基于模块化的应急救援消防车开发与应用研究

姓名：刘枫，出生年月：1972年5月，性别：男，民族：汉，籍贯：吉林，学历：大学，研究方向：机械设计与制造

项目来源：湖南省教育厅科学研究项目20C1053《基于模块化的应急救援消防车开发与应用研究》

摘 要：本文服务于大规模、跨地域、长时间、高强度、多领域的应急救灾活动实战需要，对基于模块化的应急救援装备进行开发与应用研究，该项目实现各类装备和保障物资“集装箱”式调运，满足全程供应、跨域高效投送的实战保障需求，能够最大限度地降低人民群众在灾害中的损失，进一步提高消防救援队伍的装备建设水平和实战能力。

关键词：消防车;模块化;应急救援;装备

一 、项目研发背景

我国位于北半球中纬度环球自然灾害带与环太平洋灾害带交汇位置，自然灾害发生广泛、灾种多样，加之近年温室效应导致全球升温等生态环境的整体恶化，大大加重了中国自然灾害的严峻程度，全国消防救援队伍全年出动总数高位运行，应急抢险救灾任务更加艰巨、繁重，逐渐暴露出我国消防救援存在的一些问题，特别是消防救援部门应急反应能力有待提升，应急救援覆盖范围有待扩大。湖南省消防总队为完善应急救援装备和战勤保障模式，委托三一汽车制造有限公司展开对基于模块化的应急救援消防车开发与应用研究。

所谓模块化设计，就是将系统分解为相对独立的标准模块，通过统一的设计规则，规范各模块接口技术、几何形状、尺寸及位置等边界条件，使各模块在自身的技术演进的同时，能够通过统一的接口条件组成新系统。使产品更新能够以最小的代价，获得最大的效率。

二、 国内外研究现状分析

1.国外研究现状分析

以欧美日为代表的国外救援装备行业代表厂家有Britannia Fire，Amerex，Buckeye，Oshkosh，Rosenbauer，MORITA，REV Group，Fil Man Made Group，Safex，Strike First等，其救援装备专业化程度高，救援行业的配套产品已形成成熟配套体系。从专用底盘、专用型材等到各种救援工具、救援辅具一应俱全。当然，其缺点也很明显：

（1）价格高昂，由于国外的人力成本高，以及运输和关税成本等，同类消防车产品的价格是国内产品的一倍甚至数倍。

（2）水土不服，由于国情不同，理念不同，例如国外的消防队很多是私人组织，救援方式也就截然不同，造成国外的技术产品到了国内不适用的情况。

（3）救援范围不全，国外的救援装备公司往往产业专一，缺乏我国这种全面的装备制造体系。

2.国内研究现状分析

我国国内的应急救援裝备行业始于上世纪八十年代，至今只有三十多年时间，救援装备功能相对单一，各种配套部件和体系、组织构架尚处在初始发展阶段，目前主要存在以下问题：

（1）装备型号规格繁杂、随车器材标准不一，装备种类多、管理困难，调集时间长。

（2）创新能力不足。救援装备制造企业总体研发能力较弱，投入不足，模块化程度低，功能较单一。

（3）缺乏行业配套和标准规范，多数厂家处于拼装，改装的作坊业态，产业规模，产品功能质量很难满足救援装备专项作业的特殊要求。

三、 研发过程

1.设计方案

以自卸式底盘和标准模块箱为运输载体，按照“利于实战、类别清晰，取用方便、结构紧凑”的原则，综合利用各种消防器材分灾害类别进行模块箱设计。内部根据各救援功能模块设置活动托盘、输送滚道，模块箱尺寸6500×2500×2400mm。整车性能符合GB1589-2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》的规定及GB7956.1《消防车技术要求及试验方法》的相关具体规定。各标准模块方舱实现功能如下：

（1）通信指挥模块，可实现应急救援不间断通信指挥功能。

（2）抗洪抢险模块，可实现抗洪抢险救援及其救援装备快速调派。

（3）森林灭火模块，可实现森林救援及其救援装备的快速调派。

（4）气瓶运输模块，可装载充满气体的空呼气瓶500个以上，气瓶配备固定保护装置。

（5）（重型）地质救援模块，可实现重型地质灾害救援及其救援装备的快速调派。

（6）（轻型）地质救援模块，可实现轻型地质灾害救援及其救援装备的快速调派。

（7）石化救援模块，可实现石油化工灾害救援及其救援装备的快速调派。

（8）水域救援（山岳）模块，可实现水域（山岳）灾害救援及其救援装备的快速调派和转运，实现“一箱两用”功能。

（9）砂石装袋机模块，可用于抗洪抢险现场装袋，每小时装袋400个以上。

（10）机器人运输模块，用于无人机和智能消防机器人快速调派和转运。

2.模块箱设计

外骨架采用碳钢焊接后整体电泳和面漆，具体材料为：槽钢（底部导轨）+钢型材（骨架）;内骨架主要结构主要采用40mm×40mm高强度铝合金型材，部分采用40mm×80mm高强度铝合金型材;内装饰、地板、隔板均为3mm轻质防腐铝合金结构，表面作阳极氧化处理;铝合金板材通过具有弹性、高粘接强度进口连接密封胶与主结构相联;可根据需要调节每层高度和宽度，模块箱整体做防锈、防滑、防水处理。

模块箱门：所有模块箱均采用上下对开门，采用气弹簧支撑;在底盘上设置有橡胶缓冲块保证下开门在使用过程中外部油漆不脱落损伤。所有模块箱门设置锁止装置，在开启状态设置了保护装置。

各门设置了照明系统（共8个灯带，每个灯带功率21W;提供两个容量120AH的蓄电池，可独立为照明系统持续供电大于12小时，在两侧设置了照明开关;

3. 车厢骨架仿真计算

基于Hyper works进行有限元分析，进行车体及承重单元的优化设计，在箱体提升过程中，车厢前部最大变形4.1mm，骨架前部方形钢管和拉臂钩工字钢连接的焊缝处应力最大，最大应力361.7MPa，其余部位应力小于大多小于235MPa，结构强度满足要求。

四、结语

目前模块化消防车第一代样机试制已完成，其中砂石装袋机模块消防车在参与2020年夏季长江岳阳段抗洪抢险救灾中良好应用，本项目的应用与研究符合市场需求，具备广阔的应用前景。

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