消防車用卷簾門測(cè)試裝置研究

■ 殷建波 彭嬪嬪 朱義 蔣旭東 應(yīng)急管理部上海消防研究所

消防車卷簾門是消防車的重要組成部件之一，90%以上的消防車安裝卷簾門，卷簾門運(yùn)行是否平順可靠將直接影響消防器材取放效率，從而影響消防滅火救援作業(yè)，如果在消防員滅火救援時(shí)，卷簾門的關(guān)鍵部件損壞或者卡死將直接影響滅火救援順利進(jìn)行?，F(xiàn)在國內(nèi)尚無消防車用卷簾門全性能要求的國家標(biāo)準(zhǔn)，文章研發(fā)的消防車用卷簾門測(cè)試裝置對(duì)于消防車用卷簾門檢測(cè)極為重要，可提高消防車用卷簾門的質(zhì)量水平，為消防事業(yè)保駕護(hù)航。

一、消防車用卷簾門測(cè)試裝置技術(shù)研究

（一）技術(shù)路線

消防車用卷簾門一般由簾門、卷軸、卷筒、扭力彈簧、導(dǎo)軌、滑塊、導(dǎo)向塊、簾片、把手和鎖等組成。文章研制一套消防車用卷簾門測(cè)試裝置，開發(fā)一套卷簾門測(cè)試方法。首先調(diào)研消防車用卷簾門各類損壞原因、損壞部件、易損使用環(huán)境及使用方法，從卷簾門易壞的問題入手，進(jìn)行卷簾門測(cè)試裝置的重點(diǎn)測(cè)試方案。然后統(tǒng)計(jì)使用消防車用卷簾門時(shí)的手臂抽拉軌跡及施力大小，計(jì)算開啟和關(guān)閉消防車用卷簾門時(shí)的速度、施力大小。使測(cè)試裝置盡可能接近模擬現(xiàn)實(shí)使用情況。

文章模擬消防員在使用消防車用卷簾門時(shí)正常的施力狀態(tài)，測(cè)試消防員手臂抽拉卷簾門時(shí)的用力方向及大小，并進(jìn)行數(shù)值統(tǒng)計(jì)并計(jì)算，獲得不同位置處消防員對(duì)卷簾門的縱向和橫向力大小常規(guī)值。統(tǒng)計(jì)計(jì)算卷簾門在開啟和關(guān)閉過程中的速度變化，以便更好的編程，控制卷簾門運(yùn)動(dòng)的真實(shí)狀態(tài)。通過機(jī)械設(shè)計(jì)研發(fā)一套覆蓋多影響因素的消防車用卷簾門測(cè)試裝置，還原消防員在抽拉卷簾門時(shí)對(duì)卷簾門把手的施力大小和方向以及卷簾門開啟和閉合過程中的速度變化。整合多方面因素，通過測(cè)試數(shù)據(jù)研發(fā)一套全面的消防車用卷簾門測(cè)試方法。

（二）消防車用卷簾門易損部件及易損環(huán)境研究

按照全國地區(qū)溫度差異，將調(diào)研地區(qū)分為高寒地區(qū)、低溫地區(qū)、常溫地區(qū)和高溫地區(qū)四個(gè)不同區(qū)域。高寒地區(qū)：選擇四川西部以及青海地區(qū)的消防隊(duì)伍車輛；低溫地區(qū)：選擇東北及內(nèi)蒙古地區(qū)的消防隊(duì)伍車輛；常溫地區(qū)：選擇江浙滬的消防隊(duì)伍車輛；高溫地區(qū)：選擇廣東、海南地區(qū)的消防隊(duì)伍車輛。每個(gè)地區(qū)選擇服役期限在3～5年的消防車輛，此段時(shí)間的消防車輛剛出保質(zhì)期不久，且沒有經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)雨折磨，對(duì)于卷簾門的使用也比較頻繁，可以代表卷簾門的正常使用情況。每個(gè)地區(qū)隨機(jī)采樣符合年限車輛10 臺(tái)，對(duì)消防車輛卷簾門出現(xiàn)的主要損壞情況做如下統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 各地區(qū)消防車輛卷簾門損壞情況統(tǒng)計(jì)

通過表1可見，高寒地區(qū)卷簾門損壞頻次為33 次，低溫地區(qū)卷簾門損壞頻次為30 次，高溫地區(qū)卷簾門損壞頻次為22 次，常溫地區(qū)卷簾門損壞頻次為14 次。消防車用卷簾門損壞程度高寒地區(qū)＞低溫地區(qū)＞高溫地區(qū)＞常溫地區(qū)。高溫和低溫對(duì)消防車卷簾門的損壞程度有很大影響。特別是在低溫地區(qū)，當(dāng)溫度低于－20℃時(shí)，普通卷簾門上的塑料材質(zhì)部件脆化嚴(yán)重。經(jīng)過幾年使用后，很多塑料部件出現(xiàn)裂紋，受到外力撞擊或者開啟關(guān)閉卷簾門時(shí)用力過大，直接使其損壞。消防車用卷簾門雖然在高溫地區(qū)損壞頻率比高寒和低溫地區(qū)少，但是比常溫地區(qū)還是頻率大很多，可見溫度是影響卷簾門使用壽命的重要影響因素。

得出結(jié)論，消防車用卷簾門的鎖具塑料件、導(dǎo)軌滑塊、把手及彈簧件、卷筒彈簧、簾片密封等是極易損壞的部件。高溫和低溫是卷簾門損壞的殺手。由于調(diào)研中未分國產(chǎn)車與進(jìn)口車，但是在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)進(jìn)口車卷簾門明顯好于國產(chǎn)車卷簾門，耐用程度更高，損壞率更低。所以根據(jù)以上調(diào)研，研發(fā)一套卷簾門測(cè)試裝置提高國產(chǎn)消防車用卷簾門的質(zhì)量水平迫在眉睫。

二、消防車用卷簾門測(cè)試裝置研究

（一）消防車用卷簾門測(cè)試裝置技術(shù)方案研究

為了較好的模擬卷簾門在抽拉過程中的實(shí)際受力磨損狀態(tài)，本研究通過試驗(yàn)不同的專業(yè)消防員在不同高度不同力度情況下對(duì)消防車用卷簾門的施力情況，利用拉力傳感器測(cè)量抽拉卷簾門的合力大小，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)角度求算縱向分力和橫向分力。

本研究決定選取高、中、低三個(gè)位置對(duì)合力進(jìn)行采樣，然后根據(jù)受力角度計(jì)算出縱向分力和橫向分力的大小。然后讓大量人員進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，采用數(shù)值分析法取平均值，得出卷簾門受力點(diǎn)在高位、中位、低位時(shí)合理的縱向和橫向分力。首先，采集大量試驗(yàn)人員抽拉卷簾門時(shí)，在開啟與關(guān)閉卷簾門整個(gè)過程中，分段點(diǎn)采集速度，比如高位、1/2 處、低位。并對(duì)每個(gè)段點(diǎn)所有的不同試驗(yàn)人員抽拉卷簾門時(shí)的速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)取平均，得出卷簾門受力點(diǎn)通過此段點(diǎn)時(shí)的試驗(yàn)速度。段點(diǎn)與段點(diǎn)之間速度采用線性差分方式進(jìn)行控制，為了增加準(zhǔn)確性，可以增加段點(diǎn)數(shù)量。卷簾門運(yùn)動(dòng)過程可以控制卷簾門測(cè)試裝置的電機(jī)在每個(gè)段點(diǎn)實(shí)現(xiàn)卷簾門達(dá)到試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)中卷簾門實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度。消防車用卷簾門關(guān)閉過程：卷簾門受力點(diǎn)在高位時(shí)，給予縱向力和橫向力以及初始的啟動(dòng)速度。在卷簾門處于中位時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)控制卷簾門速度達(dá)到預(yù)期值，同時(shí)增大橫向力，達(dá)到橫向力試驗(yàn)預(yù)期值。卷簾門處于低位時(shí)，速度達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)速度，同樣通過控制橫向力試驗(yàn)預(yù)期值。消防車用卷簾門開啟過程：卷簾門受力點(diǎn)在低位時(shí)，給予縱向力和橫向力以及初始的啟動(dòng)速度。在卷簾門處于中位時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)控制卷簾門速度達(dá)到預(yù)期值，同時(shí)增大橫向力，達(dá)到橫向力試驗(yàn)預(yù)期值。卷簾門處于高位時(shí)，速度達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)速度，同樣通過控制橫向力試驗(yàn)預(yù)期值。

（二）消防車用卷簾門測(cè)試裝置研制

通過對(duì)消防車用卷簾門易損部件分析，部件損壞為卷簾門日常應(yīng)用磨損所致，所以本研究為了模擬更加真實(shí)的卷簾門受力運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，采集了大量的試驗(yàn)人員抽拉卷簾門時(shí)，卷簾門速度和受力狀態(tài)。卷簾門拉力控制塊、導(dǎo)軌鏈條與縱向伺服電機(jī)均鑲嵌在縱向?qū)к壷??？v向?qū)к壷ㄟ^導(dǎo)軌滑塊可以在橫向?qū)к壷蠙M向移動(dòng)。導(dǎo)軌滑塊通過橫向拉力計(jì)以及滾珠絲桿機(jī)構(gòu)與橫向伺服電機(jī)相連，橫向伺服電機(jī)在集成控制電腦的控制下旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)軌滑塊的橫向移動(dòng)控制，從而對(duì)卷簾門施加橫向作用力。

集成控制電腦通過控制縱向伺服電機(jī)和橫向伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)卷簾門施力機(jī)構(gòu)對(duì)卷簾門的縱向和橫向作用力。縱向和橫向作用力可以組合成0°～180°可變方向的拉力，通過伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以及縱向拉力計(jì)和橫向拉力計(jì)反饋可以實(shí)現(xiàn)卷簾門上下抽拉次數(shù)（例如抽拉次數(shù)不小于10000 次）、抽拉速度（例如最大抽拉速度不小于2m/s）、抽拉方向變換以及抽拉力大?。ɡ缱畲鬁y(cè)試力不小于1000N）可控，模擬消防員開關(guān)卷簾門時(shí)的施力狀態(tài)。

三、結(jié)語

文章系統(tǒng)地講解了消防車用卷簾門的重要性，消防車用卷簾門測(cè)試裝置及測(cè)試方法研究的課題完成，意義非凡。文章研制出一套消防車用卷簾門測(cè)試裝置，整合抽拉速度、測(cè)試力大小、受力方向、受力點(diǎn)位置等多方面因素，研發(fā)一套全面完整的消防車用卷簾門測(cè)試方法，為消防車用卷簾門的生產(chǎn)提供指導(dǎo)和規(guī)范。