基于人机工程学的背负式细水雾灭火装置设计_丁菲菲
基于人机工程学的背负式细水雾灭火装置设计
经过三次喷射测量喷射距离，取其均值（表，最后确定本背负式细水雾 灭火装置的射程为，基本符合了装置的设计要求。
表射程的测量
试验次数喷射距离（
第次喷射
第次喷射
第次喷射
雾化角测量
雾化角的测量也在室内进行，采取与前面测试试验一样的喷射器放置方式， 待喷射稳定后，用数码相机采集照片，通过照片观测雾化角。相机采用三角架固 定，并且尽量保证与喷头轴心线平行。镜头距喷嘴中心线距离大约，取景 中心沿喷嘴轴心线距喷嘴距离约。
装置启动喷雾，待喷射稳定后，进行拍摄。选取细水雾清晰的照片沿喷雾的 轮廓线划线，标出其夹角，取三张照片夹角的平均值，（如图，最后确定本 背负式细水雾灭火装置的雾化角为°，达到了本背负式细水雾灭火装置的 设计要求。
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照片照片照片
图雾化角的测量
灭火试验
试验均在室内进行，参考《脉冲气压喷雾水枪通用技术条件》
进行设计。
类火灭火试验模型由纸张、泡沫塑料等固体物质堆放在金属凝箕内构成。
纸张干燥，边缘用塑料块压住在，以防止试验时被灭火剂冲散。纸张与泡沫塑料 间隔均匀，且实验模型内部略微腾空，以便进行完全燃烧。引燃纸张与塑料，并 预燃大约，待燃烧稳定时开始灭火。灭火从试验模型正面，距离不小于
第五章背负式细水雾灭火装置试验设计
处开始喷射。然后移动位置向模型顶部、底部、侧面等各个方向喷射。 喷雾灭火幵始后火势得到了有效的控制，后完全媳灭。火焰熄灭后
内没有可见的火焰，即为灭火成功。按照要求，灭火试验进行三次，其中三次灭 火试验均成功，因此，该背负式细水雾灭火装置达到了类火灭火级别。 多’隱：丨
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预燃，待燃烧稳定（开始灭火
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后火势得到控制（后完全媳灭
图灭火实验
类火灭火试验模型由汽油绕盖在金属凝宾内的纸张构成。汽油需浸湿
纸张，以防止试验时被灭火剂冲散。用纸张引燃整个实验模型，预燃大约， 燃烧达到稳定状态，开启灭火装置进行灭火。灭火从试验模型正面，距离不小于 处开始喷射。然后移动位置向模型顶部、底部、侧面等各个方向喷射。 喷雾灭火幵始后火势得到了有效的控制，后完全熄灭。火焰媳灭后
内没有可见的火焰，即为灭火成功。按照要求，灭火试验进行三次，其中 三次灭火试验均成功，但耗费时间较类火灭火试验长，因此，此背负式细水 基于人机工程学的背负式细水雾灭火装置设计
雾灭火装置也能扑灭部分类火火灾。
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预燃，待燃烧稳定（开始灭火
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后火势得到控制（后媳灭
图灭火实验
基于主观感觉的喷射器舒适性评价
对喷射器的设计进行初步评价。选取握把、扳机、手托三个主要结构，从握 把形状、握把尺寸、扳机位置、扳机孔尺寸、手托形状、手托与握把之间的距离 个方面进行考察。其中握把形状的考察主要选择对相应手部虎口和指尖两个位 置的舒适度进行评价，评价结果分舒适与不舒适两种；握把尺寸分截面大小和长 度两项，评价结果有三种，分别为过大、合适、过小和过长、合适、过短；扳机 位置主要指与握把之间的横向距离和与握把之间的纵向距离，评价结果也有三 种，分别为过近、合适、过远和过高、合适、过低；对扳机孔尺寸的评价有三种 结果，分别为过大、合适、过小；手托形状舒适度的评价，结果分舒适与不舒适 两种；手托与握把之间距离的评价，分为过近、合适、过远三种。
试验由五位体型正常的男性参加，根据其主观感觉，对喷射器的舒适性进行
背负式细水雾灭火装置试验设计
喷射性能试验
参考《脉冲气压喷雾水枪通用技术条件》进行试验设计。试验
在室内地面干燥的情况下进行，无风或者风速不大于。
将喷射器置于离地面约的搁架上，顺风向布置，调整喷射器轴线与水平 线的夹角（仰角）至°左右，同时使喷嘴出口中心点离地面的高度约，
如图。
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图喷射器的位置
扣动喷射器扳机，水粟启动后，向背负式细水雾灭火装置的管道充水，待少 量水从喷射器出口的喷嘴喷出时，表明装置内部管路已充满。待喷射稳定后，松 幵板机，使行程幵关复位，装置停止喷射，然后进行喷雾射程的测量。记喷嘴出 口端中心在地面上的垂直投影点为，喷射水雾散落密集处中心为，点与 点之间的水平距离，即为背负式细水雾灭火装置的射程，如图。
图射程的测量
第五章背负式细水雾灭火装置试验设计
评价描述。
测试者一：身高：体重
测试者二：身高：，体重
测试者三：身高：体重
测试者四：身高：，休重
测试者五：身高：体重
测试者评价描述结果见表格。
表喷射器设计评价表
测试者一测试者二测试者三测试者四测试者五
不舒适不舒适
握把形状
指尖舒适舒适舒适舒适舒适
截面大小合适过大合适合适合适
握把尺寸
长度合适过短合适过短合适
与握把之间横向离合适±合适合适
板机位置
与握把之间纵向距离过低合适过高合适合适
板机孔尺寸过大合适合适过大过大
手托形状不舒适舒适舒适不舒适不舒适
手托与握把之间的距离过近合适过近合适过近
结果显示，在试验测试的九个项目中，五位测试者主观感觉最舒适的是握把 与指尖接触的位置其次为虎口位置，而手托形状的测试结果不舒适出现了三次， 超过了一半。由此我们可以认为握把形状的设计基本符合了人体工程学的要求， 虎口位置的形态可以进一步研究进行改善；手托的形状不符合人体工程学，需要 更改设计。对于各部位的尺寸设计，表格显示扳机孔的尺寸过大，手托与握把之 间的距离过近；握把的尺寸可能会稍偏短，扳机与握把之间横向距离可能会稍嫌 近，其他均基本符合了人体工程学的设计要求，但也值得进行进一步研究，以找 出更适合人使用的产品设计的尺寸数据。
本章小结
完成背负式细水雾灭火装置的试验设计，并进行了喷射性能试验，得到装置 的喷射距离约为，雾化角为°。通过灭火实验，测得本装置能有效扑灭
类火火灾，并对类火火灾也有一定的抑制作用。另外，对喷射器的使用做了 基于主观感觉的评价。由于模型制作周期较长，成本较高，难以加工出拥有复杂 曲面的一体式背负水箱，因此，本章的喷射性能试验和灭火实验均釆用相等容积 的水桶代替。
基于人机工程学的背负式细水雾灭火装置设计
第六章总结与展望
第六章总结与展望
工作总结
随着人类环保意识的增强，细水雾灭火技术凭借其环保高效、适用性强、灭 火效果好等优势成为替代哈龙灭火系统的先进灭火技术之一。本文对细水雾灭火 技术进行了研究，幵发了一款新型的背负式细水雾灭火装置，对推动细水雾灭火 技术在我国的运用和发展具有十分重要的意义。本文主要的研究工作如下： 结合目前细水雾技术的研究现状及发展趋势，对细水雾灭火系统进行
分析，研究细水雾灭火装置的工作原理和系统组成，以及喷嘴雾化原理。在此基 础上，确定了本装置的喷嘴结构，提出了背负式细水雾灭火装置的总体设计方案， 对其系统组成和工作过程作了简要描述。
对人机工程学与产品设计的关系进行研究，包括人体生理构造对产品
形态的影响，人体尺寸数据在产品结构设计中的运用等；通过对装置的人机功效 分析和对人的作业姿态评价，研究人体关节活动与产品结构关系。在此基础上完 成了背负式细水雾灭火装置喷射器的设计。
总结了背负装置的设计要求，结合人的生理特点分别研究了脊柱、躯
干尺寸以及背长与背负系统的关系，借鉴登山包的设计原理，完成了一体式背负 水箱的结构设计。可调式的背负系统可满足不同使用者的需求，提高工作效率； 合理的支撑装置能够缓解一体式背负水箱对人体背部的压力；基于人机工程学的
曲面背负软垫设计，满足了使甩者的舒适性要求。
参照《脉冲气压喷雾水枪通用技术条件》和《消防水枪
对设计方案进行喷射性能试验及灭火实验，测量装置的喷射距
离和雾化角，并对喷射器的使用舒适性做了主观评价。
工作展望
细水雾灭火技术是涉及流体力学、热能工程、液压技术、安全技术、仿真模 拟等多种学科的交叉科学。而背负式细水雾灭火装置的设计研发又涉及了人体结 构、人体运动等学科以及生物力学数据、人体测量数据等的运用，本文在这里只 是做了一些初浅的探索，今后可幵展的工作有：
本文只是设计出结构参数不同的单喷嘴喷头，要使设计的喷嘴能够达
到高标准的雾化，必须对喷嘴的结构及雾化原理进行进一步的分析，使喷嘴的理 论设计更完善，适用于更广泛的灭火需求。因此，深入而全面的幵展水的雾化机 理的研究，进行喷嘴的优化设计，是提高细水雾灭火装置灭火性能的关键。 本文研究的人体模型是经过全身骨骼的一系列简化得到的，并且未考
虑人体神经和肌肉力本身的性质对作业姿态的影响，无法精确描述人体关节载荷 基于人机工程学的背负式细水雾灭火装置设计
的真实值，仅可以反映在姿势变换下的一些变化规律。因此，结合人体解剖学、 人体生物力学等学科知识，建立完整的人体模型，精确模拟出神经肌肉骨骼系 统的作用，应是未来研究的重点之一。
对背负式细水雾灭火装置性能进行全面的测试与评估。形成并完善一
套有效的测试与评估体系，提供一个可靠的验收参考，对装置今后的改良提供设 计指导等。