Диссертация (Применение робототехнических средств для тушения пожаров на объектах энергетики), страница 10

ошибкаt-стат.24,05–0,950,900,6820,1540,2324,431–7,6093,3398,17–0,821,10,5890,1330,2003,485–7,6374,767При обработке экспериментальных данных было установлено, чтополученная математическая зависимость (2.4) достаточно хорошо описывает66эмпирические данные, а коэффициенты аппроксимации R2 составляют 0,88 – дляводы, и 0,9 – для смеси воды и абразива.В результате обработки экспериментальных данных были полученыстепенные регрессионные зависимости, характеризующие ожидаемую регрессиюи ее нижнюю и верхнюю доверительные границы (таблица 2.8).Таблица 2.8 – Степенные регрессионные зависимостиВид струиВодаСмесьКритерий регрессииНижняя доверительная границаВид регрессииI  20,29L1,6U 0, 45Ожидаемая регрессияI  20,57 L1,17U 0,775Верхняя доверительная границаI  24,05L0,95U 0,9Нижняя доверительная границаI  5,59L1,05U 0,92Ожидаемая регрессияI  7,8L1,02U 0,955Верхняя доверительная границаI  8,17 L0,82U 1,1Верификациюполученныхрегрессионныхзависимостейэкспериментальными данными отобразим графически (рисунок 2.13).а)с67б)Рисунок 2.13 – Соотношение полученных регрессионных зависимостейс экспериментальными данными для воды (а)и смеси воды и абразива (б) при напряжении 30 кВИз полученных регрессионных зависимостей за модель принимаемуравнение для верхней доверительной границы, которое гарантирует, что в 95случаях из 100 полученные экспериментальным путем значения по току утечки непревысят рассчитанные по модели значения.В результате обработки экспериментальных данных были полученыматематические зависимости для воды и смеси воды и абразива, позволяющиеопределить значение тока утечки в зависимости от расстояния и напряжения.– для воды:24,05  U 0,9I .L0,95(2.5)8,17  U 1,1I.L0,8(2.6)– для смеси воды и абразива:Рассчитанныезначенияпредставлены на рисунке 2.14.токаутечкипополученнымуравнениям68600Напряжение 10кВ–3Ток утечки, мкА5004001–3002002–100000,511,522,533,5Расстояние до мишени, ма)800Напряжение 20кВ7001–Ток утечки, мкА600–35002–400300200100000,511,5б)22,533,5Расстояние до мишени, м691200Напряжение 30кВ1–Ток утечки, мкА10008002–600–3400200000,511,522,533,5Расстояние до мишени, мв)Рисунок 2.14 – Расчетные значения тока утечки для воды и смеси водыи абразива при напряжении 10 кВ (а), 20 кВ (б), 30 кВ (в):1 – зависимость тока утечки для воды; 2 – зависимость тока утечки для смеси воды и абразива;3 – значение тока утечки, ощутимое для человекаПроведенные исследования по определению значений тока утечки поструям воды и смеси воды и абразива, формируемым установкой пожаротушенияс гидроабразивной резкой, позволяют сделать следующие выводы:– определенавозможностьприменениярассматриваемыхсистемпожаротушения при тушении пожаров и проведении аварийно-спасательныхработ на объектах энергетики, ввиду огнетушащих способностей и возможноститушения пожаров электрооборудования под напряжением [96];– оценены значения возникающих при подаче огнетушащих веществ токовутечки, которые позволяют предусмотреть аппараты защиты, встроенные вконструкциюробототехническогосредстваиобеспечивающиеегоработоспособность при подаче огнетушащих веществ на тушение пожаровэлектрооборудования под напряжением;70– определенырабочиехарактеристикиустановокпожаротушениясгидроабразивной резкой для их безопасного применения личным составомпожарно-спасательныхподразделенийпритушениипожаровэлектрооборудования под напряжением [97].Расстояния, при которых ток утечки не превышает значения в 0,5 мА,ощутимого для человека, составляют для воды 1,028 м, для смеси – 0,630 м.Исходя из тактических соображений, а также учитывая требования правил охранытруда, наиболее оптимальным вариантом подачи огнетушащих веществ являетсярасстояние не менее 3 м.

Это условие позволяет учитывать и обратную реакциюструи.Робототехническоесредство,оснащаемоестволомустановкипожаротушения, может проводить работы по тушению пожаров с расстояния0,5 м. Резку конструкций следует осуществлять, по возможности, в местах, закоторыми не будет объектов, препятствующих распространению струи.Тушение пожаров электрооборудования под напряжением при помощиробототехнических средств существенно повышает возможности пожарноспасательных подразделений. Но ввиду малого расхода огнетушащих веществвыбранное средство пожаротушения будет малоэффективно при тушениикрупных пожаров. В связи с этим конструкция РТС должна быть оснащена какстволом установки, так и лафетным стволом. Так как РТС не оснащено запасомвывозимых огнетушащих веществ, оно будет работать при помощи рукавныхлиний, по которым огнетушащие вещества будут транспортироваться долафетного ствола.В связи с этим необходимо определить тяговые возможности мобильнойробототехники при транспортировке рукавных линий, так как этот фактороказывает влияние на ее тактические возможности.2.3 Определение параметров тяговых усилиймобильной робототехники пожаротушенияПрименение в конструкции разрабатываемого робототехнического средствапожаротушения дистанционно-управляемого ствола с расходом огнетушащих71веществ от 15 до 20 л/с подразумевает обеспечение его работоспособности за счетподпитки от рукавных линий.

Ранее было установлено, что для повышениятранспортабельности и маневренности разрабатываемое робототехническоесредство не должно вывозить собственного запаса огнетушащих веществ. В связис этим возникает еще одно условие, связанное с тяговыми характеристиками РТС,которые должны обеспечивать продвижение РТС с рукавной линией нарасстояния, при которых сохраняются напорно-расходные характеристикивыбранных средств тушения [98].Параметртяговыхусилий,которымдолжнаобладатьмобильнаяробототехника, очень важен с точки зрения тактических возможностейробототехники. Большинство мобильной робототехники пожаротушения, дажепри условии наличия собственного запаса огнетушащих веществ, осуществляетих подачу на тушение, запитываясь через рукавную линию.В связи с этим для определения значений тяговых усилий, которымидолжно обладать разрабатываемое робототехническое средство, необходимоустановить, какие силы возникают при взаимодействии пожарных напорныхрукавов и поверхностей, по которым происходит их транспортировка, а такжеразработать модель, позволяющую оценивать значения возникающих усилий, припланировании тактических действий, связанных с применением робототехники.В настоящее время при тушении пожаров используют пожарные напорныерукава, изготовленные из натуральных и химических волокон различногоисполнения [99].Длятранспортировкиогнетушащихвеществпорукавнымлиниямпроизводится их прокладка по горизонтальным и наклонным поверхностям,имеющим различную природу и структуру.Основу горизонтальных поверхностей на объектах энергетики составляютналивные полы, представляющие собой эпоксидное покрытие для бетона(машинные залы станций, отделения по размещению энергетических установок идр.).

В блочных щитах управления, в технологических помещениях, коридорах восновном присутствует плиточное покрытие, а все пространство около корпусов72станции и наружных технологических установок имеет асфальтированнуюповерхность.Процесс прокладки рукавных линий сопровождается возникновением сил,препятствующих свободному перемещению рукава по различным поверхностям,основной из которых является сила трения.Вопросам трения посвящено большое количество исследований, основныерезультаты которых обобщены в трудах И.В. Крагельскго, Н.К.

Мышкина,А.В. Чичинадзе и ряда других исследователей [100–102].В их работах большое внимание уделено вопросам трения металлов, так какв этом было заинтересовано машиностроение. Но в нашем случае практическийинтерес вызывает не только трение металлов, но и трение полимеров, из которыхизготавливается чехол рукава. Вопросами трения полимеров в различное времязанимались В.Е.

Бухин, Д. Тейбор, Нгуен Ван Тху и др. [103–105].Нас интересует трение рукавов в сборе, что подразумевает одновременноетрение как металлов, так и полимерных материалов. В связи с этим необходиморассмотретьзакономерноститренияметалловиполимеровотвердыеповерхности.Так, для трения металлов принято выделять три основных закона, которыепредставлены в работе [100].Первый закон гласит о том, что трение не зависит от номинальной площадикасания между трущимися телами.Согласно второму закону сила трения прямо пропорциональна нагрузке,воздействующей на скользящее тело, следовательно, отношение силы трения кнагрузке остается величиной неизменной и выражается коэффициентом трения µ,характеризующим их фрикционное взаимодействие.FтрN.(2.7)Третий закон характеризует трение покоя и трение движения.

Трениедвижения не зависит от скорости и значительно меньше силы трения покоя.73При рассмотрении механизма трения несмазанных тел было установлено,что при их взаимодействии возникают два фактора, характеризующих трение.Первый фактор – это адгезия в местах реального контакта, а второй –деформационная составляющая [104, 106].В связи с этим полная сила трения будет равна сумме двух еесоставляющих:Fтр  Fадг  Fдеф .(2.8)Явление адгезии наиболее сильно проявляется при оптически гладкихповерхностях,еслижеповерхностисмазанымаслом,тосилатренияхарактеризуется деформационной составляющей.В случае сухого скольжения шероховатых поверхностей адгезионное трениебольше деформационного Fадг  Fдеф почти в два раза.Механизмы трения для металлов и полимерных материалов существенноразличаются.Фрикционноетрениеполимеровобъясняетсяадгезионныммеханизмом.

Имеются три основных отличия трения полимеров от тренияметаллов. Первым отличием является то, что площадь соприкосновения трущихсяповерхностей зависит от геометрии этих поверхностей и от нагрузки, что влияетна силу трения. Второе отличие выражается в том, что деформационнаясоставляющая может составлять большую часть силы трения, проявляясь в формеупругого гистерезиса. Третьим отличием является то, что ввиду вязкоупругихсвойств полимеров трение зависит от скорости и температуры [105].Следовательно, сила трения полимеров является суммой составляющих еесил трения, выражающихся адгезией и гистерезисом.Fтр  Fадг  Fгис .(2.9)Зависимость силы трения полимеров от нагрузки, приходящейся натрущееся тело, выражается уравнением (2.10) [95].PAном PномAфактгде Аном – номинальная площадь тела касания, м2;(2.10)74Афакт – фактическая площадь тела касания, представляющая собой суммуплощадей пятен контакта на вершинах неровностей реальных поверхностей, м2;Рном .

– номинальное давление на каждой неровности поверхности.Если задаться условиями, что образец полимера имеет форму квадрата состороной а и касается твердым основанием в точках с площадями S1, S2,…Sn , то:nАном  а , Афакт   S i ni .2(2.11)i 1Из теории адгезии следует, что  адг . обратно пропорционален Р, а величинаР > Рном. исходя из выражения (2.10). Следовательно, полная сила трения будетснижаться, так как Аном > Афакт.. В связи с этим при увеличении нагрузкикоэффициент трения должен уменьшаться.Согласно теории гистерезисного трения  гист .