【正文】 消防車 底盤 副車架設(shè)計(jì) 登高平臺(tái)救援消防車的各種專用裝置都直接或間接地安裝在底盤車架（簡(jiǎn)稱主車架）上，即主車架是登高平臺(tái)救援消防車上專用裝置的主要承載構(gòu)件。 根據(jù)國(guó)家工信部要求，登高平臺(tái)救援消防車底盤排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到“ 國(guó) Ⅲ”才能上產(chǎn)品公告，因此從兩者中選擇北方奔馳 ND1255B44 底盤作為本次設(shè)計(jì)對(duì)象所用底盤。根據(jù)市場(chǎng)現(xiàn)有東風(fēng)汽車底盤 及北方奔馳底盤 供應(yīng)情況，結(jié)合 整車作業(yè) 高度 25m 的要求 ， 備選的底盤型號(hào)有 東風(fēng)EQ1118G6DJ15 和北方奔馳 ND1255B44 兩款。 登高 平臺(tái) 救援消防車底盤使用現(xiàn)狀 通過調(diào)查消防車生產(chǎn)廠商現(xiàn)有產(chǎn)品 ， 得到 信息 如 表 21 所示。 消防車底盤 的 選型改裝應(yīng)符合 《 消防車通用底盤系列、型式、基本參數(shù)和武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 16 技術(shù)要求》的規(guī)定。由于受到底盤自身的限制，國(guó)產(chǎn)消防車往往 在 加速性能與爬坡性能上無法同時(shí)達(dá)到令人滿意的表現(xiàn)。 底盤不僅為整車提供行駛 能力 ，并且也是整車動(dòng)力的提供者，其性能的優(yōu)劣 直接影響整車性能。 本章首先對(duì) 25m 登高平臺(tái)救援消防車 支腿形式 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)計(jì)算合理的支腿跨距，之后對(duì)整車所需副車架 進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)支腿及副車架所組成支撐系統(tǒng)進(jìn)行三維建模和 穩(wěn)定性有限元分析， 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性 。 通過近幾年對(duì)專用汽車使用情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，專用汽車副車架出現(xiàn)裂紋、斷裂及焊縫撕裂現(xiàn)象是專用汽車使用中存在的主要問題，而副車架的載荷分析是否正確、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，則是產(chǎn)生這些現(xiàn)象的重要原因。副車架不僅強(qiáng)化了車架，而且可將登高平臺(tái)救援消防車專用裝置和裝備的集中載荷較均勻地分布在車架上，并起到緩沖作用，改善車架的受力情況。 由于登高平臺(tái)救援消防車的結(jié)構(gòu)和使用條件復(fù)雜，使車架承受較大的動(dòng)載荷和扭矩，所以必須加強(qiáng)車架。 （ 6） 整車 系統(tǒng) 實(shí)物 模型搭建 購(gòu)置相關(guān)元件，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，搭建出整車調(diào)平系統(tǒng)實(shí)物模型，并進(jìn)行調(diào)平演示，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性。 （ 4） 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 運(yùn)用 SolidWorks 軟件對(duì)副車架、支腿系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，計(jì)算出支撐系統(tǒng)最危險(xiǎn)工況以及危險(xiǎn)工況時(shí)支撐系統(tǒng)受力情況，對(duì)比結(jié)構(gòu) 分析 可用方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，應(yīng)用 ANSYS 軟件對(duì)支撐系統(tǒng)模型進(jìn)行有限元分析。 （ 3） 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)及特種車改裝設(shè)計(jì)手冊(cè)，參考相關(guān)法 規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，考慮整車防傾覆極限條件，計(jì)算 前、后傾覆邊的穩(wěn)定力矩 ，設(shè)計(jì) 支腿 橫向及縱向 跨距 。 ③對(duì) 調(diào)平系統(tǒng) 核心部件選型 對(duì)支腿 調(diào)平系統(tǒng) 、作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)在工作過程中所用核心部件進(jìn)行選型。 （ 2） 支腿 、 作業(yè)平臺(tái) 調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì) ①進(jìn)行 支腿 調(diào)平系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 通過對(duì)傳統(tǒng)支腿 調(diào)平系統(tǒng) 和現(xiàn)代調(diào)平系 統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的比較，設(shè)計(jì)適合登高平臺(tái)救援消防車的支腿 調(diào)平系統(tǒng) ；通過對(duì)不同控制方法、不同 控制體系 結(jié)構(gòu)的對(duì)比，設(shè)計(jì)出適合登高平臺(tái)救援消防車 調(diào)平系統(tǒng) 的 控制方案 ；通過分析 調(diào)平系統(tǒng)的 3 種不同 支腿支撐方式 的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的支撐方式；分析現(xiàn)有幾種支腿武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 14 形式 （主要是 X 型、 H 型）的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍，設(shè)計(jì)出適用于登高平臺(tái)救援消防車的支腿 形式 ；對(duì)支腿的 支承腳 形式 進(jìn)行分析對(duì)比，設(shè)計(jì)出一種最適合的支承腳 形式；最后分析研究 支腿調(diào)平系統(tǒng) 應(yīng) 注意 的一些 事項(xiàng) ，如 虛腿問題 、 調(diào)平過程振蕩 問題等，并針對(duì)此調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行解決。 主要研究?jī)?nèi)容： 在查閱大量關(guān)于國(guó)內(nèi)外舉高類消防車、高空作業(yè)車、舉重機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品功能和性能特點(diǎn)的文獻(xiàn)以及對(duì)國(guó)內(nèi)各主要生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品調(diào)研的基礎(chǔ)上， 本論文分析國(guó)內(nèi)登高平臺(tái)救援消防車在底盤調(diào)平系統(tǒng)、作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)以及整車支撐系統(tǒng)目前存在的主要問題，發(fā)現(xiàn)與國(guó)外登高平臺(tái)救援消防在調(diào)平及支撐系統(tǒng)上存在的差距，最后提出相應(yīng)的改進(jìn)措施 ； 分析登高平臺(tái)救援消防的功能需求，針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)條件和登高平臺(tái)救援消防的發(fā)展情況，提出更加合理的調(diào)平及支撐系統(tǒng) 方案及開發(fā)設(shè)計(jì)方法和流程 ； 在完成設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，通過Visual Basic 軟件搭建調(diào)平及支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)高效、程序化設(shè)計(jì) ；最后 購(gòu)買相關(guān)元件，搭建高平臺(tái)救援消防實(shí)際模型，并模擬其調(diào)平系統(tǒng)工作狀態(tài)，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)調(diào)平系統(tǒng)能否自動(dòng)快速、高效的調(diào)平。同時(shí)， 30 萬(wàn) ~200 萬(wàn)人口城市在全國(guó)城市中數(shù)量最多， 而這類 城市現(xiàn)有樓層平均高度為 24m。 根據(jù)國(guó)家工信部相關(guān)政策法規(guī)，結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研得出如下結(jié)論： 1）全國(guó)百萬(wàn)人口城市 30 余個(gè)，對(duì)作業(yè)高度為 30~50 米的登高平臺(tái)救援消防車的年需求量約為 120 臺(tái)； 2）全國(guó)人口數(shù)量在 20~100 萬(wàn)的城市近 500 個(gè)，對(duì)作業(yè)高度為 16~20 米的登高平臺(tái)救援消防車的年需要量約為 1000 臺(tái)； 3）全國(guó)大型油田、煉油廠和大型儲(chǔ)油庫(kù)系統(tǒng)對(duì)大型登高平臺(tái)救援消防車的年需要量約為 70 臺(tái)； 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 4）電力部門對(duì)作業(yè)高度為 12~30 米的各類高空作業(yè)車年需求量約為 20 臺(tái)； 5）城市路燈園林部門對(duì)作業(yè)高度為 6~16米的高空作業(yè)車年需求量約為 1000臺(tái)； 6）國(guó)防軍工系統(tǒng)對(duì)作業(yè)高度為 20~40 米的越野高空作業(yè)車需求量較大； 7）中國(guó)船舶系統(tǒng)對(duì)作業(yè)高度為 16~25 米的高空作業(yè)車年需求量約為 80~100臺(tái)。 論文的課題支撐及主要研究?jī)?nèi)容 課題 支撐 校企合作項(xiàng)目：登高平臺(tái)救援消防車關(guān)鍵技術(shù)研究與總體方案設(shè)計(jì) 研究對(duì)象選擇 截止 2020 年末，我國(guó)建制城市數(shù)量達(dá) 655 個(gè)，其中直轄市 4 個(gè)，副省級(jí)城市 15 個(gè)，地級(jí)市（區(qū)） 333 個(gè)，其他為 303 個(gè)，其中全 國(guó)地級(jí)及以上城市（不包括市轄縣） GDP 占全國(guó) 62％。 通過研究相關(guān)舉高類援消 防車、高空作業(yè)車及起重機(jī)械的支腿調(diào)平系統(tǒng)和作業(yè)平臺(tái)調(diào)平系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一種適合登高平臺(tái)救援消防車的快速、有效的調(diào)平系統(tǒng)。 登高平臺(tái)救援消防車的整車穩(wěn)定性能主要由副車架及支腿組成的支撐系統(tǒng)來保證。因此，對(duì)于調(diào)平系統(tǒng)的調(diào)平精度和調(diào)平的速度以及穩(wěn)定性和可靠性都有一定的要求。登高平臺(tái)救援消防車在工作時(shí)需要 — 個(gè)高精準(zhǔn)的水平平臺(tái)，在其到達(dá)救援目的地后，就必需對(duì)平臺(tái)的水平度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為正式工作做好準(zhǔn)備。模塊化設(shè)計(jì)方法主要適用于批量生產(chǎn)的消防車系列。由于提高了通用化程 度，可使單件小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換成大批量的模塊化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。某些最新技術(shù)可應(yīng)用于模塊中，待試驗(yàn)研究達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定后，即可加到新產(chǎn)品中，取代已有結(jié)構(gòu)。選用不同的模塊進(jìn)行組合，可形成各種不同類型和規(guī)格的通用或?qū)Ｓ孟儡嚒，F(xiàn)代產(chǎn)品 設(shè)計(jì)向有限元優(yōu)化、成本優(yōu)化、系統(tǒng)優(yōu)化等全方位、深層次方向發(fā)展。這種設(shè)計(jì)方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，成為解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題的一種有效方法。 2）優(yōu)化設(shè)計(jì) 由于消防車設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來采用經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)方法，不僅需要花費(fèi)較多的設(shè)計(jì)時(shí)間，而且只限于在少數(shù)幾個(gè)候選方案中進(jìn)行比較分析，同時(shí)選擇的方案也沒有十分精確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來衡量其優(yōu)劣，一般很難得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。反求設(shè)計(jì)是通過實(shí)物或技術(shù)資料對(duì)已有的先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行分析、研究、解剖和試驗(yàn)，了解其參數(shù)、性能、構(gòu)造和功能，掌握其關(guān)鍵技術(shù)、工作機(jī)理和工藝原理，以進(jìn)行仿制、改進(jìn)和發(fā)展創(chuàng)造新產(chǎn)品的一種方法。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 11 設(shè)計(jì)手段滯后極大地影響我國(guó)消防車行業(yè)的發(fā)展。 國(guó)產(chǎn)消防車輛的向以下幾個(gè)方向發(fā)展： ,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)趨于合理 ,生產(chǎn)出消防車輛專用底盤 。 從整體上來說，國(guó)外高端產(chǎn)品無論從功能還是性能上都要高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，要躋身世界舉高消防車的先進(jìn)行列還有很長(zhǎng)一段路要走。在穩(wěn)定性上，如在作業(yè)允許的風(fēng)速上，國(guó)內(nèi)的 DG68 登高平臺(tái)消防車為 14m/s，國(guó)外的則不管作業(yè)高度如何一律為 16m/s。因此，必須對(duì)登高平臺(tái)救援消防車的穩(wěn)定性給予足夠的重視與研討。登高平臺(tái)救援消防車的穩(wěn)定性是用以表述消防車在消防滅火或高空救援狀態(tài)下，抗御整機(jī)傾覆的能力。如果僅僅是為了保證工作狀態(tài)下的穩(wěn)定，選用過大的汽車底盤，加大下車質(zhì)量，在設(shè)計(jì)上是不臺(tái)理的，在經(jīng)濟(jì)上也是不可取的。 2）軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，如窗口界面、軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)的使用等。 3）文檔處理技術(shù)，如文檔制作、編輯及文字處理等。 目前該行業(yè)廣泛應(yīng)用的 CAD 軟件僅限于： 1）圖形處理技術(shù)，如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型及其它圖形輸入輸出技術(shù)。如果某些部分應(yīng)力過大，就焊裝加強(qiáng)板，反之，則認(rèn)為可以進(jìn)行生產(chǎn)。 國(guó)內(nèi) 外 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 我國(guó)消防車生產(chǎn)是在對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，參照汽車起重機(jī)的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)各臂段長(zhǎng)度、臂與臂之間的搭接以及吊臂外露部分，吊臂截面主要通過同行業(yè)經(jīng)驗(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，粗略進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核。國(guó) 際最著名的舉高平臺(tái)車生產(chǎn)廠家 — 芬蘭的波浪濤公司 (BRONTO)生產(chǎn)的 112m 車，是現(xiàn)在世界上額定高度最大的舉高平臺(tái)車，作業(yè)面可達(dá) 37 層高樓。 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)登高平臺(tái)救援消防車的研究較早，且很多國(guó)家也已經(jīng) 取得了很好的成就。 由于以上這些局限，一旦高層建筑發(fā)生火災(zāi)，除了利用現(xiàn)有高層自身滅火設(shè)備之外，很多外部的消防設(shè)備并不足以解決超過 30 米以上的樓層救援。 還有就 是水炮滅火能力的局限，現(xiàn)在的狀況是每分鐘滅火車的水流量限制為 1800 升到 2200 升，使得滅火強(qiáng)度并不理想。首先存在救援高度上的局限 。國(guó)內(nèi)登高平臺(tái)消防車現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn) 88m 的最大工作高度、 25m 的最大工作幅度，創(chuàng)造了世界巨型登高車第三高度。徐工重型新推出的系列產(chǎn)品既充分吸收了國(guó)內(nèi)外同 類車型的亮點(diǎn)，又結(jié)合了我國(guó)消防裝備的需求和發(fā)展趨勢(shì)。主要廠家和產(chǎn)品有：錦州重型機(jī)械有限公司，生產(chǎn)錦重牌： eDQ22 型、 eDz32 型、 eDzso型；上海格拉曼國(guó)際消防裝備有限公司，生產(chǎn)上格牌： DG22 型；上海申龍消防設(shè)備器材有限公司，生產(chǎn)菱箭牌 :KP22 型、 YTSO 型；沈陽(yáng)捷通消防車有限公司，生產(chǎn)金猴牌： DG22 型、 DG51 型、 DG32 型、 DG40 型；沈陽(yáng)消防車廠，生產(chǎn)金猴牌： eDQ24 型、 CDQ228 型、 CDZ32 型、 DG40 型；撫順重型機(jī)械有限公司，生產(chǎn)撫起牌： CDZ20 型、 CDZ25 型、 CDZ32 型、 CDZ40 型、 CJQ25 型、 CJZ30型；蘇州市捷達(dá)消防車輛裝備有限公司，生產(chǎn)蘇捷牌： DG22F 型、 DG 犯型；重慶大江車輛總廠，生產(chǎn)鱉魚牌： KP20 型；徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司，生產(chǎn)徐工牌： CDZ22 型、 CDZ32 型、 CDZ40 型、 DG22 型、 DG24 型、 DG32 型、 DG34型、 DG40 型、 DG53 型、 DG68 型。 自上世紀(jì) 90 年代以后，我國(guó)國(guó)產(chǎn)舉高消防車開始推向市場(chǎng)。 60 多年來 ,國(guó)產(chǎn)消防車行業(yè)經(jīng)歷了引進(jìn)仿制、自主改裝、合資生產(chǎn)到獨(dú)立研發(fā)的過程。加裝支腿之后，在作業(yè)前必須將支腿伸出并調(diào)平。 （ 3）支腿系統(tǒng) 登高平臺(tái)救援消防車在作業(yè)時(shí)臂架容易受到風(fēng)力、重力、噴射反力等作用力的影響而發(fā)生傾覆的危險(xiǎn)。 （ 2）副車架 副車架是登高平臺(tái)救援消防車非常重要的剛結(jié)構(gòu)件，承載著整個(gè)上車的重量。作業(yè)平臺(tái)的放置位置有前置式、中置式和后置式三種形式，應(yīng)該結(jié)合臂架和底盤形式來確定。其 總體 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 14 所示。下車包括汽車底盤、副車架總成、支腿總成、下車消防系統(tǒng)、油泵裝置、應(yīng)急動(dòng)力、下車液壓系統(tǒng)、下車電氣系統(tǒng)等。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 7 5）平臺(tái)上設(shè)有水炮、出水口、探照燈、手動(dòng)工具、火場(chǎng)監(jiān)控器等設(shè)備，整車消防救援能力強(qiáng)，利于火場(chǎng)指揮員從高空平臺(tái)上勘察大面積火災(zāi)的情況。平臺(tái)下部或側(cè)面裝有救援用輔助固定裝置，利于營(yíng)救和轉(zhuǎn)移已傷殘的人員。 3） 上車動(dòng)作既可在轉(zhuǎn)臺(tái)，也可在作業(yè)平臺(tái)中操作完成，設(shè)置功能齊全的多媒體顯示系統(tǒng)，可隨時(shí)顯示整機(jī)的動(dòng)態(tài)工作參數(shù)并進(jìn)行安全控制。 2）為操作人員提供更為安全、適宜的高空作業(yè)位置，便于進(jìn)行救援、排風(fēng)、外部檢修與噴水作業(yè)。 與 其他舉高類消防車相比， 其主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1）登高平臺(tái)車的箱筒型 臂架結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比云梯車的槽型桁架梯架結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)、彎曲能力強(qiáng)，剛性好。 登高平臺(tái)救援消防車 作為 消防車體系中的重要一員， 既 有優(yōu)越的滅火 性能，又有強(qiáng)大的 救援性能，在現(xiàn)代城鎮(zhèn)高層建筑消防救援中發(fā)揮 著 其它消防車無法替代的作用。相對(duì)于直臂式來說，折臂式作業(yè)幅度大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差。 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 圖 11 舉高噴射消防車 圖 12 云梯消防車 圖 13 登高平臺(tái)消防車 舉高消防車 按臂架的結(jié)構(gòu)型式可分為曲臂式舉高消防車、直臂式舉高消防車和組合臂式舉高消防車。云梯消防車 的特點(diǎn) ：主要適用于將消防隊(duì)員安全迅速地運(yùn)到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng) ,撲救高層建筑、高大廠房的火災(zāi) ,營(yíng)救高空被困人員 ,搶救貴重物資等作業(yè)。登高平臺(tái)消防車 的特點(diǎn) ：桿狀液壓臂架和其頂部的載人平臺(tái)和滅火噴射裝置是其標(biāo)志性配置。消防員在地面遙控操作臂架頂端的滅火噴射裝置。 舉高噴射消防車的特點(diǎn)：裝備折迭式或折迭、伸縮組合式臂架、轉(zhuǎn)臺(tái)及滅火裝置，桿狀液壓臂架和其頂部滅火噴射裝置是其標(biāo)志性配置。 舉高消防車按底盤承載能力可分為輕型消防 車、中型消防車和重型消防車。為適應(yīng)這種需要，傳統(tǒng)的單一品種的消防車已從單一的水罐消防車逐步向大功率、高