Методика комплексной оценки эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента, применяемого при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на
Этому этапу работы предшествовал анализ технических характеристик инструмента, который показал, что однотипный гидравлический аварийно-спасательный инструмент имеет близкие технические характеристики, но различную стоимость.
В связи с этим возникла необходимость обобщения показателей методами аддитивной и мультипликативной свертки. Эти методы предполагают, что коэффициенты значимости технических показателей (таблица 1) определяются экспертами и поэтому носят субъективный характер. Для преодоления этого недостатка применен известный физический метод анализа размерностей, который позволил сформировать безразмерные комплексные показатели (таблица 2).
Таблица 2 – Физическая сущность безразмерных комплексов
№ п/п | Безразмерные комплексные показатели | Соотношения размерностей безразмерных комплексных показателей | Физическая сущность показателей |
1 | ![]() | ![]() | Удельная масса домкрата |
2 | ![]() | ![]() | Удельный ход штока домкрата |
3 | ![]() | ![]() | Удельная расширяющая сила разжима |
4 | ![]() | ![]() | Удельное расширение разжима |
5 | ![]() | ![]() | Удельная сила резания ножниц |
6 | ![]() | ![]() | Удельная расширяющая сила ножниц |
7 | ![]() | ![]() | Удельная тянущая сила ножниц |
8 | ![]() | ![]() | Удельное раскрытие лезвий |
9 | ![]() | ![]() | Удельный ход штока гидравлического цилиндра |
10 | ![]() | ![]() | Удельная расширяющая сила гидравлического цилиндра |
11 | ![]() | ![]() | Удельная тянущая сила гидравлического цилиндра |
12 | ![]() | ![]() | Удельная подача насоса |
13 | ![]() | ![]() | Удельное давление насоса |
14 | ![]() | ![]() | Удельная мощность двигателя |
15 | ![]() | ![]() | Удельный расход топлива двигателем |
Исходя из выбранных величин, характеризующих эффективность домкратов, образован один обобщенный комплекс:
. (1)
Он включает в себя безразмерные комплексы 1 и 2, объединенные с учетом их физического смысла и соответствия роста численных значений показателя лучшей эффективности домкрата.
Аналогично получены обобщенные комплексы для других инструментов (д, р, н, г) и насосной установки (нас, дв):
; (2)
; (3)
; (4)
; (5)
. (6)
Уравнения (1, 2) получены методом мультипликативной свертки из безразмерных комплексов 1, 2 и 3, 4. Числители уравнений отражают полезную работу, знаменатели - затрачиваемую работу на достижение полезного эффекта. Это, по методу аналогий, соответствует коэффициенту технического эффекта инструментов.
Уравнение (3) получено сочетанием методов аддитивной и мультипликативной сверток из безразмерных комплексов 5, 6, 7, 8. Комплексы 5, 6, 7 объединены в одну группу (суммированы) на том основании, что это удельные силы ножниц. Перемножение суммы комплексов 5, 6, 7 на комплекс 7 дает удельную работу. Уравнения (4-6) получены аналогичным приемом.
Таким образом, в числителях уравнений (3, 4) представлена полезная работа, а в знаменателях – потенциальная энергия. Следовательно, физический смысл данных уравнений заключается в удельной энергии ножниц и удельной энергии гидравлического цилиндра, что, по методу аналогий, соответствует коэффициенту технического эффекта этих инструментов.
Обобщенный комплекс нас представляет собой отношение полезной мощности к затрачиваемой мощности насоса, что является общеизвестным фактом в теории насосов, а дв - удельную массу двигателя насосной установки. Таким образом, оба комплекса оценивают работу гидравлического насоса и двигателя внутреннего сгорания, что не входит в задачи данного исследования, поэтому они из дальнейшего исследования исключены.
Физическая сущность обобщенных комплексов, полученных методом свертки, представлена в таблице 3.
Таблица 3- Физическая сущность обобщенных безразмерных комплексов
№ п/п | Обобщенные комплексы | Соотношения размерностей обобщенных комплексов | Физическая сущность комплексов |
1. | ![]() | ![]() | Удельная энергия домкрата |
2. | ![]() | ![]() | Удельная энергия разжима |
3. | ![]() | ![]() | Удельная энергия ножниц |
4. | ![]() | ![]() | Удельная энергия гидроцилиндра |
5 | ![]() | ![]() | Удельная мощность насоса насосной установки |
6 | ![]() | ![]() | Удельная масса двигателя насосной установки |
Следовательно, оценка их эффективности сводится к сравнению величин коэффициентов технического эффекта исследуемых образцов. Чем больше этот коэффициент, тем выше эффективность.
Ввиду разнообразия номенклатуры и неоднородности функций отдельных видов аварийно-спасательного инструмента, его эффективность, как правило, определяется методом экспертных оценок.
Таким образом, обобщенный комплекс для комплекта гидравлического аварийно-спасательного оборудования примет вид:
. (7)
где 1,2,3,4 – коэффициенты значимости (весовые коэффициенты) отдельных исполнительных механизмов в комплекте (соответственно гидравлического цилиндра, разжима, ножниц и домкрата).
Показатели домкратов и разжимов из комплекса можно исключить, так как при проведении аварийно-спасательных работ по ликвидации дорожно-транспортных происшествий они практически не используются. Поэтому уравнение 7 примет следующий вид:
. (8)
Чтобы уйти от экспертных оценок коэффициентов веса, использованы статистические данные МЧС РФ о фактических видах и объемах работ, проведенных пожарно-спасательными подразделениями при ликвидации последствий ДТП. Из всех выполняемых операций выделяются две основные: стабилизация транспортного средства и деблокирование погибших и пострадавших. На этом основании приняты значения весовых коэффициентов оборудования. Они составляют 0,4 для - гидравлических цилиндров и 0,6 - для ножниц.
С учетом принятых коэффициентов веса, обобщенный комплекс для всего оборудования комплекта имеет вид:
. (9)
Уравнение 9 использовано далее, для комплексной оценки и определения путей повышения эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента.
В третьей главе «Комплексная оценка и пути повышения эффективности гидравлического аварийно-спасательного инструмента» представлено обоснование структуры перспективного комплекта гидравлического аварийно-спасательного инструмента.
Целью комплексной оценки является выбор наилучшего комплекта инструмента. Для этого сформированы условные комплекты из реально существующих гидравлических цилиндров (характеристики их указаны в таблице 4) и образцов ножниц (таблица 5) различных производителей.
Таблица 4 - Значения комплексных показателей и стоимость гидравлических цилиндров
№ п/п | Фирма- изготовитель | Модель гидравлического цилиндра | Комплексный показатель ![]() | Стоимость цилиндра (С), тыс. руб. |
1 | Lukas | R 430 | 8,06 | 239,0 |
2 | R 420 | 10,30 | 163,4 | |
3 | R 422 | 8,21 | 178,8 | |
4 | R 424 | 6,39 | 186,6 | |
5 | R 410 | 6,44 | 93,4 | |
6 | R 412 | 3,11 | 108,2 | |
7 | R 414 | 9,84 | 118,8 | |
8 | Holmatro | RA 4321 С | 5,45 | 191,6 |
9 | RA 4331 C | 4,46 | 127,0 | |
10 | RA 4322 C | 3,39 | 140,1 | |
11 | RA 4332 C | 2,22 | 148,3 | |
12 | RA 4311 C | 6,67 | 71,1 | |
13 | RA 4313 C | 4,86 | 77,8 | |
14 | RA 4315 C | 5,53 | 83,4 |
Ввиду неполноты достоверных данных о стоимости оборудования других производителей они не включены в таблицу 4.
Таблица 5 - Значения комплексных показателей и стоимость ножниц-разжимов
№ п/п | Фирма изготовитель | Модель ножниц-разжимов | Обобщенный комплексный показатель ![]() | Стоимость ножниц-разжимов (С), тыс. руб. |
1 | Lukas | SC 150 | 73,68 | 165,3 |
2 | SC 350 | 110,88 | 197,0 | |
3 | SC 550 | 135,73 | 243,6 | |
4 | Weber | SPS 400 | 236,39 | 195,0 |
5 | Holmatro | CT 4120 C | 55,92 | 216,1 |
6 | CT 4150 C | 47,57 | 253,7 | |
7 | Спрут | НКГС-80 | 79,90 | 114,8 |
Данные в таблицах 4 и 5 отражают коэффициент технического эффекта и стоимость отдельно взятого инструмента, а не совокупность совместного их использования. Поэтому из всего многообразия гидравлических цилиндров и ножниц - разжимов сформированы (по принципу перебора вариантов) гипотетические комплекты, которым присвоены условные номера с 1 по 98 (таблица 6).
Таблица 6 -Условные варианты комплектов гидравлического аварийно-спасательного инструмента
Модели гидравлических цилиндров | Модели ножниц- разжимов | ||||||
SC 150 | SC 350 | SC 550 | SPS 400 | CT 4120 C | CT 4150 C | НКГС-80 | |
R 430 | 1 | 15 | 29 | 43 | 57 | 71 | 85 |
R 420 | 2 | 16 | 30 | 44 | 58 | 72 | 86 |
R 422 | 3 | 17 | 31 | 45 | 59 | 73 | 87 |
R 424 | 4 | 18 | 32 | 46 | 60 | 74 | 88 |
R 410 | 5 | 19 | 33 | 47 | 61 | 75 | 89 |
R 412 | 6 | 20 | 34 | 48 | 62 | 76 | 90 |
R 414 | 7 | 21 | 35 | 49 | 63 | 77 | 91 |
RA 4321 С | 8 | 22 | 36 | 50 | 64 | 78 | 92 |
RA 4331 C | 9 | 23 | 37 | 51 | 65 | 79 | 93 |
RA 4322 C | 10 | 24 | 38 | 52 | 66 | 80 | 94 |
RA 4332 C | 11 | 25 | 39 | 53 | 67 | 81 | 95 |
RA 4311 C | 12 | 26 | 40 | 54 | 68 | 82 | 96 |
RA 4313 C | 13 | 27 | 41 | 55 | 69 | 83 | 97 |
RA 4315 C | 14 | 28 | 42 | 56 | 70 | 84 | 98 |