自走引流式森林风力灭火机的设计与研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henrychen999
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森林作为我国自然资源的重要组成部分之一,森林资源能够通过光合作用对气候条件进行有效调节,能够为我国人民提供适宜居住的良好条件,对解决我国乃至全球范围内的全球变暖和空气污染问题提供了可能,但是,我们近年来森林火灾也是频繁发生,给我国的森林资源乃至人民正常的生产生活带来一系列负面的危害,森林火灾已经成为破坏森林最为严重的灾害。风力灭火作为我国森林灭火防火的主要方式之一,风力灭火机逐渐成为我国森林火灾十分重要的灭火机具,在火灾初期具有良好的灭火效果。当前我国使用的风力灭火机大多以便携式为主,由于灭火时便携式风力灭火机自身的振动以及消防人员长时间参与灭火工作等,这类灭火机相当考验操作人员的体能和耐力,此外,消防人员进入火场存在着很大的安全隐患,因此为了降低操作人员的操作强度、增加安全性与经济性,需要设计一种自走引流式的森林风力灭火机。通过对森林灭火的基本理论进行分析,对森林火灾发生初期时的灭火方式进行讨论,分析出针对森林火灾初期时的火情,风力灭火是最好的方式;然后通过装备总体的设计要求,确定装备总体的结构布局以及工作原理,并对关键部件履带式底盘、推动机架台、叉行机构、变径灭火风筒以及离心风机系统进行总体的结构设计和理论计算,并对相关部件进行选型。通过对引流式结构的基本模型以及基本流场模型进行分析,确定变径灭火风筒以及离心风机的具体结构参数,并利用Fluent流体仿真对圆筒、渐缩筒和渐扩筒三种筒形进行理论分析以及流体仿真,最终选择圆筒作为伸缩式风筒的基本筒形结构。利用Fluent流体仿真对灭火风筒的直径D3、喷嘴位置S0、收敛室的收敛角θ1和喷混面积比η对引流式结构风筒内部的速度场、引流式风筒中心线处的速度分布、混合室出口截面处的速度分布进行流体仿真,并分析这些参数对风筒出风口处风速以及灭火机性能的影响,通过流体仿真对灭火风筒的直径D3、收敛室的收敛角θ1和喷嘴位置S0交互性影响进行研究,最后利用Matlab生成交互性响应曲面,确定最优的引流式结构尺寸参数。对灭火机的整体机架进行静力学分析和模态分析,通过应力、位移以及振型云图来验证本设计的强度、刚度以及稳定性满足设计要求,并对样机进行试制,对样机的性能进行评测。利用Recur Dyn软件对其爬坡和越障性能进行动力学仿真,对样机进行爬坡与越障实验,通过样机与6MF-32便携式风力灭火机灭火功能性的仿真与实验对比,验证本设计的优越性。
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