приводит к нагреву корпуса и ручки регулирования скорости с упругим элементом, а также к нагреву самого троса, что, в свою очередь, может привести к термической травме человека и к разрушению поверхности троса, снижая надежность троса и устройства в целом. Кроме того, это устройство не имеет постоянных характеристик по скорости спуска человека, так как характеристики троса и условия трения зависят от климатических условий и физического состояния человека.

Наиболее близким техническим решением является устройство для самоспасения человека с высотных сооружений, состоящее из корпуса со средствами крепления и с размещенным в нем, как минимум, одним тормозным узлом, выполненным в виде механизма жидкостного трения, и присоединенной к тормозному узлу катушки с намотанным на нее гибким тросом (US2017361137 (A1), МПК А62В 1/12, опубл. 21.12.2017). Тормозной узел данного устройства выполнен в виде аксиально-поршневого насоса с несколькими поршнями, торцевого волнообразного кулачка, и перепускных дросселей. Недостатком данного устройства является его сложность, и, соответственно, невысокая надежность, громоздкость и большой вес.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является устранение отмеченных недостатков. Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении надежности устройства для самоспасения человека с высотных сооружений, обеспечении безопасной скорости спуска без участия человека, а также обеспечении мобильности и компактности устройства.

Проблема решается, а технический результат обеспечивается тем, что устройство для самоспасения человека с высотных сооружений состоит из корпуса со средствами крепления и с размещенным в нем, как минимум, одним тормозным узлом, выполненным в виде механизма жидкостного трения, и присоединенной к тормозному узлу катушки с намотанным на нее гибким тросом, при этом тормозной узел состоит из неподвижного корпуса с цилиндрической полостью, заполненной высоковязкой жидкостью, и размещенными в этой полости, как минимум, одним неподвижным диском, присоединенным к корпусу, и, как минимум, одним вращающимся диском, связанным с ротором, установленным в корпусе с возможностью вращения в нем, причем между неподвижным и вращающимся дисками оставлен торцевой зазор, заполненный высоковязкой жидкостью, а ротор соединен с катушкой. Между внутренней цилиндрической поверхностью полости корпуса тормозного узла и наружными цилиндрическими поверхностями неподвижного и вращающегося дисков могут быть выполнены каналы в виде отверстий или зазора для выхода жидкости из зазора между дисками в полость корпуса под действием центробежной силы, возникающей при вращении диска ротора, а ближе к центру на неподвижном и вращающемся дисках выполнены каналы для входа жидкости из полости корпуса в зазор между дисками. Ротор тормозного узла размещен в его корпусе с возможностью вращения, причем между ротором и корпусом может быть вставлена разрезная втулка, разжимающаяся или сжимающаяся по диаметру с помощью упругого элемента, и создающая начальный минимальный момент трения, препятствующий самопроизвольному разматыванию катушки с тросом в нерабочем состоянии. Гибкий трос может быть выполнен в виде плоской ленты, намотанной по спирали Архимеда в один слой по ширине на катушку, соединенную с вращающимся ротором тормозного узла. На роторе тормозного узла могут быть выполнены зацепные элементы, а на катушке с тросом – ответные зацепные элементы, при этом катушка имеет возможность быстрого присоединения и отсоединения от ротора тормозного узла с фиксацией через легкосъемный стопорный элемент.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства для самоспасения человека с высотных сооружений; на фиг.2 – устройство в разрезе.

Устройство для самоспасения человека с высотных сооружений содержит корпус 1 с размещенным в нем узлом торможения, катушку 2 с тросом 3, выполненным в виде плоской ленты, намотанной по спирали Архимеда в один слой по ширине на катушку 2, средствами крепления, выполненными в виде ременной петли 4, соединенной с корпусом 1, и петли 5 на конце троса 3. Тормозной блок состоит из цилиндрической полости 6 корпуса 1, заполненной высоковязкой жидкостью, например, полиметилфенилосилоксановой жидкостью типа ПМС, неподвижного диска 7, соединенного с корпусом 1, и вращающегося ротора 8 с закрепленным на нем диском 9. Цилиндрическая полость 6 закрыта торцевой крышкой 10. Корпус 1 содержит кронштейн 11 для закрепления на нем ременной петли 4 и ось 12 с установленным на ней роликом 13. Между цилиндрической поверхностью ротора 8 и цилиндрической проточкой корпуса 1 размешена разрезная втулка 14, обжимающая ротор 8 с помощью упругого элемента, выполненного в виде резинового кольца 15. В торец ротора запрессованы пальцы 16, а в торце катушки 2 выполнены отверстия 17, в которые входят пальцы 16 при установке катушки 2 на цилиндрическую цапфу 18 корпуса 1. Между цилиндрической поверхностью полости 6 и наружными поверхностями дисков 7 и 9 оставлен зазор 19 для выхода жидкости из зазоров между дисками 7 и 9 и между диском 9 и торцевой крышкой 10 в полость 6 корпуса 1 под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора 8 с диском 9. В корпусе 1 ближе к центру выполнены каналы 20, а в диске 9 ближе к центру выполнены отверстия 21 для входа жидкости из полости 6 корпуса 1 в торцевые зазоры между диском 7 и 9, и между диском 9 и торцевой крышкой 10. Катушка присоединена к ротору 8 и зафиксирована с помощью быстросъемной стопорной шайбы 22. В петлю 5 троса 3 и ременную петлю 4 вставлены крепежные карабины (на чертеже не показаны).

Устройство для самоспасения человека с высотных сооружений работает следующим образом. С помощью карабинов человек прикрепляет устройство для самоспасения с одной стороны к крюку, установленному у покидаемого окна здания, а с другой стороны – к спасательной косынке или спасательному поясу, закрепленному на теле. При спуске с высоты начинает разматываться лента 3 устройства, приводя во вращение катушку 2 и связанные с ней ротор 8 и диск 9. При вращении диска 9 в зазорах между ним, неподвижным диском 7 и торцевой крышкой 10 возникает сила жидкостного трения, прямо пропорциональная скорости вращения и создающая момент торможения, передающийся на ротор 8 и катушку 2. В результате автоматически устанавливается скорость спуска, прямо пропорциональная весу спускаемого человека. Безопасная скорость спуска в 1…2 м/сек при весе человека от 60 до 120 кг обеспечивается конструктивными характеристиками устройства самоспасения (диаметры тормозных дисков, величина зазоров между ними, коэффициент вязкости жидкости и т. п.).

При спуске человека с высоты его потенциальная энергия, равная произведению веса на высоту спуска, через силу жидкостного трения преобразуется в тепловую энергию, выделяющуюся в устройстве для самоспасения и приводящую к нагреву тормозной жидкости и всего устройства в целом. При нагревании тормозной жидкости в зазорах между дисками 7, 9 и торцевой крышкой 10 коэффициент ее вязкости уменьшается, что увеличивает скорость спуска. Для предотвращения нежелательного увеличения скорости спуска жидкость необходимо перемешивать для ее равномерного нагрева, для чего между цилиндрической поверхностью полости 6 и наружными поверхностями дисков 7 и 9 оставлен зазор 19 для выхода жидкости из зазоров между дисками 7 и 9 и между диском 9 и торцевой крышкой 10 в полость 6 корпуса 1 под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора 8 с диском 9, а в корпусе 1 ближе к центру выполнены каналы 20, в диске 9 ближе к центру выполнены отверстия 21 для входа жидкости из полости 6 корпуса 1 в торцевые зазоры между диском 7 и 9, и между диском 9 и торцевой крышкой 10. Таким образом, при вращении катушки 2 с ротором 8 возникает эффект центробежного насоса, жидкость все время циркулирует в полости 6 и зазорах между дисками, что приводит к ее перемешиванию и равномерному нагреву.

Для создания предварительного тормозного момента на роторе 8 между ним и цилиндрической проточкой корпуса 1 размещена разрезная втулка 14, обжимающая ротор 8 с помощью упругого элемента, выполненного в виде резинового кольца 15, что предотвращает самопроизвольное раскручивание катушки 2 с тросом 3 во время хранения и при манипуляциях в процессе закрепления устройства самоспасения на стене здания и теле человека.

При спасении более одного человека устройство для самоспасения закрепляется на стене здания, а конец троса – на теле человека. После спуска одного человека в устройстве самоспасения отсоединяется быстросъемная стопорная шайба 22, использованная катушка 2 с тросом 3 удаляется, а на ее место устанавливается новая катушка с тросом, присоединяется стопорная шайба 22, после чего устройство готово для спуска второго человека.

Предлагаемое устройство для самоспасения человека с высотных сооружений имеет следующие преимущества:

- устройство мобильно, т.к. имеет малый вес и габариты;

- в устройстве в качестве троса используется тонкая текстильная лента, что дает возможность создавать устройства со значительной высотой спасения без значительного увеличения габаритов;

- возможность неоднократного использования;

- возможность изготавливать многие детали из армированных пластмасс;

- простота использования любым человеком в любом психофизическом состоянии и ребенком;

- длительность хранения устройства до применения;

- высокая скорость подготовки устройства к использованию – менее минуты;

- обеспечение безопасной скорости спуска без участия человека.