消防车辆在山区道路的热衰退和动力性能测试

来源：SCI期刊网 分类：电子论文 时间：2022-05-09 09:57 热度：

　　摘 要：为今后消防救援车辆的选型更科学、更合理，漳州市消防支队接受消防救援车辆山区道路适应性测试的任务。经过查阅支队所属消防救援车辆技术档案，实地调查车型车况，选定五种典型车型各一辆为测试车辆。经过实地考查，选定一条连续下坡10 km的测试路段。根据任务的目的，选定制动器热衰退和动力性能为测试对象，通过测试车辆连续下坡后制动器温度变化，对制动距离的影响反映制动器热衰退性能，通过测试车辆上坡200 m所需的时间，反映车辆的动力性能。在测试中比较盘式制动器、鼓式制动器和排气制动装置对制动器温度变化和制动距离的影响，提出车辆选型配置建议。

　　关键词：消防车辆;连续下坡;制动器温度;排气制动装置;制动距离;上坡速度

　　消防救援车辆是消防救援工作的重要装备，其性能的优劣对出勤效率和救援抢险及时性影响巨大。我国是个多山国家，山区道路的特点是山高、坡陡、路窄、弯急、视线不佳,冬季冰雪路,秋季山雾路,夏季雨天泥泞路,汛期塌方多，这些特点使车辆在山区道路行驶的难度和危险性增加，限制车辆性能的发挥，消防救援车辆同样也受到影响。国产和国外品牌的消防救援车辆均由符合国家标准《机动车运行安全技术条件》的货车改装制造而成的，即利用市场上现有的合格货车整车的基础上，在车厢的位置改装相应的消防救援装备，没有针对消防救援的工作性质和工作特点进行专门的车辆行驶性能的设计。随着我国的经济快速发展和技术进步，对救援抢险出警时间提出更高的要求，部分消防救援车辆的使用性能不能适应这一要求，特别是长期在山区使用的消防救援车辆矛盾更加突出。针对这一情况，2019 年 4 月，国务院应急管理部消防救援局选定福建省等五省市消防总队为试点单位，试点单位利用现有的消防救援车辆在各自的行政区域进行山区道路适应性测试，比较不同车型的性能差异，提出合理的车型和配置建议，为今后山区消防救援站车辆配备提供技术依据。

　　福建省消防总队指定漳州消防支队平和大队和三明消防支队将乐大队分头进行测试工作。为了更好地完成测试任务，漳州消防支队与漳州职业技术学院联系，邀请汽车工程学院的教师参与测试工作，学校指派作者配合此次消防救援车辆的山区道路测试。在接受任务后，漳州消防支队成立了以作者为技术指导，以及装备科人员、战训科人员和部分基层业务骨干的测试小组，经过全市消防救援车辆技术档案查阅，车型车况实地调查，测试车型和测试参数选定，平和县山区道路实地考查和测试路段选定，测试条件设定，最后，对选定测试车辆进行制动热衰退性和上坡速度进行实地测试，分析各车型测试结果，比较不同结构类型和配置的优劣，并提出车型配置建议，完成分配的测试任务。

　　1 测试性能的选定

　　现代汽车是一种集合机电液的复杂装置，其性能包括动力性、经济性、安全性、舒适性和环保性等五大方面，具体可反映汽车性能的参数有几十项。现有消防车辆均为商务部公告的商用汽车改装而成的特种车，车辆的行驶性能均符合 GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》等国家相关标准的技术要求[1] 。明确此次测试任务的目的是，考察现有在用的消防救援车辆在山区道路行驶的适应性，发现行驶性能短板，为今后山区消防救援站车辆配备提供技术依据，因此，确定此次测试的车辆性能的方向：GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》没有明确要求的性能;车辆在山区道路与在平原道路行驶会产生较大差异的性能;车辆的结构类型不同或配置不同时会产生较大差异的性能。

　　制动效能是汽车关系行车安全的性能，它是由制动器提供的，商用车辆的制动器采用摩擦式制动器[2] 。在下长坡连续制动时，制动器因摩擦副的相互摩擦温度会上升，将使制动器的摩擦力下降，这是制动器的热衰退现象[3] 。汽车摩擦式制动器主要有盘式制动器和鼓式制动器两种类型，相同直径的鼓式制动器的制动力大于盘式制动器，但是，盘式制动器的摩擦副敞开在大气中，散热性较好，而鼓式制动器的摩擦副包裹在相对密闭的空间，散热性较差。因此，平和山区道路对消防救援车辆制动器的热衰退影响程度应该是此次测试的重点。有些中、大型货车为减小制动器热衰退的负面影响，配置发动机排气制动或缓速器等辅助制动装置，辅助制动装置开启时可与制动踏板联动提供行驶阻力，因此，还要测试辅助制动装置对热衰退的影响。

　　为适应不同用户的需求，同一系列的车辆配置不同功率的发动机。发动机是车辆的动力装置，配置不同影响整车的动力性能，进而影响消防救援车辆的出勤效率，因此，整车的动力性也是此次测试的重点。

　　2 测试方法的选定

　　虽然最新版 GB12676-2014《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》规定了Ⅰ型试验(衰退试验)和Ⅱ型试验(下坡工况试验)的试验要求，但是，这两种试验是在规定的道路、车速、制动次数和制动循环周期等条件下进行的，该标准是车辆定型试验标准，不符合此次实际道路适应性的目的，标准也没有给出制动效能热衰退的具体要求[4] 。GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》也没有给出制动效能热衰退的具体检测方法和要求[1] 。制动效能热衰退的成因决定无法直接测试得到结果，此次测试将通过比较制动器在常温下和连续下坡后车辆制动距离的差异，判别实际道路的制动效能热衰退程度。具体方法是：首先，车辆制动器在常温下，在平直路段测试一定车速下紧急制动的制动距离;其次，车辆开启排气制动功能，在测试路段以正常出勤的速度连续下坡后，检测前后轴制动器(制动盘或制动鼓)的温度，并立即在平直路段测试一定车速下紧急制动的制动距离;最后，车辆关闭排气制动功能，在测试路段连续行驶下坡后，检测前后轴制动器的温度，并立即在平直路段测试一定车速下紧急制动的制动距离。测试制动效能热衰退的参数见表 1。

　　汽车动力性的评价指标有最高车速、加速性能和爬坡能力。最高车速和加速性能的标准测试道路是要求水平良好的混凝土或沥青路面，不符合此次特定测试的道路要求。爬坡能力的标准测试是在良好的路面上等速行驶能克服的最大纵向坡度，重点考察爬坡的能力而不考察爬坡的速度，也不符合此次测试目的[5] 。因此，此次动力性的测试将通过车辆从初速为 0，加速通过特定上坡路段所需的时间，实际反映车辆的爬坡性能。测试整车动力性能的参数见表 1。

　　3 车型调查与测试选型

　　经调阅全市消防救援车辆档案和走访全市各区县消防大队，全市主要的消防救援车辆有压缩空气泡沫车、高层供水车、水罐车、泡沫消防车和抢险救援车五种专业功能车型。车辆品牌涉及德国曼、德国奔驰、美国豪士科、国产重汽豪沃、国产合资五十铃和国产东风，个别专业功能相同的车型有两种或三种不同的发动机和底盘配置，制动器的形式有前后盘式(前后轴四轮制动器均为盘式制动器的简称，后同)、前盘后鼓式和前后鼓式，多数车型配置发动机排气制动装置的制动辅助装置。

　　由于全市消防救援车辆数量较多，为了既能达到测试目的，又能减少因测试造成测试路段交通拥堵，选择测试车辆时综合考虑配置的典型性、代表性和良好的性能口碑，最终选择的测试车型见表 2。

　　4 测试路段的选定

　　平和县地处山区，除县政府所在地小溪镇地势较平坦外，全县道路以盘山道路为主，大部分道路是双向两车道，路基宽度不足 1 m。为了找到既能体现平和县境内山区道路坡陡坡长普遍性特点，又能确保测试安全的路段，测试小组实地考察辖区内道路情况，最终选定省道 S207 从霞寨镇小坪村至小溪镇旧楼村为测试路段。该路段的特点是：道路全程为水泥路面，双向两车道，路基较宽(多数路段达 1.5 m)，从小坪村开始连续下坡约 10 km 至旧楼村结束，霞寨镇海拔在 400～600 m 之间，小溪镇海拔为 40 m，起终点落差约 500 m，道路平均坡度约 5%，下坡终点后有一段约 1.5 km、双向四车道、平直无视觉障碍的路段。因此，可利用该路段连续下坡测试制动器温度在连续制动后的变化，平直四车道路段(视线良好方便警戒)测试制动距离，还可利用途中长汀村一段长度约 300 m、坡度约 4% 的平直路段测试车辆自由加速时间。

　　5 测试前准备

　　5.1 测试工具

　　红外线测温仪一把、50 m皮尺一只、电子秒表一只、便携式测速仪一台(交警外协)、警戒锥桶若干。

　　5.2 车辆准备

　　选定测试的车辆均上机动车安全性能检测线检测合格。

　　5.3 测试技术要求

　　为了能够更真实地反映测试车型的常态工作性能，下坡路段不封闭，测试车辆与社会车辆混同行驶。每次紧急制动测试的车辆初速要求为 60 km/h(此车速为出警时常见的速度),误差不超过 2 km/h, 车速数值以测速仪为准，若初速超差，重新测试。

　　5.4 测试驾驶员挑选与培训

　　为尽量减小人为误差，所有测试车辆的紧急制动和自由加速时间测试均要求同一个驾驶员操作。最终选定一名具有五年驾龄，熟悉所有测试车型驾驶的驾驶员为此次测试的操作员，并到选定测试路段模拟测试，熟悉测试技术要求。

　　6 测试过程

　　6.1 制动系统测试

　　在旧楼村长坡结束路面设立下坡终点和紧急制动测试起点，并封闭两车道为紧急制动测试车道。

　　测试车辆均按标准装载。从小溪中队到达旧楼村(路程约 10 km)的紧急制动测试起点，测试各个制动器的温度，然后以 60 km/h 速度分别在排气制动开启和关闭两种情况下紧急制动，测量两次的制动距离。

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　　制动器常温下紧急制动测试完成后，测试车辆驶到小坪村出发点，分别以全程开启和关闭排气制动装置，以正常出勤的速度驶回旧楼村的制动测试起点。到达制动测试起点后，立即测试各个制动器温度，并再次测试 60 km/h 速度下的紧急制动距离。

　　总质量 38 000 kg 的水罐消防车在下坡行驶时先采用关闭排气制动功能的测试，行驶制动过程中左前制动器温度高至冒烟，立即中止测试，因为进一步测试有引燃轮胎的危险，此时左前制动摩擦片表面碳化的可能性较大，测试紧急制动有跑偏的危险，但这一异常现象已说明该车型山区道路适应性较差。测试结果如表 3 所示。

　　6.2 上坡自由加速测试

　　在长汀村 300 m 平直上坡路段选取 200 m，测试车辆从起点由起步开始自由加速上坡行驶，测量车辆由起点到终点行驶时间。测试结果如表 4 所示。

　　7 数据比较与分析

　　7.1 制动器热衰退性

　　7.1.1 制动器的温度变化

　　如图 1 所示，测试车辆从驻地到测试地点是约 10 km 的平顺道路,车辆在行驶过程中会使用行车制动，因此制动器会有一定的升温，除了国产豪沃后两轮制动器温度接近 100 ℃外,其它制动器温度均在 50 ℃左右。

　　下长坡后，各车型的制动器温度均有较大幅度升高，说明在下长坡过程中，制动器的使用频度和强度增加所致。全程关闭排气制动装置的制动器温度比全程开启的温度高出 100 ℃左右，说明排气制动装置在下长坡时辅助制动作用明显。多数鼓式制动器的温度升幅大于盘式制动器，而且在全程关闭排气制动装置时温度均达到 300 ℃以上，个别制动器温度超过 400 ℃,甚至冒烟。——论文作者：陈东生

文章名称：消防车辆在山区道路的热衰退和动力性能测试

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