消防車用卷簾門測試裝置研究

殷建波 彭嬪嬪 朱義 蔣旭東

摘要：消防車卷簾門是消防車的重要組成部件之一，消防車用卷簾門使用頻率高，抽拉速度、抽拉次數、受力大小、受力方向、受力點的不確定性、使用環境復雜，致使卷簾門主要部件損壞、斷裂、卡死是消防車服役期內經常發生的故障。文章根據消防車用卷簾門的實際受力狀態，研發一套消防車用卷簾門測試裝置。

關鍵詞：消防;消防車輛;卷簾門

消防車卷簾門是消防車的重要組成部件之一，90%以上的消防車安裝卷簾門，卷簾門運行是否平順可靠將直接影響消防器材取放效率，從而影響消防滅火救援作業，如果在消防員滅火救援時，卷簾門的關鍵部件損壞或者卡死將直接影響滅火救援順利進行。現在國內尚無消防車用卷簾門全性能要求的國家標準，文章研發的消防車用卷簾門測試裝置對于消防車用卷簾門檢測極為重要，可提高消防車用卷簾門的質量水平，為消防事業保駕護航。

一、消防車用卷簾門測試裝置技術研究

（一）技術路線

消防車用卷簾門一般由簾門、卷軸、卷筒、扭力彈簧、導軌、滑塊、導向塊、簾片、把手和鎖等組成。文章研制一套消防車用卷簾門測試裝置，開發一套卷簾門測試方法。首先調研消防車用卷簾門各類損壞原因、損壞部件、易損使用環境及使用方法，從卷簾門易壞的問題入手，進行卷簾門測試裝置的重點測試方案。然后統計使用消防車用卷簾門時的手臂抽拉軌跡及施力大小，計算開啟和關閉消防車用卷簾門時的速度、施力大小。使測試裝置盡可能接近模擬現實使用情況。

文章模擬消防員在使用消防車用卷簾門時正常的施力狀態，測試消防員手臂抽拉卷簾門時的用力方向及大小，并進行數值統計并計算，獲得不同位置處消防員對卷簾門的縱向和橫向力大小常規值。統計計算卷簾門在開啟和關閉過程中的速度變化，以便更好的編程，控制卷簾門運動的真實狀態。通過機械設計研發一套覆蓋多影響因素的消防車用卷簾門測試裝置，還原消防員在抽拉卷簾門時對卷簾門把手的施力大小和方向以及卷簾門開啟和閉合過程中的速度變化。整合多方面因素，通過測試數據研發一套全面的消防車用卷簾門測試方法。

（二）消防車用卷簾門易損部件及易損環境研究

按照全國地區溫度差異，將調研地區分為高寒地區、低溫地區、常溫地區和高溫地區四個不同區域。高寒地區：選擇四川西部以及青海地區的消防隊伍車輛;低溫地區：選擇東北及內蒙古地區的消防隊伍車輛;常溫地區：選擇江浙滬的消防隊伍車輛;高溫地區：選擇廣東、海南地區的消防隊伍車輛。每個地區選擇服役期限在3～5年的消防車輛，此段時間的消防車輛剛出保質期不久，且沒有經過長時間的風雨折磨，對于卷簾門的使用也比較頻繁，可以代表卷簾門的正常使用情況。每個地區隨機采樣符合年限車輛10臺，對消防車輛卷簾門出現的主要損壞情況做如下統計，如表1所示。

通過表1可見，高寒地區卷簾門損壞頻次為33次，低溫地區卷簾門損壞頻次為30次，高溫地區卷簾門損壞頻次為22次，常溫地區卷簾門損壞頻次為14次。消防車用卷簾門損壞程度高寒地區>低溫地區>高溫地區>常溫地區。高溫和低溫對消防車卷簾門的損壞程度有很大影響。特別是在低溫地區，當溫度低于-20℃時，普通卷簾門上的塑料材質部件脆化嚴重。經過幾年使用后，很多塑料部件出現裂紋，受到外力撞擊或者開啟關閉卷簾門時用力過大，直接使其損壞。消防車用卷簾門雖然在高溫地區損壞頻率比高寒和低溫地區少，但是比常溫地區還是頻率大很多，可見溫度是影響卷簾門使用壽命的重要影響因素。

得出結論，消防車用卷簾門的鎖具塑料件、導軌滑塊、把手及彈簧件、卷筒彈簧、簾片密封等是極易損壞的部件。高溫和低溫是卷簾門損壞的殺手。由于調研中未分國產車與進口車，但是在調研中發現進口車卷簾門明顯好于國產車卷簾門，耐用程度更高，損壞率更低。所以根據以上調研，研發一套卷簾門測試裝置提高國產消防車用卷簾門的質量水平迫在眉睫。

二、消防車用卷簾門測試裝置研究

（一）消防車用卷簾門測試裝置技術方案研究

為了較好的模擬卷簾門在抽拉過程中的實際受力磨損狀態，本研究通過試驗不同的專業消防員在不同高度不同力度情況下對消防車用卷簾門的施力情況，利用拉力傳感器測量抽拉卷簾門的合力大小，然后根據運動角度求算縱向分力和橫向分力。

本研究決定選取高、中、低三個位置對合力進行采樣，然后根據受力角度計算出縱向分力和橫向分力的大小。然后讓大量人員進行試驗測試，采用數值分析法取平均值，得出卷簾門受力點在高位、中位、低位時合理的縱向和橫向分力。首先，采集大量試驗人員抽拉卷簾門時，在開啟與關閉卷簾門整個過程中，分段點采集速度，比如高位、1/2處、低位。并對每個段點所有的不同試驗人員抽拉卷簾門時的速度進行統計取平均，得出卷簾門受力點通過此段點時的試驗速度。段點與段點之間速度采用線性差分方式進行控制，為了增加準確性，可以增加段點數量。卷簾門運動過程可以控制卷簾門測試裝置的電機在每個段點實現卷簾門達到試驗統計中卷簾門實際運動速度。消防車用卷簾門關閉過程：卷簾門受力點在高位時，給予縱向力和橫向力以及初始的啟動速度。在卷簾門處于中位時，調節電機控制卷簾門速度達到預期值，同時增大橫向力，達到橫向力試驗預期值。卷簾門處于低位時，速度達到試驗預設速度，同樣通過控制橫向力試驗預期值。消防車用卷簾門開啟過程：卷簾門受力點在低位時，給予縱向力和橫向力以及初始的啟動速度。在卷簾門處于中位時，調節電機控制卷簾門速度達到預期值，同時增大橫向力，達到橫向力試驗預期值。卷簾門處于高位時，速度達到試驗預設速度，同樣通過控制橫向力試驗預期值。

（二）消防車用卷簾門測試裝置研制

通過對消防車用卷簾門易損部件分析，部件損壞為卷簾門日常應用磨損所致，所以本研究為了模擬更加真實的卷簾門受力運動狀態，采集了大量的試驗人員抽拉卷簾門時，卷簾門速度和受力狀態。卷簾門拉力控制塊、導軌鏈條與縱向伺服電機均鑲嵌在縱向導軌柱中。縱向導軌柱通過導軌滑塊可以在橫向導軌柱上橫向移動。導軌滑塊通過橫向拉力計以及滾珠絲桿機構與橫向伺服電機相連，橫向伺服電機在集成控制電腦的控制下旋轉可以實現對導軌滑塊的橫向移動控制，從而對卷簾門施加橫向作用力。

集成控制電腦通過控制縱向伺服電機和橫向伺服電機的轉速實現卷簾門施力機構對卷簾門的縱向和橫向作用力。縱向和橫向作用力可以組合成0°～180°可變方向的拉力，通過伺服電機轉動以及縱向拉力計和橫向拉力計反饋可以實現卷簾門上下抽拉次數（例如抽拉次數不小于10000次）、抽拉速度（例如最大抽拉速度不小于2m/s）、抽拉方向變換以及抽拉力大小（例如最大測試力不小于1000N）可控，模擬消防員開關卷簾門時的施力狀態。

三、結語

文章系統地講解了消防車用卷簾門的重要性，消防車用卷簾門測試裝置及測試方法研究的課題完成，意義非凡。文章研制出一套消防車用卷簾門測試裝置，整合抽拉速度、測試力大小、受力方向、受力點位置等多方面因素，研發一套全面完整的消防車用卷簾門測試方法，為消防車用卷簾門的生產提供指導和規范。

參考文獻：

[1]張平文，李鐵軍.數值分析[M].北京：北京大學出版社，2007.

[2]GB 7956.1-2014 消防車 第1部分：通用技術條件[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2014.

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