Анализ автоцистерн нового поколения

По параметрам тактико-технических характеристик пожарные машины идентичного назначения практически одинаковы во всем мире. Особенностями современного этапа развития пожарных машин является улучшение параметров их технических характеристик и значительное расширение их модификаций. Особенно показательным является создание более 65 модификаций автоцистерн к началу 2002 года.

Создавшееся положение имеет и достоинства и недостатки.

Достоинством является то, что есть возможность выбора АЦ с оптимальными параметрами для данных условий эксплуатации и природно-климатических условий. Недостаток обширной номенклатуры состоит в том, что комплектование АЦ пожарных частей создаст определенные трудности в освоении новых машин, организации их технического обслуживания и ремонта, обеспечении запасными деталями. Для решения возникающих задач необходимо проанализировать возможности АЦ, особенность их оборудования.

Общая характеристика АЦ. Современные АЦ создаются на шасси грузовых автомобилей ГАЗ, ЗИЛ, КамАЗ и «Урал». По вместимости цистерн они разделяются на легкие, средние и тяжелые.

Различие базовых шасси, вместимости цистерн для воды обусловили широкий спектр поступающих на рынок модификаций пожарных автоцистерн (табл. 8.1) по состоянию на 2002 г.

Таблица 8.1

Кроме того, на ряде предприятий по индивидуальному заказу возможно изготовлять одну и ту же АЦ на различных шасси. Таким образом, потребителю представляется более 65 модификаций АЦ только по базовому шасси. Это создает предпосылки для рационального комплектования АЦ подразделений ГПС.

Все грузовые автомобили имеют полноприводные и неполноприводные шасси. По этому признаку значительно различаются автоцистерны (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Привод на шасси характеризует проходимость АЦ по дорогам различного назначения. Из табл. 8.2 следует, что 20 % АЦ тяжелого типа и более 35 % АЦ среднего типа сооружены на неполноприводных шасси. Следовательно, имея значительные мощности, их возможности ограничены при преодолении дорожных препятствий, что всегда сказывается на времени следования по вызову на пожар.

Важным показателем технических возможностей АЦ является их удельная мощность, т.е. отношение мощности двигателя к ее полной
массе – кВт/т (табл. 8.3). В таблице представлены данные по 41 автоцистерне.

Таблица 8.3

В соответствии с требованиями НПБ 163-97 АЦ должны иметь удельную мощность не менее 11 кВт/т. Из приведенной таблицы следует, что только 35 % АЦ удовлетворяет этому требованию. При этом практически все АЦ тяжелого типа и 65 % АЦ среднего типа не удовлетворяют требованиям НПБ 163-97. Это одна из причин, не позволяющих развивать высокие скорости следования на пожар.

Одним из важных параметров тактико-технических возможностей является численность боевого расчета на АЦ. До настоящего времени не имеется достаточно обоснованных рекомендаций по ее определению. По-видимому, минимальную численность можно устанавливать, исходя из требований ГДЗС, чтобы на АЦ было звено газодымозащитников, состоящее из трех человек. Таким образом, минимальная численность должна составлять пять человек, считая водителя АЦ и начальника караула. К настоящему времени она изменяется в пределах от 2 до 7 человек (табл. 8.4).

Таблица 8.4

Из табл. 8.4 следует, что 50 % всех типов автоцистерн имеют боевые расчеты по 7 человек. В то же время 12 % АЦ имеют боевые расчеты крайне ограниченные по численности, что не всегда может обеспечивать нормальное функционирование звеньев ГДЗС.

Особенностью современных АЦ является то, что на них не имеется пневмогидравлического управления арматурой водопенных коммуникаций. Все управление осуществляется только вручную.

Пожарные насосы. На пожарных автомобилях и АЦ применялся унифицированный центробежный насос ПН-40УВ и его аналоги. Эти насосы надежны в эксплуатации, они полностью обеспечивают подачу воды или растворов пенообразователя при тушении пожаров на различных объектах.

Разработка пожарных насосов нового поколения оказала влияние на расширение тактических возможностей АЦ. Вследствие этого стало возможным осуществлять переход от тушения насосами нормального давления к тушению посредством подачи воды или пены при высоком давлении. Кроме того, созданы АЦ с насосами, работающими только от водопроводной сети.

По заказу потребителя на некоторых заводах может быть установлен любой из насосов прежнего или нового поколения. Некоторые заводы практикуют установку на пожарных автомобилях насосов иностранных фирм, например Розенбауэр или Циглер.

Значительно облегчился труд оператора. Однако это потребовало значительного усложнения конструкции систем насоса и сопряженного с ним повышения квалификации пожарных при эксплуатации ПА.

Автоцистерны с дополнительным оборудованием. Опыт тушения пожаров автоцистернами показал, что иногда традиционного пожарно-технического вооружения на них недостаточно для эффективного выполнения работ. Так, в ряде случаев при слабом освещении приходится эвакуировать различные объекты для подачи воды в очаги горения. Поэтому появилась необходимость оснащать АЦ дополнительным оборудованием. Кроме того, выпускаются АЦ легкого типа с насосами высокого давления и номинальными подачами при напорах Н = 80 м. Образцы таких автоцистерн приводятся в табл. 8.5.

Таблица 8.5

* По желанию заказчика могут использоваться другие шасси.

Насосы ПН-20 подают воду 20 л/с при напоре 80 м. Автоцистерны с насосами ПЦНВ-4/100 могут подавать воду только из собственной цистерны или от гидранта.

Автоцистерны с лестницами. Разработаны две модификации АЦ с лестницами с высотой подъема 17 и 20 м – АЦ-3-40-17 и АЦ-3-40-20. Таким образом, эти АЦ могут использоваться в городах и районах с застройкой домов 5–6 этажей.

Автоцистерны пожарные с лестницей на двухосном шасси КамАЗ-4925 или КамАЗ-4932 предназначены для:

доставки к месту пожара боевого расчета, запаса воды и пенообразователя, ПТВ;

тушения пожара огнетушащими средствами с помощью ручных стволов и проведения спасательных работ на высоте до 17 или 20 м.

Так как автоцистерны с лестницей предназначены, главным образом, для тушения пожаров в городах, то их создают на неполноприводных шасси 4х2. Параметры их технических характеристик приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.6

Примечание. Параметры, приведенные во вторых строках, относятся к АЦ-3-40-20.

Обе автолестницы идентичны по конструкции. Кроме того, АЦ-3-40-17 аналогична по конструкции АЦ-5-40(4925) и отличается от нее наличием автолестницы.

Общий вид АЦ-3-40-17 представлен на рис. 8.26. Между кабиной шасси 1 и кузовом АЦ 7 размещена платформа 4, на которой установлена рама поворотная 2. На ней закреплена подъемная рама 3, на которой монтируются четыре колена лестницы 6.

Рис. 8.26. Общий вид АЦЛ-3-40-17 (4925):

1 – кабина боевого расчета; 2 – рама поворотная; 3 – подъемная рама; 4 – платформа;
5 – гидроцилиндр подъема; 6 – комплект колен; 7 – кузов; 8 – отсек ПТВ;
9 – насосный отсек; 10 – основания опорные; 11 – силовая группа;
12 – отсек управления (правый передний)

Поворот рамы поворотной 2 осуществляется с помощью гидромеханической передачи, включающей, как на всех автолестницах, червячную и цилиндрическую передачу с внутренним зацеплением. Приводом поворота служит аксиально-поршневой насос, мощность к которому подводится от коробки отбора мощности.

Подъем колен лестницы на требуемый угол наклона производится с помощью гидравлического цилиндра подъема 5.

Устойчивость автоцистерны с автолестницей обеспечивается дополнительными опорами 10. Их выдвижение осуществляется гидроцилиндрами выдвигания опор.

Эти системы и механизмы по конструкции и принципам работы аналогичны таким же механизмам на автомобильных лестницах, выпускаемых нашими заводами.

Выдвигание и сдвигание колен лестницы осуществляется с помощью полиспастов.

Основные параметры технической характеристики лестницы цистерны АЦ-3-40-17 представлены в табл. 8.7.

Таблица 8.7

Примечание. Время работы указано при работе на 4-й передаче коробки скоростей и частоте вращения коленчатого вала двигателя 1200 об/мин.

Управление лестницей АЦЛ и ее использование характеризуется рядом особенностей.

Опускание опор до упора тарелок в грунт включается тумблером на релейном шкафу в отсеке управления. Сначала опускают передние, а затем задние опоры. Боковой наклон лестницы допускается выравнивать опорами. Подъем опор производят в обратной последовательности только после укладки лестницы на опорную стойку.

Все остальные маневры лестницы осуществляют с выносного пульта.

На выносном пульте находятся:

ручки поворота, подъема и опускания, выдвигания и сдвигания колен лестницы;

кнопки пуска и остановки двигателя, управления лафетным стволом;

ряд специальных индикаторов, характеризующих правильность установки и работы основных элементов лестницы (совмещение ступеней колен, надежность опор, упор вершины и др.).

При подаче лестницы угол наклона площадки, на которой она установлена, должен учитываться так, чтобы угол ее наклона не превышал 75^о.

Поворот лестницы разрешается производить только после подъема комплекта колен на угол 10^о.

Вершину лестницы, которая опирается на край крыши (карниза, окна), необходимо выдвигать выше точки опоры на 0,1 – 1,5 м.

При скорости ветра более 10 м/с при выдвигании лестницы должны применяться растяжные веревки. Люди, удерживающие веревки, должны стоять по обе стороны лестницы на расстоянии 12 – 15 м.

Исходя из условий безопасности, на неприслоненной лестнице возможно перемещение только одного человека. На прислоненной лестнице одновременно разрешается находиться восьми человекам, при условии нахождения на каждом колене по два человека. Разрешается перемещение одновременно трех человек на одном из первых трех колен лестницы.

Используя лестницу, возможно подавать огнетушащие вещества лафетным стволом, закрепленным на вершине первого колена. При этом на лестницу действуют дополнительные усилия. Поэтому лафетный ствол должен надежно закрепляться; рукава, прокладываемые посередине лестницы, необходимо прикреплять к ступеням рукавными задержками. При подаче воды следует избегать резких изменений режима работы насоса. Управление пожарным насосом можно вести со щитка приборов или щитка управления в отсеке пожарного насоса.

8.5. Автомобили первой помощи пожарные (АПП)*

Сокращение времени следования АЦ по вызову – один из факторов уменьшения продолжительности свободного развития пожара и снижения ущерба от него. Важно также и то, что сокращение этого времени всегда приводит к уменьшению гибели людей на пожарах. Так, было установлено, что в течение только одной сокращенной минуты прибытия на пожар спасается в среднем 2 человека на 100 пожарах.

Время следования к месту вызова занимает до 20 % от всего времени занятости АЦ и должно быть минимальным. Важным в этих обстоятельствах является учет дорожных условий эксплуатации ПА.

В настоящее время основные ПА общего применения создаются на шасси грузовых автомобилей ЗИЛ, «Урал», КамАЗ и др. Они все имеют большие габариты и массу. Это ограничивает возможности АЦ в ряде современных городских условий реализовать свои динамические характеристики. Поэтому в последние годы стали использовать грузовые автомобили малой грузоподъемности для создания пожарных автомобилей первой помощи (АПП). Эффективность их обусловлена тем, что в городских условиях они могут прибывать на пожары значительно быстрее, чем АЦ на шасси большой грузоподъемности. Кроме того, они более экономичны по эксплуатационным расходам.

Для эффективного использования АПП должны удовлетворять ряду требований. При грузоподъемности шасси до 1,5 т масса ПТВ должна быть не менее 800 кг. Полная масса АПП при этом составит 2,5 – 3,5 т, а необходимый внутренний объем кузова для размещения оборудования должен быть не менее 3,5 м³. При мощности двигателей шасси порядка 65 кВт удельная мощность может достигать значений 18–25 кВт/т. Общий вид АПП представлен на рис. 8.27.

Рис. 8.27. Автомобиль быстрого реагирования:

1 – шасси ГАЗ 2705; 2 – кабина боевого расчета; 3 – размещение пенобака и
мотопомпы; 4 – кассета (решетка для ПТВ)

Пожарные автомобили обычно реализуют 70 – 80 % максимальной скорости. Появляются магистрали с ограничением скорости до 80 км/ч, поэтому скорость базового шасси АПП должна быть не менее 100 – 120 км/ч.

Боевой расчет на АПП должен быть не менее четырех человек. Исходя из изложенных выше требований, на АПП должны находиться: запас огнетушащих веществ в пределах 300 – 500 кг, пожарные рукава не менее 100 м, насос с подачей до 4 л/с, а ПТВ массой 60 – 100 кг.

Результаты испытаний АЦ-40(130)63А и анализа испытаний АПП на шасси УАЗ-452 выявили ряд достоинств автомобиля первой помощи.

Прежде всего, оказалось, что превышение средней скорости следования на пожар АПП составляет около 40 % по сравнению с такой же скоростью АЦ-40(130)63А (рис. 8.28, а) и никогда не превышает критического значения 120 км/ч.

Рис. 8.28. Скорости (а) и поперечное ускорение центра масс (б):

1 – АЦ-40 (130) 63Б; 2 – АПП; 3 – скольжение; 4 – отрыв колес
(3 и 4 для АЦ-40(130) и АПП, соответственно)

При следовании на пожар в экстренном режиме возрастает вероятность аварийных ситуаций из-за увеличения числа случаев отрыва колес от поверхности дороги и бокового скольжения при маневрах автомобиля. И по этому показателю АПП оказался лучшим. Это следует из графика, показанного на рис. 8.28, б. Поперечные ускорения центра масс АПП и АЦ-40(130)63А (кривые 1–2) достаточно существенно различаются. Предельные значения ускорений, при которых начинается скольжение колес j_c (занос) и отрыв колес j_o (соответственно граничные прямые 3 и 4), позволяют утверждать, что у АПП вероятность отрыва колес от полотна дороги в 2 – 3 раза, а вероятность заноса в 1,5 – 2 раза меньше при действии поперечных сил инерции. Для крена кузова вероятность превышения критического значения меньше в 1,5 – 1,8 раза. Вероятность появления аварийной ситуации при торможении также уменьшается в 2 – 2,5 раза.

На всех городских маршрутах увеличение средней скорости следования на пожар достигается за счет увеличения частоты и времени использования высших передач и уменьшения числа переключения передач.

На эффективность применения АПП большое влияние оказывает протяженность маршрута следования на пожар. По их протяженности можно выделить три интервала. Это маршруты протяженностью до 2 км – здесь нет явного преимущества АПП по времени прибытия. Маршруты от 2 до
6 км – на них АПП имеет стабильное преимущество по сравнению с
АЦ-40(130)63А. На маршрутах, протяженность которых более 6 км, преимущества АПП незначительны.

Эффективность применения АПП целесообразно осуществлять на основании анализа условий их эксплуатации и технических характеристик.

Частоту и продолжительность работы основных ПА можно характеризовать одним комплексным показателем, который и будет характеризовать условия эксплуатации:

(8.1)

где ω – занятость ПА на Ν вызовах за время эксплуатации Т; τ_к – занятость АПП при обслуживании к-го вызова, ч; Т – продолжительность эксплуатации, ч.

Значение ω находится в пределах 0 £ ω£ 1, при среднем значении 0,02 – 0,025 и максимальном значении, равном ω = 0,05, что соответствует 5 % занятости ПА на обслуживание поступающих вызовов.

Оценивая эффективность пожарной техники, исходят из того, что ее совершенствование должно уменьшать ущерб от пожара. Оценить эффективность можно сопоставляя затраты на новую технику с получаемым от нее эффектом – сокращением ущерба. Обозначим его П, а затраты на приобретение АПП и его эксплуатацию С (ω, Т), тогда удельная стоимость использования АПП будет равна

(8.2)

В экономических расчетах принимают величину, обратную СЕ (ω, Т), тогда зависимость 1/СЕ (ω, Т) от ω можно выразить графически, как показано на рис. 8.29.

Из этого графика следует, что замена одной автоцистерны на АПП экономически выгодна при условии, что число выездов на пожары в жилой сектор за год составит более
70 %, т.е. относительное время занятости ω отдельной пожарной части
ω³ 0,01. Если маршруты следования имеют протяженность от 2 до 6 км, то на 25 – 40 % уменьшится продолжительность следования по вызову и на 15 – 20 % уменьшатся эксплуатационные расходы, главным образом на топливо.

Современные АПП создаются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности. Так как они предназначены для использования в городах, то для них используются неполноприводные шасси в основном с карбюраторными двигателями. По параметрам основных показателей они мало различаются. Так, у них очень близкие значения мощности двигателей. Они мало отличаются друг от друга по запасу вывозимой воды и пенообразователя. Они имеют большие значения удельной мощности
(до 20 – 25 кВт/т) и, следовательно, могут развивать высокие скорости движения, достигающие 100 – 115 км/ч. Однако они очень сильно различаются оснащением ПТВ, компоновками, численностью боевых расчетов. Некоторые параметры АПП указаны в табл. 8.8.

Таблица 8.8

Из этой таблицы следует, что АПП оборудуются различными насосами. На них могут быть огнетушители. Так, на АБР-3 установлены два огнетушителя ОП-10 и два ОУ-5. На этом же автомобиле имеется генератор мощностью 2 кВт. Все АПП укомплектовываются пожарным оборудованием, средствами СИЗОД, а также инструментами для проведения различных спасательных работ. На АПП-0,3-2 (3302) и АПП-0,3-2 (33023) насосы могут забирать воду только от водопроводной сети, но на них предусмотрены выносные мотопомпы с подачей 2 л/с воды при напоре 400 м. Кроме того, предусматривается их укомплектование гидравлическими инструментами: ножницами, комбинированным ручным насосом, расширителем дверным. На этих же автомобилях устанавливаются переносные электроагрегаты мощностью 6 кВт. На них имеются бензорезы дисковые и электрическая дисковая пила. Таким образом, эти АПП могут использоваться не только для тушения загораний и пожаров, но и для выполнения аварийно-спасательных работ.

Мотопомпы

Мотопомпы – это транспортируемые средства, предназначенные для подачи воды из водоисточника к месту тушения пожара. Они представляют собой автономный агрегат, состоящий из центробежного насоса и двигателя внутреннего сгорания. Автономность, сравнительно небольшая масса делают их незаменимыми в пожарной охране сельской местности, организации подачи воды из труднодоступных для АЦ мест.

Имеются различные модификации мотопомп: для работы на морской воде, для перекачки различных жидкостей. Они могут использоваться и для пожаротушения.

Мотопомпы могут устанавливаться на автоцистернах и пожарных автомобилях первой помощи, что позволяет, при отсутствии удобного подъезда к водоисточнику, установить на нем мотопомпу и организовать работу по перекачке воды.

По тактическому назначению и способу транспортировки мотопомпы делятся на два типа: переносные и прицепные.

Мотопомпы переносные монтируют на легких рамах. К месту пожара их доставляют транспортными средствами или подносят к водоисточнику вручную.

Мотопомпы прицепные оборудуют на одноосных прицепах. Их буксирует любой автомобиль с буксирным устройством.

Мотопомпа прицепная МП-1600 (рис. 8.30). Ее монтируют на одноосном прицепе. Она состоит из двигателя внутреннего сгорания и центробежного насоса.

Двигатель четырехцилиндровый карбюраторный тип ЗМЗ-24-01. При частоте вращения коленчатого вала n = 4500 об/мин он развивает мощность 62,5 кВт. Это двигатель автомобиля, а так как на мотопомпе он эксплуатируется в стационарном режиме, то для охлаждения он оборудован теплообменником. Вода, поступающая в теплообменник из центробежного насоса, предотвращает перегрев двигателя. Теплообменник установлен на головке блока цилиндров вместо верхнего патрубка.

Мотопомпа оборудована автоматической системой прекращения работы двигателя при отрыве столба воды во всасывающей линии.

На мотопомпе установлен центробежный, одноступенчатый с двумя спиральными коллекторами насос консольного типа. Он жестко присоединен к картеру муфты сцепления двигателя. Характеристика насоса представлена на рис. 8.31. При частоте вращения вала насоса
n = 2700 об/мин он расходует Q = 1600 л/мин воды, развивая напор
Н = 90 м. При этом потребляемая мощность насоса равна 40,5 кВт.

Система водопенных коммуникаций простая (рис. 8.32). Она обеспечивает забор воды из естественных и искусственных водоисточников с глубины до 7 м. В системе имеется пеносмеситель 2 со штуцером. К этому штуцеру подсоединяется емкость с пенообразователем. При помощи пеногенератора ГПС-600, подсоединяемого к патрубку коллектора 4, при открытой шаровой задвижке 3 возможно тушение пожара пеной.

Вакуумная система мотопомпы включает вакуумный клапан 9, гидрокамеру 8 и газоструйный вакуумный аппарат 7, включенный в систему выпуска отработавших газов двигателя.

Вакуумный клапан 9 может включаться и выключаться вручную, однако предусмотрено и гидравлическое управление им. По окончании забора воды она под давлением поступает по трубопроводу 6 в гидрокамеру 8, с помощью которой выключается вакуумный кран.

В вакуумной системе насоса, как указывалось, имеется вакуумный клапан и гидрокамера, смонтированные в одном узле. Гидрокамера служит для закрывания вакуум-клапана после забора воды и, следовательно, для выключения газоструйного вакуум-аппарата.

В исходном положении резиновая диафрагма 2 гидрокамеры занимает положение, указанное на рис. 8.33. При этом вал 7 своим эксцентриком переместит клапан 8 в верхнее положение и сожмет пружину 9. При этом всасывающая полость насоса (стрелка а) через корпус 11 вакуумного клапана соединится (стрелка б) с газоструйным вакуумным аппаратом.

При включении насоса в работу газоструйный вакуумный аппарат создаст разрежение в нем и в вакуумной системе. Насос заполняется водой и она под давлением из коллектора насоса поступит под диафрагму гидрокамеры (стрелка в). Диафрагма начнет деформироваться и произойдет поворот вала 7. Под действием пружины 9 клапан 8 перекроет магистраль а и б.

При обрыве столба воды во всасывающей магистрали уменьшится давление в насосе. В гидрокамере диафрагма 2 будет перемещаться вниз и валы 7 своим эксцентриком соединят полости в направлении стрелок а и б. В работу включится газоструйный вакуумный аппарат и произойдет
забор воды.

В насосном отделении на щите расположены следующие приборы управления мотопомпой:

рукоятка выключения вакуум-аппарата на правой стороне рамы мотопомпы (для выключения вакуум-аппарата рукоятку перемещают на себя и устанавливают фиксатор);

рукоятка выключения сцепления на левой стороне рамы (при выключении рукоятку перемещают на себя и устанавливают на фиксатор);

рукоятка управления жалюзи на щите приборов в левой части насосного отделения (при перемещении рукоятки на себя жалюзи закрываются);

кнопка газа на щите приборов (для открывания дроссельной заслонки кнопку следует подать на себя);

кнопка управления воздушной заслонкой карбюратора на щите приборов (для закрывания воздушной заслонки кнопку перемещают на себя);

мановакуумметры и другие приборы на щите приборов.

* На некоторых заводах их обозначают «Автомобили быстрого реагирования» – АБР.