一種森林消防車防護架上裝設計探討

摘要：分析了森林消防車與其他種類的消防車各自具有的特殊性能，重點介紹了上裝設計，通過采用防護架來適應森林消防的特殊條件。針對設計過程，探討了上裝防護架的結構特點，并提出了有益的建議，研究結論可為防護架上裝設計的深入研究提供參考。

關鍵詞：森林消防車；防護架；結構分析；改進建議

中圖分類號：U463" 收稿日期：2022-11-03

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.011

1 任務來源

國內某消防部門根據需要進口了一種森林消防車，使用效果很好，為了后續裝備需要，提出研發需求，建議研發一種用于應對林區突發火情進行滅火的救援車輛，同時提供了進口產品的使用情況和改進建議。針對這一建議，對樣車和使用環境進行實地考察和調研，結合一汽產品平臺研究分析，決定開發一款以適合森林滅火為主，兼顧應急救援的森林消防專用車。

開發目標為：實現高機動性、高可靠性，具有高低壓噴射消防性能，滿足森林消防作戰需要的新產品。

2 產品結構描述

森林消防車，顧名思義是用于森林防火和滅火的車輛。消防車種類繁多，功能復雜，可以根據不同的標準對其進行分類［1］。

該車開發的總體原則為：充分發揮現有高機動越野車底盤產品優勢，開發一款適應森林消防要求的專用汽車。

整車采用了一汽已經投產的4×4高機動性越野車底盤，產品是生產了多年的成熟底盤，能夠滿足翻山、過河的地形需要。在此底盤基礎上進行適應性改進；全新設計匹配森林消防車上裝，配備消防設備和救援工具。上裝設備要匹配防護架，防止在林區車輛實施作戰中被樹干或樹枝剮蹭，造成器材損壞，影響消防作戰。該產品結構外形如圖1所示。

3 森林消防車主要技術參數

該森林消防車的主要技術參數如表1所示。

4 上裝配備器材要求

該森林消防車的上裝配備器材要求［2］如表2所示。

5 消防裝備器材防護措施設計

一般消防車的結構是沒有防護架的，包括森林消防車在內，國內企業基本上也未見采用帶防護架結構的設計。但是森林消防車需要保護器材箱體和器材不受到樹枝等外力破壞，因此需要采取具體的措施對其進行保護。一般對消防裝備器材的防護措施有如下兩種方案：

a.組合式，即防護設計和器材箱體框架結合一體的設計。

b.采用獨立防護架，器材設備箱體按常規設計，防護架需單獨設計。

參照國外產品情況，并結合用戶建議，該森林消防車采用了整體鋼管結構獨立防護架。整車帶獨立防護架和消防器材、水箱的結構布置具體如圖2、圖3所示。

按要求，森林消防車的匹配器材各單元集成上裝情況和設計，以及圖中數據符號說明如圖4所示。

1.前器材箱" 2.水罐" 3.備胎存放位置" 4.高壓卷盤" 5.防護架" 6.水泵" 7.后下器材箱" 8.后上器材箱" 9.副梁" 10.工作平臺

6 上裝防護架的結構設計和計算分析

整體上裝防護架架由直徑108 mm、厚度5 mm的鋼管焊接、裝配而成，整個骨架長度為5 568 mm、高度為2 340 mm、寬度為2 400 mm，骨架整體分為7個以上的焊接總成，焊接總成之間為裝配連接。上裝設計帶有副梁，消防器材箱體和防護架都固定在副梁上。防護架與副梁連接有前后各1個點，中部有2點，共4點，左右兩側共10點，剛性連接，如圖5所示。

為了驗證框架的結構強度設計，對防護架整體進行了CAE分析（圖6）［3］。固定約束點為防護架和車架連接端，共10點，設定施力點為頂部和側部框架管梁。給定的條件是頂部施加的砸落物體，側面樹枝或樹干巖石施加10 kN的剮蹭力。經分析，滿足一般條件下的作戰防護需求。仿真結果顯示，前后兩個連接點應力較大，但在材料應力允許范圍內，滿足設定條件，可適當地提出加強措施和方案。

7 結語

森林消防車作戰環境較其他消防車具有特殊特性，技術作戰半徑比較大，道路條件相對惡劣，并且要在叢林和山澗溪流無路條件下行駛，除了具有較高的通過性外，還要有對車輛和人員自身安全、器材安全的保證措施。消防器材箱體結構采用鋁型材骨架、鋁板蒙皮，卷簾門等均采用輕量化結構，目的是降低上裝的重量。防護架主要采用合金鋼Q345無縫鋼管。

從整個上裝系統來看，雖然其他部件采用了輕量化設計，在同樣條件下，由于多出了獨立的上裝防護架，經過計算其重量達920 kg，使得整車的重量指標不理想。另外上裝增加防護架也擠占了消防器材箱和水箱的利用空間，這也是希望下一步改進設計需要解決的問題。

參考文獻：

[1]GB 7956.1-2014消防車 第1部分：通用技術條件[S]北京：中國標準出版社，2014

[2]GB 7956.2-2014 消防車 第2部分：水罐消防車[S]北京：中國標準出版社，2014.

[3]仇亞萍，黃俐軍，馮立飛基于ANSYS的有限元網格劃分方法[J]機械管理開發，2007，6（11）：30-31

作者簡介：

孫賈濤，男，1984年生，工程師，研究方向為商用車及專用車車輛整車。