消防裝備維修車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

王路兵

應(yīng)急管理部消防救援局 北京 100054

1 前言

消防裝備維修車是消防救援隊(duì)伍車輛裝備日常維護(hù)和現(xiàn)場搶修的基礎(chǔ)，是執(zhí)勤車輛器材發(fā)揮作戰(zhàn)效能的基本保證，科學(xué)定位維修車輛的功能和做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2 車輛配備必要性

轉(zhuǎn)制后，消防救援隊(duì)伍擔(dān)負(fù)著“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的新職能、新任務(wù)，成為了應(yīng)急救援的國家隊(duì)、主力軍，職責(zé)大幅拓展，任務(wù)大量增加，在原有防滅火和以搶救人員生命為主的應(yīng)急救援任務(wù)基礎(chǔ)上，地震、水災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害和交通、?；返仁鹿实木仍?，都成了救援的主責(zé)。消防救援隊(duì)伍車輛和裝備在應(yīng)急救援現(xiàn)場持續(xù)作戰(zhàn)時(shí)間大大延長，對車輛裝備的安全性、可靠性有了更高的要求。

為切實(shí)提高滅火救援現(xiàn)場的車輛裝備技術(shù)保障水平，及時(shí)排除車輛裝備故障，消防救援隊(duì)伍應(yīng)立足自我建設(shè)、自我保障，配備多功能、多用途、機(jī)動(dòng)靈活的裝備維修車輛，強(qiáng)化區(qū)域、總隊(duì)、支隊(duì)三級(jí)裝備維修體系，為應(yīng)急救援提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

3 車輛功能定位

消防裝備維修車應(yīng)滿足消防救援隊(duì)伍戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急搶修和日常裝備巡檢、零配件運(yùn)送等多重任務(wù)。車輛既要自帶發(fā)電機(jī)、大功率照明燈，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急照明，又需配置隨車空壓機(jī)、氣動(dòng)工具組，安裝機(jī)具柜、檢測臺(tái)，分類存放維修、檢測、電動(dòng)、氣動(dòng)工具，使整車具備機(jī)動(dòng)靈活、功能多樣的特點(diǎn)。

a.搶修維保功能:裝配充氣泵、機(jī)具柜、氣動(dòng)工具組、千斤頂、套筒、風(fēng)炮、扭力扳手等設(shè)備，滿足車輛維修、保養(yǎng)需要。

b.供電照明功能：裝配車載發(fā)電機(jī)、泛光工作燈，滿足夜間照明、車廂和工作臺(tái)照明需要。

c.現(xiàn)場檢測功能：裝配車輛診斷設(shè)備、傳感器測試儀、正時(shí)儀、燈光檢測儀、流量測量、電路檢測設(shè)備、轉(zhuǎn)速計(jì)等設(shè)備，滿足車輛裝備檢測需要。

d.零配件運(yùn)送功能:裝配零配件柜，滿足遠(yuǎn)距離維修隨車備件充足的要求。

4 車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 整車組成

消防裝備維修車由底盤、液壓升降尾板、車載發(fā)電機(jī)、配供電系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)、車載空調(diào)及換氣系統(tǒng)、車廂、內(nèi)部設(shè)備貨架、隨車維修工具等組成。

4.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

車輛設(shè)計(jì)依據(jù)《消防車 第1部分：通用技術(shù)條件》（GB 7956.1-2014）、《消防車 消防要求和試驗(yàn)方法》（GA 39-2016）、《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB 7258-2017）、《汽車及掛車側(cè)面和后下部防護(hù)要求》（GB 11567-2017）、《機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》（GB 15084-201 3）、《汽車及掛車外部照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定》（GB 4785-2019）等標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 關(guān)鍵部件選型

關(guān)鍵件的選型根據(jù)設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)，在滿足實(shí)戰(zhàn)要求的前提下科學(xué)選型、科學(xué)匹配。

4.3.1 底盤

選擇符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求的二類底盤改裝，雙排座四開門駕駛室，雙面鍍鋅板高精度焊接，加強(qiáng)型鋼板彈簧懸掛，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率不小于200 kW，雙回路氣動(dòng)剎車系統(tǒng)，確保車輛安全可靠。帶發(fā)動(dòng)機(jī)水和電阻絲加熱，保證在寒冷地區(qū)也能正常噴尿素，不產(chǎn)生結(jié)晶情況，不影響整車正常行駛。采用整體地板加上大幅地板膠設(shè)計(jì)，能很好地隔絕來自底盤的噪音和熱輻射，車門雙密封條設(shè)計(jì)，有效攔截車外噪音。

4.3.2 懸臂式液壓升降尾板

選用在物流、軍工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，穩(wěn)定可靠的液壓升降尾板，額定載重量不小于2 000 kg，系統(tǒng)壓力16 MPa，平均升降速度不小于80 mm/s；采用電動(dòng)液壓控制方式，控制面板做好防水處理。

4.3.3 供電照明系統(tǒng)

整車供電照明系統(tǒng)由一個(gè)車載發(fā)電機(jī)、一套配電系統(tǒng)、市電接入裝置、車廂供電照明系統(tǒng)、兩個(gè)移動(dòng)燈架、LED照明燈等組成。各艙室、器材箱設(shè)置照明系統(tǒng)，車廂外部上方設(shè)置向下45°泛光燈，工作臺(tái)配置工作照明燈，工作臺(tái)設(shè)置220 V插座，配備36 V安全工作燈。 作為供電源的發(fā)電機(jī)要體積小，噪音低，運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備可靠性高，額定功率不低于30 kW，額定電壓400 V，額定頻率50 Hz，額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min，行駛功率15 kW，防護(hù)等級(jí)IP56。車載發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)要與車載發(fā)電機(jī)匹配，方便操作。

4.3.4 空氣壓縮機(jī)

空氣壓縮機(jī)是氣動(dòng)維修工具的動(dòng)力源，核心部件壓縮機(jī)要選用性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，且適合海拔4 000 m高度使用的要求。使用壓力為1.6 MPa；排氣量為600 L/min；氣罐容量為230 L；凈重約200 kg。為滿足不同氣動(dòng)工具的壓力需求，在控制柜上設(shè)置手動(dòng)調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)范圍0.4～1.6 MPa。在車廂左右兩個(gè)各設(shè)置一個(gè)氣源輸出口，配快插三通插頭。

4.3.5 車載空調(diào)

車廂配備一臺(tái)頂置式車載空調(diào)；電源形式為220 V/50 Hz，正常使用環(huán)境-45～60℃，調(diào)溫范圍為15～35℃；制冷工況時(shí)制冷量4 000 W；消耗功率1 600 W；制熱工況時(shí)制熱量1 650/3 000 W；消耗功率1 800/3 150 W；空氣循環(huán)風(fēng)量為800 m3/h；噪音為室外側(cè)＜58 dB(A)；室內(nèi)側(cè)＜48 dB(A)；天窗為有效開啟空間約 650×450 mm。

5 設(shè)計(jì)匹配性計(jì)算

5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)率匹配計(jì)算

以所需最大功率30 kW為基礎(chǔ)計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)功率匹配概算如下：

式中，Ne為發(fā)電機(jī)所需發(fā)動(dòng)機(jī)功率，kW；N為發(fā)電機(jī)的軸功率，kW；K1為發(fā)動(dòng)機(jī)附件系數(shù)；K2為標(biāo)定功率換算系數(shù)；η1為離合器傳動(dòng)效率；η2為取力器傳動(dòng)效率；η3為發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸傳動(dòng)效率。設(shè)定：N=30 kW；K1=1.12；K2=1.10；η1=0.995；η2=0.985；η3=0.99。

代入式（1）：

得到結(jié)論：發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)匹配概算為38.1 kW，小于發(fā)動(dòng)機(jī)210 kW的額定功率值，能滿足正常工作的功率要求。

5.2 取力器速比的選擇

采用原裝變速箱后取力器增速方式，把發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速傳輸給發(fā)電機(jī)，以滿足液壓油泵正常工作所需要的轉(zhuǎn)速要求。

車載取力器應(yīng)提供的最低增速比計(jì)算：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速匹配是通過發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱后取力器完成的。

發(fā)電機(jī)所需額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，取最低轉(zhuǎn)速為計(jì)算依據(jù)，因發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)下輸出功率可達(dá)到90 kW，完全能滿足油泵所需30.1 kW，怠速轉(zhuǎn)速為n發(fā)額＝800 r/min ，則需要取力器提供的最大速比為:

取力器最大速比計(jì)算為1.87?？紤]到救援現(xiàn)場的情況，應(yīng)給予取力器增速比有一定的保留，應(yīng)采用增速比為1.24已有成熟取力器。

5.3 整車軸貨分配及質(zhì)心高度計(jì)算

得到結(jié)論：前軸載荷：4 097 kg ＜前軸允許最大載貨6 750 kg；后軸載荷10 552 kg ＜后軸允許最大載貨12 250 kg；側(cè)向穩(wěn)定性0.77 ＞0.7，則側(cè)向穩(wěn)定性好，行駛安全。

圖1 軸荷分配及質(zhì)心高度計(jì)算表格

5.3.1 有限元分析

得到結(jié)論：車廂頂部可承受1.5 t力，車廂側(cè)面可承受2 t力。

圖2 有限分析結(jié)果

5.4 車輛設(shè)計(jì)圖樣

圖3 車輛設(shè)計(jì)樣車

6 結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是做好裝備維修車整體結(jié)構(gòu)布局的關(guān)鍵，維修車設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用、技術(shù)性能、產(chǎn)品價(jià)格多方面的因素，并結(jié)合本地現(xiàn)配車型，保持系列化、通用化，為做好應(yīng)急救援現(xiàn)場的裝備搶修和日常裝備巡檢提供基礎(chǔ)保障。