Приборы безопасности пожарных автолестниц:
основные функции и принципы работы

А.К. Кадыров, инженер-схемотехник НПП «Резонанс».

В современных условиях пожарным автолестницам, особенно в городах, зачастую приходиться работать в стесненных условиях, когда невозможно подъехать к горящему объекту на удобное для развертывания лестницы расстояние, что создает проблему выбора места для ее установки. Операторы автолестниц фактически «на глаз» определяют максимально возможное выдвижение лестницы и, как правило, не достигают предельно допустимых вылетов из боязни опрокинуть машину, так как невозможно учесть все факторы, действующие на лестницу. К их числу следует отнести длину выдвижения лестницы, угол подъема, ветровую нагрузку и многое другое. В случае опрокидывания лестницы шансы на спасения у людей, находящихся в горящем здании, падают практически до нуля. Поэтому приходится тратить бесценное время на расчистку места для установки автолестницы ближе к объекту, рискуя при этом жизнями людей, которым требуется помощь.

В отдельных случаях развертывание автолестницы производится операторами неоправданно далеко от объекта, что вызывает сложность управления ее механизмами при развертывании комплекта колен на максимальную длину и необходимость переустановки, что также сопряжено с потерями времени.

В связи с этим является актуальным повышение безопасности и эффективности работы пожарных автолестниц. Эффективным путем снижения их аварийности является использование приборов безопасности, обеспечивающих контроль параметров работы автолестниц и их ограничение на безопасном уровне.

До недавнего времени такие приборы в России практически не производились.

В 2004 году в НПП «Резонанс» был разработан первый прибор безопасности пожарных автолестниц из серии ПБЛ240. В настоящее время различные модификации приборов этой серии устанавливаются на автолестницы производства ОАО «Пожтехника» (г. Торжок Тверской обл.), ООО «Урало-Сибирская пожарно-техническая компания» (г. Миасс Челябинской обл.), ОАО «Казанский электромеханический завод» (ООО «КЭМЗ», г. Казань) и ООО «Техинком» (г. Тверь).

Их основная задача — помочь оператору в управлении механизмами лестницы, не допустить повреждения или опрокидывания машины. Это достигается путем ограничений параметров или режимов работы автолестницы в следующих ситуациях:

• при достижении максимально допустимого вылета лестницы;
  
• при максимальном и минимальном выдвижении лестницы;
  
• при достижении максимального или минимального угла наклона лестницы;
  
• при работе в зоне кабины (для предотвращения повреждения кабины и транспортной стойки лестницы);
  
• при работе со стороны невыдвинутых опор;
  
• в случае превышения номинальной грузоподъемности;
  
• при срабатывании датчиков удара лестницы о препятствие (ограничитель лобового удара);
  
• при превышении допустимой скорости ветра;
  
• в других аварийных или потенциально-опасных ситуациях.
  

Рис. 1. Блок индикации прибора безопасности ПБЛ240-20

Для определения достижения максимального вылета вычислительному устройству, расположенному в блоке индикации прибора безопасности (рис. 3), необходимо знать геометрические параметры: текущую длину выдвижения и угол наклона лестницы. Для более точного вычисления вылета дополнительно необходимо измерять разность углов наклона корневой секции и вершины лестничного комплекта и на их основании вводить в алгоритм вычисления вылета поправки, связанные с влиянием прогиба лестницы на этот вылет.

Приборы безопасности серии ПБЛ240 позволяют реализовать контроль и ограничение нескольких различных значений максимального вылета в зависимости от оснащения лестницы и способа ее установки (наличие люльки или лифтовой системы, степени выдвижения выносных опор и т. д.).

Оснащение автолестницы датчиками угла наклона и длины стрелы позволяет также организовать защиту механизмов выдвигания-задвигания и подъема-опускания лестницы от повреждений при достижении ими предельных положений.

Благодаря установке датчика азимута реализуется функция защиты кабины и транспортных стоек от повреждений при неосторожной работе лестницей. Дополнительно датчик азимута дает возможность выполнить защиту автолестницы от опрокидывания при попытках проведения работ со стороны невыдвинутых опор.

При этом в приборе безопасности ПБЛ240 учитывается, что полный запрет работы в этой зоне является неоправданным, если у автолестницы хватает запаса устойчивости для разворота в рабочую зону из транспортного положения через борт с невыдвинутыми опорами с минимальным вылетом при полностью сложенной лестнице. Это значительно облегчает работу в стесненных условиях.

Рис. 2. Установка датчика усилия для контроля нагрузки лестницы.

Система ограничения грузоподъемности в настоящее время осуществляется, как правило, с использованием датчика прогиба комплекта колен, представляющего собой планку, закрепленную на корневой секции лестничного комплекта (рис. 2).
При увеличении деформации корневой секции под воздействием нагрузки планка свободным концом замыкает или размыкает концевой выключатель. Подобная система не обеспечивает надежной блокировки работы лестницы при ее перегрузках ввиду нелинейности и сильной зависимости передаточной характеристики такого датчика прогиба от степени выдвижения комплекта колен.

Для реализации более эффективной защиты автолестницы от опрокидывания при превышении грузоподъемности можно:

• устанавливать в существующую балочную систему датчик усилия,
  выполнив балку упругой (рис. 2);
  
• измерять прогиб лестницы по разности углов наклона ее корневой секции и вершины;
  
• измерять давление в поршневой полости гидроцилиндра привода подъема-опускания лестницы.
  

При установке датчика усилия вместо концевого выключателя контролируется не одно пороговое значения деформации корневой секции лестницы, а его текущее значение. В этом случае прибором безопасности реализуется переменный уровень срабатывания защиты от перегрузки в виде зависимости максимально-допустимого усилия на датчике, пропорционального прогибу лестницы, от текущей длины выдвижения и угла наклона лестницы, что при различных значениях длины лестницы позволяет более полно использовать запас ее устойчивости.

При измерении прогиба с помощью двух датчиков угла наклона относительно гравитационной вертикали, установленных на нижнем колене лестничного комплекта и на вершине лестницы, в качестве порогового значения используется максимальная разность углов, зависящая от степени выдвижения и от угла наклона лестницы. Такое техническое решение, кроме измерения нагрузки, дает возможность, как уже упоминалось выше, более точно вычислять вылет лестницы.

При использовании датчика, измеряющего давление в поршневой области гидроцилиндра, отвечающего за подъем-опускание лестницы, перегрузкой считается превышение давления выше максимально разрешенного, которое является функцией угла наклона лестницы. Данный вариант измерений лучше всего использовать на автолестницах с одним гидроцилиндром подъема-опускания лестницы, т.к. в системе с двумя цилиндрами возникают явления перетекания гидравлической жидкости, что приводит к перераспределению давления между цилиндрами, что значительно снижает точность вычислений. Поэтому требуется установка дополнительного датчика для измерения давления во втором гидроцилиндре, либо введение в конструкцию гидравлической системы автолестницы элементов, выравнивающих давления в этих гидроцилиндрах.

В отдельных случаях можно использовать упрощенный вариант вычисления максимально допустимого значения грузоподъемности, основанный на любом из выше перечисленных вариантов ограничения грузоподъемности. В этом случае изменение длины выдвижения лестницы не учитывается, а система калибруется в нескольких точках при разных углах наклона лестницы на максимальном вылете с номинальным грузом. Для получения пороговых значений ограничения между этими точками проводится аппроксимация калибровочных данных. В простейшем случае, если позволяет конструкция автолестницы, используется линейная аппроксимация. Превышение пороговых значений измеряемого усилия или давления на текущем угле подъема будет означать либо выход за границы допустимого вылета с грузом, либо поднятие груза больше номинального внутри рабочей зоны.

При этом, проводя калибровку системы при различных углах наклона, можно, варьируя вылет, при котором происходит блокировки, гибко задавать характеристику зависимости максимального вылета при полной загрузке от угла наклона. Например, можно при меньших углах наклона задавать больший вылет, при котором будет включена блокировка, если это позволяет запас устойчивости лестницы и жесткость комплекта колен.

Кроме различий в способах отслеживания текущих параметров работы автолестниц, существуют и различные методы осуществления блокирования ее движений:

• с помощью одного блокировочного клапана, включение или отключение которого прибором безопасности приводит к запрещению всех движений лестницы;
  
• с использованием нескольких клапанов, запрещающих отдельные движения;
  
• с помощью запрещающих сигналов, передаваемых в систему пропорционального электрогидравлического управления.
  

При использовании одного блокировочного клапана ограничение работы может производиться двумя способами: по разрешающему принципу или запрещающему. Разрешающий принцип подразумевает, что при нахождении лестницы в запрещенной зоне блокировка постоянно включена, а при обнаружении воздействия на рычаги управления, ведущие к выходу режима работы лестницы из опасной зоны, она снимается автоматически. Под запрещающим принципом следует понимать включение ограничения работы в случае обнаружения попытки дальнейшего продвижения в зону ограничения. При этом в обоих случаях прибор безопасности должен иметь информацию о воздействиях оператора на рычаги управления. При реализации запрещающей системы блокировок, критически важной становится скорость обработки этих сигналов для обеспечения эффективной работы прибора. Такие системы требуют множества концевых выключателей, устанавливаемых на рычаги управления, что, в конечном итоге, приводит к снижению надежности системы.

При использовании нескольких блокировочных клапанов, системе безопасности не обязательно знать состояние органов управления (после срабатывания защиты блокируются только движения, направленные в сторону запрещенной зоны работы). Указанный метод требует установки нескольких блокировочных клапанов, вмешивающихся в работу гидравлической системы автолестницы, что также приводит к ее усложнению и, в связи с этим, к снижению надежности, уменьшению ресурса эксплуатации и к увеличению стоимости автолестницы.

Интеграция прибора безопасности и системы пропорционального электрогидравлического управления позволяет:

• уменьшать скорость лестницы при приближении к зоне блокировки, что исключает динамические нагрузки на лестницу при резком останове;
  
• осуществлять блокирование средствами штатных механизмов, т.е. системе управления, имеющей информацию о необходимости ограничения движения, достаточно не выдавать на выход сигнал включения соответствующего рабочего клапана системы.
  

Данный способ в настоящее время является самым дорогим в реализации из-за использования пропорциональных электромагнитов управления, однако обеспечивает наиболее оптимальные, с точки зрения плавности и безопасности работы, режимы работы автолестницы.

Кроме функций ограничения параметров работы в аварийно-опасных ситуациях, современный прибор безопасности может:

• управлять системой бокового выравнивания как в ручном, так и в автоматическом режимах работы;
  
• обеспечивать двустороннюю полудуплексную или дуплексную голосовую связь основного пульта управления с вершиной лестницы;
  
• обеспечивать индикацию продольного и поперечного угла наклона шасси;
  
• выполнять функции счетчика времени наработки (моточасов) основного привода лестницы;
  
• производить индикацию текущих параметров автолестницы на дополнительном пульте управления;
  
• выводить диагностическую информацию оператору, например, давление масла в двигателе и (или) в гидравлической системе механизмов лестницы, температуру охлаждающей жидкости двигателя, информацию о совмещении ступеней комплекта колен и т.д.

Не вызывает сомнений, что с течением времени объем функций, выполняемых приборами и системами безопасности, будет возрастать. Большинство их, в конечном счете, будет интегрировано с пропорциональным электрогидравлическим управлением автолестниц, что позволит выйти на более высокий уровень обеспечения их безаварийности и эффективности применения.

12 февраля 2007 г.

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Оглавление