Обзор надежности шлагбаумов

Когда неспециалисту говорят о системе контроля доступа можно не сомневаться, что одним из первых изделий, о котором он вспомнит, будет шлагбаум. Действительно, относительная простота установки в соответствии с великолепными сигнальными способностями¹ делает данные устройства одним из наиболее распространенных видов оборудования при организации контролируемого проезда на различные территории, где необходимо ограничение свободного доступа транспортных средств. При этом предпочтение отдается автоматическим шлагбаумам, применение которых не только облегчает работу персонала, но и позволяет использовать средства дистанционного управления, а также комбинировать шлагбаумы с различного вида идентификационными устройствами.
В настоящее время основную массу оборудования подобного типа составляют шлагбаумы итальянских² производителей. Имеются также изделия других стран, но в меньших масштабах. При этом главную часть итальянского оборудования составляют недорогие механические шлагбаумы таких фирм как Came, Genius, Nice. Основным преимуществом данного оборудования является приемлемые рабочие характеристики нового изделия, хороший дизайн и наличие большого количества дополнительных устройств и комплектующих при достаточно низкой стоимости, обычно находящейся в районе 1000$. Однако на этом дело и кончается. Как уже отмечалось в одной из ранее опубликованных статей нашего журнала³ ради достижения невысокой стоимости итальянские конструкторы и изготовители пошли по пути создания предельной конструкции, сократив к минимуму все мыслимые резервы.(Достаточно напомнить хотя бы тот факт, что размещение на стрелах этих шлагбаумов дополнительных принадлежностей, так как сигнальные огни, "юбка", подвесная опора и т.д. вызывает необходимость одновременного уменьшения максимально допустимой длины стрелы, во избежание возникновения недопустимых нагрузок на сравнительно слабые приводы.) Тем самым снижается и надежность работы оборудования, особенно в сложных погодных условиях связанных, например, с налипанием мокрого снега или обледенением, что для России не редкость. Возможно, такая предельность конструкции и приемлема для условий Западной Европы, где мощная дилерская сеть и сравнительно небольшие расстояния перевозки обеспечивают быструю доставку запчастей и достаточно простой вызов квалифицированной ремонтной бригады. Однако в нашей стране дело обстоит далеко не так хорошо. Это приводит к тому, что широко разрекламированные дешевые итальянские шлагбаумы скоро приходят в негодность. Достаточно проехать хотя бы по Москве, чтобы увидеть десятки "итальянцев", стрелы которых поднимаются и опускаются вручную охранником, как бы сигнализируя о том, что деньги были истрачены, по крайней мере, нерационально.
Разумеется, есть и более надежные системы. К ним относится, например, механические шлагбаумы итальянской компании O&O, немецкой компании ELKA и бельнийской - Automatic Systems (AS) и гидравлические шлагбаумы итальянской фирмы FAAC. Однако и стоимость их заметно выше. Так высоконадежные и удобные в эксплуатации шлагбаумы фирм ELKA и AS стоят в зависимости от модели и комплектации не менее 3-4 тыс. долларов. Стоимость шлагбаумов O&O и FAAC ниже - в районе 1,5-2,5 тыс. долларов. Но их механизмы сложнее в эксплуатации и более чувствительны к отклонениям от предписанного фирмой регламента технического обслуживания (Особенно это относится к гидравлическим системам FAAC).
И вероятно не один из проектировщиков и изготовителей парковок, стоянок пропускных и контрольных пунктов и т.п. с горечью думал: вот бы найти шлагбаум, который при надежности ELKA или хотя бы O&O имел бы стоимость, приближающуюся к стоимости Came.
Самое интересное, что подобное оборудование на рынке есть. И что особенно приятно, это в первую очередь системы российского производства. Об одной из них - шлагбауме ША-3 производства азовского ООО "Труд" и рассказывает данная статья.
Если попытаться вкратце охарактеризовать данное изделие, то резюме будет примерно следующим: автоматический электромеханический шлагбаум с максимальной длиной стрелы 4,5-5,5 м и скоростью подъема 4-4,5 сек, приводимый в движение двигателем постоянного тока мощностью 110 в и напряжением питания 12 в. Конструктивно основная модификация шлагбаума состоит из тумбы, в которой размещены приводы, электронный блок питания приводов и управления устройством и пружинный компенсатор веса стрелы. Управление может осуществляться как с помощью кнопок на блоке управления или выносном пульте, так и посредством радиобрелков. То есть характеристики данного шлагбаума могут, на первый взгляд, считаться достаточно близкими к стандартным. Однако, при переходе к более детальному рассмотрению картина несколько меняется. Первой, и наиболее важной особенностью, является устройство наиболее важной части оборудования - привода стрелы. Если в подавляющем большинстве аналогичных устройств используется привод типа винт-гайка или привод, построенный по принципу коленчатого вала, то в шлагбауме ША-3 используется оригинальный редуктор планетарного типа, аналогичный по конструктивной схеме использованному в приводах для ворот ППВ, статья о которых была опубликована ранее⁴. Для того, чтобы оценить данное решение вспомним, что в стандартном редукторе типа "винт-гайка", используемом в большинстве недорогих изделий подобного типа, потери на трение составляют порядка 35% от передаваемой мощности. Это с одной стороны увеличивает полезную мощность совершать полезную работу, а с другой - повышает долговечность редуктора, поскольку основная масса потерь мощности уходит на истирание. (Отметим, что возможности для снижения потерь имеются и в традиционной схеме, например, путем помещения рабочего узла редуктора в ванну со смазочным маслом - подобная схема используется в шлагбаумах фирмы O&O. Однако это усложняет и удорожает конструкцию, а также ужесточает требования к регламенту обслуживания: необходимо следить за уровнем масла.). Немаловажно и то, что конструкция планетарного редуктора заметно повышает устойчивость системы к нежелательным ударным воздействиям, появляющимся, например, при наезде на стрелу.
Второй особенностью данного шлагбаума является конструкция, специально рассчитанная на повышение эксплуатационной надежности изделия. Так, тумба шлагбаума ША-2 сварена из 6 миллиметровой стали, что обеспечивает повышенную надежность при случайном наезде, который рано или поздно произойдет с достаточно большой вероятностью. (Так главном ж/д вокзале Ростова, где установлены шлагбаумы ША-3, о тумбу шлагбаума ободрало бока много автобусов и троллейбусов. При этом не только царапалась краска, но даже вырывались полосы металла. Тем не менее, изменения формы тумбы не произошло и на работоспособность шлагбаума это не повлияло. Что же касается нарушений окраски, то они легко устранялись благодаря тому тумба шлагбаума, покрывается автомобильной эмалью. Естественно, что восстановить такое покрытие в «полевых» условиях намного легче, чем порошковое покрытие, применяемое на большинстве импортных изделий.)
Это же относится и к стреле. Изготовитель комплектует свое изделие дюралевой прямоугольной стрелой 75х25х2,5 мм со стандартной длиной 4,5 м, которая может удлиняться до 5.5 м вставкой 40х20х3 мм. Данная стрела надевается на «язык» из мягкой стали длиной около 40 см, служащий защитным устройством. При наезде на стрелу язык изгибается, стрела же или остается невредимой вообще или же (при сильном - более 50 градусов - изгибе) возможно небольшое (порядка 10 см продольное расщепление стрелы, которое практически не препятствует дальнейшему использованию (в крайнем случае негативное влияние расщепа может быть устранено наложением простейшего бандажа или же обрезанием расщепленного куска. (Что же касается предохранительного «языка», то он может быть легко выправлен при помощи обычного молотка, причем нередки случаи, когда это делается без снятия его с крепления⁵ - запас прочности подшипников приводов позволяет и это). Так по сообщению одного из потребителей, установивших данный шлагбаум у въезда на свое предприятие, даже после 30 повреждений стрелы, связанных с ударом по ней автомобиля типа "Камаз", в шлагбауме не произошло никаких негативных изменений, которые не могли бы быть устранены собственными силами владельца. Следует отметить, что с точки зрения внешнего оформления "родная" стрела шлагбаума ША-2 все-таки уступает импортным стрелам. Так итальянские стрелы выглядят более эстетично и, кроме того, на них имеются защитные резиновые буфера, предохраняющие машину от повреждения при случайном опускании на нее стрелы. Поэтому, изготовители шлагбаума предусмотрели возможность установки и импортных стрел. При этом, однако, следует учесть, что подобная стрела кроме более высокой стоимости будет обладать и худшими прочностными характеристиками, связанными со стремлением к максимальному облегчению. Поэтому в случае применения такой стрелы длиной более 4 метров необходима установка дополнительной опоры, чтобы избежать прогиба стрелы в опущенном положении. Кроме того, такие стрелы значительно легче повреждаются и труднее восстанавливаются при аварии, что в дальнейшем может привести к дополнительным расходам.
Вообще, ориентированность в первую очередь на повышенную надежность является основой политики изготовителей данного шлагбаума. Так выходной момент редуктора составляет около 150 н*м, хотя для нормальной работы хватило бы 50-60 н*м. Благодаря этому, во-первых, обеспечивается возможность работы двигателя по большей части в режиме пониженной нагрузки, что положительно сказывается на надежности и долговечности системы. Во-вторых, значительно уменьшается влияние ошибок при регулировке компенсирующей пружины на работу устройства в целом⁶. С данной тенденцией связано и использование для компенсации веса стрелы пружины сжатия, несмотря не несколько большие трудности ее подбора и первоначальной регулировки, производящихся в заводских условиях. Наконец, также, как и в приводах для ворот в качестве датчиков используются бесконтактные искробезопасные переключатели, несмотря на их более высокую стоимость по сравнению с контактными выключателями широко применяемыми в зарубежных аналогах. Отметим, что запас мощности приводов делает возможным размещение на стреле дополнительных устройств без уменьшения ее максимальной длины (вполне достаточно простой регулировки компенсирующей пружины).
Еще одной важной особенностью шлагбаума ША-3 является его морозостойкость. Так изготовители гарантируют его работоспособность при температурах до -40^оС без установки каких-либо дополнительных подогревателей или термостатов. При этом механическая часть может нормально работать даже при -55^оС. Ограничение же диктуется параметрами используемых электронных устройств блока управления.
Следует отметить, что для работы в условиях особо низких температур существует модификация шлагбаума, в которой электронный блок выполнен в виде отдельного шкафа. В этом случае электронный блок может быть установлен на некотором расстоянии в помещении или боксе с подогревом, питание же и управляющие сигналы на привод стрелы подаются по проводам. (Кстати отметим, что данная модификация может оказаться полезной и в случае, когда шлагбаум устанавливается, например, в местах (таких как цеха, склады, специальные терминалы и т.д.), где возможно содержание в атмосфере повышенного количества химически активных веществ вследствие чего применение обычных устройств с питанием 220 в оказывается неприемлемым по условиям техники безопасности. Хотя, из-за относительной невостребованности, данная модификация сейчас не выпускается в массовом порядке, она может быть изготовлена по специальному заказу.
Возможным поводом для придирок могла бы явиться худшая укомплектованность данного шлагбаума различного рода вспомогательным и приспособлениями, такими как сигнальные лампочки, юбки, предохранительные фотоэлементы и т.п. Однако создается впечатление, что производители специально идут на это, чтобы не связывать потребителя определенной номенклатурой, тем более что таких изделий в настоящее время на рынке достаточно велико, причем в большинстве случаев они вполне взаимозаменяемы. Естественно, что разъемы для подключения соответствующих устройств в электронном блоке имеются.
В ближайшем будущем ООО «Труд планирует провести работы по дальнейшей модернизации шлагбаума. В частности, в конструкции электронного блока будут применены компоненты, сохраняющие свои параметры при температурах до -50^оС и ниже. Намечается также усовершенствовать стрелу, снабдив ее защитными резиновыми или пластиковыми буферами.
В заключение данного сообщения позвольте привести небольшую историю с сайта предприятия (адрес: http://trud.rostovip.com): "Перед Ростовским ж/д вокзалом стоят 4 импортных шлагбаума (не из дешевых, то есть далеко за тысячу евро). Через полтора года с момента монтажа эти шлагбаумы переведены на "ручной" режим (охрана поднимает и опускает стрелу рукой) - то ли надоело ремонтировать их, то ли нет вообще запчастей в России. А наш (тогда ещё типа ША-2м), поставленный примерно в то же время, в ста метрах от них трудолюбиво помахивает стрелой сам. (Ростовчане - проверьте сами)".

Выводы, как говорится, излишни
Более подробные характеристики данного изделия приведены в приложении. По вопросам получения более детальной информации, а также приобретения изделия обращайтесь непосредственно к изготовителю.

Автор данной статьи – гл. редактор журнала “Технические средства безопасности” кандидат технических наук Старшинов Игорь Петрович. Статья перепечатана из его журнала.

К статье можем только добавить, что шлагбаумы ША-3С (так называемый северный вариант) уже выпускаются. Их температурный режим – от минус 55 градусов.

¹ В некоторых публикациях можно встретить утверждение о том, что принцип действия шлагбаума состоит в создании преграды проезду. С нашей точки зрения это не совсем корректно. В большинстве случаев преграждающая стрела обладает весьма ограниченным останавливающим действием и, поэтому, серьезной преграды для прорывающегося автотранспортного средства представлять не может. (Разумеется, это не относится к так называемым противотаранным барьерам, рассказать о которых мы планируем в одной из последующих публикаций). С другой стороны опущенная стрела является намного более заметным сигналом о запрещении свободного проезда, чем, скажем, простое изменение цвета огней светофора (Ред.)
²Сразу отметим, что это понятие достаточно условно, поскольку в современных условиях большинство фирм ставят в свои изделия комплектующие, произведенные в самых разных странах Европы и не только Европы, некоторые же компании, такие как, например Came имеют предприятия в целом ряде европейских стран, то есть фактически стали транснациональными. Тем не менее, в большинстве источников они позиционируются как итальянские по месту расположения их головных организаций (ред.)
³«Богатырь» из Нижнего – Технические средства и системы безопасности», №4, 2006 г.
⁴"Автоматические управляемые приводы ППВ – эффективное решение для автоматизации промышленных ворот" - Технические средства и системы безопасности, №3, 2006 г.
⁵Хотя производитель этого, конечно, делать не рекомендует. (ред).
⁶Строго говоря, мощности приводов хватает на то, чтобы подъем стрелы работу и без компенсирующей пружины, однако изготовители на это не идут, чтобы избежать чрезмерных ударных нагрузок на механику, снижающих надежность и долговечность системы. По этой же причине они ограничили максимальную скорость подъема стрелы величиной 4-4,5 сек, хотя в, принципе, имеются технические возможности и для сокращения времени подъема.