薛 林 王麗晶 田永祥 李炳泉/文

國產(chǎn)首輛路軌兩用消防車的開發(fā)研究

薛 林 王麗晶 田永祥 李炳泉/文

公安部上海消防研究所聯(lián)合上海交通大學(xué)、上海金盾消防安全設(shè)備有限公司協(xié)同攻關(guān)，于2012年上半年完成了市科委課題，研發(fā)出國內(nèi)首臺(tái)路軌兩用消防車，并通過了驗(yàn)收和檢測。目前在某消防單位試用，廠家又生產(chǎn)了第二輛，消防系統(tǒng)進(jìn)一步完善。

地下工程火災(zāi)是一大難題，尤其是地下交通火災(zāi)，即隧道火災(zāi)、隧道鐵路及地鐵火災(zāi)，滅火救援人員無法及時(shí)趕到施救的話，往往會(huì)造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

我國至今約有22個(gè)大中城市擁有了地鐵，截至2013年底，上海地鐵運(yùn)營里程總長達(dá)567公里，北京465公里。今后地下交通救災(zāi)問題必將日益突出。

地下交通的大規(guī)模建設(shè)迫使人們重視地下交通的防災(zāi)救災(zāi)工作。隧道內(nèi)必須設(shè)置供水、通風(fēng)，排煙及滅火設(shè)施。如德國圖林根Rudol市的Porz堡隧道有1145 米長，在2010年開始使用固定式壓縮空氣泡沫滅火裝置，但是人們首先想到的是開發(fā)路軌兩用消防車。

路軌兩用消防車在隧道內(nèi)使用有許多特殊性。隧道中發(fā)生火災(zāi)后，雖然有防排煙系統(tǒng)，但因空間狹小仍易充滿煙霧，因此消防隊(duì)員必須攜帶個(gè)人防護(hù)裝備，同時(shí)對(duì)駕駛室有密封和增氧要求。隧道中雖有供水系統(tǒng)，但存在惡劣環(huán)境下的取用問題，因此必須使用節(jié)水型滅火裝備。狹小隧道中的大量煙霧，必然含有有毒氣體成分，因此消防車必須配置偵檢器材及個(gè)人防護(hù)設(shè)備才能確保救援人員及受災(zāi)人員的安全。地下火災(zāi)的滅火救援，現(xiàn)場應(yīng)有足夠的照明設(shè)備，必須有外接市電或移動(dòng)發(fā)電設(shè)備。隧道中交通事故、火災(zāi)等，往往造成交通工具變形、損壞，為援救受災(zāi)人員，必須配備各種破拆工具。

此外，還應(yīng)設(shè)置牽引裝置、通信系統(tǒng)、器材運(yùn)輸推車等設(shè)備。針對(duì)地下高溫?zé)熿F環(huán)境，路軌兩用消防車需設(shè)自保護(hù)系統(tǒng)，用于保護(hù)駕駛室和車輛輪胎。

1970年德國馬基路斯制造了第一輛路軌兩用消防車（見圖一）。底盤發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率235 kW，其軌道行駛裝置采用德國雪嶺公司產(chǎn)品。2008年北京購入的車采用底盤為BENZ 3341 6×4型，軌道輪車橋分別置于前橋與后橋之后，是分開的獨(dú)立結(jié)構(gòu)。上海在2009年購入的路軌兩用消防車，軌道行駛機(jī)構(gòu)采用整體式結(jié)構(gòu)。

國產(chǎn)首臺(tái)路軌兩用消防車總體方案的思考

路軌兩用消防車的國產(chǎn)化過程，是公安部上海消防研究所聯(lián)合上海交通大學(xué)、上海金盾消防安全設(shè)備有限公司協(xié)同攻關(guān)的過程。

首先，根據(jù)初級(jí)階段實(shí)際情況，決定在國內(nèi)合資生產(chǎn)的二橋總質(zhì)量19 t的商用底盤基礎(chǔ)上開發(fā)路軌兩用消防車。

車輛在軌道行駛的最高車速，在驅(qū)動(dòng)功率足夠的條件下，主要取決于車輪在軌道上的附著力，國外同類車的軌道行駛速度均在30～50 km/h之內(nèi)，我們初定為30 km/h。對(duì)于消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要依據(jù)同級(jí)別的搶險(xiǎn)救援消防車。考慮地下隧道使用條件，滅火應(yīng)以節(jié)水裝備為主。整車載水3000 L，A類泡沫液200 L。

整車方案的關(guān)鍵在于液壓軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。需要考慮轉(zhuǎn)軌、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等許多技術(shù)問題。兩只串接并聯(lián)變流量柱塞泵，兩只串接獨(dú)立齒輪泵，分別用兩根傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)，可同時(shí)工作，也可分開單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。軌道行駛的轉(zhuǎn)向受總質(zhì)量限制，決定采用控制左右馬達(dá)轉(zhuǎn)速解決。制動(dòng)問題，行車制動(dòng)受中心馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)限制，只能靠馬達(dá)降速、反向來實(shí)現(xiàn)。停車制動(dòng)裝置為油壓盤式制動(dòng)，制動(dòng)效果可靠。

車輛在軌道行駛的懸架，與進(jìn)口車類似，舉升油缸加設(shè)高強(qiáng)度硬橡膠懸架，剛度及變形量均符合要求。在考慮整車功能監(jiān)視與控制系統(tǒng)時(shí)，為使設(shè)計(jì)先進(jìn)、可靠，主控制器及顯示模塊，采用分路視頻切割控制器。入軌、行駛、車輛前進(jìn)與后退的監(jiān)控采用一屏多路切換顯示。消防系統(tǒng)也采用成熟的獨(dú)立模塊，既符合現(xiàn)有有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，又簡化安裝、使用和維護(hù)。

國產(chǎn)首臺(tái)路軌兩用消防車樣車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整車主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)性能指標(biāo)參(見附表)，對(duì)消防系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)做了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。

1.消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消防系統(tǒng)基于常規(guī)搶險(xiǎn)救援消防車的配置，考慮地下工程滅火的一些特殊要求。

（1）滅火及排煙設(shè)備的布置

發(fā)動(dòng)機(jī)通過取力器經(jīng)傳動(dòng)軸給中置高低壓消防泵提供動(dòng)力。取力器通過傳動(dòng)軸首先接空壓機(jī)下的過渡軸，過渡軸上設(shè)置有電磁離合主動(dòng)盤，過渡軸輸出端接消防泵傳動(dòng)軸。消防泵兩側(cè)設(shè)有兩只高壓軟管卷盤，并接高壓噴霧水槍，這是實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)攻水噴霧滅火的主要工具。車前炮及鋪設(shè)水帶接移動(dòng)式消防炮，進(jìn)行直流或噴霧滅火。

噴霧可有效降低火場溫度，進(jìn)行排煙或滅火。水力排煙機(jī)，或使用電動(dòng)排煙機(jī)，可實(shí)現(xiàn)排煙、滅火等戰(zhàn)術(shù)組合。

壓縮空氣A類泡沫在隧道內(nèi)是撲救A類火災(zāi)或小型B類火災(zāi)的有效節(jié)水滅火手段。

（2） 其他消防設(shè)備及自保護(hù)和牽引裝置

配有5.5 kW移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組，備有4×1 kW升降式照明系統(tǒng)及便攜式照明燈。偵檢器材，可選配熱像儀、有毒有害氣體的偵檢儀。配備4只容積300 L的壓縮空氣瓶，消防員每人配備雙4 L瓶的空氣呼吸器。通信系統(tǒng)方面，可配置語音通話、數(shù)據(jù)和圖像傳輸設(shè)備，由用戶根據(jù)實(shí)際情況選配。

設(shè)置輪胎、駕駛室自保護(hù)噴淋系統(tǒng)。前后分別設(shè)置牽引絞盤，牽引力50 kN。

2.軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軌道系統(tǒng)包括舉升系統(tǒng)及行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大部分。舉升系統(tǒng)又包括軌道行駛懸架裝置，此外還有原車懸架鎖止機(jī)構(gòu)等，全由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。

（1） 軌道機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

開式液壓系統(tǒng)有兩只串列高壓齒輪泵，小排量齒輪泵提供舉升油缸、鎖止油缸油壓，大排量齒輪泵給前后油壓絞盤及冷卻風(fēng)扇馬達(dá)提供油壓源。閉式系統(tǒng)為兩只串列變流量并聯(lián)柱塞泵，高壓油量合并驅(qū)動(dòng)行駛馬達(dá)及停車制動(dòng)盤。

（2）舉升、懸架機(jī)構(gòu)與應(yīng)急手動(dòng)液壓泵

頂升油缸壓力油可雙向流動(dòng)，缸頂有換向、鎖止閥塊。8個(gè)彈性減震器與每只舉升油缸都起到懸架作用。

開式系統(tǒng)小齒輪泵出現(xiàn)故障時(shí)，可利用手動(dòng)液壓泵供應(yīng)壓力油以解除舉升鎖止及車橋鎖止缸的鎖止?fàn)顟B(tài)。(見圖2)

附表 國產(chǎn)首臺(tái)路軌兩用消防車主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能指標(biāo)

（3）行駛驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

變流量柱塞泵提供200 MPa壓力油給軌道輪馬達(dá)，軌道輪滾動(dòng)直徑為500 mm，油量大小直接影響車速，液壓馬達(dá)持久轉(zhuǎn)速可達(dá)500 r/min。液壓泵與液壓馬達(dá)的工作關(guān)系(見圖3)。

中央傳動(dòng)軸液壓馬達(dá)上還設(shè)有停車制動(dòng)盤，停車時(shí)由油壓制動(dòng)鎖止轉(zhuǎn)軸。

3.監(jiān)控系統(tǒng)

路軌兩用消防車監(jiān)控系統(tǒng)的主控制器為可編程控制器，顯示模塊為觸摸式機(jī)載工控機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)基本體系結(jié)構(gòu)(見圖4)所示。

該車的監(jiān)控及顯示參數(shù)能夠滿足消防實(shí)戰(zhàn)的要求。

國產(chǎn)首臺(tái)路軌兩用消防車樣車的檢測試驗(yàn)結(jié)果

圖4 基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖3 液壓泵與液壓馬達(dá)工作關(guān)系

該路軌兩用消防車（見圖5）經(jīng)過上海市科委專家組驗(yàn)收和國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。軌道上最高車速36 km/h，入軌準(zhǔn)備時(shí)間、0～30 km/h加速時(shí)間及30 km/h制動(dòng)距離和時(shí)間，都達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，展望未來，我們認(rèn)為：

（1）國內(nèi)消防車界當(dāng)前的技術(shù)水平，只要產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合完全可開發(fā)出路軌兩用消防車產(chǎn)品，經(jīng)過小批試制、工藝改進(jìn)，能成為符合實(shí)戰(zhàn)需要的產(chǎn)品。

（2）閉式液壓系統(tǒng)液壓油的清潔度要求達(dá)到10微米，經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，加深了認(rèn)識(shí)。在分立系統(tǒng)、分立模塊布置取得成功的基礎(chǔ)上，可向綜合集成化方面改進(jìn)。

（3）產(chǎn)品批量生產(chǎn)前，各系統(tǒng)總成應(yīng)建立綜合試驗(yàn)基地，保證其總成的可靠性、耐久性。

（4）路軌兩用消防車的擴(kuò)大應(yīng)用，消防管理部門、地鐵建設(shè)及運(yùn)營管理部門和制造商之間，尚有許多協(xié)調(diào)工作要做。地下工程交通安全的保障，需要從規(guī)劃、法規(guī)及管理各個(gè)方面共同努力。

圖2 閉式液壓系統(tǒng)布置示意圖

圖5 國產(chǎn)路軌兩用消防車樣車在軌道上行駛