一种便携式风力灭火机灭火效应试验台结构设计文献综述

 2022-01-09 21:10:10

全文总字数：4747字

关于便携式风力灭火机效应试验台文献综述

摘 要

在我国，便携式风力灭火机是目前森林消防部门和各林业局配备的重要灭火机具，经过30年的推广应用，已经得到了长足发展。便携式风力灭火机是为适合我国林区条件而发展起来的灭火机具。本课题选用便携式风力灭火机为研究对象，基于结构与测试系统一体化的设计理念，设计一种用于检测风力灭火机灭火效应的试验台装置，因此研究一种便携式风力灭火机灭火效应试验台结构设计具有非常重要的意义。

关键词：便携式风力灭火机；试验台装置；森林；火灾

  1. 课题背景

森林火灾是一种突发性强、破坏性大、扑救极为困难的自然灾害，它会给森林带来最有害、具有毁灭性的后果。森林火灾不只是烧毁成片的森林，伤害林内的动物，而且还降低森林的更新能力，引起土壤的贫瘠和破坏森林涵养水源的作用，甚而导致生态环境失去平衡。全世界每年平均发生森林火灾20多万次，烧毁森林面积占全世界森林总面积的1permil;以上。中国现在每年平均发生森林火灾1万多次，烧毁森林几十万至上百万公顷，越占全国森林面积的5permil;- 8permil;【1】。2019到2020年，澳大利亚山火是现代史上最严重的灾难之一。这场大火已致大约30亿只动物死亡。世界野生动物基金会进行的一项新研究表面，野生动植物损失的真实数字比此前预计的要多3倍。共计死亡超过1.43亿只哺乳动物，24.6亿只爬行动物，1.8亿只鸟类和5100万只青蛙。澳大利亚大火已经蔓延4个月，大火遍及澳大利亚6个州，过火面积超590万公顷，严重程度为历史罕见。在扑灭森林火灾时，风力灭火机成为十分重要的灭火机具，也是专业灭火队伍配备的主要灭火机具之一。便携式风力灭火机具有良好的灭火效果，发挥了十分重要的作用。但是目前关于便携式风力灭火机的灭火效应试验台的设计不够完善，对便携式风力灭火机的各项性能指标的检测不够专业，有很大的提升空间，为了实现关于便携式风力灭火机各项性能指标的检测，保障设备合格，森林灭火达到预期效果，此次课题的研究尤其重要。

  1. 国内外研究现状概括
    1. 国内同类研究现状概括

国内在关于便携式风力灭火机的研究与发展从未止步。在便携式风力灭火机的机械结构方面，还需要进行优化。王康[2]提出两个集中优化方面，一是以优化叶轮、蜗壳、蜗舌与风筒为目标的提高气动性能的研究，二是以提高灭火效能为目标在出口气流中加入灭火剂及水雾的气、液固耦合研究。这些采用数学优化模型和数值分析等优化研究的方法，对未来便携式风力灭火机领域的发展提供帮助，促进行业的发展。由于目前市场上便携式风力灭火机大多数都采用离心式风机，为了解决传统离心式风力灭火机灭火工作效率低、出口风量小和有效风速低的问题,褚双磊考虑采用轴流式风机代替离心式风机, 优化便携式风力灭火机的灭火性能。[3]关于褚双磊提出的轴流式灭火机，李宏伟[4]对其进行深一步的理论实验研究，讨论了轴流风力灭火机的设计结构，如单排叶片结构，单级对旋结构，动静单级结构。同时对不同结构形式下的轴流风力灭火机的叶片数量及安装角度对其性能的影响进行了讨论，促进了轴流风力灭火机的进一步发展。

关于便捷式风力灭火机的检测，我国起步较晚。在国家标准中，合格的便携式风力灭火机需要进行以下性能测试，分别是(1)发动机转速及功率测定;(2)风机超转速性能测试;(3)反转测试；(4)整机耐久性测试；(5)出风口风量测试；(6)启动性能测试；(7)一次加油连续工作时间测试；(8)噪声测试；(9)振动测试；(10)连续运转可靠性测试等等。由于国家标准中未对测试条件和测试环境有过明文规定，所以即使有对测试参数和对检测时所用测量仪器精度有规定，便携式风力灭火机的检测很难精准。现实中，由于在各生产商生产的风机没有统一平台，有些采用整体平台，有些采用分部平台分开检测风力灭火机各项参数指标，检测过程中的人为因素不可避免，且参与的越多，对检测结果的影响越大。结合上述情况的讨论，不同的检测平台，精度不高的检测结果并不能在同一水平上评估机具的整体性能。由于目前市面上的便携式风力灭火机(6FM-32,6MF-30，背负式风力灭火机)的发动机形式以单缸，二冲程，强制风冷汽油机为主，为减少整机质量，没有辅助设备优化，使得设备噪音振动处理不当，燃油性欠佳，排出的尾气混合着很多未燃烧的燃油，若不能实现自动化对便携式风力灭火机的检测，对测试人员的身体健康有损害。[5]

    1. 国外同类研究现状概括

在考虑到便携式风力灭火机的振动对人体手臂的影响后，MA W等根据手臂系统的生物动力学特征及在振动过程中人体手臂动态平衡状态，发现在肘部呈90°姿势，可以建立自由度为五的人体手臂机械等效模型，进行关于手臂的力学分析，得出手臂系统的平衡方程式。与此同时，MA W等搭建了标准振动实验平台，用于测量振动加速度，计算振动传递率和驱动点阻抗(Driving-Point Mechanical Impedance,DPMI),通过参数辨识得出模型中各部分参数，为定量评估手传振动提供依据。经过模型计算的振动传递率与便携式风力灭火机实测数据进行比较得出手臂姿势的生物力学模型可以较好地预测生物力学响应。通过手传振动生物力学模型，可以很好地预测便携式风力灭火机设备的振动特性，为便携式风力灭火机的人机工程学评价及振动风险评估提供了一定的参考依据。[6] 将对便携式风力灭火机的振动研究延伸到便携式气动灭火机后，MA W同样发现了便携式气动灭火器的振动特性和具体工作条件的减振功率分布，建立了手臂系统的手传振动生物力学模型，该模型可以作为一种用来预测手臂在便携式气动灭火器操作过程中的振动响应。[7]

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