摘要：隨著消防技術的進步和消防車的個性化要求，車輛研發(fā)者針對不同險情設計出不同用途的消防車。消防車的工作環(huán)境較為危險，其駕駛室與獨立乘員室的安全性受到額外關注。依照GB79561—2014《消防車通用技術條件》的要求，消防車的定型試驗應依照GB 26512—2021《商用車駕駛室乘員保護》的試驗要求，進行駕駛室及獨立乘員室的頂部強度試驗。據此，根據頂部強度試驗要求和實際操作流程，指出并試圖解決試驗中出現的若干問題。

關鍵詞：機動車安全檢測；消防車輛；強度試驗

中圖分類號：U469.6 收稿日期：2024-04-01

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407029

1 前言

隨著國民經濟的發(fā)展和國家對消防事業(yè)的重視，服役中的消防車輛數量正在飛速增長。針對嚴重火情和長時間滅火任務，大型、重載消防車成為處理險情的第一選擇。消防車在完成滅火搶險任務之外，還要保護消防車駕乘人員的安全。消防車駕駛室、乘員室的強度需經過可靠測試，以確定其在傾覆、翻滾時仍能保證駕乘人員安全［1］。

不同于商用車的駕駛室，消防車駕駛室往往根據使用方的個性化要求進行改裝，比如單排座改成雙排座，為了提高人員輸送能力，在駕駛室后方車廂前緣增加獨立乘員室來提高消防車的人員運輸能力。改裝后的駕乘室對乘員的保護能力也會有所變化，因此，在原型號商用車駕駛室的定型試驗之外需要進行額外的頂部強度試驗。

2 商用車駕駛室頂部強度試驗簡介

根據GB 26512—2021《商用車駕駛室乘員保護》［2］的要求，為了在意外事故中保護駕駛室內的乘員，標準提供如下試驗方法：試驗A，駕駛室正面撞擊試驗；試驗B，駕駛室A柱撞擊試驗；試驗C，駕駛室頂部強度試驗；試驗D，駕駛室后圍強度試驗。

對于N1類車輛和車輛總質量不超過7 500 kg的N2類車輛，應進行駕駛室正面撞擊試驗、頂部強度試驗和后圍強度試驗。對于N3類車輛和車輛總質量超過7 500 kg的N2類車輛應進行駕駛室正面撞擊試驗、頂部強度試驗和后圍強度試驗。

本文將研究重點放在頂部強度試驗上，對于不同型號的駕駛室，其試驗標準略有變化。對于N3類車輛和總質量超過7 500 kg的N2類車輛，應在同一駕駛室上按順序進行動態(tài)預加載試驗和頂部強度實驗。而對于N1類車輛和總質量不超過7 500 kg的N2類車輛，僅進行頂部強度試驗[2]。

21 動態(tài)預加載試驗

動態(tài)預加載試驗模擬的是發(fā)生事故后車輛翻滾時駕駛室側邊遭受撞擊的情況。裝置使用擺錘及其下方連接的平板撞擊器，以固定能量沖擊駕駛室頂部側沿，模擬翻滾后駕駛室的破壞狀態(tài)。

22 頂部強度試驗

頂部強度試驗旨在測試車輛發(fā)生側翻等沖擊事故后，駕駛室倒置時對乘員的保護情況。該裝置使用液壓機對駕駛室頂部均勻施壓，駕駛室框架發(fā)生形變后以觀察駕駛室乘員生存時間是否足夠，從而反映駕駛室對乘員的保護情況。

3 消防車駕乘室的乘員保護試驗

除了直接使用商用車駕駛室的消防車以外，由商用車部件改裝或廠家自行設計的消防車駕駛室、獨立乘員室應當接受額外的乘員保護試驗，測試項目的流程與商用車的駕駛室乘員保護試驗較為相似，下面將進行具體描述。

31 適用范圍

311 單排改雙排

對駕駛室進行改動的消防車（如單排改雙排），原駕駛室已經依據標準進行了強度檢測，如果生產企業(yè)進行駕乘室改動時選用的材料、連接方式和強度不低于原駕乘室，能夠出具蓋章文件說明駕乘室強度改裝后對駕駛室和A柱強度無影響或增加強度時，可以僅做駕駛室頂部強度試驗（試驗C）。如果改裝后不能說明對強度無影響的或原駕駛室未檢測的，應進行駕駛室碰撞試驗（試驗A）、駕駛室A柱碰撞試驗（試驗B）和駕駛室頂部強度試驗（試驗C）。頂部強度試驗的流程仍遵循商用車的方法，依照車輛總質量和型號來決定是否加入動態(tài)預加載試驗。

312 獨立乘員室

獨立乘員室是消防車特有型式，它未改變原駕駛室結構，通過在車廂段設置獨立乘員室增加駕乘員人數?？紤]到其安裝位置和工作情況，為減輕企業(yè)負擔，獨立乘員室僅做試驗C。

兩種設備的試驗結果依舊由乘員的生存空間來判定，判定詳細規(guī)則仍然遵從GB 26512—2021《商用車駕駛室乘員保護》。

32 試驗流程簡述

321 動態(tài)預加載試驗

試驗所用對象為單個駕駛室或獨立乘員室，在寄送樣品時廠家已將其安裝在截短的車架上，將駕乘室與車架結構用叉車放置在試驗臺架上。將樣品對準撞擊器鋼板的中心位置，然后將焊接工裝完成后的駕駛室固定在撞擊試驗臺上。

將試驗用人體模型安裝標準要求放置在座椅上，調整座椅靠背，使假人的“R”點與座椅的“H”點重合，收起假人。

調整撞擊器角度，與縱向平面呈20°夾角，鎖止撞擊器和擺桿。確定場地安全后開始試驗，試驗要求沖擊能量約為176 kJ。

試驗結束后，待擺撞擊器和擺錘復位，卸下樣品，進行下一步試驗。

對于撞擊器及試驗設備的要求，標準G26512—2021《商用車駕駛室乘員保護》進行了如下規(guī)定，設備實物如圖1所示。

撞擊器應是剛性的，質量均勻分布，且應不小于1 500 kg。

撞擊器的撞擊面應為平整的矩形，且尺寸應足夠大，以保證按照要求放置時駕駛室和撞擊器邊緣不發(fā)生接觸。如果使用擺錘作為撞擊器，擺錘應由剛性固定在其上的兩根擺臂自由懸吊，擺臂間距不小于1 000 mm，從懸吊軸到撞擊器幾何中心的長度不應小于3 500 mm。

撞擊器和/或駕駛室在撞擊時應按如下描述定位：

a.撞擊器的撞擊面與駕駛室縱向中心平面成20°夾角，撞擊器或駕駛室可處于傾斜狀。如果撞擊器是一個擺錘，駕駛室不應傾斜，應安裝在水平位置。

b.撞擊器的撞擊面應能夠覆蓋駕駛室頂部側邊的整個長度。

c.撞擊器的縱向中心線應水平，且平行于駕駛室縱向中心面。

d.撞擊器應撞擊駕駛室的頂部側邊，并保證在撞擊時滿足上述規(guī)定。撞擊方向應垂直于撞擊器表面，且垂直于駕駛室縱向中心線（見圖2）。只要滿足了撞擊時的定位要求，移動撞擊器或駕駛室均可。

e.撞擊能量應不小于176 kJ。

322 頂部強度試驗

動態(tài)預加載試驗結束后，進行駕駛室頂部強度試驗，先將靜壓試驗臺加載裝置升至試驗臺頂部，將駕乘室樣品用叉車移至加載裝置下方臺架上，將駕乘室樣品調整至加載面正中央，保證在加載過程中駕乘室受力垂直于水平面，且不出現明顯水平移動。

最后開始進行加載試驗，加載面在接觸樣品頂部后，逐漸增大加載力。試驗中最大靜態(tài)加載力應為前軸最大允許質量對應的力，同時其靜態(tài)載荷最大值不超過 98 kN。在加載試驗中由計算機記錄加載力與位移的對應關系。

加載完成后，升起加載裝置。重新放入假人，根據人體模型放入取出是否受形變后的駕乘室外殼阻礙，且人體模型關鍵部位是否有生存空間，來評估駕乘室在事故后對乘員保護能力[3]。

試驗設備實物如圖3所示。對于加載裝置及試驗設備的要求，標準G26512—2021《商用車駕駛室乘員保護》進行了如下規(guī)定：

a.加載裝置應為鋼制，且質量均勻分布。

b.裝置的加載面應為平整的矩形，且尺寸應足夠大，以保證在按照下述規(guī)定定位時，駕駛室和裝置邊緣不發(fā)生接觸。

c.如果適用，在加載裝置和支撐機構之間可裝備線性軸承系統(tǒng)，以允許駕駛室頂部朝著原理動態(tài)預加載階段碰撞邊的方向側向移動。

在試驗過程中，加載裝置應按如下要求定位：

a.平行于車架的x-y平面。

b.移動方向平行于底盤的垂直軸。

c.加載面覆蓋駕駛室頂部的整個區(qū)域。

4 試驗問題分析

在多次完成試驗流程和出具檢驗報告后，所有的駕駛室與獨立乘員室樣品都通過了頂部強度試驗，部分樣品在試驗中出現了較明顯的形變和損壞，但仍然能保證乘員的生存空間。

41 車架結構損壞

絕大多數重型卡車和特種車輛都采用高強鋼（>500 MPa）制作的邊梁式車架。檢驗部門的送樣通知要求，駕乘室樣品應安裝在車架上（圖4），其材質和原車型底盤一致，固定方法應使用時一致，同時允許截斷以方便運輸。出于節(jié)省成本的目的，大部分廠家的駕乘室樣品并未正確安裝在車架上，一部分廠家使用成本較低的箱梁、C形梁等型鋼代替車架，另一部分則未提供大梁，僅僅將駕乘室安裝在副梁上（圖5）。在頂部強度試驗時，由于該臨時車架末端被固定在試驗臺架上，車架型鋼材受到駕駛室傳遞過來的沖擊，發(fā)生彎扭形變現象。

在交通事故中，車架等金屬件的變形和折斷可以吸收一部分碰撞能量，起到保護乘員的作用。同樣地，在頂部強度試驗中，使用剛度較低，用料較少的車架支撐駕乘室，進行動態(tài)預加載試驗時車架變形吸收的能量也大小不一。為了排除不必要的試驗誤差因素，更換車架材料或使用型鋼替代車架的做法對試驗效果的影響應當得到進一步的研究。

42 連接件強度不佳

除了一部分廠家使用強度較低的型鋼代替車架以外，車架與駕駛室的連接方式也與整車不一致。在整車的實際裝配中，其連接方式較為復雜?？紤]到乘員舒適性的因素，車架與駕駛室必須柔性連接；為了便于檢修發(fā)動機，駕駛室一般會選擇帶鎖緊機構的三點式或者四點式連接，在有保養(yǎng)維護必要時可以翻起駕駛室便于工作人員操作。

而在本單位收到的樣品中，絕大多數都沒有安裝減震模塊，樣品多選擇簡單的焊接連接（圖6）或者角鋼與螺栓連MEZV3ToearRIigrnqdXp5HBxmhXpXxzISD3m6kocHUE=接（圖7）。對于焊接連接來說，焊接件的強度往往存在較大波動，視焊接方法和技術水平而定。此外，作為室外試驗項目，焊接件會以較快的速度銹蝕，極大地影響連接強度。角鋼和螺栓連接的情況較好，連接較為牢固，但是仍然存在少量樣品的連接件在動態(tài)預加載試驗中損壞的情況。

43 試驗設備損毀

動態(tài)預加載試驗的臺架由若干根箱梁搭接而成，由于固定鏈條的拉力張緊作用，箱梁額外承受了除樣品自重外較大的壓力。在試驗中，沖擊力通過駕乘室樣品和車架主要有兩種形式直接作用在臺架上，一是車架與箱梁臺架之間的摩擦，二是直接的沖擊。兩種作用方式會導致箱梁的危險截面出現凹陷、油漆刮蹭等情況，繼而產生銹蝕，影響整體強度，最終在試驗中損壞。目前使用的箱梁如圖8所示，大致在進行20次試驗后報廢，出于節(jié)約成本和試驗安全的考慮，應當改進試驗設備。

44 固定鏈條設置困難

依照GB 26512的規(guī)定，鏈條應當在若干個方向上將樣品拉緊，并逐步加大張緊力至10 kN。目前，采用棘輪式張緊器拉緊鏈條，需要多個方向上同時進行，這對檢測人員的數量（6人以上）、體力和力量提出很高要求。此外，目前并無方法測量鏈條內部的張緊力是否達到要求，完全憑照檢測人員經驗和力量來決定。鏈條的張緊力不足時，樣品受撞擊后便會在臺架上滑動乃至翻倒。如何更高效快捷地設計張緊固定機構，是該試驗裝置亟待解決的問題。

45 樣品上下臺架困難

由于頂部強度試驗要求駕駛室頂部平滑無突出，因此安裝頂部吊鉤用吊機吊起難度比較大。目前駕乘室樣品上下臺架主要依靠叉車（圖9），由于叉車叉齒的長度有限，車架橫梁的位置若設計不妥，會干涉叉車的叉齒進入和退出，給樣品的試驗流程帶來很大困難。

為了壓縮體積、節(jié)省運輸成本，安裝駕乘室樣品的車架在確保能穩(wěn)定支撐上裝的情況下應盡可能短小，大部分收到的樣品車架長度少于3 m。但依照GB 26512的規(guī)定，鏈條在車架上的拴系點距車輛前端不小于3 m，不大于5 m。這意味著標準對車架的最小長度做出了隱性規(guī)定。

在規(guī)定車架最小長度和運輸便利性的矛盾下，駕乘室樣品的車架長度并未嚴格按照規(guī)定進行，常常出現車架短于臺架寬度或車架過長干涉叉車叉齒無法進入等情況。

此外，由于車架在預加載試驗中受到較大沖擊，車架固定點發(fā)生彎扭形變，車架與駕乘室的連接件損壞，壓縮車架與駕駛室之間的縫隙，這些情況也會影響叉車叉齒伸入，導致樣品上下臺架更加困難。

5 試驗改進策略

上文已經列舉了試驗中遇到的若干問題，其原因總結為兩類：a.試驗設定和要求較高，試驗場地內設備匱乏；b.廠家提供的樣品的連接件等輔助部件不合規(guī)范。

51 生產廠家規(guī)范

目前檢測部門已經發(fā)布了送樣通告，其主要內容如下：對于未改變原駕駛室結構，通過獨立乘員室增加駕乘員人數的消防車，一般需要準備1個獨立乘員室樣品（乘員室應有骨架、蒙皮、座椅和車門，與器材箱共用骨架時，可以僅送樣乘員室部分），用于試驗C（依次進行動態(tài)預加載和頂部強度試驗）。樣品需要安裝在大梁或副梁上，獨立乘員室與大梁/副梁的連接應與實際使用時一致，大梁/副梁在獨立乘員室前后均應預留足夠長度，滿足工裝的固定要求（建議預留長度不小于05 m）。安裝在副梁上時應在前、中、后部預留不少于3個[?]60 mm以上的固定孔。

該送樣通告對樣品型制做出了詳細要求，檢測部門將結合接下來的試驗效果對通告進一步修訂，主要圍繞車架橫梁位置、架長度、車架材料，駕乘室連接方法等做出詳細規(guī)定，以減輕企業(yè)多次送樣整改的負擔，也減少樣品粗制濫造令試驗不準確的情況發(fā)生。

送樣的車架材料應確保與其他商品車一致，考慮到橫梁的設置隨著底盤型號不同而各不相同，橫梁的存在會影響樣品安裝和固定在試驗臺架上的形式，所以大梁或副梁應留足夠的長度。更重要的是，由于頂部強度試驗的加載能量和沖擊角度是固定的，企業(yè)可以提前進行連接件的強度校核，無論是傳統(tǒng)的靜態(tài)強度校核還是有限元計算，都可以確保樣品駕乘室和大梁/副梁連接形式可靠，無明顯形變，且與原車型一致，減少后期試驗次數。

同時，將根據通告為檢驗員制訂相關檢驗項目，從送樣環(huán)節(jié)抓起，控制樣品質量，待樣品整改合規(guī)后，再進行試驗即可排除較多的人為試驗誤差。

車尾一側應當按照標準GB 26512的圖示要求設計，同時應顧及臺架寬度。關于車架材料和駕乘室連接方法，在問題分析中已作討論。

52 試驗場地改進

如上文討論的那樣，目前試驗場地存在的問題有兩點：a.樣品上下臺架；b.固定樣品。

樣品上下臺架的困難可以通過前文討論的改變車架型制，在車架合適位置安裝橫梁解決，也可以改裝場地利用吊機來完成裝卸任務。值得注意的是，若駕乘室頂部安裝吊環(huán)，其立柱的力學性質會發(fā)生改變，從常態(tài)受壓的桿件，變成拉壓桿；另外，安裝吊環(huán)產生的螺紋孔，勢必會對頂部強度產生影響。綜上所述，駕乘室的強度校核應當重新進行計算。然而，如此改裝必然會增加成本，有待和企業(yè)進一步研究溝通。

按照標準提供的方法（圖10）固定駕乘室樣品效果并不理想，其原因是駕乘室兩側拉緊的鏈條雖然拉力較大，但其合力方向向下，不僅不能應對動態(tài)預加載的沖擊力，還讓跨度較大的試驗臺架受到額外負載容易形變。與上文敘述的方法不同，目前改進固定駕乘室樣品的策略：首先，如圖11所示，采用四組鐵板和U型螺柱將兩根車架的兩端分別壓緊固定在試驗臺的梁上，再利用地鎖和鐵鏈沿著受沖擊的反方向施加一個拉力，車架和試驗臺架之間的靜摩擦力將作為預緊力，有效防止沖擊時樣品發(fā)生的滑動和翻倒。同時，該辦法極大簡化了試驗臺架上固定樣品的流程，從6根鏈條減少為2根，需要的安裝人員數量也大大減少。

盡管該方法極大簡化了試驗流程的安裝環(huán)節(jié)，但是仍然無法量化鎖鏈張緊力的大小。如何設置和測量鎖鏈張緊力，以及張緊力的大小是否適用于該裝置，是接下來亟待解決的問題。

6 結語

現行的消防車駕駛室與獨立乘員室頂部強度試驗方法可以定量測試駕駛室與獨立成員室的頂部強度，基本滿足國內消防車強制性檢驗的要求。同時，作為消防車的新檢驗標準，加載中的形變數據為新型消防車駕駛室與獨立乘員室設計提供了合理的參考數據，同時也規(guī)范了商用車改裝的消防車駕駛室與獨立乘員室安全設計準則。

作為一項科學的、量化的標準試驗，該試驗流程以及規(guī)范的許多細節(jié)仍需要探討和確定。本文充分考慮了廠家與檢測方的需求和困難，列舉了試驗中出現的問題，討論了多種優(yōu)化策略和解決辦法，并對將來修訂相關標準和未來的研究方向提出了些許改進意見。

參考文獻：

[1]GB 79561—2014 消防車第1部分：通用技術條件[S]

[2]GB 26512—2021 商用車駕駛室乘員保護[S]

[3]牛夢杰，李團陽，武子涵商用車駕駛室頂部強度試驗研究[J]時代汽車，2023（11）：193-195

作者簡介：

姚舜宇，男，1998年生，研究實習員，研究方向為消防車輛檢驗技術。