摘要：通过与传统森林灭火水枪进行对比，从喷水结构、体力损耗、水利用率三个方面进行分析，提出了新的设计思路，设计出一种新型单兵森林灭火水枪。该水枪主要用于清理余火和火烧迹地。

    关键词：单兵水枪；余火清理；节水；省力

    目前，各大林区所使用的以水灭火单兵装备，主要为往复式灭火水枪，其打水方式为往复推拉水枪柱塞，单次或连续喷水^[1]，主要应用于轻度火扑救或火场清理中，具有扑灭效果好、携带方便、环保无污染、购置价格和使用成本低等特点^[2]。然而，如果需要实现持续喷水，必须不停地进行手动推打，长时间工作，会消耗扑火队员大量的体力，导致射程减少、扑火效率降低。并且，由于打水方式的原因，前后手柄作用力不均匀，会出现枪头喷水不稳、浪费水等问题，这也直接影响到了灭火效率。针对目前使用的单兵灭火水枪存在的弊端，研制了一种新型单兵森林灭火水枪。

    1 单兵森林灭火水枪发展概况及存在的问题

    目前，我国森林防火单兵灭火水枪主要分为普通灭火水枪和储能式灭火水枪2种。普通灭火水枪是通过手动往复推拉操作，实现间断式喷水的单兵以水灭火工具，其盛水容器为背负式水箱或水袋^[3-4]。根据行业标准《LY／T 1388—1999森林灭火手泵》的规定，它包括盛水容器和水枪两大主要组成部分。工作时，单人往复拉动手泵内筒，可实现间断式喷水灭火。

    储能式森林灭火水枪，根据林业行业标准《LY／T 2081—2012便携式储能灭火水枪》的定义，是通过手动往复操作，实现连续喷水灭火的便携式机具，其盛水容器为背负式水箱或水袋。与普通森林灭火水枪的不同之处在于，储能式森林灭火水枪在整个往复推拉过程中能够实现连续喷水，即压缩和拉伸柱塞，均能够进行喷水，但摩擦阻力相对较大，长时间操作易疲劳^[5]。

    1.1 喷水结构简单

    目前，市场上广泛应用的这2种灭火水枪，其喷水原理基本一致，操作者通过推拉水枪前后手柄，进而压缩和拉伸水枪柱塞，通过压缩的方式将水从枪体中射出^[6]。

    这类水枪主要是“即打即用”，推打产生的气压只在枪体内部短暂储存，目的是为了将水打远一些，一旦动作停止，喷水即行停止^[7]。通过对类似产品的测试还发现，长时间往复打水，会出现打水费力、枪体漏水等现象。经过多年的应用实践，一些灭火水枪主要在打水方式上进行了改进摸索：一是借助化学能和机械能，借助外力进行打水。这种方法虽然节省人力，但在引人其他动力推进的同时，在水枪的保养、维修、更换机件等方面的花费将大大增加。另一种改进，是通过改变水箱和水枪的机械结构，利用简单的物理原理，合理分配能量，解决以上问题。

    1.2 体力损耗较大

    我国现在所使用的2种单兵灭火水枪，如果要保证水的持续输出，操作者必须不停推拉水枪的前后手柄进行加压^[8]。根据人体工程学原理，操作者在水平方向需要不断收缩和拉伸肱二头肌和背阔肌，这种打水方式比较消耗体力，在长时间重复操作后，操作者会因为肌肉酸痛不得不休息，客观上影响了扑火作战的最佳时机^[10]。

    1.3 水利用率低

    根据2种水枪喷射方式的特点，其基本射程均应大于10m^[9]。然而在实际应用中，会有很多水在打火作业中被浪费掉，本课题在预研过程中，利用“多功能水枪检测试验台”^[11]，以45次／min的速度进行喷水，测试了水流覆盖区域(图1)。

    A．非目标覆盖区域；B．目标覆盖区域；C．所有覆盖区域

图 1 灭火水枪射流覆盖面积示意图

    测试结果显示，在水流覆盖区域中，目标覆盖区域要远小于非目标覆盖区域，63％以上的水都浪费在了非目标区。同时，储能式灭火水枪往复推拉连续出水，其水利用率更低。如果要减少水源的浪费，操作者还需要更加靠近可燃物才能够实现。

    2 新型单兵森林灭火水枪

    2.1 设计思路

    新型单兵森林灭火水枪的设计，采用了“提前储压”的新思路，简单有效地利用整个打火过程，不仅合理分配了打水消耗的体力，而且可根据扑火队伍的人数，将队伍分组，根据火势发展，轮流实施扑火作业。扑火队员可以在奔赴火场的途中进行储能，边走边推压，可停可起，缓慢灵活地将气压储存在不锈钢水箱中。当到达指定地点后，扑火队员即可打开水枪喷水控制按钮，利用事先已经储存好的能量，将水一次性地喷射出去，快速有效地对中小强度林火和地下火实施扑救。其下压式手动储压方式的设计，最大程度地利用了人体习惯用力的方式，即手臂沿垂直于地面方向，向下推压。加压结构内置在水箱中，避免了泄压、漏水等状况的发生。水枪喷水控制结构的设计，使气压得以慢慢释放，获得持续的喷水效果；还可根据扑火要求，选择进行点式喷水或持续喷水，提高了用水效率，节约水源。

    2.2 性能特点和创新点

    2.2.1 节省体力

    新型单兵灭火水枪设计为储能器加压杆，可以按照使用者习惯任意设置在左右两侧。将盛水容器背好，拉进固定带后，通过垂直向下推压加压杆，将压缩空气储存在储能器中。这种推压方式利用了臂膀的杠杆原理，符合人体用力习惯，大幅度节省了使用者的体力。扑火队员在到达火场之前或上山打火途中，即可进行手动打压储存能量，到达火场后，便直接可将水喷射出去。不仅合理分配了体力，而且提高了扑火队员持续作战的能力。

    2.2.2 射流可控

    新型水枪射流控制开关设计在手柄部位，可根据火场情况，采取点式喷水或连续喷水，节省了不必要的浪费，提高用水效率。

    2.2.3 枪头拨针设计

    在加长枪杆部位，设置了一个拨针，使用时可不必弯腰，就能够剥离地表可燃物或覆盖物(图2)，将水直接喷淋在可燃物表面，再次提高了水的利用率。

图 2 水枪喷头拨针

    3 结 语

    本研究设计的新型单兵森林灭火水枪，具有节约用水、节省操作者体力、水利用率高和安全环保等特点，不但可以扑灭林火，还可以滋养火烧迹地，帮助土壤恢复养分，提高森林的自身修复能力。与传统水枪打水方式不同，它不仅可以优化扑火队员的体力分配，减少水资源浪费，而且相比较其他化学、机械动力，没有二次污染和更换药剂、汽油等方面的浪费，节省经费，经济环保。

参 考 文 献

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    第1作者简介：于文男(1983一)，男，助理研究员，研究方向：森林防火装备及森林防火理论。