一款新型警用淋浴車(chē)的設(shè)計(jì)

周志鵬 李碩

摘要：介紹了一款新型警用淋浴車(chē)的開(kāi)發(fā)背景、整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其技術(shù)參數(shù)，分析了淋浴車(chē)的主要技術(shù)特點(diǎn)。重點(diǎn)分析了淋浴車(chē)上裝各了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過(guò)程及重要零部件的技術(shù)指標(biāo)。該警用淋浴車(chē)集自取水、過(guò)濾凈化、消毒水質(zhì)、供電、照明等功能于—體，功能強(qiáng)大，使用方便，能夠滿足救災(zāi)人員的淋浴需求。

關(guān)鍵詞：警用淋浴車(chē) 沐浴方艙 發(fā)電機(jī)組 熱水器

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.6⁺、93.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-0226（2017）09-0080-05

1前言

中國(guó)地域遼闊，幾乎每年均有較大的自然災(zāi)害出現(xiàn)，例如2016年武漢洪水、還有眾所周知的汶川地震等。由于地震的破壞，當(dāng)?shù)厮次廴緡?yán)重。為做好抗震救災(zāi)人員的后勤保障工作，讓其在工作勞累之余，有一個(gè)較好的沐浴環(huán)境，迅速消除疲勞，恢復(fù)體力，更好地繼續(xù)投入到抗震救災(zāi)的工作巾去，特研發(fā)了一款能供救災(zāi)人員沐浴的警用淋浴車(chē)，以解決實(shí)際需求。

2整車(chē)產(chǎn)品定義

2.1功能定義

淋浴車(chē)是針對(duì)警方或者軍方定向開(kāi)發(fā)的，能在野營(yíng)環(huán)境下滿足救災(zāi)人員的淋浴要求，具有防雷擊、防太陽(yáng)輻射、防火、抗風(fēng)沙等特性，并具有自取水、過(guò)濾凈化、消毒水質(zhì)，供電、照明、通風(fēng)換氣等功能的專(zhuān)用車(chē)輛。

2.2淋浴用水量的定義

由于武警部隊(duì)執(zhí)行野外救災(zāi)、訓(xùn)練等任務(wù)時(shí)，需要加熱的人員較多，為了提高淋浴效率，淋浴車(chē)需要容納幾個(gè)人同時(shí)淋浴。據(jù)調(diào)研，一個(gè)戰(zhàn)士淋浴用水量約為30L，綜合考慮底盤(pán)承載力、供電等問(wèn)題，設(shè)計(jì)定義4個(gè)人同時(shí)淋浴，車(chē)載水箱裝滿水—次可供50人淋浴，所需總水量至少為1500L。

2.3加熱方式

淋浴用水的加熱方式有發(fā)電機(jī)電熱器加熱與燃油蒸汽鍋爐加熱兩種，兩種加熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下。

a.燃油鍋爐加熱需要—定的預(yù)熱時(shí)間，而即熱型電熱水器不需要預(yù)熱時(shí)間，且具有自動(dòng)調(diào)溫功能。

b.帶發(fā)電機(jī)淋浴車(chē)不作業(yè)時(shí)，可作為電源車(chē)輸出電功率，以供其他用電機(jī)械及電器作業(yè)。可實(shí)現(xiàn)一車(chē)多用，利用率大幅提高。

c.燃油鍋爐存在結(jié)水垢問(wèn)題，增加了設(shè)備檢修、維修的費(fèi)用及時(shí)間。由于在55℃以上時(shí)，水中結(jié)垢量會(huì)大大增加，而即熱型電熱水器直接輸出45℃左右熱水，所以即熱型電熱水器不存在此問(wèn)題。

d.電熱淋浴在有市電輸入時(shí)，不用發(fā)電，可直接輸入市電作業(yè)，節(jié)省能源。

綜上分析，決定采劇電熱淋浴方案。

2.4加水方式

淋浴車(chē)有時(shí)在惡劣的環(huán)境下工作，車(chē)內(nèi)存儲(chǔ)的水用完后，還需向水箱加水，這時(shí)就需要從錯(cuò)綜復(fù)雜的水源中抽取水。為了保證安全，需要對(duì)不明水源進(jìn)行凈化消毒處理。因此，設(shè)計(jì)加水方式為水管通過(guò)消防栓等加水以及水泵從外而水源抽水并凈化消毒兩種方式。

2.5整車(chē)結(jié)構(gòu)

結(jié)合以上分析，整車(chē)定義為在某成熟底盤(pán)上加裝廂體結(jié)構(gòu)。主要南底盤(pán)、1500L沐浴水箱、發(fā)電機(jī)組、即熱型電熱器、水泵、管路系統(tǒng)、水凈化器、電路系統(tǒng)等組成。

3底盤(pán)選擇

淋浴車(chē)主要供警方及軍方在特定條件下使用，通常工作路況較為惡劣，需要質(zhì)量非?？煽康牡妆P(pán)產(chǎn)品，整車(chē)工作起來(lái)既要?jiǎng)恿?qiáng)勁，又需要有較大的承載力。根據(jù)整車(chē)定義，選擇某品牌專(zhuān)用底盤(pán)，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

4總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1方艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)整車(chē)所要實(shí)現(xiàn)的功能，所設(shè)計(jì)的方艙由兩部分組成，—部分為后艙，用來(lái)布置發(fā)電機(jī)、電氣控制柜、水凈化裝置、臭氧發(fā)生器等設(shè)備；另—部分為淋浴艙，淋浴方艙中間用活動(dòng)拉簾隔開(kāi)，一端布置衣物柜、暖風(fēng)機(jī)、水加溫裝置、洗衣機(jī)、折疊椅等輔助設(shè)備；另—端安裝4個(gè)淋浴器。綜合以上設(shè)備及安裝尺寸，設(shè)計(jì)方艙的外形尺寸為3805mmx2220mmx2150mm。方艙材料采用雙面玻璃鋼復(fù)合保溫板，鋁合金角鋼包邊角，該方艙造型美觀大方，經(jīng)久耐用。

車(chē)廂頂部安裝一個(gè)帶換氣扇的安全頂窗，淋浴時(shí)可以換氣通風(fēng)，緊急情況時(shí)可從安全頂窗撤離?？紤]到冬季氣溫較低，配備—個(gè)1.8kW的電暖風(fēng)機(jī)供暖。

4.2水箱設(shè)計(jì)

為有效利用空間和降低整車(chē)質(zhì)心，提高整車(chē)穩(wěn)定性和安全性，考慮將水箱布置在方艙底部及底部?jī)蓚?cè)，并配有吸水泵、淋浴水泵、臭氧發(fā)生器和過(guò)濾凈化裝置，以保證汲取水源低于3級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以將其凈化到3級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)以上。

考慮到每次4人淋浴，車(chē)輛裝滿水一次需滿足50人淋浴，每個(gè)人用水量約為30L，所需總水量至少為1500L，所以設(shè)計(jì)水箱總長(zhǎng)為2.8m，總寬度為2.1m。為最大程度地降低整車(chē)質(zhì)心，將水箱設(shè)計(jì)為平鋪在底盤(pán)上，由于總體布置的原因，水箱設(shè)計(jì)成異形結(jié)構(gòu)，但是總?cè)莘e保證為1.5m3。

4.3整車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品定義及所選擇的底盤(pán)，設(shè)計(jì)了警用淋浴車(chē)整車(chē)結(jié)構(gòu)，主要由汽車(chē)底盤(pán)、淋浴方艙、供排水系統(tǒng)、輔助設(shè)備、水箱、供電系統(tǒng)及其他電路、管路組成。警用淋浴車(chē)主要結(jié)構(gòu)如

4.4淋浴器的選擇

考慮到不同地方野外作業(yè)的溫度差異較大，且參與救災(zāi)需要淋浴的人較多，為保證淋浴水溫保持在40℃左右，選擇了4個(gè)即熱型熱水器DSF306，單個(gè)功率為7kW，一次可滿足4個(gè)人同時(shí)淋浴。

4.5工作動(dòng)力源設(shè)計(jì)

由于警用淋浴車(chē)配有4個(gè)7kW的即熱型熱水器，還配有吸水泵、淋浴泵、水凈化消毒裝置及其他許多輔助設(shè)備，設(shè)計(jì)配備一個(gè)功率為45kW的發(fā)電機(jī)組給所有設(shè)備供電。

4.6整車(chē)技術(shù)參數(shù)確定

根據(jù)產(chǎn)品定義及總體設(shè)計(jì)結(jié)果，定義警用淋浴車(chē)的整車(chē)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

5系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1抽排水系統(tǒng)

5.1.1抽水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本車(chē)采用直接注水和抽吸地表水兩種取水方式，原理如圖2所示。如果有自來(lái)水，可將隨車(chē)配備的Ф<65消防水帶接在水箱進(jìn)水口即可灌水。如果野外沒(méi)有自來(lái)水，將水管接地表水，打開(kāi)閥門(mén)，給吸水泵供電，地表水即通過(guò)凈化裝置過(guò)濾凈化，然后經(jīng)消毒裝置消毒，再由吸水泵進(jìn)入水箱。水箱上裝有安全報(bào)警裝置及通氣閥，能夠保證水箱內(nèi)的水達(dá)到規(guī)定的水位后立即停止吸水。

淋浴時(shí)，將淋浴泵接通電源，再打開(kāi)相應(yīng)閥門(mén)，即可進(jìn)行淋浴。

5.1.2排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

淋浴艙里4個(gè)人同時(shí)淋浴時(shí)，需要將淋浴的污水及時(shí)排出。因此在艙底部設(shè)計(jì)兩個(gè)地漏，均與管道聯(lián)接，車(chē)尾部大梁下方設(shè)有一個(gè)排水口，安裝一個(gè)排水閥。淋浴時(shí)，打開(kāi)排水閥連接Ф50的消防水帶，即可延伸排放。

水箱需定期進(jìn)行清洗，清洗時(shí)，從箱內(nèi)注水口往水箱注入適量水后，打開(kāi)水箱前底部排污口（左右各一個(gè)）的螺塞，排出水箱中沉淀物。

5.2供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.2.1大功率設(shè)備供電

淋浴車(chē)需要供電的設(shè)備較多，主要有吸水泵、淋浴泵、4個(gè)熱水器、臭氧發(fā)生器、水凈化器、水箱溫控、消毒及各種照明燈等?？紤]將供電系統(tǒng)分為兩部分，功率比較大的設(shè)備采用自帶發(fā)電機(jī)組提供用電，功率小的設(shè)備采用底盤(pán)蓄電池提供用電。發(fā)電機(jī)組輸出三相交流電，最大輸出功率為45kW，接線時(shí)要防止三相不平衡，每相輸出功率不大于15kW。

大功率設(shè)備有發(fā)電機(jī)組供電和市電輸入兩種選擇，如果有市電輸入的地方盡量采用市電輸入。市電輸入為380v，按照三相四線制接入。

大功率設(shè)備供電原理、市電和發(fā)電機(jī)組的雙電源切換開(kāi)關(guān)如圖3所示。

5.2.2其他供電

其他設(shè)備包括排氣扇、照明燈均用底盤(pán)自帶蓄電池供電。照明供電原理如圖4所示。

5.3其他輔助功能設(shè)計(jì)

5.3.1臭氧殺菌系統(tǒng)

考慮到水箱中殘余水變質(zhì)及所抽取地表水需要消毒，采用臭氧發(fā)生器對(duì)水進(jìn)行殺菌消毒處理。臭氧對(duì)水進(jìn)行消毒處理在國(guó)內(nèi)外使用較廣泛，屬于成熟技術(shù)，它的特點(diǎn)是效率高，克服了紫外線殺菌存在許多死角的缺點(diǎn)，對(duì)各種細(xì)菌、病毒、真菌和原蟲(chóng)胞體等均能有效殺滅，同時(shí)還具有很強(qiáng)的除異味功能。臭氧半衰期為17-23min，對(duì)水消毒作用lh后，便不存在任何殘留物。水質(zhì)對(duì)人體無(wú)任何影響，解決了其他消毒方法導(dǎo)致的二次污染問(wèn)題。臭氧消毒操作非常方便，打開(kāi)臭氧輸入閥，臭氧發(fā)生器接電，即可對(duì)水箱里的水進(jìn)行殺毒，殺毒一般持續(xù)30min。

5.3，2紫外線消毒

本車(chē)內(nèi)置兩盞紫外線消毒燈，以供定期消毒。紫外線消毒時(shí)，應(yīng)保證車(chē)廂內(nèi)無(wú)人。一般消毒時(shí)間為30min，每3個(gè)月需進(jìn)行一次紫外線消毒。

5.3.3照明、通風(fēng)

車(chē)廂上部安裝通風(fēng)扇保證淋浴的時(shí)候車(chē)廂內(nèi)空氣新鮮；車(chē)廂內(nèi)部安裝兩盞普通照明燈，供淋浴或者維護(hù)使用。發(fā)電機(jī)艙安裝有兩盞照明燈，均采用底盤(pán)電瓶（24V）供電。

5.3.4側(cè)門(mén)伸縮梯

側(cè)門(mén)底部裝有伸縮梯以便上下車(chē)。

5.3.5洗衣機(jī)和干衣機(jī)

洗衣機(jī)可取用車(chē)廂水箱內(nèi)水源。洗衣機(jī)和干衣機(jī)可通過(guò)隨車(chē)配備的接線盤(pán)連接到淋浴間暖風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)插座上，并將電控箱上暖風(fēng)機(jī)空氣開(kāi)關(guān)閉合，通電后即可使用。

5.3.6水溫控制系統(tǒng)

當(dāng)水箱裝滿水，外部環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，可插上水溫控制系統(tǒng)插座，閉合電控箱上水溫控制系統(tǒng)空氣開(kāi)關(guān)，通電使用，以防止水箱內(nèi)水溫過(guò)低或結(jié)冰導(dǎo)致無(wú)法淋浴。

5.3.7暖風(fēng)機(jī)

當(dāng)車(chē)廂內(nèi)溫度較低時(shí)，可插上暖風(fēng)機(jī)插座，閉合電控箱上暖風(fēng)機(jī)空氣開(kāi)關(guān)，通電后暖風(fēng)機(jī)即可供暖。

5.3.8折疊椅

車(chē)廂內(nèi)裝有兩個(gè)折疊椅，以便使用。

5.3.9發(fā)電機(jī)噪音處理

為了減小電機(jī)噪音對(duì)淋浴人員的影響，將發(fā)電機(jī)組單獨(dú)設(shè)置一個(gè)空間與淋浴艙分隔開(kāi)，中間采用雙面玻璃鋼復(fù)合保溫

5.3.10發(fā)電機(jī)組安全設(shè)計(jì)

由于發(fā)電機(jī)組使用的是380v交流電，為保證用戶的安全，設(shè)計(jì)了避雷針。避雷針連接電機(jī)組接地線，使用時(shí)將避雷針半截插入地下，可以起防雷、防漏電等安全保護(hù)作用。所有電器開(kāi)關(guān)處均使用絕緣套，在所有接線的地方均用絕緣膠帶做了絕緣防護(hù)處理，確保使用安全。

6整車(chē)質(zhì)心計(jì)算及穩(wěn)定性校核

6.1整車(chē)質(zhì)心計(jì)算

由于整車(chē)布置時(shí)特別注意左右對(duì)稱布置，寬度方向的質(zhì)心可以近似認(rèn)為在前軸和后軸連線上，長(zhǎng)度方向上質(zhì)心布置時(shí)也是按照前后軸荷1：3的經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行分配的，故此處只分析計(jì)算高度方向上的質(zhì)心分布。

建立坐標(biāo)系，以淋浴車(chē)前軸的中心在地面的投影為原點(diǎn)，垂直地面的方向?yàn)閦軸。各零部件質(zhì)心位置如表3所示。

將表3數(shù)據(jù)帶入公式（1），可以求得h=1140mm。

6.2淋浴車(chē)穩(wěn)定性校核

由計(jì)算可知，該車(chē)能夠滿足使用條件。

7結(jié)語(yǔ)

警用淋浴車(chē)經(jīng)過(guò)了各種道路試驗(yàn)，證明該車(chē)具有良好的機(jī)動(dòng)性能和爬坡能力，穩(wěn)定可靠，適用范圍廣。該車(chē)具有保溫、加熱、水凈化功能、儲(chǔ)水量足夠等許多優(yōu)點(diǎn)，整車(chē)外形尺寸和整備質(zhì)量均符合機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)要求。淋浴車(chē)具備良好的通風(fēng)換氣調(diào)節(jié)功能，配備了淋浴所需要的一切配套設(shè)施，能在各種惡劣的野外環(huán)境下工作，是公安特警執(zhí)行各種救災(zāi)任務(wù)、野外訓(xùn)練必不可少的生活保障裝備。