非标消防训练系统设计

非标消防训练系统设计

李恒 王耕 从雯 张然 郑伟 侯明阳

长春中车轨道车辆有限公司机电装备分公司

摘要 消防训练系统本身在消防工作中占据着比较重要的影响地位，为拓展公司机电业务范围，针对消防系统提出的消防员训练模拟障碍物需求，本文设计了一套消防训练系统，包含4个设备的集成控制。从利用有限元分析搭建机械结构，到电控系统设计及室内布局，不断持续优化，最终形成既能满足使用需求又结构简单稳定的消防训练系统，满足消防员日常训练需求。

关键词 消防系统  非标  结构设计 

1 引言

随着中国经济快速发展，城市化进程不断推进，高楼大厦如雨后春笋般拔地而起[1]，与此同时每家每户室内结构也多种多样，存在消防隐患。为了能够为人民群众的生命及财产安全提供充分保障，我们必须提高消防意识，完善消防相关工作[2]。消防训练设备本身在消防工作中占据着比较重要的影响地位，高度还原实际现场的消防系统能够支持消防人员在工作中更好地进行服务操作[3]。只有不断提升消防救援队伍的救援能力才可以提高救援工作的质量，确保社会生产生活的稳定[4]。

鉴于此，本文从当前消防训练系统现状存在的问题入手，结合当下实际训练需求开展设计工作，设计出了符合需求的消防演练设备。

2 需求背景

当前，消防员进行的多数为室外及体能训练，没有考虑到复杂多变的室内环境且消防训练设备形式单一，往往难已还原实际事故现场的情景，出任务时遇到突发情况，容易存在安全隐患[5]。因此制造消防演练设备尤为重要，它可以模拟真实情况，提高和训练消防员辨别风险的意识及突发问题的处理方式，从而达到训练消防员的目的，只有不断演练，才能打造一支训练有素的消防救援队伍[6]。

基于此，根据需求，本文设计了一套消防训练系统，其中包含吊顶坍塌机构、货架倾倒机构、移动拉门机构及整体电控系统。

3  非标训练系统设计

3.1  吊顶坍塌机构设计

首先需分析室内棚顶结构，以该结构为基础开展设计。棚顶距地面2600mm，按照消防员1850mm分析，天花板塌陷高度设置为500mm，既能达到训练的目的，又能保障安全。

该机构由整体框架，两个安装支架，若干滑轮组，若干直线导轨及滑块，两个钢丝绳拉块，若干3mm钢丝绳，两个配重架，若干减震垫，九块天花板，两个电动推杆，两个推杆安装支架，两个行程开关，两个失电型电磁铁吸盘组成，如图1所示。整体框架采用膨胀螺栓吊装到室内棚顶及承重梁上，保证设备牢固可靠；两个安装支架与整体框架采用法兰连接，拆装灵活，可到现场进行组装；将若干滑轮、直线导轨及滑块经过计算，合理的布置到安装支架上；将钢丝绳拉块与滑块连接，在钢丝绳拉块上布置失电型电磁铁，再将若干钢丝绳的一端与拉块相连，另一端与坠落的配重架相连接；在直线导轨末端安装减震垫，减震垫设计成较厚圆柱体，增大缓冲的力量，起到坠落过程中钢丝绳拉块与安装支架之间的保护作用；9块天花板布置在整体框架底面，其中有3块与配重架连接，通过钢丝绳及直线导轨移动来模拟天花板坠落；将推杆安装支架布置到整体框架上，电动推杆布置到推杆支架上，在移动导轨起点与终点端分别布置一个行程开关。

图1 吊顶坍塌机构示意图

该机构的工作原理：当设备未同电时，电动推杆处于收缩状态，通过失电型电磁铁吸盘吸住电动推杆，保持设备静止状态；当失电型电磁铁吸盘通电，其磁性消失，依靠配重块及天花板自身重力，通过3mm钢丝绳、安装到安装支架上的滑轮及钢丝绳拉块带动滑块在直线导轨上滑动实现接近自由落体运动，直至撞到减震垫上停止，并碰到行程开关，给控制器一个信号反馈，完成模拟天花板坠落情形；当电动推杆通电，伸出推杆接触到通电的失电型电磁铁吸盘，此时失电型电磁铁吸盘具有磁性吸住推杆，再将电动推杆收缩，带动其运行机构，最终实现设备复位功能。

3.2  货架倾倒机构设计

依据安装场地空间，设计货柜外形尺寸为（长×宽×高）1800mm×450mm×1800mm；倾倒时最大倾斜角度与地面夹角成70°；既能保障空间布局合理，又能满足消防员从底部训练穿过。

该机构整体一共由三个货柜（倾倒货架和固定货架两种）、两个电动推杆、围挡及若干配件组成。每个货柜要有3个隔板，分4层格；中间货柜固定，两边货柜可通过电控进行倾斜并接触到中间货柜，倾斜后可自动复位；两边货柜倾倒接触部位应考虑铺设橡胶垫，防止磕碰变形。货架倾倒机构整体设计如图2所示。

图2 货柜倾倒机构示意图

该机构的工作原理：当设备静止时，三个货柜竖直平行；通过控制按钮，电动推杆伸出，推动两边货柜绕着转轴向中间货柜倾斜，倾斜角度与底面夹角成70°并与橡胶减震垫接触；演练结束后再通过按钮将电推杆收回，实现设备复位功能。

3.3  移动拉门机构设计

移动拉门机构有2个，除了外形尺寸不同，其它都相同（使用原理、实现功能等），以下只介绍其中一种。

根据移动拉门安装位置，将拉门高度设计成2.3m，一侧没有固定墙面，因此设计成通长可调节立柱，方便固定该设备，并保障整体结构的稳定性。

该机构整体结构由门框、移门组成、门移动机构组成及立柱等组成。整体设计成有两扇门板的移动拉门，左侧门板可以向右开，右侧门板可以向左开，运行平稳且互不影响；门扇上下都需要有滑道，保证拉门整体平稳、牢固；门扇分两层，需安装防护网；移动拉门机构整体设计如图3所示。

图3 移动拉门机构示意图

该机构的工作原理：当设备静止时，门处于关闭状态；当按下左侧门移动按钮，电机带动直线导轨将左侧门扇打开，同理可打开右侧门扇；当按下左侧门关闭按钮，电机带动直线导轨将左侧门扇关闭，同理可关闭右侧门扇。

3.4  非标系统整体电控设计

依据上述设备需求，开展电路设计，所有继电器均用G2R-2-SNDI，24VDC，具体设计如图4所示。

图4 整体电控设计图

4  设备安装及操作方式

4.1 安装场地布局

以上设计的非标训练设备及控制柜安装平面图如图5。每个机构单独布置在一个房间，整体需要进行布线规划及设备安装。

图5 设备安装布局图

4.2 综合控制柜操控

设备安装完成后，可通过综合控制柜的电控按钮进行设备运行控制。综合控制柜如图9所示。

（1）吊顶设备控制在第一排按钮，分单块铝板和双块铝板两部分。当向左拨动单块铝板按钮，单块铝板坠落，指示灯亮起，再向右拨动，设备复位，指示灯熄灭；双块铝板操作同理。

图6 吊顶实物图

（2）两个移动拉门设备控制在第二、三排按钮，控制原理相同。每个拉门分左右两扇移门，当向左拨动左扇移门按钮，左扇移门打开，指示灯亮起，再向右拨动，移门关闭；右扇移门操作同理。

图7 拉门实物图

（3）货柜倾倒设备控制在第四排按钮，分左右两侧货柜。当向左拨动左侧货柜按钮，左侧货柜倾倒，指示灯亮起，再向右拨动，设备复位，指示灯熄灭；右侧货柜操作同理。

图8 货柜实物图

图9 综合控制柜实物图

5  结论

本文设计了一种非标消防训练系统，其功能多样，结构稳定，现已进入使用阶段，能够模拟接近真实救援现场，满足消防人员日常训练需求。

参  考  文  献

[1]王硕.高层建筑火灾特点与灭火救援技术［J］.中国科技信息， 2022（6）：55-56.

[2]徐鹏凯. 一种无人机和无人车结合的高层建筑消防装备的设计[J].科技与创新, 2023（02）: 65-67+71.

[3]敖蕾. 刍议消防设备监督管理在消防工作中的重要性[J]. 中国设备工程，2023, 516(02):155-157.

[4]黄玉垚, 高宏. 智慧消防体系发展现状及趋势研究[J]. 中国应急管理, 2023, 193(01):48-51.

[5]姜在明. 消防救援队伍灭火设备及救援能力提升的路径选择[J].中国设备工程, 2023, 515(01):256-258.

[6]刘崇. 消防设备的维护与安全问题探究[J]. 中国设备工程, 2022, 513(24):36-38.

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