多功能森林消防車改進(jìn)設(shè)計(jì)及分析

孫杰

摘 要：作為最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，森林火災(zāi)已成為各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，諸多國(guó)家都在不斷的研發(fā)森林消防車來(lái)應(yīng)對(duì)森林火災(zāi)，并且可及時(shí)的將消防員與消防器材運(yùn)送至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。我國(guó)近年來(lái)在森林消防車的改造方面取得了一定的成果，本文將重點(diǎn)對(duì)森林消防車的改進(jìn)設(shè)計(jì)與分析進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：多功能；森林消防車；改進(jìn)設(shè)計(jì)及分析

森林消防車對(duì)于預(yù)防及控制森林火災(zāi)具有重要作用。在我國(guó)境內(nèi)具有較大的山區(qū)與林區(qū)，每年夏季時(shí)經(jīng)常發(fā)生森林火災(zāi)，若單純的依靠人為滅火，不僅無(wú)法提升滅火的效率，更會(huì)對(duì)人身安全造成一定的威脅。為此我國(guó)相關(guān)部門必須加大力度對(duì)森林消防車進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使其適應(yīng)滅火需求。

1 多功能消防車整車總體設(shè)計(jì)需求

對(duì)于森林消防車的技術(shù)改造必須符合我國(guó)的基本森林分布狀況，具備高性能與高效的滅火能力。通過(guò)對(duì)消防車輛的底盤、高揚(yáng)程泡沫滅火技術(shù)與高壓水槍的技術(shù)改造，來(lái)提升森林消防車的工作性能，為有效的抑制火情提供充足的技術(shù)保障。對(duì)于森林消防車設(shè)計(jì)的總體需求如下：第一，消防車各性能指標(biāo)數(shù)必須與計(jì)劃一致。第二，在進(jìn)行改造時(shí)必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的法律法規(guī)，避免發(fā)生侵權(quán)行為。第三，改裝后對(duì)相關(guān)的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，確保消防車的正常運(yùn)行。第四，對(duì)于改裝的各部件進(jìn)行合理的布置，以便于拆組。第五，對(duì)改裝過(guò)程中的各種矛盾進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保改裝工作的順利進(jìn)行。

2 多功能森林消防車的各方面改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)于前頂撞裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

第一，確定前頂撞的結(jié)構(gòu)改造方案。當(dāng)森林消防車行駛在森林中時(shí)，經(jīng)常遇見(jiàn)障礙物，若強(qiáng)行通過(guò)則必然對(duì)消防車造成損害，進(jìn)而影響消防車的工作效率，為此必須對(duì)消防車的前頂撞裝置進(jìn)行改進(jìn)。為確保消防車具有良好的穩(wěn)定性，可用兩塊分別長(zhǎng)為1290mm，厚度為15mm的鋼板以1450的夾角進(jìn)行焊接，形成強(qiáng)有力的前頂撞裝置，將刀片固定在鋼板下方，使其免受障礙物的困擾。

第二，切割機(jī)理。在無(wú)外力支持進(jìn)行灌木桿的切割時(shí)，若僅僅依靠自身的抗彎能PW是無(wú)法與刀片的切割力P相比擬的。然而若將刀片進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，則會(huì)產(chǎn)生較大的加速度，并且會(huì)產(chǎn)生與前進(jìn)方向相反的慣性力Pg，當(dāng)加速度增大時(shí)，慣性力會(huì)變大，莖稈的抗彎能力則會(huì)愈強(qiáng)。

2.2 關(guān)于防火開(kāi)溝器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

對(duì)于防火開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)必須符合如下要求：首先，對(duì)開(kāi)溝器進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其與消防車的整體搭配，避免使消防車的性能受到影響。其次，由于森林火災(zāi)具有不確定性，只有加強(qiáng)開(kāi)溝器的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，才能使其適應(yīng)多變的情況。最后，必須確保刀片的強(qiáng)度與鋼度，使其能夠從容的適應(yīng)森林的工況。

第一，確定合理的開(kāi)溝器方案。就目前的森林消防車的實(shí)際情況而言，犁式開(kāi)溝器使較為常見(jiàn)的開(kāi)溝器。其整體主要由其部分構(gòu)成：上承載部件主要用于對(duì)開(kāi)溝器進(jìn)行固定與支撐；中承載部件主要起承上啟下作用，承上則是連接圓柱導(dǎo)軌與液壓桿，啟下則是連接下承載部件；下承載部件主要用于將刀片進(jìn)行整合，同時(shí)通過(guò)三點(diǎn)與中承載部件進(jìn)行連接，鏵式犁的間距為590mm。

第二，對(duì)液壓缸與液壓回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。開(kāi)溝器的液壓回路主要包括五方面內(nèi)容，即液壓缸、三位四通電磁換向閥、溢流閥、液壓泵與液壓泵驅(qū)動(dòng)機(jī)。其中液壓缸是核心部位，在對(duì)液壓回路進(jìn)行設(shè)計(jì)前，必須對(duì)液壓系統(tǒng)的工作壓力進(jìn)行確定。

第三，進(jìn)行鏵式犁開(kāi)溝器的防火試驗(yàn)。在對(duì)犁式開(kāi)溝器設(shè)計(jì)完畢后，必須對(duì)開(kāi)溝器進(jìn)行防火試驗(yàn)，以此來(lái)斷定其性能是否符合需求。應(yīng)將試驗(yàn)的地點(diǎn)選在雜草叢生之地，速度設(shè)為一檔，并且只需進(jìn)行一次試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果在95%以上，則視為改造成功，若低于此數(shù)值，則必須進(jìn)行重新改造。

2.3 關(guān)于車箱的改進(jìn)設(shè)計(jì)

對(duì)于車箱的改造應(yīng)具體符合如下要求：首先，經(jīng)過(guò)合理的改造，需要使消防車能夠攜帶更多的消防器材，實(shí)現(xiàn)多種不同的消防功能。其次，車箱結(jié)構(gòu)需要與消防車底盤匹配，既需與底盤的承受力相適應(yīng)，又必須在遵守規(guī)定的情況下與外形匹配。最后，確保各消防設(shè)施之間具有獨(dú)立性，便于隨時(shí)的應(yīng)用。為承載大量的水與泡沫，并且保證其能夠得到合理的應(yīng)用，應(yīng)合理的對(duì)儲(chǔ)存罐進(jìn)行改造。目前較為適合的水儲(chǔ)存罐的尺寸為2940*770*1500mm，泡沫儲(chǔ)存罐的的合理尺寸為1100*700*1700mm，在實(shí)際的滅火工作中，車箱尾部的裝置可將水與泡沫進(jìn)行混合，之后再進(jìn)行噴射，有效的達(dá)到滅火目的。

3 對(duì)多功能森林消防車的分析

第一，對(duì)車箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析。由于車骨架是整車的重要組成部分，因此必須確保車骨架的強(qiáng)度。就目前情況而言，我國(guó)的森林消防車主要采用的是鋼骨架結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用Mechanical整體自動(dòng)化技術(shù)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行自動(dòng)的劃分。由于車箱與車架通過(guò)縱梁進(jìn)行連接，因此對(duì)于車箱的約束位置應(yīng)選為車箱與車架固定的縱梁之上，約束的方式采用固定約束的方式進(jìn)行，消防車的載荷量應(yīng)按照滿載時(shí)的重量乘以動(dòng)載荷量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

第二，對(duì)車箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)無(wú)需增加外載荷，只需增加一定的約束條件即可。消防車在行駛過(guò)程中，必須確保車箱具有足夠的靜強(qiáng)度與剛度，此外還必須對(duì)消防車的振動(dòng)情況進(jìn)行考慮，為避免發(fā)生共振現(xiàn)象，車箱固有的振動(dòng)頻率必須大于其工作頻率。

第三，對(duì)車骨架的強(qiáng)度進(jìn)行分析。消防車的車骨架支撐著各種零部件，并且還需承受各種部件傳遞給它的力矩，為此，車骨架的設(shè)計(jì)必須滿足如下需求：其一，車骨架的選擇必須符合消防車的整體布置需求。由于森林消防工作具有復(fù)雜多變的情形，車內(nèi)的各零部件必須具有良好的配合且需相互獨(dú)立。其二，車骨架必須具有較高的強(qiáng)度與剛度。其三，車骨架的質(zhì)量應(yīng)足夠的輕巧，以此來(lái)提升消防車整體的輕量化。其四，車骨架的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單，便于在出現(xiàn)故障時(shí)可隨時(shí)進(jìn)行拆卸。其五，車骨架應(yīng)盡可能與車身及各總成相匹配，以此提升消防車的穩(wěn)定性，避免在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)安全事故。

第四，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行分析。由于對(duì)森林消防車進(jìn)行改裝后，其載荷必然會(huì)發(fā)生變化，為滿足使用需求，相關(guān)技術(shù)人員必須對(duì)車橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行分析。其中主要包括對(duì)橋殼的靜態(tài)分析，即對(duì)最大向力工況、最大牽引力工況與最大制動(dòng)力工況進(jìn)行分析，還包括對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼的疲勞分析與模態(tài)分析。

第五，對(duì)消防車的重心參數(shù)進(jìn)行分析。該分析主要包括以下兩種方式，即實(shí)驗(yàn)法與估算法。首先，實(shí)驗(yàn)法。在對(duì)消防車的水平位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要清楚的了解消防車的總體質(zhì)量與前軸軸荷，并通過(guò)如下的公式進(jìn)行計(jì)算：

（其中L代表軸距，L1代表消防車重心與前軸之間的距離，G0代表消防車的總質(zhì)量，G1代表前軸承載量。）其次，估算法。該方式主要被應(yīng)用于消防車設(shè)計(jì)的初級(jí)階段。在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段中，由于所有零部件的位置已被固定，因此只需估算其重心位置，便可得知其是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，若不符合，則必須進(jìn)行重新改造，直至符合標(biāo)準(zhǔn)為止。

4 結(jié)束語(yǔ)

森林消防車對(duì)于森林防火具有至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)的森林消防車已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展形勢(shì)，因此只有對(duì)其進(jìn)行改造，使其同時(shí)具有多方面的性能，才能有效的為森林防火提供保障，切實(shí)的對(duì)森林火災(zāi)進(jìn)行防控，避免造成更大的損失，同時(shí)維護(hù)消防員的安全。

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