直立升降式舉高噴射裝置在水罐泡沫消防車上的創新應用

摘要：從直立升降式舉高噴射裝置的創新設計、技術參數與配置、在水罐泡沫消防車上的應用優勢三個方面，系統闡述了該裝置與常規水罐泡沫消防車的結合，在普通消防車的舉高化應用方面，該裝置為國內外市場提供了一種新的解決方案。通過采用全鋁合金輕量化結構設計、高強度鋁合金焊接工藝、表面硬質陽極氧化處理等先進技術，實現了裝置的快速展開和優異性能。該裝置的成功應用，大幅提高了消防車在石油石化、老舊密集街區等復雜火場環境下的適應性和滅火效率，為消防裝備的升級換代提供了參考。

關鍵詞：直立升降式；舉高噴射裝置；水罐泡沫消防車；輕量化；陽極氧化

消防安全關系國計民生，關乎人民群眾生命財產安全。石化企業集聚、老舊街區密集，都對消防裝備提出了更高要求。常規水罐泡沫消防車雖然可快速機動、攜帶水源，卻難以應對狹窄空間、高層建筑等特殊火場。舉高噴射類消防車體積龐大、展開緩慢、機動性差。因此，研發適應性強、使用方便的新型舉高類消防裝備，成為當務之急[1]。

直立升降式舉高噴射裝置采用先進制造工藝，合理的結構設計，實現了舉高裝置的小型化、輕量化。該裝置最大舉高高度10m，額定流量60L/s，與常規水罐泡沫消防車相比，機動性更強、通過性更好，大幅提高了火場適應性。該項目2018年立項研發，2019年完成樣機試制，經過兩年多反復試驗改進，于2022年實現量產并批量列裝多個消防隊。試點實戰使用情況表明，直立升降式舉高噴射裝置有效提升了消防隊伍快速處置各類復雜火災的能力。本文將從直立升降式舉高噴射裝置的創新設計、關鍵技術參數、典型應用優勢三方面展開系統闡述。深入剖析該裝置的設計理念、功能特色、技術優勢。以期為新型消防裝備的研發應用提供借鑒。

1 直立升降式舉高噴射裝置的創新設計

直立升降式舉高噴射裝置是在吸取國內外同類裝置優缺點的基礎上，進行創新設計的新型舉高類消防裝備。它突破了傳統舉高裝置的結構布局和驅動方式，采用模塊化、一體化設計理念，實現了裝置的小型輕量化和快速展開。圖1為裝置的收縮狀態，各節臂架在車頂器材箱內緊湊折疊，不影響消防車的行駛及動作。當需要使用時，裝置可快速展開至最大高度10m，（見圖2），僅需120s，且無需支腿支撐，即可實現穩定舉高作業。

1.1" 全鋁合金輕量化結構設計

直立升降式舉高噴射裝置采用全鋁合金材料，通過優化設計實現了輕量化。鋁合金材料密度低、強度高，在保證裝置強度和剛度的同時，大幅降低了裝置的自重，且不改變常規水罐泡沫消防車載液量。精巧的結構設計使得裝置安裝方便、節省空間，與水罐泡沫消防車實現了完美結合。輕量化設計不僅降低了車輛的整備質量，提高了機動性，還減少了展開和收回裝置時的能耗。多節臂架結構的設計進一步壓縮了裝置的體積，便于車輛集成安裝和快速部署。

1.2" 高強度鋁合金焊接工藝

裝置采用高強度鋁合金材料，通過機器自動焊接工藝實現裝置本體的制造。相較于傳統的人工焊接，機器自動焊接具有焊縫質量穩定、可靠性高、生產效率高等優點。先進的焊接工藝保障了舉高噴射裝置在復雜工況下的安全性能。鋁合金焊接對設備、工藝參數、焊接環境等要求較高，需要全面優化焊接工藝。舉高噴射裝置生產中合理設計了焊縫結構，優選了焊絲材料，嚴格控制了焊接參數，確保了焊接接頭的高強度和耐久性，從根本上提升了裝置的可靠性。

1.3" 表面硬質陽極氧化處理

為提高舉高噴射裝置的耐腐蝕性和耐磨性，在鋁合金表面進行了硬質陽極氧化處理。陽極氧化是在鋁合金表面通過電化學反應生成一層致密的氧化膜，提高材料表面硬度，增強耐磨損能力。陽極氧化層與鋁合金基體以分子間力結合，不易脫落，具有優異的防護性能。硬質陽極氧化膜層具有優異的物理化學性能，耐高低溫、耐紫外線、抗風化性能突出。優質的表面處理工藝為裝置提供了長效防護，延長了裝置的使用壽命。實踐表明，硬質陽極氧化大幅提升了舉高噴射裝置的耐腐蝕性，保持裝置經久耐用。

1.4" 一鍵式直立展開，無需支腿，展開迅速

直立升降式舉高噴射裝置采用一鍵展開和收回，無需設置支腿，實現了快速展開和部署。傳統舉高裝置需要支腿支撐，展開時間長，現場布置不便。通過對噴射反力產生的傾覆力矩和車輛穩定力矩進行受力分析計算，確保車輛整體的穩定性滿足要求。計算表明，在最不利工況下，即消防炮水平噴射、10m舉高高度時，裝置對車輛的傾覆力矩為5238kg·m，小于車輛的穩定力矩17051kg·m，安全系數達到3.25，滿足設計要求。噴射反作用力產生的附加傾覆力矩為1860N·m，車輛的抗風傾覆力矩為1600N·m，二者基本平衡。經計算，在12.5m/s的工作風速下，裝置作業穩定性仍然滿足標準要求。

2 直立升降式舉高噴射裝置的技術參數與配置

2.1" 舉升桿體參數：最大工作高度10000mm，6節設計，額定流量60L/s

優良的管路系統是舉高噴射裝置安全、高效運轉的基礎[2]。直立升降式舉高噴射裝置采用6節伸縮臂設計，最大工作高度達10000mm。龐大的工作高度提升了滅火和救援的覆蓋范圍，能夠應對高層建筑火災。多節設計使裝置在10m的升高高度下，收縮高度僅為2300mm，便于車輛行駛。裝置單元額定流量為60L/s，滿足城市主戰消防車的用水需求。通過對管路沿程阻力損失、高度壓力損失等進行流體水力計算，優化了管路內徑和壁厚參數選擇，在滿足流量要求的同時，控制了裝置的整體質量。經計算，在60L/s的額定流量下，裝置主管路的沿程壓力損失為0.08MPa，局部壓力損失為0.04MPa，高度壓力損失為0.1MPa，總壓力損失為0.22MPa。按照消防炮入口壓力不大于0.9MPa計算，裝置需要系統消防泵額定設計壓力為1.12MPa，滿足常規水罐泡沫車消防泵性能要求。

2.2" 驅動系統采用氣泵驅動，出氣量140L/min

舉高噴射裝置采用氣泵驅動，性能可靠。選用的專用氣泵采用無刷電機，輸出功率1500W，工作電壓24V。氣泵結構緊湊，使用壽命長，輸出風量大，能夠快速驅動多節舉升臂。氣泵最大出氣量達140L/min，工作氣壓0.5～1kg/cm2，性能優異。從氣泵輸出的動力氣流經過多級氣動調速閥精確控制，驅動多節臂架平穩展開和收縮。大流量氣泵的匹配使用，從動力源頭提高了舉高噴射裝置的動態性能。

2.3" 控制系統可實現一鍵展開收回，可選配遙控

可靠的控制系統確保了舉高噴射裝置在關鍵時刻的穩定運行。舉高噴射裝置的控制系統采用一體化設計，通過智能的邏輯控制實現裝置展開和收回的一鍵式操作。控制系統集成了手動按鈕和無線遙控兩種控制方式，靈活方便。手動按鍵布置在駕駛室和操作平臺，地面人員與車內人員可協同操作。選配的無線遙控系統，進一步提高了控制的靈活性，特別適合滅火救援等復雜場景。控制系統的軟件經過精心設計和調試，防呆功能完備，誤操作率低。邏輯控制程序根據現場工況，優化多節臂架的動作順序，實現平穩展開和收縮。控制界面簡潔明了，便于消防員快速上手操作。

2.4" 配備DN65控制閥門、固定托架及法蘭與管路總成

舉高噴射裝置選用大通徑的DN65控制閥門，與大流量輸水系統相匹配。控制閥采用電動驅動和氣動控制，通過控制系統快速、精確調節。閥門開度可根據實際用水量需求靈活設定。高品質閥門的應用提高了供水系統的可靠性和精確度。裝置配有專用固定托架和連接法蘭，實現與消防車頂部的牢固對接。合理的受力設計確保托架在裝置全幅度動作時仍能穩固受載。管路總成根據車輛布局定制，對水路和氣路進行集成設計，管路布局科學合理，壓力損失小。高標準的配套零部件，為裝置發揮穩定性能提供了有力保障。

3 直立升降式舉高噴射裝置在水罐泡沫消防車上的應用優勢

3.1" 不改變原車布局功能，加裝后擴展舉高噴射和照明功能

傳統水罐泡沫消防車難以適應狹窄空間和高層建筑火災撲救[3]。加裝直立升降式舉高噴射裝置，在不改變原車布局和功能的基礎上，為消防車賦予了舉高噴射和照明功能，極大拓展了消防車的作戰范圍。裝置采用模塊化設計，布置緊湊，通過合理規劃布局空間與水罐泡沫消防車實現了完美結合。裝置占用空間小，不影響消防車原有功能，保留了各類器材和泡沫罐的布置。合理的布局設計確保了消防裝備的齊全性，增強了綜合滅火救援能力。

3.2" 適應石化設備、老舊小區等狹小空間滅火，提供新的解決方案

我國既有大量老舊小區，建筑間距小，道路狹窄，常規消防車難以通行展開；還有不少石油化工企業，設備區布置密集。一旦發生火災，大型舉高消防車無法進入。導入直立升降式舉高噴射裝置，通過小型化、輕量化設計，在普通消防車舉高化應用方面，提供了一種創新的解決方案。10m的舉高高度，60L/s的額定流量，使裝置能夠應對多數中低層建筑火災。小型化設計使消防車的通過性大幅提高，即便在狹小的街巷，也能快速通行，攜帶舉高裝置進入火場。輕量化設計降低了車輛自重，提高了機動性。該裝置的成功應用，改善了復雜區域的消防裝備配置。

3.3" 與常規水罐泡沫車完美結合，大幅提高車輛火場適應性

常規水罐泡沫消防車可快速機動，攜帶水源和泡沫滅火，但難以應對特殊火場。直立升降式舉高噴射裝置與水罐泡沫消防車優勢互補，將兩者完美結合，賦予消防車舉高滅火的功能，拓寬了消防車的火場適應性。加裝舉高噴射裝置后，消防車在保持原有設備配置的基礎上，增加了舉高功能，能應對常規火災和特殊火情。一車多能，提升了消防車的性價比，降低了火災防控成本。該技術的推廣應用，有望成為常規消防車向特種消防車升級的新路徑。

3.4" 極大縮短火場救援響應時間，提高滅火效率

在火災撲救初期，快速響應至關重要。部署直立升降式舉高噴射裝置，充分利用一鍵展開、無需支腿的設計優勢，最大限度縮短了消防車的火場就位時間。利用多節伸縮臂架優勢，裝置在10m的舉高高度下，仍能保持良好的噴射角度，擁有70m以上的最大射程，實現火場“主動進攻”。通過合理的噴嘴選型匹配和壓力控制，在60L/s流量、1.12MPa壓力的常用工況下，裝置能夠實現70m的水平有效射程，或65m的泡沫射程，與同類產品相比，射程提升了10%以上。通過采用先進的流體力學仿真軟件對消防炮射流進行數值模擬，優化了噴嘴和管路參數，使裝置的射程性能達到最優。

4 結束語

直立升降式舉高噴射裝置利用先進制造工藝，通過全鋁合金輕量化結構設計、高強度鋁合金焊接、表面硬質陽極氧化處理等技術，實現了性能優異、展開迅速的舉高消防裝置。該裝置與常規水罐泡沫消防車相結合，為消防車賦予了舉高噴射和照明功能。10m舉高高度、60L/s額定流量，使裝置能夠應對絕大多數場景的舉高滅火需求。該裝置的成功應用，有力提升了石油石化裝置、道路狹窄空間受限區域的消防裝備水平。

參考文獻

[1]鐘維宇，唐啟東，林兵，等.舉高消防車新產品概念設計中功能優選方法[J].機械設計與制造工程，2024，53（10）：123-128.

[2]華樂.多功能消防車動態取力器設計與優化[J].機械工程與自動化，2024（3）：62-65.

[3]賈卓航，薛文凱，孫健.基于交互理念的消防車優化設計[J].工業設計，2023（6）：52-54.