基于集裝箱平車的軌道交通應(yīng)急綜合保障車的研制

馮德祥，田貞全，劉 兵，廖曉鋒

(1.中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610082；2.中車眉山車輛有限公司，四川 眉山 620010；3.威特龍消防安全集團(tuán)股份公司，四川 成都 610081)

為解決在線軌道應(yīng)急綜合保障，尤其是消防需求，中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“成都局集團(tuán)公司”)安排車輛部牽頭，組織中車眉山車輛有限公司、威特龍消防安全集團(tuán)股份公司開展了軌道交通應(yīng)急綜合保障車(以下簡稱“綜保車”)的研制。綜保車是在X4K型集裝箱專用平車[1]上裝載消防設(shè)備，該車于2018年5月完成方案確認(rèn)，7月完成技術(shù)及圖樣設(shè)計(jì)，9月完成樣車試制及綜合應(yīng)急保障相關(guān)試驗(yàn)。

1 研制背景和目的

近年來，成都局集團(tuán)公司管內(nèi)動(dòng)車組大量開行，安全壓力倍增，管內(nèi)部分鐵路車站不通公路，多數(shù)鐵路沿線旁與公路不相鄰。一旦發(fā)生動(dòng)車組、客車火災(zāi)事故，地方消防部門鞭長莫及，現(xiàn)場施救困難重重。2018年1月25日在安徽定遠(yuǎn)站發(fā)生的G281次動(dòng)車組火災(zāi)事故更是一個(gè)警醒。如果該動(dòng)車組火災(zāi)事故發(fā)生在區(qū)間、高架上或隧道內(nèi)，造成損失和影響會(huì)更大。為防患于未然，最大限度減少事故損失，很有必要在管內(nèi)鐵路沿線部分工區(qū)、站區(qū)配置軌道消防用車，而且針對高鐵應(yīng)急處置及救援體系研究，推進(jìn)高鐵救援技術(shù)裝備研發(fā)應(yīng)用也是原中國鐵路總公司2018年的重點(diǎn)工作之一。為此，研制綜保車，以解決在線軌道消防等應(yīng)急保障需求。軌道消防主體設(shè)備經(jīng)過輔助配套后，還能滿足供水、供電、沖刷隧道等應(yīng)急保障功能。

2 總體技術(shù)要求

2.1 運(yùn)用條件

綜保車在成都局集團(tuán)公司管內(nèi)使用。使用溫度范圍：車輛0～40 ℃，消防裝置0～50 ℃。車輛軸重23 t，最高運(yùn)行速度120 km/h。限界符合GB146.1—1983《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車車輛限界》的規(guī)定。

2.2 主要特點(diǎn)

(1) 工作時(shí)間長。綜保車采用了2個(gè)24 t罐式供水集裝箱，每個(gè)儲(chǔ)水罐可儲(chǔ)存23 t清水，共可提供46 t滅火用清水，相當(dāng)于11輛小型消防車的儲(chǔ)水量。采用高壓噴霧技術(shù)，水槍出口壓力達(dá)10 MPa,雙支水槍流量僅為2.6 L/s，可連續(xù)工作5 h以上。

(2) 保護(hù)半徑廣。在消防設(shè)計(jì)之初明確了要用重聯(lián)動(dòng)車組的長度485 m作為綜保車的保護(hù)半徑，水槍供水管路采用高壓軟管，除了100 m高壓軟管卷盤，還配有移動(dòng)式高壓軟管總成，采用快速接口，可輕松實(shí)現(xiàn)接長485 m仍能達(dá)到10 m以上充實(shí)水柱。

(3) 可撲救A類和B類火災(zāi)。綜保車本身設(shè)置水系滅火劑儲(chǔ)箱，通過可調(diào)式比例混和器，一般按照3%的比例輸出泡沫混合液。配備的高壓水槍除了高壓直流模式外，還有高壓噴霧模式，不論對A類火災(zāi)還是B類火災(zāi)均有良好的撲救效果。

(4) 運(yùn)行速度快，通信可靠。X4K型集裝箱平車裝用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架，最高運(yùn)行速度達(dá)120 km/h。工務(wù)軌道車可與綜保車連掛實(shí)現(xiàn)快速行進(jìn)。通信采用軌道車自身攜帶的“大三角”鐵路專用通信[2]，保證和鐵路車站值班室、行車調(diào)度中心之間的通信暢通。

(5) 操作便捷，所需的編制人數(shù)少。單支水槍滅火僅需2人操作，雙支水槍滅火僅需3人操作。水槍供水管路的高壓軟管直徑僅為φ16 mm，還采用了自密封快速接口，單人即可攜帶和操作。

除上述特點(diǎn)外，綜保車自身配備的64 kW柴油發(fā)電機(jī)可在加滿柴油的情況下連續(xù)工作12 h以上，且由于其儲(chǔ)水罐蓄水量大，在各類鐵路搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場可肩負(fù)應(yīng)急供水供電的任務(wù)。另外，除了配備噴霧滅火槍外，配備的2把直流水槍可兼顧沖洗沿線隧道的任務(wù)。

2.3 消防裝置要求

(1) 單支消防槍的滅火效率能力應(yīng)滿足：20A木垛模型滅火時(shí)間≤80 s，144B油盆滅火時(shí)間≤35 s；

(2) 高壓噴霧滅火裝置應(yīng)具有國家檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的型式檢驗(yàn)報(bào)告、中國國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證證書或消防產(chǎn)品技術(shù)鑒定證書；

(3) 消防泵出口與消防槍進(jìn)口間的軟管性能參數(shù)要求：公稱通徑φ16 mm ,爆破壓力≥72 MPa，最小彎曲半徑R90 mm，單位長度質(zhì)量≤0.48 kg/m。

2.4 試驗(yàn)方法與檢驗(yàn)規(guī)則

(1) 20 ft消防集裝箱：參照GB/T 5338—2002《系列1集裝箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法 第1部分：通用集裝箱》要求，進(jìn)行由頂角件起吊試驗(yàn)、由底角件起吊試驗(yàn)及縱向拴固試驗(yàn)；

(2) 20 ft罐式供水集裝箱：按照GB/T 16563—2017《系列1集裝箱技術(shù)要求和試驗(yàn)方法液體、氣體及加壓干散貨罐式集裝箱》要求進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)；

(3) 參照GA 39—2016《消防車消防要求和試驗(yàn)方法》第14.1.4條要求，進(jìn)行噴霧滅火裝置噴射性能、密封性能、強(qiáng)度性能及超壓保護(hù)性能試驗(yàn)；

(4) 每輛車均進(jìn)行兩項(xiàng)例行試驗(yàn)：集裝箱門開閉作用良好試驗(yàn)以及噴霧滅火裝置密封性能試驗(yàn)(符合 GA 39—2016第14.2.4.5條的規(guī)定)。

3 主要用途

在中國標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路上使用，主要用于撲滅高鐵、動(dòng)車組列車等鐵道車輛以及線路附近的A類、B類及C類火災(zāi)；配裝專用管件后可作為應(yīng)急供水車，必要時(shí)向偏遠(yuǎn)、缺水地區(qū)及客運(yùn)列車等提供水源；配裝專用高壓沖洗槍后可作為特種清洗作業(yè)車清洗線路及橋梁隧道內(nèi)各種殘留污物。

4 主要結(jié)構(gòu)

綜保車(圖1)主要由X4K型集裝箱平車、多功能高壓噴霧滅火裝置[3]、1個(gè)20 ft消防集裝箱、2個(gè)20 ft罐式供水集裝箱、照明系統(tǒng)、標(biāo)志燈具及警報(bào)器、接地裝置、隨車工具及相關(guān)備件組成。多功能高壓噴霧滅火裝置放置于消防集裝箱內(nèi)，箱內(nèi)設(shè)有照明系統(tǒng)，箱頂安裝了應(yīng)急照明燈和消防車用標(biāo)志燈具。罐式供水集裝箱放置在集裝箱平車兩端，消防集裝箱放置在車輛中部，各集裝箱與平車間用集裝箱鎖閉裝置固定。消防集裝箱與供水集裝箱之間通過公稱通徑φ80 mm的法蘭式金屬波紋軟管連接，形成一套完整的滅火系統(tǒng)。2個(gè)罐式供水集裝箱的儲(chǔ)水罐之間用公稱通徑φ80 mm的軟管、不銹鋼管連接，并設(shè)有截止閥，可以使2個(gè)儲(chǔ)水罐連通，相互供水，保證2個(gè)儲(chǔ)水罐內(nèi)水位等高，使X4K型集裝箱平車載重保持均衡。

圖1 綜保車整體圖

4.1 X4K型集裝箱平車

X4K型集裝箱平車主要用于集裝箱貨物的運(yùn)輸，可裝運(yùn)3個(gè)20 ft國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。該車軸重23 t，載重72 t，最高運(yùn)行速度達(dá)120 km/h，裝用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架[1]。在X4K型集裝箱專用平車上裝載消防設(shè)備，符合《中國鐵路總公司關(guān)于印發(fā)鐵路集裝箱和集裝箱平車裝運(yùn)方案的通知》(鐵總貨[2017]322號文)等集裝箱專用平車裝載要求。

4.2 多功能高壓噴霧滅火裝置

多功能高壓噴霧滅火裝置由柴油發(fā)電機(jī)組、噴霧滅火系統(tǒng)、射流輸送系統(tǒng)等設(shè)備構(gòu)成(圖2)。主機(jī)功率38 kW，配高壓噴霧槍2支、直流水槍2支。系統(tǒng)工作時(shí),將滅火劑原液按照比例注入柱塞泵進(jìn)水管，與來自儲(chǔ)水罐的水形成混合液,通過柱塞泵加壓后輸送至噴霧槍，呈細(xì)霧狀高速噴出,進(jìn)行滅火。高壓噴霧單槍額定流量1.3 L/s，直流噴霧射程20 m，開花噴霧射程12 m。

圖2 多功能高壓噴霧滅火裝置

4.2.1 柴油發(fā)電機(jī)組

采用柴油發(fā)電機(jī)組提供電力，驅(qū)動(dòng)消防泵組工作。柴油發(fā)電機(jī)組由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。

4.2.2 滅火劑儲(chǔ)存系統(tǒng)

全車采用1套滅火劑儲(chǔ)存系統(tǒng)，主要由總?cè)莘e為800 L的不銹鋼原液箱以及水系滅火劑組成。原液箱有效容積為700 L，箱上設(shè)有液位計(jì)、傳感器、呼吸器、補(bǔ)液口等,保證系統(tǒng)可靠安全。

4.2.3 噴霧滅火系統(tǒng)

全車采用1套噴霧滅火系統(tǒng)，主要由交流異步電動(dòng)機(jī)、電磁離合器、高壓柱塞泵、原液注入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)等組成。每套滅火系統(tǒng)配2支高壓噴霧槍。

4.2.4 射流輸送系統(tǒng)

每套噴霧滅火系統(tǒng)配備2套射流輸送系統(tǒng)，包括2套固定式高壓軟管卷盤總成，每個(gè)卷盤配備長100 m的高壓軟管總成。

另外，全車還配14卷、每卷長度為55 m的高壓軟管總成，軟管兩端配快速接頭，其中一端帶單向閥。2支消防槍同時(shí)工作時(shí)，每支槍所接高壓軟管的最大長度可達(dá)485 m。

4.2.5 照明系統(tǒng)、標(biāo)志燈具及警報(bào)器

消防集裝箱箱頂外側(cè)、中部各安裝一套可升降、可平放的應(yīng)急照明燈具。燈具部件通過遙控旋轉(zhuǎn)云臺(tái)固定在燈桿上，通過有線控制器或無線遙控器控制燈具的升降和旋轉(zhuǎn)。消防集裝箱外側(cè)、兩端各安裝一只符合GB 13954—2009《警車、消防車、救護(hù)車、工程搶險(xiǎn)車標(biāo)志燈具》的消防車用標(biāo)志燈具，光色為紅色。 消防集裝箱內(nèi)壁設(shè)置LED照明燈。消防集裝箱內(nèi)安裝符合GB 8108—2014《車用電子警報(bào)器》的消防車用電子警報(bào)器，采用手動(dòng)方式開關(guān)。

4.3 20 ft消防集裝箱

消防集裝箱箱體為廂形結(jié)構(gòu)，主要由符合GB/T 1835—2006《系列1集裝箱角件》的角件、型鋼和板材等組焊而成，箱體兩端設(shè)有平開式端門，兩側(cè)設(shè)有推拉式側(cè)門。

4.4 20 ft罐式供水集裝箱

罐式供水集裝箱采用圓柱形臥罐，額定總質(zhì)量30 t，總?cè)莘e26 m3，有效容積23 m3，額定工作壓力0.1 MPa。罐頂設(shè)呼吸式安全閥，罐內(nèi)設(shè)防波板。罐體、防波板、鋼管材質(zhì)為316 L不銹鋼，閥門及其余鋼質(zhì)管件材質(zhì)為不銹鋼。

罐體端頭設(shè)1個(gè)液位計(jì)、1根φ65 mm的進(jìn)水管(進(jìn)水管口設(shè)有內(nèi)扣式消防接口)、1根φ25 mm進(jìn)水管(進(jìn)水管口設(shè)有符合TB/T 1720—2010《鐵道客車給水裝置》的鐵道客車注水口)，每根進(jìn)水管路上設(shè)1個(gè)過濾器。罐體一側(cè)下部左右各設(shè)1根φ80 mm的出水管?？拷囕v中部的出水主管配1個(gè)截止閥，出水口端設(shè)法蘭接頭?？拷圀w端部的出水管設(shè)2個(gè)出水口，配2個(gè)截止閥，一個(gè)出水口端設(shè)φ80 mm的快速接頭，另一個(gè)出水口端設(shè)φ32 mm或與電動(dòng)水泵進(jìn)水口管徑匹配的快速接頭。罐體底部、靠近車體端部的位置設(shè)1個(gè)公稱通徑不低于φ80 mm的排污管，配1個(gè)截止閥。

5 應(yīng)急保障試驗(yàn)

5.1 多功能高壓噴霧滅火裝置試驗(yàn)

5.1.1 噴射性能試驗(yàn)

通過柱塞泵加壓后輸送至噴霧槍呈細(xì)霧狀高速噴出進(jìn)行滅火。經(jīng)現(xiàn)場測試，高壓噴霧單槍額定流量可達(dá)1.3 L/s，直流噴霧射程可達(dá)20 m，開花噴霧射程可達(dá)12 m。圖3為噴射性能試驗(yàn)現(xiàn)場。

圖3 噴射性能試驗(yàn)

5.1.2 滅火試驗(yàn)

5.1.2.120A木垛模型滅火試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：采用20A木垛模型1個(gè)，模型尺寸為1 270 mm×1 270 mm×1 287 mm(圖4)。該模型中的木條應(yīng)經(jīng)過干燥處理,使其含水率保持在10%～14% (干燥時(shí)溫度應(yīng)不高于105 ℃)。木材的密度在含水率12%時(shí)應(yīng)為0.45～0.55 g/cm3。木條橫截面為正方形,邊長(39±l) mm。模型長度尺寸偏差為±10 mm。木條分層堆放，上下層木條成直角堆放,木條應(yīng)間隔均勻,其間隔應(yīng)保持在95～100 mm。

圖4 20A木垛模型

為了測量火源上方和火源附近的溫度變化，在火源上方2 m處設(shè)置熱電偶1個(gè)，四周間隔0、0.5 m、1 m、2 m處各設(shè)置熱電偶4個(gè)，在木垛中部設(shè)置熱電偶1個(gè)，熱電偶接試驗(yàn)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

模型放于引燃支架之上,通過點(diǎn)燃油盤內(nèi)的汽油引燃。用汽油(汽車用90號)引燃A類火試驗(yàn)?zāi)Ｐ?總消耗量約20 L。

試驗(yàn)步驟：試驗(yàn)時(shí)，將木垛模型豎直擺放在支架上,先將油盤內(nèi)倒入30 mm清水，測定木材含水率、環(huán)境溫濕度、風(fēng)速；再在木垛模型上淋倒2 L汽油，在油盤內(nèi)倒入8 L汽油，點(diǎn)燃油盤內(nèi)汽油，秒表計(jì)時(shí)；預(yù)燃約5～6 min后同時(shí)開啟裝置，用2只多功能水霧滅火槍對木垛模型進(jìn)行滅火，秒表讀數(shù)，記錄。

滅火時(shí)先從木垛模型正面距木垛模型不小于1.8 m處開始噴射，然后接近木垛模型，并向頂部、底部、側(cè)面等噴射。滅火時(shí)應(yīng)使滅火裝置保持最大開啟狀態(tài)并連續(xù)噴射，操作者和滅火裝置的任何部位不應(yīng)觸及模型。 模型無明火時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記錄滅火時(shí)間、藥劑使用量和用水量；如果未成功滅火，待滅火劑箱不能輸出藥劑時(shí)停止滅火，記錄藥劑使用量、用水量及滅火時(shí)間。 火焰熄滅后10 min內(nèi)沒有可見的火焰 (但10 min內(nèi)出現(xiàn)不持續(xù)的火焰可不計(jì))，即為滅火成功，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。圖5(a)為現(xiàn)場試驗(yàn)情況，滅火用時(shí)51 s。

5.1.2.2144B油盤滅火試驗(yàn)

試驗(yàn)方案：采用144B油盤，油盤用鋼板制成，直徑R(2 400±25) mm，內(nèi)部深度(200±5) mm，壁厚2～3 mm，盤沿口如有加強(qiáng)邊其寬度應(yīng)不大于 50 mm；油盤可裝燃油144 L，汽油層厚度30 mm；試驗(yàn)時(shí)油盤底部加入清水作墊層，以保證盤內(nèi)油面離沿口的距離為(150±5) mm。

B類火滅火試驗(yàn)可在室外進(jìn)行，但風(fēng)速應(yīng)不大于 3.0 m/s。試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度最好在-10～+30 ℃。

為了測量火源上方和火源附近的溫度變化，在火源上方2 m處設(shè)置熱電偶1個(gè)，四周間隔0、0.5 m、1 m、2 m處各設(shè)置熱電偶4個(gè)，熱電偶接試驗(yàn)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

試驗(yàn)步驟：試驗(yàn)時(shí)，為防止油盤底部變形，將油盤內(nèi)倒入72 L清水(可視情況補(bǔ)充)覆蓋油盤底部，油盤內(nèi)水深在15～50 mm。先測定環(huán)境溫濕度、風(fēng)速，然后在油盤內(nèi)倒入144 L汽油，點(diǎn)燃油盤內(nèi)汽油，預(yù)燃60 s后開始滅火。模型無明火時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束，記錄滅火時(shí)間、藥劑使用量和用水量；如果未成功滅火，待滅火劑箱不能輸出藥劑時(shí)停止滅火，記錄藥劑使用量、用水量及滅火時(shí)間。 火焰熄滅后1 min內(nèi)不出現(xiàn)復(fù)燃，且盤內(nèi)還有剩余汽油，則滅火成功。燃燒后熄滅的汽油不得再次使用。圖5(b)為現(xiàn)場試驗(yàn)情況，滅火用時(shí)1 min 11 s。

圖5 滅火試驗(yàn)現(xiàn)場

5.2 對報(bào)廢工程宿營車進(jìn)行消防演練

將燃燒臥室內(nèi)的引燃盆內(nèi)注清水至30 mm水位，加注汽油2 L，點(diǎn)火。預(yù)燃2 min 40 s后，用消防斧將燃燒臥室及相鄰兩側(cè)臥室玻璃窗敲碎后開始滅火。宿營車燃燒臥室燃燒40 s時(shí)最高溫度617 ℃，燃燒55 s時(shí)最高溫度876 ℃；其他區(qū)域燃燒1 min時(shí)最高溫度為812 ℃，燃燒2 min時(shí)最高溫度為849 ℃。圖6為工程宿營車滅火現(xiàn)場，滅火用時(shí)8 min 50 s。

圖6 對起火的工程宿營車滅火現(xiàn)場

5.3 車輛上水、供水及排水試驗(yàn)

注水時(shí)，啟動(dòng)綜保車，牽引至對應(yīng)上水位置，用站臺(tái)消防栓向綜保車上水。單罐加23 m3水用時(shí)47 min，單罐放23 m3水用時(shí)32 min。

供水時(shí)，用消防車DN40出水口水管、水泵及DN25入水口水管對工程宿營車供水，上0.1 t水用時(shí)約1 min。

5.4 隧道模擬沖刷、供電絕緣子沖洗試驗(yàn)

將消防用的多功能高壓噴霧滅火槍換裝為高壓沖洗水槍后，作為特種清洗作業(yè)車，清洗線路、橋梁隧道內(nèi)及供電絕緣子等各種殘留污物。

(1) 沖洗隧道模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)人員開啟滅火設(shè)備，演示隧道槍水平射流和對空射流，并對站臺(tái)上的污物進(jìn)行沖洗，效果良好。

(2) 供電絕緣子沖刷。試驗(yàn)人員用隧道槍對空射流，對架設(shè)的7 m高供電絕緣子進(jìn)行沖刷，效果良好。

6 結(jié)束語

2018年9月，在成都北車輛段召開了綜保車試制竣工驗(yàn)收會(huì)議。會(huì)議認(rèn)為綜保車試制工作達(dá)到了《軌道交通消防車研制方案》的相關(guān)要求，能夠滿足消防滅火、線路沖刷、應(yīng)急供水等功能需求?，F(xiàn)場運(yùn)用表明，該車性能良好，車上裝載的消防系統(tǒng)各項(xiàng)功能穩(wěn)定可靠。中車眉山車輛有限公司還將結(jié)合試用情況，進(jìn)一步完善使用維修說明書，解決水泵功率小、消防水帶漏水、上下梯防滑等問題。綜保車的研制成功，對提升各鐵路局集團(tuán)公司的應(yīng)急救援水平起到了重要作用。