多功能森林消防車改進(jìn)設(shè)計(jì)與改造方法研究

朱 陳

（安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司，安徽 六安 237100）

1 水罐消防車特點(diǎn)及其基本構(gòu)成

消防車是應(yīng)對(duì)火情的重要工具，一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的消防車能夠有效降低火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，有必要根據(jù)消防車的作業(yè)環(huán)境對(duì)消防車進(jìn)行功能改造與優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保消防車功能的實(shí)現(xiàn)。水罐消防車是消防車中的一個(gè)大類，是我國(guó)最主要的消防車類型，我國(guó)約有15 000 輛在役水罐消防車[1]。水罐消防車本質(zhì)上就是搭載水罐的運(yùn)輸車輛，同時(shí)搭載與本車發(fā)動(dòng)機(jī)相連的車載水泵作為高壓水槍的動(dòng)力源，通過(guò)管路連接水罐、水管、水槍形成能夠裝載大量水并通過(guò)高壓水槍噴射滅火的消防車輛。從根本上來(lái)說(shuō)，水罐消防車就是具備較強(qiáng)荷載能力的水運(yùn)輸車輛。

水罐消防車能夠以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)水泵，從而將水加壓輸出，最終通過(guò)水源直接淋滅火源來(lái)實(shí)現(xiàn)消防目的[2]。水罐消防車誕生于20 世紀(jì)初期，是最早發(fā)明的消防車，隨著水罐消防車不斷完善，其成為現(xiàn)階段專用的消防車輛之一。根據(jù)水罐的荷載量，通常將水罐消防車分為小型（2 t～5 t）、中型（8 t～12 t）、重型（14 t 及以上）3 種規(guī)格[3]。相較于其他消防特種車輛（干粉消防車、泡沫消防車、消防救援車等）來(lái)說(shuō)，水罐消防車更具泛用性，一方面是水罐消防車的荷載量較大，允許進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作戰(zhàn)，在各種規(guī)?；鹎橹芯軌蛄己帽憩F(xiàn)；另一方面則是與水滅火的特性有關(guān)，相較于其他滅火技術(shù)而言，高壓水槍噴射滅火的技術(shù)成本、環(huán)境成本、人力成本更低，可用于多種類型火情，只有極少數(shù)特殊火情不適合使用水滅火（油氣火災(zāi)、特殊化學(xué)制品火災(zāi)等）[4]。正是因?yàn)樗疁缁鹁哂袠O高的泛用性，即使高壓水槍噴射滅火效率偏低，但仍是最普遍的、最常用的火情應(yīng)對(duì)策略。

常見(jiàn)的水罐消防車由3 個(gè)部分組成，分別為二類汽車底盤(pán)（基本車輛框架）、水罐（水源容器）和水泵系統(tǒng)（加壓噴水系統(tǒng)）。其中，二類汽車底盤(pán)是水罐消防車的基本框架，所有的儀器、設(shè)備均由底盤(pán)搭載；水罐是水罐消防車儲(chǔ)存和荷載水源的容器，通常為具備有限通道或缺口的密閉容器；水泵系統(tǒng)是水罐消防車功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是水罐消防車應(yīng)對(duì)火情的工作單元，是水罐消防車的核心所在。

2 森林消防車的功能需求

2.1 復(fù)雜的路面環(huán)境

森林地區(qū)不同于城市地區(qū)，消防車的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，有些森林處于地勢(shì)相對(duì)平坦的區(qū)域，有些則處于多水體的沼澤濕地周邊，也有存在于高山丘陵的森林地帶。總的來(lái)說(shuō)，森林消防車的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，路面條件較差。因此，森林消防車應(yīng)當(dāng)具備相當(dāng)?shù)牡孛孢m應(yīng)能力，能夠在平原、丘陵、濕地周邊保持高速運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)森林消防安全需求。

2.2 多變的作業(yè)條件

相較于平原城市地區(qū)而言，森林消防工作的作業(yè)條件更加多變，消防車應(yīng)當(dāng)能夠滿足地表作業(yè)、中等高度作業(yè)、斜坡作業(yè)等各種消防作業(yè)條件，以更好地完成各種各樣的森林消防安全工作，即森林消防車能夠適應(yīng)森林多變的消防作業(yè)環(huán)境，在多種環(huán)境中均能夠保持良好的操縱穩(wěn)定性和使用安全性[5]。

2.3 多樣的工作需求

森林消防安全管理和城市地區(qū)消防安全管理在工作內(nèi)容上存在差異，森林消防車的工作需求更加多樣，不僅僅局限于應(yīng)對(duì)森林火情[6]。我國(guó)森林資源主要分布于遠(yuǎn)離城市的鄉(xiāng)村地區(qū)、山區(qū)、邊緣地區(qū)，相較于城市而言，這里的資源更加有限。因此，消防車往往還需要兼具其他功能，比如農(nóng)業(yè)供水車、山區(qū)降塵灑水車、區(qū)域綠化澆水車等，森林消防車應(yīng)當(dāng)能夠滿足多元化的工作需要。

3 多功能森林消防車改進(jìn)設(shè)計(jì)與改造

3.1 基本功能確認(rèn)

對(duì)森林消防車進(jìn)行多功能化改進(jìn)與改造，需要先明確森林消防車具體需要哪些功能[7]。首先，基礎(chǔ)的消防安全功能，消防車應(yīng)當(dāng)具備較高的荷載水能力，以更好地應(yīng)對(duì)森林火情及其他功能需求，這主要從森林火情發(fā)展快、蔓延廣的角度進(jìn)行考量，因此森林消防車應(yīng)當(dāng)以重型水罐車為基礎(chǔ)進(jìn)行多功能化的改造；其次，充分考慮森林地區(qū)消防安全作業(yè)環(huán)境，考慮到森林地區(qū)地面條件，多功能消防車應(yīng)當(dāng)能夠適應(yīng)各類地面環(huán)境、工作環(huán)境，因此在底盤(pán)、輪轂、液壓升降系統(tǒng)上應(yīng)當(dāng)有所調(diào)整；最后，多功能森林消防車除了儲(chǔ)水、送水的基本功能外，還應(yīng)當(dāng)能夠控制水罐水加壓輸出模式，既能夠產(chǎn)生滅火用的高壓水槍，又能夠產(chǎn)生用于林木澆水的花灑，還能夠變成穩(wěn)定出水的水龍頭，以滿足多功能需求。

3.2 底盤(pán)及罐體的選擇

根據(jù)森林消防安全工作內(nèi)容，初步確定消防車底盤(pán)信息。首先，駕駛室應(yīng)當(dāng)具備雙排、四開(kāi)門(mén)、4～6人容量空間，同時(shí)具備前后門(mén)兩個(gè)出入口，以便于快速反應(yīng)。考慮到安全性和使用效率，前后門(mén)二級(jí)踏步寬度應(yīng)當(dāng)在80 cm～85 cm 以上，以便于快速進(jìn)出。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，凡是具備消防這一特種功能的車輛必須具備良好的動(dòng)力性、機(jī)動(dòng)性、操縱穩(wěn)定性、使用可靠性等性能，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)消防車性能參數(shù)以及森林消防安全實(shí)際作業(yè)條件，最終選擇中型消防車底盤(pán)，其性能參數(shù)如表1所示。

表1 中型消防車底盤(pán)性能參數(shù)

考慮到改裝后消防車的功能需求，擬定水罐自重和車重在7 t 左右。因此，最終選用EQ1125KJ 車底盤(pán)作為多功能消防車底盤(pán)，罐體選擇為標(biāo)準(zhǔn)3 t 水罐，最終連帶車底盤(pán)及上層結(jié)構(gòu)，空載狀態(tài)下消防車重6.9 t。

3.3 動(dòng)力系統(tǒng)改造

為適應(yīng)森林作業(yè)環(huán)境，對(duì)消防車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改造?？紤]到森林中可能存在坡道、泥濘道路、濕地、地表水流等地面，因此僅適應(yīng)普通道路的車輪設(shè)計(jì)并不適用于森林消防車，需要對(duì)車輪及相關(guān)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用履帶替代傳統(tǒng)車輪就能夠適應(yīng)絕大多數(shù)路面條件。同時(shí)，考慮到實(shí)際作業(yè)期間可能存在短期涉水的情況，因此還需要進(jìn)行底盤(pán)密封設(shè)計(jì)，以便在車輛涉水時(shí)保持一定浮力和防水性能[8]。在改造過(guò)程中，考慮到森林消防安全作業(yè)中可能遇到特殊情況，專門(mén)在履帶最前端保留了能夠連接液壓裝置的部件，能夠根據(jù)實(shí)際需要加裝推土鏟等破障設(shè)備，以便于在森林、丘陵地帶行進(jìn)。同時(shí)，履帶采用雙齒單銷結(jié)構(gòu)，寬度400 mm，具有良好的附著性能，且單位壓力較小[9]。履帶以及前端可外接推土鏟的設(shè)置能夠保證車輛在滿載的情況下快速穿越沼澤、雪地、河灘、沙漠、丘陵等復(fù)雜地帶，確保車輛及工作人員能夠快速到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。

3.4 改造后動(dòng)力系統(tǒng)性能測(cè)試

采用SEA 模型對(duì)改造后車輛動(dòng)力系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真測(cè)試，就測(cè)試結(jié)果來(lái)看，改造后消防車動(dòng)力性能良好，能夠適應(yīng)森林區(qū)域復(fù)雜的路況，在絕大多數(shù)路況下均能夠保持良好的操縱穩(wěn)定性和快速反應(yīng)能力，具體測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 改造后森林消防車動(dòng)力性能測(cè)試結(jié)果

就動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，改造后的森林消防車已滿足森林地區(qū)絕大多數(shù)路面條件，能夠做到轄區(qū)內(nèi)快速反應(yīng)。同時(shí)，對(duì)履帶前端連接推土鏟后的破障能力進(jìn)行了仿真測(cè)試。結(jié)果顯示，在液壓裝置的支撐下，推土鏟最高可撞斷破除25 cm 直徑喬木、劈開(kāi)并壓平高密度灌木荊棘叢，行進(jìn)中也可持續(xù)保持低高度清掃前方碎石，具有良好的破障開(kāi)路能力。

改造后森林消防車動(dòng)力強(qiáng)勁、破障開(kāi)路能力優(yōu)秀，能夠適應(yīng)森林消防作業(yè)的絕大多數(shù)路面條件，唯一問(wèn)題就是履帶替代傳統(tǒng)車輪后，車輛滿載功率增幅較大，消防車?yán)m(xù)航能力降低。若無(wú)中途補(bǔ)給，單消防車能夠覆蓋的范圍為150 km～200 km，若地形復(fù)雜、路面不良，續(xù)航距離將進(jìn)一步降低。

3.5 水罐出水口改造

對(duì)消防車水罐出水口進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，主要就出水口閥門(mén)進(jìn)行替換，將單向閥替換成三通，分別連接不同內(nèi)徑的輸水管，以改變輸水管出口處的輸出水壓，從而提高水罐消防車在森林消防安全管理中的功能性，實(shí)現(xiàn)多功能特征[10]。同時(shí)，在消防車兩側(cè)加設(shè)長(zhǎng)度為3.3 m 的多孔水管，開(kāi)啟水泵、打開(kāi)水罐出水閥，水罐水沿管路流至兩側(cè)并從各孔隙中噴出，消防車兼具灑水車功能；三通接口另外一段連接普通消防水管，水泵全功率開(kāi)啟時(shí)輸出為高壓水槍，水泵半功率開(kāi)啟或不開(kāi)啟時(shí)為一般水流，這樣就兼具了高壓水槍和水龍頭的功能。在SEA 模擬仿真測(cè)試中，對(duì)水泵、水槍、灑水車性能進(jìn)行了測(cè)試。就結(jié)果來(lái)看，水槍強(qiáng)度可滿足森林消防需求，具體性能如表3所示。

表3 改造后消防水泵、水槍性能

為了盡可能降低消防水泵運(yùn)行時(shí)的能量損耗，延長(zhǎng)消防車的續(xù)航時(shí)間，對(duì)改造后消防車的水箱、水泵連接方式進(jìn)行了調(diào)整。消防水泵由原來(lái)的車下或一側(cè)轉(zhuǎn)移至水箱頂部右側(cè)，采用油電混合動(dòng)力水泵，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇水泵動(dòng)力源。同時(shí)，出水口設(shè)置在水箱底部左側(cè)，若灑水或居民供水，則可以不啟動(dòng)水泵，通過(guò)重力讓水自水罐中流出，半功率開(kāi)啟水泵則由電驅(qū)動(dòng)，全功率開(kāi)啟水泵則由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以此來(lái)控制水泵功率，實(shí)現(xiàn)流量控制。此外，消防滅火仍是消防車的主要功能，為了提高森林消防管理效率，在水罐右后方保留0.5 m×0.5 m×0.4 m的帶蓋密封箱，箱內(nèi)日常存放外接水槍軟管和多種消防水炮。

3.6 其他優(yōu)化設(shè)計(jì)

車頭部位進(jìn)行空間分割，分為駕駛室和載員室，駕駛室采用三面開(kāi)窗設(shè)計(jì)，以保證良好視野。同時(shí)，調(diào)高駕駛員座位高度，以便駕駛員行駛過(guò)程中觀察路面情況，提高操作的穩(wěn)定性和安全性。此外，駕駛室和載員室可通過(guò)駕駛員后方小窗進(jìn)行交流，也可通過(guò)車內(nèi)內(nèi)置電話進(jìn)行交流，便于工作人員溝通協(xié)調(diào)。充分利用載員室空間，采用壁掛的方式存放森林消防安全工作中可能使用到的工具，如鐵鍬、絞盤(pán)、伐木鋸等，以便于森林消防工作的展開(kāi)。同時(shí)，采用鉚接合方式設(shè)置固定鎖，以更好地固定各類工具，避免意外發(fā)生。