多功能移動正負壓式消防車校炮裝置研發與應用研究

殷建波，彭嬪嬪，朱義，蔣旭東

作者簡介：殷建波（1989- ），男，漢族，山東濰坊人，碩士研究生，助理研究員，研究方向：消防車及零部件試驗檢測、車輛工程。摘要：消防炮是滅火類消防車的重要組成部分，消防炮性能優劣關系消防車滅火作業的效能和速率。本文根據消防車檢驗和驗收的實際情況，研發一套實現消防炮流量、消防炮壓力、消防泵壓力、消防炮角度及射程的多客戶端集成顯示的多功能移動正負壓式消防車校炮裝置，并介紹其應用方法。

關鍵詞：多功能；正負壓式；消防車校炮

消防車上裝配的消防炮是消防隊員滅火的堅韌利器，消防炮壓力、流量與滅火距離和效能息息相關。消防炮裝車后由于受安裝高度和車頂其他裝備的影響，消防炮實際可用角度與零部件狀態也有較大差異，所以消防炮裝車后的壓力、流量、射程、旋轉角度、俯仰角度的檢驗必不可少。研發一種占地面積小、移動方便、操作安全、能耗低、能夠滿足消防車泵炮匹配校炮檢測、實現消防炮流量壓力-消防泵壓力數據動態顯示的校炮裝置尤為重要。

一、多功能移動正負壓式消防車校炮裝置研發

（一）正負壓校炮管路及接口研制

多功能移動正負壓式消防車校炮裝置管路及接口如圖1所示，包括分水-集水器、吸水管轉接頭、消防水帶轉接頭、正負壓壓力表、無線發射模塊、流量計、管道、推車、轉接法蘭。可以實現125到200標準口徑的吸水管轉接，可以連接50、60、80、90標準水帶，通用性強，通過法蘭轉換方便。

1.管路選型

測試管路選擇直徑為150mm的不銹鋼管路，可以滿足20-120L/s的水流量通過，也是現有消防車最常用的吸水管路直徑。根據流量計經驗設計，流量計前端（圖1右側進水口）管路部分采用大于流量計直徑5倍長度管路，流量計后端（圖1左側進水口）管路部分采用大于流量計直徑10倍長度管路，來保證水流在管路中流動平穩。

2.流量計選型

裝置采用渦街流量計來應對正負壓需求。傳統流量計有渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計。渦輪流量計受水流流動影響較大，精度相對較低。電磁流量計精度較高，但由于內部材質限制，不能長時間承受負壓，否則容易造成內壁涂層脫落。超聲波流量計對管壁要求較為嚴格，且容易受震動和腐蝕影響。渦街流量計也稱之為旋渦流量計或卡門渦街流量計[1]，渦街流量計是根據卡門（Karman）渦街原理測量體積流量或質量流量，流量不受正負壓的壓力影響。

3.轉接接口設計

多功能移動正負壓式消防車校炮裝置需要對接消防車出水管路和進水管路，所以接口需要多樣化，便捷連接。消防車出水管一般采用65、80、90標準水帶，進水口一般采用125、150等標準吸水管。所以本研究采用一種進水管和出水管互相轉接的轉接頭，如下圖所示。

轉接頭兩側采用150mm口徑的三爪吸水管接頭與測試管路對接，轉接頭另一端配有防松悶蓋，且帶有安全鎖扣，防止悶蓋松脫。轉接頭側面采用4個標準80內扣接口，可以轉接標準65、90水帶。80內扣接頭內部采用鍛造鋁合金螺旋挺桿密封結構，可以在高壓時保證接口的密封性。在吸水負壓使用時也能做到完全密封。此種接頭不僅可以實現分水器和集水器的功能，還能控制閥門開度來調節出水壓力大小，為消防車檢驗檢測提供便利。此轉接頭的構造設計，可以方便各種口徑水帶和吸水管之間的轉換，可以承受大于1.5MPa的正壓壓力，也可以在-0.8MPa的負壓壓力下正常工作。此轉接接口集成了集水器和分水器作用，還可以連接同管徑消防車吸水管，功能更加多樣化[2]。

（二）消防炮角度、距離和無線檢測模塊組網傳輸方式研制

多功能移動正負壓式消防車校炮裝置既要滿足消防車操作和數據采樣的實時性，又不能產生較大的數據延遲傳輸現象，系統的總體物理架構如下圖所示：

消防炮角度無線測試系統：由陀螺儀和采集器組成，陀螺儀安裝在消防車消防炮炮筒上，支持水平和豎直角度監測，485數字接口輸出，采集器采用485轉WIFI，將采集數據上傳到物聯網服務器。

流量、水壓無線采集系統：消防車一般配備多條吸水管路，每條管路上均配備流量計和壓力表。此系統可以實現多個流量計，多個壓力計和采集器集成，流量計和壓力計采用485數字接口輸出，采集器采用485轉WIFI，將采集數據上傳到物聯網服務器。

消防炮無線距離測試系統：由測距儀和采集器組成，測距儀安裝于消防炮炮筒末端，測距儀藍牙接口輸出，采集器轉WIFI，將采集數據上傳到物聯網服務器[3]。

無線物聯網工控服務器：服務器是所有數據采集及相關數據展現功能的載體，承擔485數字接口協議解析、數據存儲、統計展現等功能。

多客戶端無線同步顯示APP：通過與物聯網服務器連接，在PC端和手機端實時展示消防炮流量、消防炮壓力、消防泵壓力、消防炮角度及射程等數據。

二、多功能移動正負壓式消防車校炮裝置應用

現有檢測裝置均為固定式檢測系統，無法移動，并且正壓校炮、負壓校炮和連續運轉需要多套固定式裝備。此裝備移動方便、操作安全、能夠滿足消防車泵炮匹配校炮檢測，實現消防炮流量壓力-消防泵壓力數據的動態顯示，達到了一機多用的效果。

（一）多功能移動正負壓式消防車校炮裝置正壓校炮應用

利用一臺載液消防車作為供水單元，利用自身消防泵供水，通過水帶與多功能移動正負壓式消防車校炮裝置的進口相連，水流經過測試裝置流量計計量流量，然后通過出口水帶與被測消防車供水口相連，供水管路直通消防炮，經過被測消防炮噴出。利用該裝置中的傾角和旋轉角模塊測量消防炮角度，利用激光測距儀測量消防炮射程。通過消防炮基座上的無線壓力傳感器讀取被測消防炮的壓力[4]。

（二）多功能移動正負壓式消防車校炮裝置負壓校炮應用

被測消防車需要自帶消防泵，多功能移動正負壓式消防車校炮裝置進水口通過吸水管與水池相連，裝置出水口通過吸水管與被測車輛的消防泵進水口相連。啟動車輛自身消防泵吸水，水流經過裝置流量計后，進入消防泵再通過被測消防炮噴出。利用該裝置中的傾角和旋轉角模塊測量消防炮角度，利用激光測距儀測量消防炮射程。通過無線傳感器讀取被測消防炮的壓力[5]。

（三）消防車水泵連續運轉應用

消防車水泵連續運轉。在水池便利的地方，消防車可以利用吸水管在水池吸水，利用水帶連接消防泵出口到該裝置管路上，經過管路上流量計測量水泵流量，再通過回水水帶將水引流到水池中，如此進行消防泵連續可靠性試驗[6]。

以上三種應用分別解決了以下三種情況，在沒有固定式試驗裝備的前提下，實現消防車消防炮校炮和連續運轉。三種情況分別是：

第一，現場有多臺罐類消防車，但沒有水池，可采用此裝置實現正壓校炮。

第二，僅有一臺車輛，并且試驗現場有水池，可采用此裝置實現負壓校炮。

第三，僅有一臺車輛，并且試驗現場有水池，可采用此裝置實現消防車水泵連續運轉。

本文系統講解了多功能移動正負壓式消防車校炮裝置的關鍵件研發選型和實際應用方法，能夠實現消防炮俯仰角度、旋轉角度以及射程的無線同步測量，消防炮流量、消防炮壓力、消防泵壓力多客戶端集成顯示[7-8]。操作簡單，應用場景廣泛，在消防車檢測和驗收中可以發揮非常重要的作用。

參考文獻

[1]黃詠梅，張宏建，孫志強.渦街流量計的研究[J].傳感技術學報.2006.

[2]王建斌，張春濤，文美石，等.坦克裝甲車輛直瞄武器的一種新型校炮方法[J].指揮與控制學報，2019，5（03）：254-258.

[3]陳冉，王長江，劉廣華.一種基于PSD的光電自動校炮裝置[J].應用光學，2014，35（06）：971-975.

[4]陳冉.基于PSD的自動校炮技術研究[D].南京理工大學，2013.

[5]劉鵬.無線校炮裝置的研究[D].長春理工大學，2008.

[6]朱陳.多功能森林消防車改進設計與改造方法研究[J].南方農機，2023，54（11）：139-141.

[7]程鈞，王麗晶.多功能強臂破拆消防車應用技術研究[J].科技與創新，2023（10）：61-62，65.

[8]鄒寧波，周敏，楊軍.舉高消防車活動支腿縱向跨距對支腿離地距離的影響[J].專用汽車，2023（08）：31-35.