新一代抽拉離心式高機動衛(wèi)生防疫車的設計研究

金永男 張?zhí)?魏延旭 柴智

1.遼寧陸平機器股份有限公司 遼寧鐵嶺 112001

2.陸軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局 遼寧沈陽 110016

1 前言

防疫車作為移動式衛(wèi)生防疫裝備，已歷經(jīng)多年發(fā)展。防疫工作最主要的設備是噴霧機，而以往研制的噴霧機，體積和自質(zhì)量較大。以往的防疫車主要以依維柯系列底盤作為承載平臺，受裝備質(zhì)量和通過性的影響[1-2]，裝載質(zhì)量較小，機動性和越野性能有待進一步提升。

近年來研制的新一代抽拉離心式高機動衛(wèi)生防疫車（如圖1），以其卓越的機動性和環(huán)境適應性，既可用于對部隊集結(jié)地、野戰(zhàn)醫(yī)院、傷病員轉(zhuǎn)運站、部隊營房等室內(nèi)外環(huán)境的病原微生物和蚊蠅等媒介昆蟲進行消毒、殺蟲處理，也可用于自然災害或公共衛(wèi)生事件中的防疫工作，還可對社區(qū)、街道、醫(yī)院、機場、車站等公共場所進行消殺作業(yè)。

圖1 新一代高機動衛(wèi)生防疫車

2 設計思路

為了向用戶提供更好的產(chǎn)品，經(jīng)過廣泛深入調(diào)研，充分了解實際使用需求，認真聽取機關和各科研院所對于裝備創(chuàng)新和改進的意見。結(jié)合裝備的使用特點，按照繼承與發(fā)展相結(jié)合的設計思路有以下幾點：a.系統(tǒng)設計和全面的技術(shù)升級，提高整車的機動性和越野性能；b.改進車廂結(jié)構(gòu)，提高設備的實用性和防護性能；c.改進消毒殺蟲噴霧設備結(jié)構(gòu)布局，采用消殺防疫設備模塊化、智能化設計；d.優(yōu)化系統(tǒng)供電方式和操控模式；e.提高整車的自動化、集成化、模塊化水平，確保新一代裝備可以更好地滿足實際使用需求。

3 整車構(gòu)成及總體結(jié)構(gòu)布局

3.1 整車構(gòu)成

新一代高機動衛(wèi)生防疫車采用猛士高機動性越野汽車底盤作為承載平臺，可以在各種復雜地域環(huán)境下工作。上裝新型抽拉式車廂，安裝新型超低容量噴霧機、常量噴霧機、便攜式煙霧機、大小藥液箱、電控系統(tǒng)、液路系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等主要設備，以及警示裝置、風速儀、附件柜、附件箱等附屬設備。消毒噴霧設備和殺蟲噴霧設備消殺效果強大，技術(shù)指標先進；裝備具有雙操作模式，既可在車內(nèi)操作，也可在車下遙控操作，極大方便了人員的操控需求。整車效果見圖2、圖3。

圖2 整車收攏狀態(tài)效果

圖3 整車展開狀態(tài)效果

3.2 技術(shù)特點

3.2.1 全面提升技術(shù)性能的消殺設備

殺蟲噴霧設備采用先進的離心式超低容量噴霧機，與上一代產(chǎn)品中應用的氣力霧化噴霧機相比，其優(yōu)勢明顯：a. 液滴霧化顆粒度更小，顆粒度更均勻；b.離心機不需要微孔參與霧化，可大大降低噴頭堵塞、噴嘴不易清理的情況；c. 離心機不需要高的液壓或氣壓，降低整個系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)要求，減少管路泄露情況。經(jīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所國家植保機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，在400 ml/min的流量下，距噴頭水平距離8 m處，90%噴霧顆粒度：DV90=27 μm。

消毒噴霧設備采用新型常量噴霧機和便攜式煙霧機，通過完善常量噴霧機結(jié)構(gòu)形式、優(yōu)化系統(tǒng)壓力等，提高了噴霧射程。經(jīng)測試，其最大射程達到11.5 m。通過優(yōu)化便攜式煙霧機噴嘴直徑，合理設定藥液箱與燃油箱的容積比例，經(jīng)測試，在保持整機自質(zhì)量基本不變的前提下，單次最長作業(yè)時段可達46 min。

3.2.2 優(yōu)化車廂結(jié)構(gòu)的消殺設備模塊化設計

新一代高機動衛(wèi)生防疫車采用推拉式車廂結(jié)構(gòu)形式，前部為固定結(jié)構(gòu)，后部為推拉可移動結(jié)構(gòu)。消殺設備安裝在車廂內(nèi)，在作業(yè)時，向前部推移活動廂體，即可展開露出消殺設備；作業(yè)結(jié)束后，向后部推移活動廂體，即可將消殺設備封閉在車廂內(nèi)部；展開和收攏狀態(tài)下，活動廂體均可鎖定。

超低容量噴霧機和常量噴霧機采用一體化模塊式設計，主機構(gòu)件與控制組件等全部集成在同一設備架內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，使車內(nèi)布局簡潔、美觀。模塊化設計可以有效降低設備的安裝高度，簡化質(zhì)心分布，提高整車行駛穩(wěn)定性和安全性，增強車輛的隱蔽性。可以避免設備中零部件與外部環(huán)境直接接觸，更好地保護設備中元器件的安全，延長裝備的使用壽命，提高整車的可靠性。

3.2.3 改進整車原供配電設計的靈活操控模式

新一代高機動衛(wèi)生防疫車摒棄了常規(guī)的車載發(fā)電機組供電模式，底盤硅發(fā)電機+備用蓄電池組供電模式，利用底盤本身的動力冗余存儲于備用蓄電池中，進而降低了能源消耗、車輛污染和噪聲，減少了整車裝備質(zhì)量，提高了整車的可維護性和機動性。

超低容量噴霧機和常量噴霧機配備有雙操作模式，既可采用駕駛室內(nèi)人員操作模式，也可進行車下手持遙控模式，極大地降低了操作人員的工作難度。

3.3 主要技術(shù)參數(shù)

新一代高機動衛(wèi)生防疫車的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 新一代高機動衛(wèi)生防疫車主要技術(shù)參數(shù)[3-4]

3.4 總體布局

新一代高機動衛(wèi)生防疫車，在駕駛室頂部安裝有備胎、托架及其升降裝置，在固定車廂的頂部對稱部位安裝有標識警燈和警報器，車廂后部設有卷簾門和下翻門，左右側(cè)前部各設有1個維修門；同時，在車廂右前角設有登頂折疊角梯。外裝布局如圖4、圖5所示。

圖4 左側(cè)外裝布局

圖5 后側(cè)外裝布局

超低容量噴霧設備主要包括車廂內(nèi)后部設備架上的超低量噴霧主機，集成在設備架內(nèi)部的超低液泵、控制系統(tǒng)，以及前部左側(cè)的小藥液箱等。常量噴霧設備主要由集成在設備架內(nèi)的常量液泵、繞線盤、控制系統(tǒng)和前部右側(cè)的大藥液箱組成。煙霧機采用快速裝夾方式，固定在右側(cè)輪胎罩上。電控系統(tǒng)集成在設備架內(nèi)，主要由配電箱、控制箱和蓄電池等組成，在設備架外還包括照明燈、監(jiān)控設備、警示裝置等。內(nèi)裝效果如圖6、圖7所示。

圖6 左后視內(nèi)裝效果

圖7 右后視內(nèi)裝效果

4 關鍵結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設計

4.1 載車平臺設計

近幾年，輕型高機動性通用戰(zhàn)術(shù)車輛快速發(fā)展，得益于中國第三代軍用底盤，它將成為未來幾十年內(nèi)的主導車輛[5-6]。新一代高機動衛(wèi)生防疫車采用東風猛士EQ2050型1.5噸級高機動性越野汽車底盤作為載車平臺（如圖8）。同時，加裝28 V/150 A硅發(fā)電機（4.2 kW）硅發(fā)電機，以滿足整車正常工作時用電需求；加裝怠速提升裝置，以便在駐車狀態(tài)下，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，增大硅發(fā)電機輸出功率，為整車電控系統(tǒng)供電。

圖8 東風猛士底盤

4.2 抽拉車廂結(jié)構(gòu)設計

按照新一代高機動衛(wèi)生防疫車的設計思路，車廂采用抽拉式廂體結(jié)構(gòu)，前部為固定廂體，后部為抽拉廂體，主要消殺設備實現(xiàn)內(nèi)藏式安裝，通過降低整車質(zhì)心高度，提高了整車機動性和越野行駛穩(wěn)定性，并增強了整車的隱蔽性、防護性和實用性，減少了人員的登高作業(yè)；設備處于非工作時，不直接與外部環(huán)境接觸，更好地保護了設備，利于設備的維護和保養(yǎng)，也相應地延長了設備的使用壽命，提高了裝備的可靠性和維修性。車廂效果如圖9所示。

圖9 推拉式廂體

固定廂體為大板式車廂結(jié)構(gòu)[7]，主體由五塊壁板拼裝而成，后上部為階梯開口結(jié)構(gòu)，與活動廂體相配合。前壁下方利用駕駛室后隔墻，上方小部分弧形接口與駕駛室外形相匹配。左右壁和后壁留有與底盤輪胎罩相匹配的接口；底壁利用原車的鋼制瓦楞底板加澆注地板的方式進行改裝，滿足防疫車地板的防腐以及方便沖洗的需求。固定廂體與底盤駕駛室和車廂采用螺接結(jié)構(gòu)進行連接固定。

抽拉廂體由四塊壁板拼裝而成，前部、后部及下部為開口結(jié)構(gòu)。前部配合固定廂體設置擋水檐；后壁設置卷簾門，卷簾門采用全鋁合金結(jié)構(gòu)，兩側(cè)與廂體通過密封條密封；活動廂體前部、后部結(jié)構(gòu)加強設計，保證足夠的剛度和強度。抽拉廂體與駕駛室之間采用橫隔墻分隔，通過設置在固定廂體兩側(cè)的滑移機構(gòu)和鎖止機構(gòu)實現(xiàn)推拉滑移和行車鎖定。

滑移機構(gòu)由抽拉廂體兩側(cè)壁下部的滑輪及固定廂體兩側(cè)壁上的滑道組成（如圖10），通過滑輪在滑道內(nèi)滾動實現(xiàn)抽拉廂體前后滑動。在兩側(cè)中間滑輪處設置止動銷，止動銷插入滑道上預設的縮孔內(nèi)，即可實現(xiàn)抽拉廂體展開的鎖定，如圖11（a）所示；抽拉廂體兩側(cè)前部設置凸輪旋轉(zhuǎn)鎖，利用凸輪原理實現(xiàn)抽拉廂體收攏時的鎖定，如圖11（b）所示。兩種狀態(tài)鎖止機構(gòu)均開關方便、鎖閉可靠，車輛行駛時不會出現(xiàn)自行打開現(xiàn)象。

圖10 滑移機構(gòu)

圖11 鎖止機構(gòu)

4.3 主要消殺設備設計

4.3.1 超低容量噴霧機

超低容量噴霧機的噴霧霧化方式采用目前消殺領域最為先進的離心霧化方式，小藥液箱內(nèi)藥液由霧液泵送到噴霧主機的霧化頭，霧化頭在電機的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，使進入霧化頭的藥液在離心力的作用下甩出，形成極其微小和均勻的藥液霧粒；之后被風機吹出的風送出，使藥液霧粒懸浮在空中，從而完成殺蟲作業(yè)[8]。超低容量噴霧機主要由噴霧主機、控制系統(tǒng)、泵體閥組、小藥液箱及管路等組成，其主要技術(shù)性能參數(shù)如表2所示。

表2 超低容量噴霧機主要技術(shù)性能參數(shù)

4.3.2 常量噴霧機

常量噴霧機工作時，常量噴霧液泵將藥液從大藥液箱吸入并加壓，通過卷管盤上的高壓噴霧管，遠距離輸送到噴槍，操作者可根據(jù)實時疫情不同，通過選擇安裝合適的噴具（噴槍或噴桿）將藥液噴出，從而完成滅菌、消毒作業(yè)。作業(yè)結(jié)束后，高壓噴霧管內(nèi)的殘留藥液通過氣泵，被送回到大藥液箱中。常量噴霧機主要由噴霧水泵、氣泵、繞管盤、噴槍和大藥液箱組成，其主要技術(shù)性能參數(shù)如表3所示。

表3 常量噴霧機主要技術(shù)性能參數(shù)

4.3.3 便攜式煙霧機

便攜式煙霧機是一種殺蟲設備，主要用于對室內(nèi)外小面積或一些角落進行殺蟲作業(yè)[9]。便攜式煙霧機是將柴油和空氣的混合體傳遞到燃燒室，經(jīng)火花塞點燃產(chǎn)生高速熱氣流，熱氣流接觸到藥劑后將其分解成微小粒子從噴口噴出，達到殺蟲、消毒的目的。主要技術(shù)性能參數(shù)如表4所示。

表4 便攜式煙霧機主要技術(shù)性能參數(shù)

4.4 電控系統(tǒng)設計

防疫車電控系統(tǒng)主要完成對各設備的用電管理、使用控制及安全保護。根據(jù)供配電需求分析及電控系統(tǒng)原理，防疫車電控系統(tǒng)包括車廂電氣系統(tǒng)和底盤電氣系統(tǒng)兩部分，電控系統(tǒng)原理如圖12所示。

圖12 電控系統(tǒng)原理框圖

車廂電氣系統(tǒng)包括消毒殺蟲設備、監(jiān)控系統(tǒng)、警示裝置、照明系統(tǒng)等，底盤電氣系統(tǒng)為汽車底盤自帶；兩個系統(tǒng)通過電磁隔離器進行分隔，獨立運行，互不影響，避免因為各用電設備故障而影響車輛正常行駛。

4.4.1 供電設計

整車供電系統(tǒng)采用大功率硅發(fā)電機+蓄電池組的組合模式[10]，摒棄了車載發(fā)電機組供電模式，使得底盤本身的動力得到了充分的利用，降低了整車載質(zhì)量和底盤能耗；應急情況下如出現(xiàn)電機故障等，則由蓄電池組實現(xiàn)應急供電。此種供電模式靜音、環(huán)保，操作方便、快捷，占用空間小，可靠性高，維護成本低，保障性好。

4.4.2 配電及控制設計

車廂電氣系統(tǒng)配電及控制，按照其功能主要分為兩部分，一是消毒殺蟲設備的配電控制，二是監(jiān)控設備、警示裝置和照明燈等設備的配電控制。消毒殺蟲設備控制面板和控制按鍵根據(jù)使用方便性原則，均勻分布在駕駛室內(nèi)和車廂內(nèi)。

主控操作面板用于實現(xiàn)電源供電總控制，常量噴霧系統(tǒng)開、關控制，超低量噴霧系統(tǒng)開關、俯仰角度、旋轉(zhuǎn)角度、吹霧風機風量、供液流速控制，超低量噴霧系統(tǒng)排空及缺水告警等。主控操作面板設置在駕駛室內(nèi)正副駕駛員座椅之間的隔墻上，操作面板上設置有超低容量噴霧機和常量噴霧機作業(yè)所需的按鈕、開關和指示燈，所有功能采用均“一鍵式”操作方式，實現(xiàn)對消毒殺蟲設備的遠程控制。主控操作面板如圖13（a）所示。

輔助控制部分設在車廂尾部，將經(jīng)常對外使用的常量收管、排空功能、水箱注水功能和過濾器集中在一起。輔助操作面板如圖13（b）所示。

系統(tǒng)配備了一個遙控操作面板，采用芯片控制方式，使其功能實現(xiàn)更加方便快捷，輕松完成不同作業(yè)需求的個性化控制。遙控操作面板上按鍵功能與主控操作面板和輔助操作面板部分功能相同，操作程序也與之兼容通用。遙控操作面板如圖13（c）所示。

圖13 操作面板

4.4.3 監(jiān)控及警示設計

在行駛過程中，為方便駕駛室內(nèi)人員觀察車廂內(nèi)噴霧作業(yè)設備的運行情況，特配置了1套監(jiān)控系統(tǒng)，包括防水攝像頭、顯示器和控制線束等（如圖14）。監(jiān)控系統(tǒng)具有白天/夜晚模式，能夠保證夜間作業(yè)需求。

圖14 監(jiān)控系統(tǒng)組成

為了滿足車輛在消殺任務中的警示要求，在車廂外頂部還安裝有2盞藍白警燈外和揚聲器，在駕駛室內(nèi)安裝警報器，其警報器為分體式結(jié)構(gòu)，由主機和控制器兩部分構(gòu)成（如圖15）。

圖15 警報器組成

5 試驗檢測

研制樣機產(chǎn)成后，進行了機、電、液系統(tǒng)的運行調(diào)試，保證主要設備和裝置工作穩(wěn)定、安全、可靠。為驗證使用性能，進行了一系列的第三方試驗檢測（如圖16），主要完成了設備可靠性試驗，超低噴霧系統(tǒng)的噴霧顆粒度試驗、噴霧距離試驗，常量噴霧系統(tǒng)的噴霧量試驗、噴霧距離試驗等；同時，按標準規(guī)定的試驗條件和方法進行了高原、低溫、高溫和淋雨試驗，以及整車行駛穩(wěn)定性試驗、行駛試驗等，結(jié)果各項性能指標均滿足或優(yōu)于設計指標要求，驗證了設計方案的準確性、合理性和可行性。

圖16 第三方試驗檢測

新一代抽拉離心式高機動衛(wèi)生防疫車已研制成功，并已進行了批量生產(chǎn)。2020年新冠肺炎疫情期間投入使用，成功通過了新冠疫情的實踐檢驗，對社區(qū)、街道、醫(yī)院、車站等公共場所進行了消殺作業(yè)，降低了公共場所感染的幾率，為防疫工作做出了極大的貢獻（如圖17）。

圖17 新一代防疫車抗疫現(xiàn)場

6 結(jié)語

新一代抽拉離心式高機動衛(wèi)生防疫車采用新型抽拉式車廂結(jié)構(gòu)形式，消殺防疫設備模塊化設計，優(yōu)化了系統(tǒng)的供電方式和操控模式，具有較好的可操作性，主要設備性能穩(wěn)定、可靠，對同類產(chǎn)品的創(chuàng)新和設計具有較好的指導和借鑒作用；平戰(zhàn)結(jié)合，對應急救災、國防建設、衛(wèi)生防護等具有重大的意義，有利于提升中國移動醫(yī)療衛(wèi)生裝備的科技水平。