消防车用卷帘门测试装置研究

2022-03-18殷建波彭嫔嫔朱义蒋旭东应急管理部上海消防研究所

消防界(电子版) 2022年3期

■ 殷建波彭嫔嫔朱义蒋旭东应急管理部上海消防研究所

消防车卷帘门是消防车的重要组成部件之一，90%以上的消防车安装卷帘门，卷帘门运行是否平顺可靠将直接影响消防器材取放效率，从而影响消防灭火救援作业，如果在消防员灭火救援时，卷帘门的关键部件损坏或者卡死将直接影响灭火救援顺利进行。现在国内尚无消防车用卷帘门全性能要求的国家标准，文章研发的消防车用卷帘门测试装置对于消防车用卷帘门检测极为重要，可提高消防车用卷帘门的质量水平，为消防事业保驾护航。

一、消防车用卷帘门测试装置技术研究

（一）技术路线

消防车用卷帘门一般由帘门、卷轴、卷筒、扭力弹簧、导轨、滑块、导向块、帘片、把手和锁等组成。文章研制一套消防车用卷帘门测试装置，开发一套卷帘门测试方法。首先调研消防车用卷帘门各类损坏原因、损坏部件、易损使用环境及使用方法，从卷帘门易坏的问题入手，进行卷帘门测试装置的重点测试方案。然后统计使用消防车用卷帘门时的手臂抽拉轨迹及施力大小，计算开启和关闭消防车用卷帘门时的速度、施力大小。使测试装置尽可能接近模拟现实使用情况。

文章模拟消防员在使用消防车用卷帘门时正常的施力状态，测试消防员手臂抽拉卷帘门时的用力方向及大小，并进行数值统计并计算，获得不同位置处消防员对卷帘门的纵向和横向力大小常规值。统计计算卷帘门在开启和关闭过程中的速度变化，以便更好的编程，控制卷帘门运动的真实状态。通过机械设计研发一套覆盖多影响因素的消防车用卷帘门测试装置，还原消防员在抽拉卷帘门时对卷帘门把手的施力大小和方向以及卷帘门开启和闭合过程中的速度变化。整合多方面因素，通过测试数据研发一套全面的消防车用卷帘门测试方法。

（二）消防车用卷帘门易损部件及易损环境研究

按照全国地区温度差异，将调研地区分为高寒地区、低温地区、常温地区和高温地区四个不同区域。高寒地区：选择四川西部以及青海地区的消防队伍车辆；低温地区：选择东北及内蒙古地区的消防队伍车辆；常温地区：选择江浙沪的消防队伍车辆；高温地区：选择广东、海南地区的消防队伍车辆。每个地区选择服役期限在3～5年的消防车辆，此段时间的消防车辆刚出保质期不久，且没有经过长时间的风雨折磨，对于卷帘门的使用也比较频繁，可以代表卷帘门的正常使用情况。每个地区随机采样符合年限车辆10 台，对消防车辆卷帘门出现的主要损坏情况做如下统计，如表1所示。

表1 各地区消防车辆卷帘门损坏情况统计

通过表1可见，高寒地区卷帘门损坏频次为33 次，低温地区卷帘门损坏频次为30 次，高温地区卷帘门损坏频次为22 次，常温地区卷帘门损坏频次为14 次。消防车用卷帘门损坏程度高寒地区＞低温地区＞高温地区＞常温地区。高温和低温对消防车卷帘门的损坏程度有很大影响。特别是在低温地区，当温度低于－20℃时，普通卷帘门上的塑料材质部件脆化严重。经过几年使用后，很多塑料部件出现裂纹，受到外力撞击或者开启关闭卷帘门时用力过大，直接使其损坏。消防车用卷帘门虽然在高温地区损坏频率比高寒和低温地区少，但是比常温地区还是频率大很多，可见温度是影响卷帘门使用寿命的重要影响因素。

得出结论，消防车用卷帘门的锁具塑料件、导轨滑块、把手及弹簧件、卷筒弹簧、帘片密封等是极易损坏的部件。高温和低温是卷帘门损坏的杀手。由于调研中未分国产车与进口车，但是在调研中发现进口车卷帘门明显好于国产车卷帘门，耐用程度更高，损坏率更低。所以根据以上调研，研发一套卷帘门测试装置提高国产消防车用卷帘门的质量水平迫在眉睫。

二、消防车用卷帘门测试装置研究

（一）消防车用卷帘门测试装置技术方案研究

为了较好的模拟卷帘门在抽拉过程中的实际受力磨损状态，本研究通过试验不同的专业消防员在不同高度不同力度情况下对消防车用卷帘门的施力情况，利用拉力传感器测量抽拉卷帘门的合力大小，然后根据运动角度求算纵向分力和横向分力。

本研究决定选取高、中、低三个位置对合力进行采样，然后根据受力角度计算出纵向分力和横向分力的大小。然后让大量人员进行试验测试，采用数值分析法取平均值，得出卷帘门受力点在高位、中位、低位时合理的纵向和横向分力。首先，采集大量试验人员抽拉卷帘门时，在开启与关闭卷帘门整个过程中，分段点采集速度，比如高位、1/2 处、低位。并对每个段点所有的不同试验人员抽拉卷帘门时的速度进行统计取平均，得出卷帘门受力点通过此段点时的试验速度。段点与段点之间速度采用线性差分方式进行控制，为了增加准确性，可以增加段点数量。卷帘门运动过程可以控制卷帘门测试装置的电机在每个段点实现卷帘门达到试验统计中卷帘门实际运动速度。消防车用卷帘门关闭过程：卷帘门受力点在高位时，给予纵向力和横向力以及初始的启动速度。在卷帘门处于中位时，调节电机控制卷帘门速度达到预期值，同时增大横向力，达到横向力试验预期值。卷帘门处于低位时，速度达到试验预设速度，同样通过控制横向力试验预期值。消防车用卷帘门开启过程：卷帘门受力点在低位时，给予纵向力和横向力以及初始的启动速度。在卷帘门处于中位时，调节电机控制卷帘门速度达到预期值，同时增大横向力，达到横向力试验预期值。卷帘门处于高位时，速度达到试验预设速度，同样通过控制横向力试验预期值。

（二）消防车用卷帘门测试装置研制

通过对消防车用卷帘门易损部件分析，部件损坏为卷帘门日常应用磨损所致，所以本研究为了模拟更加真实的卷帘门受力运动状态，采集了大量的试验人员抽拉卷帘门时，卷帘门速度和受力状态。卷帘门拉力控制块、导轨链条与纵向伺服电机均镶嵌在纵向导轨柱中。纵向导轨柱通过导轨滑块可以在横向导轨柱上横向移动。导轨滑块通过横向拉力计以及滚珠丝杆机构与横向伺服电机相连，横向伺服电机在集成控制电脑的控制下旋转可以实现对导轨滑块的横向移动控制，从而对卷帘门施加横向作用力。

集成控制电脑通过控制纵向伺服电机和横向伺服电机的转速实现卷帘门施力机构对卷帘门的纵向和横向作用力。纵向和横向作用力可以组合成0°～180°可变方向的拉力，通过伺服电机转动以及纵向拉力计和横向拉力计反馈可以实现卷帘门上下抽拉次数（例如抽拉次数不小于10000 次）、抽拉速度（例如最大抽拉速度不小于2m/s）、抽拉方向变换以及抽拉力大小（例如最大测试力不小于1000N）可控，模拟消防员开关卷帘门时的施力状态。