多功能森林消防車改進(jìn)設(shè)計及分析

孫杰

摘 要：作為最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，森林火災(zāi)已成為各國關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，諸多國家都在不斷的研發(fā)森林消防車來應(yīng)對森林火災(zāi)，并且可及時的將消防員與消防器材運(yùn)送至火災(zāi)現(xiàn)場。我國近年來在森林消防車的改造方面取得了一定的成果，本文將重點(diǎn)對森林消防車的改進(jìn)設(shè)計與分析進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：多功能；森林消防車；改進(jìn)設(shè)計及分析

森林消防車對于預(yù)防及控制森林火災(zāi)具有重要作用。在我國境內(nèi)具有較大的山區(qū)與林區(qū)，每年夏季時經(jīng)常發(fā)生森林火災(zāi)，若單純的依靠人為滅火，不僅無法提升滅火的效率，更會對人身安全造成一定的威脅。為此我國相關(guān)部門必須加大力度對森林消防車進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，使其適應(yīng)滅火需求。

1 多功能消防車整車總體設(shè)計需求

對于森林消防車的技術(shù)改造必須符合我國的基本森林分布狀況，具備高性能與高效的滅火能力。通過對消防車輛的底盤、高揚(yáng)程泡沫滅火技術(shù)與高壓水槍的技術(shù)改造，來提升森林消防車的工作性能，為有效的抑制火情提供充足的技術(shù)保障。對于森林消防車設(shè)計的總體需求如下：第一，消防車各性能指標(biāo)數(shù)必須與計劃一致。第二，在進(jìn)行改造時必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的法律法規(guī)，避免發(fā)生侵權(quán)行為。第三，改裝后對相關(guān)的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，確保消防車的正常運(yùn)行。第四，對于改裝的各部件進(jìn)行合理的布置，以便于拆組。第五，對改裝過程中的各種矛盾進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保改裝工作的順利進(jìn)行。

2 多功能森林消防車的各方面改進(jìn)設(shè)計

2.1 關(guān)于前頂撞裝置的改進(jìn)設(shè)計

第一，確定前頂撞的結(jié)構(gòu)改造方案。當(dāng)森林消防車行駛在森林中時，經(jīng)常遇見障礙物，若強(qiáng)行通過則必然對消防車造成損害，進(jìn)而影響消防車的工作效率，為此必須對消防車的前頂撞裝置進(jìn)行改進(jìn)。為確保消防車具有良好的穩(wěn)定性，可用兩塊分別長為1290mm，厚度為15mm的鋼板以1450的夾角進(jìn)行焊接，形成強(qiáng)有力的前頂撞裝置，將刀片固定在鋼板下方，使其免受障礙物的困擾。

第二，切割機(jī)理。在無外力支持進(jìn)行灌木桿的切割時，若僅僅依靠自身的抗彎能PW是無法與刀片的切割力P相比擬的。然而若將刀片進(jìn)行高速的旋轉(zhuǎn)，則會產(chǎn)生較大的加速度，并且會產(chǎn)生與前進(jìn)方向相反的慣性力Pg，當(dāng)加速度增大時，慣性力會變大，莖稈的抗彎能力則會愈強(qiáng)。

2.2 關(guān)于防火開溝器的改進(jìn)設(shè)計

對于防火開溝器的設(shè)計必須符合如下要求：首先，對開溝器進(jìn)行合理的設(shè)計，使其與消防車的整體搭配，避免使消防車的性能受到影響。其次，由于森林火災(zāi)具有不確定性，只有加強(qiáng)開溝器的自動化設(shè)計，才能使其適應(yīng)多變的情況。最后，必須確保刀片的強(qiáng)度與鋼度，使其能夠從容的適應(yīng)森林的工況。

第一，確定合理的開溝器方案。就目前的森林消防車的實(shí)際情況而言，犁式開溝器使較為常見的開溝器。其整體主要由其部分構(gòu)成：上承載部件主要用于對開溝器進(jìn)行固定與支撐；中承載部件主要起承上啟下作用，承上則是連接圓柱導(dǎo)軌與液壓桿，啟下則是連接下承載部件；下承載部件主要用于將刀片進(jìn)行整合，同時通過三點(diǎn)與中承載部件進(jìn)行連接，鏵式犁的間距為590mm。

第二，對液壓缸與液壓回路進(jìn)行設(shè)計。開溝器的液壓回路主要包括五方面內(nèi)容，即液壓缸、三位四通電磁換向閥、溢流閥、液壓泵與液壓泵驅(qū)動機(jī)。其中液壓缸是核心部位，在對液壓回路進(jìn)行設(shè)計前，必須對液壓系統(tǒng)的工作壓力進(jìn)行確定。

第三，進(jìn)行鏵式犁開溝器的防火試驗(yàn)。在對犁式開溝器設(shè)計完畢后，必須對開溝器進(jìn)行防火試驗(yàn)，以此來斷定其性能是否符合需求。應(yīng)將試驗(yàn)的地點(diǎn)選在雜草叢生之地，速度設(shè)為一檔，并且只需進(jìn)行一次試驗(yàn)，若試驗(yàn)結(jié)果在95%以上，則視為改造成功，若低于此數(shù)值，則必須進(jìn)行重新改造。

2.3 關(guān)于車箱的改進(jìn)設(shè)計

對于車箱的改造應(yīng)具體符合如下要求：首先，經(jīng)過合理的改造，需要使消防車能夠攜帶更多的消防器材，實(shí)現(xiàn)多種不同的消防功能。其次，車箱結(jié)構(gòu)需要與消防車底盤匹配，既需與底盤的承受力相適應(yīng)，又必須在遵守規(guī)定的情況下與外形匹配。最后，確保各消防設(shè)施之間具有獨(dú)立性，便于隨時的應(yīng)用。為承載大量的水與泡沫，并且保證其能夠得到合理的應(yīng)用，應(yīng)合理的對儲存罐進(jìn)行改造。目前較為適合的水儲存罐的尺寸為2940*770*1500mm，泡沫儲存罐的的合理尺寸為1100*700*1700mm，在實(shí)際的滅火工作中，車箱尾部的裝置可將水與泡沫進(jìn)行混合，之后再進(jìn)行噴射，有效的達(dá)到滅火目的。

3 對多功能森林消防車的分析

第一，對車箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)分析。由于車骨架是整車的重要組成部分，因此必須確保車骨架的強(qiáng)度。就目前情況而言，我國的森林消防車主要采用的是鋼骨架結(jié)構(gòu)，通過采用Mechanical整體自動化技術(shù)對網(wǎng)格進(jìn)行自動的劃分。由于車箱與車架通過縱梁進(jìn)行連接，因此對于車箱的約束位置應(yīng)選為車箱與車架固定的縱梁之上，約束的方式采用固定約束的方式進(jìn)行，消防車的載荷量應(yīng)按照滿載時的重量乘以動載荷量來進(jìn)行計算。

第二，對車箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。進(jìn)行模態(tài)分析時無需增加外載荷，只需增加一定的約束條件即可。消防車在行駛過程中，必須確保車箱具有足夠的靜強(qiáng)度與剛度，此外還必須對消防車的振動情況進(jìn)行考慮，為避免發(fā)生共振現(xiàn)象，車箱固有的振動頻率必須大于其工作頻率。

第三，對車骨架的強(qiáng)度進(jìn)行分析。消防車的車骨架支撐著各種零部件，并且還需承受各種部件傳遞給它的力矩，為此，車骨架的設(shè)計必須滿足如下需求：其一，車骨架的選擇必須符合消防車的整體布置需求。由于森林消防工作具有復(fù)雜多變的情形，車內(nèi)的各零部件必須具有良好的配合且需相互獨(dú)立。其二，車骨架必須具有較高的強(qiáng)度與剛度。其三，車骨架的質(zhì)量應(yīng)足夠的輕巧，以此來提升消防車整體的輕量化。其四，車骨架的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡單，便于在出現(xiàn)故障時可隨時進(jìn)行拆卸。其五，車骨架應(yīng)盡可能與車身及各總成相匹配，以此提升消防車的穩(wěn)定性，避免在運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全事故。

第四，對驅(qū)動橋殼的強(qiáng)度進(jìn)行分析。由于對森林消防車進(jìn)行改裝后，其載荷必然會發(fā)生變化，為滿足使用需求，相關(guān)技術(shù)人員必須對車橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行分析。其中主要包括對橋殼的靜態(tài)分析，即對最大向力工況、最大牽引力工況與最大制動力工況進(jìn)行分析，還包括對驅(qū)動橋殼的疲勞分析與模態(tài)分析。

第五，對消防車的重心參數(shù)進(jìn)行分析。該分析主要包括以下兩種方式，即實(shí)驗(yàn)法與估算法。首先，實(shí)驗(yàn)法。在對消防車的水平位置進(jìn)行測量時，需要清楚的了解消防車的總體質(zhì)量與前軸軸荷，并通過如下的公式進(jìn)行計算：

（其中L代表軸距，L1代表消防車重心與前軸之間的距離，G0代表消防車的總質(zhì)量，G1代表前軸承載量。）其次，估算法。該方式主要被應(yīng)用于消防車設(shè)計的初級階段。在設(shè)計的初級階段中，由于所有零部件的位置已被固定，因此只需估算其重心位置，便可得知其是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，若不符合，則必須進(jìn)行重新改造，直至符合標(biāo)準(zhǔn)為止。

4 結(jié)束語

森林消防車對于森林防火具有至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)的森林消防車已無法適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展形勢，因此只有對其進(jìn)行改造，使其同時具有多方面的性能，才能有效的為森林防火提供保障，切實(shí)的對森林火災(zāi)進(jìn)行防控，避免造成更大的損失，同時維護(hù)消防員的安全。

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