基于特殊材料的防凍消防栓

馬松 趙翔

摘要：團(tuán)隊(duì)成員設(shè)計(jì)了一款用于解決城市露天消防栓冬季取水困難的裝置。該裝置主要由栓頭升降裝置、聚四氟乙烯伸縮管、抽水泵組成，輔以蓋板、升降裝置固定桿、升降電機(jī)、升降鏈輪、球閥開(kāi)關(guān)組成，整套裝置經(jīng)單片機(jī)控制，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)冬季輕松取水。該裝置相比于傳統(tǒng)室外地上栓，具有操作簡(jiǎn)單、節(jié)省人力、防止結(jié)冰等優(yōu)點(diǎn)，大大提高了滅火效率。該研究緊密結(jié)合當(dāng)代城市人口密度大的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在緊急情況下快速取水，對(duì)降低人民財(cái)產(chǎn)損失和保障生命安全起到很好的促進(jìn)作用，所以其具有極其重要的研究意義。

關(guān)鍵詞：伸縮抗壓材料，升降機(jī)構(gòu)，自動(dòng)控制

隨著當(dāng)今社會(huì)“城市化”步伐的加快以及生活水平的提高，大量農(nóng)村人口涌入城市，使城市人口激增，水電暖煤氣等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)隨之增加。由于農(nóng)村人口對(duì)于水電暖煤氣方面的安全意識(shí)比較薄弱，所以在加強(qiáng)安全教育的同時(shí)，完善安全措施建設(shè)亦具有重要性，因此，消防栓建設(shè)是重中之重。目前城市消防栓主要分為分為室內(nèi)消防栓和室外消防栓，由于某些特殊地方（如樓道，走廊）的設(shè)施等限制，無(wú)法安裝室內(nèi)消防栓，只能置于室外。

目前消防栓防凍措施各式各樣，例如建房保護(hù)類，甚至使用衣服、棉物包裹此類不規(guī)范的“土法”，在一些特殊的消防任務(wù)中，由于繁瑣以及不規(guī)范的操作，更會(huì)導(dǎo)致救援時(shí)間延長(zhǎng)、人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)損失擴(kuò)大。

為了保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，盡量降低火災(zāi)發(fā)生時(shí)的各類損失，本團(tuán)隊(duì)特設(shè)計(jì)“基于特殊材料的防凍消防栓”，其特點(diǎn)在于室外消防栓可以不受環(huán)境因素尤其是寒冷因素的影響，從而可以正常且高效的投入使用。

整體結(jié)構(gòu)：該裝置基于可伸縮吸管伸縮改變長(zhǎng)度方向尺寸的原理，結(jié)合聚四氟乙烯特殊材料，加上單片機(jī)、消防栓頭、球閥開(kāi)關(guān)、鏈條、電機(jī)等一些輔助部件及裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。自下而上依次是城市水網(wǎng)管道，球閥開(kāi)關(guān)，法蘭，聚四氟乙烯伸縮管，栓頭。球閥開(kāi)關(guān)接于地下城市供水管網(wǎng)，球閥開(kāi)關(guān)一頭通過(guò)法蘭接于從城市供水管網(wǎng)引出的豎直管道上，另外一頭通過(guò)法蘭與該裝置的聚四氟乙烯伸縮管一側(cè)連接，聚四氟乙烯伸縮管另外一頭與栓頭連接，栓頭通過(guò)四個(gè)滑動(dòng)裝置套在基坑周圍的支柱上，實(shí)現(xiàn)來(lái)回滑動(dòng)，栓頭通過(guò)鏈條連接位于基坑底部的電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)栓頭上下運(yùn)動(dòng)，抽水泵固定在基坑一側(cè)，用于排出栓頭下降時(shí)留在伸縮管里的水，防止被凍住。基坑一側(cè)安裝有穿入地層的扶手，方便工作人員進(jìn)入基坑維修。

操作方式：當(dāng)消防車需要加水時(shí)，消防員打開(kāi)蓋板，啟動(dòng)單片機(jī)開(kāi)關(guān)，單片機(jī)控制連接鏈條的電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在預(yù)定的延時(shí)程序下，消防栓頭到達(dá)預(yù)定位置，將消防水袋連接于消防栓頭上，隨之啟動(dòng)控制球閥開(kāi)關(guān)的步進(jìn)電機(jī)。待水量達(dá)到所需水量時(shí)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉球閥開(kāi)關(guān)，用水泵抽取殘留在管道里的水，啟動(dòng)程序，栓頭下降，達(dá)到預(yù)定位置后，蓋上蓋板，一次取水結(jié)束。

創(chuàng)新點(diǎn)：（1）.材料的選擇。該裝置采用了被稱為“塑料王”的聚四氟乙烯材料，該材料具有耐高溫、耐低溫、耐酸堿性、耐大氣老化性、高潤(rùn)滑、不粘附、無(wú)毒害、抗氧化性的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械性質(zhì)較軟，具有非常低的表面能。采用該材料能一次安裝多次使用，降低維護(hù)更換成本，能承受的住多次伸縮。

（2）.控制方式的改進(jìn)。該裝置采用單片機(jī)控制，取消了以往自動(dòng)控制原理中傳感器的使用，為準(zhǔn)確控制栓頭升降位置提供了保障，使聚四氟乙烯材料每次都能達(dá)到同一位置，減緩材料的衰老，另外單片機(jī)受外界因素影響小，因而控制精確度高。

（3）.操作方式的改進(jìn)。該裝置不像以往那種傳統(tǒng)消防栓的操作，該裝置摒棄了采用多人多步驟的操作方法，取而代之的是采用單片機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)控制各個(gè)電機(jī)，互不干涉，相輔相成，大大減輕了消防員體力支出。

（4）. 可伸縮栓頭供水管：該裝置采用了由聚四氟乙烯制成的可伸縮供水管，連接栓頭和球閥開(kāi)關(guān)，減小了裝置總體積

（5）.栓頭可以根據(jù)需要換成出水口數(shù)目不同的栓頭。此裝置可以根據(jù)不同城市的需求，在原來(lái)栓頭出水口不能更改的基礎(chǔ)上更改栓頭，實(shí)現(xiàn)多車共用一處消防栓，減少城市消防栓總數(shù)目，減少部分城市基礎(chǔ)建設(shè)開(kāi)支。

結(jié)束語(yǔ)：

本研究仿照吸管可伸縮原理，基于城市消防栓冬季使用情況的使用時(shí)間長(zhǎng)缺陷，根據(jù)需求，將該裝置整體放置于地下，由于使用完可以有專門的小型抽水機(jī)將裝置中殘余水排除至基坑外，在上面端蓋的保護(hù)下，保證了該裝置在冬季不結(jié)冰，達(dá)到消防員隨到快速取水的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?在建高層建筑消防安全指南 ?.公安部消防局

[2] ?劉瑞新等 單片機(jī)原理及應(yīng)用教程 機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7

[3] ?消火栓，你會(huì)使用了嗎？ ?.上海消防網(wǎng)

[4] ?新修訂《中華人民共和國(guó)消防法》全文 ?.吉木薩爾縣人民政府

[5] ?孫桓 陳作模 葛文杰.機(jī)械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，2006

[6] ?濮良貴 陳國(guó)定 吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）.北京高等教育出版社，2013

作者簡(jiǎn)介：馬松，男（1997，10—），山東菏澤，本科，研究方向：機(jī)械;

趙翔，男（1998，8—），山東煙臺(tái)，本科，研究方向：機(jī)械。

（作者單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué) ?機(jī)械與電子工程學(xué)院）