“三合一”多功能機(jī)場消防車結(jié)構(gòu)簡析

北京中卓時代消防裝備科技有限公司 劉勇

隨著國內(nèi)民航機(jī)場數(shù)量增多以及大型機(jī)場的擴(kuò)建，做好相應(yīng)的救援工作是對乘客及機(jī)組人員最重要的保障，而機(jī)場消防車則是飛機(jī)滅火及其他救援的主要工具。介紹了一款“三合一”多功能機(jī)場消防車的整車傳動系統(tǒng)、整車結(jié)構(gòu)及工作原理，為同行提供了設(shè)計參考。

機(jī)場消防車（包含快速調(diào)動車和主力泡沫車）主要用于飛機(jī)火災(zāi)的撲救及人員的救援，其擁有高機(jī)動性、高越野性、自動化程度高等特點，可在高速行進(jìn)中噴射滅火藥劑。根據(jù)M H/T 7002-2006《民用航空運(yùn)輸機(jī)場消防站消防裝備配備》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)場等級對配備的數(shù)量以及各車型的性能都有明確的要求，主要見表1。

表1 機(jī)場等級對應(yīng)配備消防車的數(shù)量及各車型的性能

1.快速調(diào)動車要求0～80km/h的加速時間不超過25s，在水泵全功率工作狀態(tài)下車輛行駛速度不低于40km/h；一次性混合液噴射量不低于5000L；

2.主力泡沫車要求0～80km/h的加速時間不超過40s，在水泵全功率工作狀態(tài)下車輛行駛速度不低于40km/h；一次性混合液噴射量不低于10000L；

3.標(biāo)準(zhǔn)中提出當(dāng)主力泡沫車性能滿足快速調(diào)動車標(biāo)準(zhǔn)時，可不配備快速調(diào)動車；

4.當(dāng)主力泡沫車輔助干粉滅火系統(tǒng)干粉不少于450kg時，可不配備干粉車。

注：行業(yè)中所說的機(jī)場消防車只包含快速調(diào)動車和主力泡沫車；其余車型的標(biāo)準(zhǔn)與民用市政消防車要求基本一致。

國內(nèi)目前最先進(jìn)的機(jī)場消防車也僅僅是將主力車與干粉車的性能進(jìn)行集成，即同時滿足上述條款中第2和第4條的要求，對于用戶來說只配備一臺帶有450kg干粉的主力泡沫車就可同時滿足主力泡沫車和干粉車的要求，節(jié)省干粉車的預(yù)算。而國外最先進(jìn)的機(jī)場消防車則將上述功能全部集成，集快調(diào)、主力、干粉車一體，形成“三合一”多功能機(jī)場消防車。對于用戶來說可節(jié)約很大一部分開支，如新建的北京大興國際機(jī)場一次性購買了八臺該車型。在性能方面，“三合一”多功能機(jī)場車較快速調(diào)動車以及主力泡沫車具有很大的優(yōu)勢，三者主要參數(shù)對比見表2。

由表2可以看出，“三合一”機(jī)場消防車在性能方面具有絕對的優(yōu)勢，且集主力、快調(diào)和干粉車的功能于一體。目前該車型的技術(shù)基本被美國豪士科、奧地利盧森堡亞、德國馬基路斯等公司壟斷。直到2019年，國內(nèi)企業(yè)突破這一技術(shù)難題，生產(chǎn)出我國第一輛具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“三合一”多功能機(jī)場消防車，才打破了這一產(chǎn)品被國外技術(shù)壟斷的局面。

表2 參數(shù)對比表

“三合一”機(jī)場消防車簡介

該“三合一”機(jī)場消防車采用專用寬體底盤進(jìn)行改裝，由后置兩臺并裝發(fā)動機(jī)、變速箱、動力分配器、消防動力系統(tǒng)、消防泵系統(tǒng)、罐體、艙體、穿刺臂等系統(tǒng)組成。駕駛室采用雙門形式，可搭載乘員6人（含駕駛員），具有行進(jìn)過程中噴射滅火藥劑的功能，在駕駛室可完成所有消防設(shè)備及穿刺臂的操作。

1.主要技術(shù)參數(shù)

整車外形尺寸長×寬×高（mm×mm×mm）為14500×3050×3950；整車總質(zhì)量為49000kg；0～80km/h加速時間不大于25s；整車最高時速為135km/h；載液量為14500L；載干粉量為500kg；接近角為30°；離去角為30°；一次性混合液噴射率為9000L/min；最低穩(wěn)定車速≤5km/h；最大爬坡度≥40%；最大行駛側(cè)坡≥30%；最小離地間隙≥380mm；水泵全功率狀態(tài)下車速≥40km/h；整車使用平均故障間隔里程≥2500km；滅火系統(tǒng)持續(xù)工作時間≥6h；適用環(huán)境溫度范圍為-41～+46℃；驅(qū)動形式為8×8；乘員人數(shù)為6人。

圖1 某型機(jī)場消防車結(jié)構(gòu)組成

該型機(jī)場消防車采用8×8全驅(qū)形式，結(jié)構(gòu)組成見圖1，主要由消防副炮及管路、駕駛室控制系統(tǒng)、駕駛室、穿刺臂及消防主炮、罐體、擋墻、消防泵及泡沫系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、變速箱及取力器、車橋及懸掛系統(tǒng)、整車動力傳動系統(tǒng)、器材箱、整車電氣系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)艙體等部件組成。

2. 整車結(jié)構(gòu)及工作原理

車輛前部為駕駛室，駕駛室后部車架上平面安裝穿刺救援臂；二橋和三橋上方為載液罐體，水罐及泡沫罐體為一體外露式結(jié)構(gòu)，采用彈性支撐固定在車架上方；車體后部為發(fā)動機(jī)艙，驅(qū)動底盤及消防系統(tǒng)的兩臺發(fā)動機(jī)采用并裝形式固定在車架上方，消防泵及泡沫比例混合系統(tǒng)、部分管路安裝在發(fā)動機(jī)艙體內(nèi)部。車前消防炮、穿刺臂消防炮等管路與泵出口管路進(jìn)行連接。

2.1 駕駛室

駕駛室采用雙開門六座形式布置，整體框架采用高強(qiáng)度鋁型材結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，該結(jié)構(gòu)通過國家相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的頂壓及正碰檢測。為了提升駕駛室乘坐的舒適性，駕駛室整體通過6個彈性支撐固定在車架上方，內(nèi)部主副駕駛員座椅采用空氣懸浮座椅。為保證駕駛員操作穿刺救援臂和車前消防炮時具有良好的操作視野，駕駛室前部及頂部為全景玻璃結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，這樣在消防作業(yè)時可直觀地觀察到各消防設(shè)施的作業(yè)狀態(tài)，提升消防作業(yè)效率，駕駛室實物如圖2所示。

圖2 駕駛室

2.2 穿刺救援臂

穿刺救援臂主要由安裝座、回轉(zhuǎn)支承、轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)減速機(jī)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、下變幅臂、下變幅缸、連桿、連接架、上變幅缸、上一臂、上二臂、伸縮油缸、水炮、穿刺針、水管等結(jié)構(gòu)及相關(guān)連接件組成。臂架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動由液壓回轉(zhuǎn)減速機(jī)驅(qū)動回轉(zhuǎn)支承，從而帶動轉(zhuǎn)臺及整個臂架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。上臂及下臂的變幅運(yùn)動由上、下變幅油缸的伸縮帶動四連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。上臂的伸縮運(yùn)動通過臂架內(nèi)部伸縮油缸的伸縮及導(dǎo)輪、滑塊等機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。

圖3 穿刺臂工作示意圖

圖4 ZXF5490GXFJX150型機(jī)場消防車動力傳動系統(tǒng)圖

消防官兵可以通過電動遙控消防水炮從多個角度靈活地噴水或者噴射泡沫進(jìn)行飛機(jī)外部火災(zāi)的撲救。同時，消防官兵還可以通過穿刺機(jī)構(gòu)對飛機(jī)艙體進(jìn)行穿刺作業(yè)，穿刺針刺入飛機(jī)內(nèi)部后，可對飛機(jī)內(nèi)部火災(zāi)進(jìn)行撲救，具體穿刺工作示意見圖3。

3. 整車動力系統(tǒng)

整車動力傳動系統(tǒng)圖見圖4，發(fā)動機(jī)Ⅰ和發(fā)動機(jī)Ⅱ并裝于底盤后部，發(fā)動機(jī)選用某品牌TAD1672VE型，6缸水冷增壓電控柴油機(jī)形式。額定功率為515/1800 kW/(r/min）；最大扭矩為3200/1260 N m/（r/min）。

變速箱選用某品牌4800P型號，其中在發(fā)動機(jī)Ⅰ和變速箱Ⅰ中間加裝全功率取力器；在變速箱Ⅰ側(cè)面加裝變速箱取力器用于驅(qū)動液壓系統(tǒng)，通過液壓管路驅(qū)動穿刺臂進(jìn)行舉升穿刺救援工作。變速箱Ⅰ末端連接輸出軸，將動力傳遞至功率分配器。

發(fā)動機(jī)Ⅱ末端連接變速箱Ⅱ，變速箱Ⅱ末端同樣連接輸出軸，將動力傳遞至功率分配器。功率分配器將動力先進(jìn)行合成，然后再進(jìn)行分配，將最終動力傳遞至驅(qū)動橋。功率分配器主要結(jié)構(gòu)見圖5。

整車動力系統(tǒng)具備4種工作模式：行駛模式、駐車消防作業(yè)模式、行車消防作業(yè)模式以及穿刺救援作業(yè)模式。

圖5 功率分配器結(jié)構(gòu)圖

3.1 行駛模式工作原理

車輛正常加速行駛時，兩臺發(fā)動機(jī)以同樣的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作，發(fā)動機(jī)Ⅰ輸出動力至變速箱Ⅰ，發(fā)動機(jī)Ⅱ輸出動力至變速箱Ⅱ，然后通過變速箱Ⅰ、變速箱Ⅱ輸出軸分別將動力傳遞至功率分配器的Ⅰ、Ⅱ輸入端；此時動力在功率分配器內(nèi)部進(jìn)行合成，結(jié)合離合裝置將動力輸出至變速箱Ⅰ、Ⅱ輸出軸，最終動力分別向前輸入至1、2驅(qū)動橋，向后輸入至3、4驅(qū)動橋驅(qū)動整車進(jìn)行高速行駛。

3.2 駐車消防作業(yè)模式工作原理

車輛駐車，發(fā)動機(jī)Ⅰ輸出動力至變速箱Ⅰ和全功率取力器，全功率取力器通過驅(qū)動消防泵傳動軸將動力傳遞至消防泵，此時消防泵進(jìn)行工作，通過車前副炮或者穿刺臂主炮進(jìn)行噴水滅火。同樣發(fā)動機(jī)Ⅱ輸出動力至變速箱Ⅱ，然后通過變速箱Ⅰ、變速箱Ⅱ輸出軸分別將動力傳遞至功率分配器的Ⅰ、Ⅱ輸入端；此時動力在功率分配器內(nèi)部進(jìn)行合成，但內(nèi)部的離合器裝置處于分離狀態(tài)，動力不輸出至驅(qū)動橋，車輛不行駛。

3.3 行車消防作業(yè)模式

車輛行進(jìn)過程中結(jié)合全功率取力器，此時發(fā)動機(jī)Ⅰ輸出動力至變速箱Ⅰ和全功率取力器，全功率取力器通過驅(qū)動消防泵傳動軸將動力傳遞至消防泵，此時消防泵進(jìn)行工作，通過車前副炮或者穿刺臂主炮進(jìn)行噴水滅火。同樣發(fā)動機(jī)Ⅱ輸出動力至變速箱Ⅱ，然后通過變速箱Ⅰ、變速箱Ⅱ輸出軸分別將動力傳遞至功率分配器的Ⅰ、Ⅱ輸入端；此時動力在功率分配器內(nèi)部進(jìn)行合成，功率分配器內(nèi)部的離合器裝置處于結(jié)合狀態(tài)，動力輸出至驅(qū)動橋，車輛實現(xiàn)邊行駛邊噴射滅火藥劑的功能。

3.4 穿刺救援作業(yè)模式

車輛駐車，發(fā)動機(jī)Ⅰ輸出動力至變速箱Ⅰ和變速箱取力器，變速箱取力器通過驅(qū)動液壓泵將動力傳遞至穿刺臂液壓系統(tǒng)，此時穿刺臂進(jìn)行工作，通過穿刺針進(jìn)行噴水滅火。同樣發(fā)動機(jī)Ⅱ輸出動力至變速箱Ⅱ，然后通過變速箱Ⅰ、變速箱Ⅱ輸出軸分別將動力傳遞至功率分配器的Ⅰ、Ⅱ輸入端；此時動力在功率分配器內(nèi)部進(jìn)行合成，但內(nèi)部的離合器裝置處于分離狀態(tài)，動力不輸出至驅(qū)動橋，車輛不行駛。穿刺救援模式可與駐車滅火模式同時進(jìn)行。

4. 罐體、發(fā)動機(jī)艙及泡沫系統(tǒng)

罐體、發(fā)動機(jī)艙及泡沫系統(tǒng)與普通民用消防車結(jié)構(gòu)基本一致，此處不再進(jìn)行詳細(xì)描述。

結(jié)語

解析了我國首臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“三合一”機(jī)場消防車的結(jié)構(gòu)，分析了該類型車輛的工作原理及系統(tǒng)組成，對整車的結(jié)構(gòu)及布置形式、駕駛室、穿刺救援臂、整車動力傳動系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)加以解析及說明。上述結(jié)構(gòu)形式布置的車輛必將成為后續(xù)國內(nèi)機(jī)場主要裝備的產(chǎn)品，該技術(shù)的突破也將縮小我國消防車輛技術(shù)與全球頂尖技術(shù)的差距，同時也將為我國機(jī)場消防事業(yè)做出貢獻(xiàn)。