一種廁所車的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

摘要：廁所車是用來保障人員如廁的車輛。針對(duì)目前國內(nèi)部隊(duì)使用的野外廁所，結(jié)合部隊(duì)演訓(xùn)的如廁保障需求，設(shè)計(jì)了一款滿足小便≥1 500人次和大便≥400人次的如廁和簡易清潔要求的廁所車。結(jié)合該車輛結(jié)構(gòu)、功能及使用條件等，論述了設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、布局、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行了必要的分析和計(jì)算。該廁所車可以為部隊(duì)或武警部隊(duì)野外駐訓(xùn)提供如廁保障，具有較廣的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：野外如廁；廁所車；專用汽車設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463" 收稿日期：2023-08-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.014

1 前言

部隊(duì)在多樣化軍事行動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用，野外作業(yè)的機(jī)會(huì)和形式突發(fā)多樣，野戰(zhàn)廁所的構(gòu)建與應(yīng)用將直接影響營區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量，也是預(yù)防腸道傳染病的重要途徑和手段［1］。

野戰(zhàn)條件下廁所的衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是防雨、遮蔭、擋風(fēng)、防臭、防蠅和控制滋生，且符合人文理念［2］。從目前國內(nèi)部隊(duì)使用的旱廁、生物降解廁所、打包式單體廁所等廁所的應(yīng)用情況看，環(huán)境適應(yīng)性差、機(jī)動(dòng)性差、管理難，不太適應(yīng)野戰(zhàn)條件，還需進(jìn)一步完善。

2 總體要求

本廁所車適用于部隊(duì)或武警部隊(duì)野外駐訓(xùn)的如廁保障，也可推廣到旅游景點(diǎn)、大型活動(dòng)場所等場地使用。廁所車采用陜汽底盤匹配9.5 m廂體的結(jié)構(gòu)形式，廂體分設(shè)備區(qū)和盥洗區(qū)，設(shè)備區(qū)設(shè)置集成真空抽吸、供排水、供配電等系統(tǒng)，盥洗區(qū)設(shè)置蹲便間、小便池、洗手池、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，為如廁人員提供良好的如廁環(huán)境，保障如廁人員身心健康。廁所車工作狀態(tài)如圖1所示。

廁所車采用單車結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)排污系統(tǒng)一次性上水和污物排空后，可滿足小便不少于1 500人次和大便不少于400人次的如廁和簡易清潔要求；展開/撤收時(shí)間小于20 min（2人）；具有三級(jí)公路越野能力，時(shí)速不低于80 km/h，最小轉(zhuǎn)彎半徑11 mm；在風(fēng)載荷平均風(fēng)速不大于20 m/s時(shí)能正常工作；上水和污物排放接口與市政設(shè)備設(shè)施接口匹配。

3 總體方案設(shè)計(jì)

3.1 底盤選擇及改裝

根據(jù)廂體、設(shè)備和實(shí)際使用要求，選用陜汽某型二類底盤進(jìn)行改裝。該底盤承載能力強(qiáng)，具有一定的越野性，匹配低溫啟動(dòng)裝置，滿足低溫工作要求。

為滿足設(shè)備工作和廂體的安裝要求，必須對(duì)底盤進(jìn)行一定程度的改裝，加裝調(diào)平機(jī)構(gòu)及必要的工具附件箱等，底盤改裝后保持原有的機(jī)動(dòng)性能。改裝內(nèi)容主要如下：

a.調(diào)平機(jī)構(gòu)。設(shè)備采用手動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，在底盤大梁的兩側(cè)安裝4個(gè)千斤頂調(diào)平支腿。車頭位置安裝2個(gè)千斤頂，每個(gè)千斤頂舉升能力為4 t；車尾位置安裝2個(gè)千斤頂，每個(gè)千斤頂舉升能力為8 t。運(yùn)輸時(shí)調(diào)平支腿翻起懸掛，車輛工作時(shí)放下調(diào)平支腿，并在其下方墊以墊木把廁所車調(diào)平，使廁所車工作時(shí)車輛輪胎處于不受力狀態(tài)。

b.工具附件。廂體兩個(gè)門的相應(yīng)處設(shè)有登艙梯，車輛行駛時(shí)兩個(gè)登艙梯收藏于廂體尾部及側(cè)面車架內(nèi)；底盤大梁前后兩側(cè)合適位置安裝4個(gè)工具箱，放置電纜卷盤、墊木、隨車工具等，設(shè)置的相應(yīng)支架安裝發(fā)電機(jī)組、蓄電池、空調(diào)外機(jī)、污水提升器等，裙邊采用鉸鏈與廂體連接，氣彈簧作為打開后的支撐。

3.2 設(shè)備廂體及布局設(shè)計(jì)

本廁所車采用單廂體分兩功能區(qū)的結(jié)構(gòu)，廂體選用方艙大板制作，外形尺寸為9 500 mm（長）×2 500 mm（寬）×2 760 mm（高），具有良好的保溫隔熱、隔音效能。廂體分為前后兩個(gè)功能區(qū)，前部功能區(qū)為設(shè)備區(qū)，后部功能區(qū)為盥洗區(qū)，中間用隔板隔開。廂體功能區(qū)布局如圖2所示。

設(shè)備區(qū)用于安裝真空抽吸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)。左右兩側(cè)設(shè)置對(duì)開門，便于設(shè)備的進(jìn)出安裝；抽空抽吸系統(tǒng)布置在靠近隔板一端；供排水系統(tǒng)的左右水箱對(duì)稱布置在左右兩側(cè)，中間區(qū)域底部為增壓水泵，上方布置供配電系統(tǒng)，出水管與蹲便器沖洗管、洗手池連接；真空抽吸系統(tǒng)的吸污主管道從廂體頂部布局進(jìn)入盥洗區(qū)，經(jīng)過三通與蹲便間的出污管道連接；操作人員通過掛梯進(jìn)出，利用中間通道進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)。

盥洗區(qū)用于蹲便間、小便池、洗手池、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。從廂體尾部看后部功能區(qū)，登艙門的左側(cè)布置7蹲位蹲便間，主要用于解決大便如廁問題；蹲便器安裝在蹲便臺(tái)架上，蹲便臺(tái)架離地高250 mm，表面鋪設(shè)花紋鋁合金板，起防滑作用；門左側(cè)設(shè)安全扶手、衣帽鉤、垃圾桶、手紙盒；每個(gè)蹲便間艙壁設(shè)1個(gè)外推窗，外推窗配備紗窗和遮光簾，下方設(shè)置空氣凈化器，主要起艙內(nèi)的殺菌、除臭、通風(fēng)換氣作用，用于改善如廁環(huán)境；通道頂部設(shè)置LED照明燈，為蹲便間提供充足光線。

登艙門右手位置設(shè)置清潔工具架，用于拖把等清潔工具的固定；沿清潔工具架縱向布置7人位免沖洗小便器，滿足如廁人員小便需求；廂體左側(cè)板設(shè)置4個(gè)外推窗，配備紗窗和遮光簾，用于防蠅、采光、通風(fēng)。蹲便間與小便池之間為人員進(jìn)出通道；外推窗上方配置紫外線消毒燈，用于廂體內(nèi)的消毒殺菌。

隔板位置橫向設(shè)置3人位長條洗手池，洗手池配備感應(yīng)水龍頭及皂液盒，左右兩側(cè)配置手紙盒，洗手池上方配置梳妝鏡及鏡前燈，用于如廁人員的清潔和儀容整理；洗手池左側(cè)配備拖把池，用于拖把的清洗；拖把池左側(cè)和出艙門右側(cè)設(shè)垃圾桶，用于擦手后紙張等垃圾的投放；左側(cè)垃圾桶頂部區(qū)域設(shè)置儲(chǔ)物吊柜，用于存儲(chǔ)衛(wèi)生紙、洗手液等物品。登艙門和出艙門上各固定1個(gè)滅火器。小便和污水通過管路流入設(shè)置在底盤車架一側(cè)的污水箱。

小便、洗手水通過重力的方式匯集到安裝在車架一側(cè)的污水提升器，再通過真空抽吸的方式排放到污物罐。

盥洗區(qū)頂部設(shè)置2個(gè)通風(fēng)換氣天窗，用于廂體內(nèi)空氣流通及應(yīng)急逃生；通風(fēng)換氣天窗內(nèi)側(cè)設(shè)置2盞LED照明燈，照度設(shè)計(jì)指標(biāo)不小于85 Lx；登艙門和隔板上方設(shè)置空調(diào)，用于功能區(qū)內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)。

3.3 真空抽吸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

真空抽吸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)沖洗后大便、污水提升器內(nèi)污水的抽吸，并提供存儲(chǔ)環(huán)境，由真空泵組、緩存罐、污物罐、支架等設(shè)備組成。真空抽吸工作示意見圖3。

污物罐呈臥式居中布置在支架上方，保證車載的重心位置及平穩(wěn)性，同時(shí)可以減輕運(yùn)動(dòng)時(shí)污物罐離心力；污物罐左側(cè)設(shè)置液位計(jì)，頂部配備液位傳感器，當(dāng)液位達(dá)到75%時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行提示，也可根據(jù)需要隨時(shí)查看污物液位狀態(tài)；排污管設(shè)置在底部，出口向廂體右側(cè)布置。支架呈矩形框架結(jié)構(gòu)，通過螺栓與廂體底板連接。

系統(tǒng)采用水環(huán)真空泵，采用雙泵形式，一用一備，布置在支架的左側(cè)；緩沖罐布置在支架的右側(cè)，用于保護(hù)真空泵；水環(huán)泵水箱布置在水環(huán)真空泵、緩沖罐中間，相互之間通過管道連接。

3.3.1 污物罐設(shè)計(jì)

污物罐通過真空抽吸儲(chǔ)存小便、大便及沖洗水、洗手水，容積計(jì)算如下：

[V污罐=[V小n小+（V大+V沖）n大+V洗（n小+n大）]/η]" " " " " （1）

式中，[V污罐]為污物罐容積；[V小]為每次小便量，取0.3 L/次；[n小]為小便次數(shù)；[V大]為每次大便量，取0.3 L/次；[V沖]為每次大便沖水用量，取0.5 L/次；[n大]為大便次數(shù)；[V洗]為每次洗手用水量，取0.3 L/次；[η]為污物罐容積系數(shù)，取0.85。將參數(shù)代入式（1），則：

V污罐=［0.3×1 500+（0.3+0.5）×400+0.3×（1 500+400）］/0.85=1 576（L）

污物罐按1 600 L設(shè)計(jì)。

3.3.2 緩沖罐設(shè)計(jì)

為了阻止顆粒物質(zhì)、霧氣進(jìn)入真空泵，并提供額外的真空壓力以補(bǔ)足壓力損失，避免真空泵頻繁啟動(dòng)，延長使用壽命，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了緩沖罐。

根據(jù)真空穩(wěn)壓罐的容積公式：

[V=p上nV單lnP0P2p上-p下]" " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中，V為真空穩(wěn)壓罐容積，L；[p上]為真空室工作壓力允許上極限，取71 kPa；[p下]為真空室工作壓力允許下極限，取41 kPa；n為相同真空室的數(shù)量，6個(gè)大便池同時(shí)工作；[V單]為每個(gè)便池附近管道的真空容積，取13 L；[P0]為真空室在抽氣開始前的工作壓力，101 kPa；[P2]為真空室極限工作壓力。

緩沖罐用于保證6個(gè)蹲便間可同時(shí)使用，則：

V=[71×6×1371-41ln10141]=166（L）

因此，緩存罐容積按200 L設(shè)計(jì)。

4 整車質(zhì)量、質(zhì)心位置、軸荷分配和穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 質(zhì)量計(jì)算

以整車的前橋中心點(diǎn)在地面的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)，以車長方向?yàn)閄坐標(biāo)，車尾方向?yàn)椤?”，車頭方向?yàn)椤?”；車寬方向?yàn)閅坐標(biāo)，左為“+”，右為“-”；車高方向?yàn)閆坐標(biāo)，上為“+”，下為“-”。改裝后底盤車及主要裝車設(shè)備的重量及質(zhì)心位置見表1。

因此，整車重量G=17 782 kg。

4.2 質(zhì)心計(jì)算

整車質(zhì)心位置為：

[X=xiGiG=4 312 mm]

[Y=yiGiG=10.3 mm]

[Z=ziGiG=1 475 mm]

計(jì)算得出，質(zhì)心位置距廁所車前軸后方4 312 mm，距寬度中心線偏左10 mm，距地面1 475 mm。

4.3 整車軸荷分配計(jì)算

整車軸距為7 100 mm。

后橋負(fù)荷為

[G后=GXL=10 800 kglt;后橋最大滿載11 500 kg]

前橋負(fù)荷為

[G前=G-G后=6 982 kglt;后橋最大滿載7 000 kg]

前橋占總質(zhì)量的比例為

[G前G=6 98217 782×100%=39.3%]

4.4 車輛行駛的穩(wěn)定性計(jì)算

整備狀態(tài)下車輛質(zhì)心高度應(yīng)當(dāng)符合橫向、縱向穩(wěn)定性的要求。汽車在行駛過程中，整車質(zhì)心高度對(duì)行駛安全性有較大影響，為保證行駛安全性，質(zhì)心高度應(yīng)符合下列條件：

[L后H≥ψ]" " " " " " " " " " " " " " " " " （3）

[B2H≥ψ]" " nbsp; " " " " " " " " " " " " " "（4）

式中，[L后]為整車質(zhì)心距后軸中心距離，[L后=7 100-4 312=2 788 mm]；B為汽車輪距，B=2 155 mm；H為整車質(zhì)心高度，H=1 475 mm；[ψ]為地面附著系數(shù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，取[ψ=0.5～0.6。]

代入數(shù)據(jù)，計(jì)算可得：

[L后H=2 7881 475=1.89≥0.6]

[B2H=2 1552×1 475=0.73≥0.6]

因此，橫向和縱向穩(wěn)定性滿足行駛安全性的要求。

4.5 抗傾覆力矩

車輛自重力矩[M車=17 782×9.8=174 263.6（N·m）]。

廂體擋風(fēng)面積（含裙邊）31.5 ㎡，車頭擋風(fēng)面積5 ㎡。車輛受力為：

[F=0.613Au2Cd]" " " " " " " " " " " " （5）

式中，A為物體受力面積㎡；u為風(fēng)速，取20 m/s；[Cd]為阻力系數(shù)，取2。

代入數(shù)據(jù)可得：

[F=0.613×31.5+5×202×2=17 899.6（N）]

設(shè)風(fēng)集中在主車輛2 m高的位置，則風(fēng)力矩為：

[M風(fēng)=17 899.6×2]=35 799.2（N·m）

抗傾覆安全系數(shù)為：

[n=M車M風(fēng)=174 263.635 799.2=4.6gt;2]

可見，廁所車在風(fēng)速為20 m/s時(shí)的工作狀態(tài)下抗傾覆是安全的。

5 結(jié)語

本文研究的廁所車選用陜汽底盤，9.5 m大板廂體，利用成熟的工藝技術(shù)進(jìn)行改裝。在車廂內(nèi)設(shè)置了真空抽吸系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等設(shè)備，配置蹲便間、小便池、洗手池、拖把池等盥洗器具，以及發(fā)電機(jī)組、空調(diào)機(jī)、紫外線消毒燈、LED燈、垃圾桶等環(huán)境保障設(shè)備，提供封閉、明亮、衛(wèi)生的如廁環(huán)境，滿足了部隊(duì)在野外演訓(xùn)的如廁服務(wù)保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］唐功臣，趙勇，王勝，等.一種新型多功能野戰(zhàn)廁所的建立與應(yīng)用［J］.實(shí)用醫(yī)藥雜志，2014（5）：477-478.

［2］唐功臣，黃尉初，王猷金.野戰(zhàn)兩用蹲便坑潔具的研制與應(yīng)用［J］.實(shí)用醫(yī)藥雜志，2012，29（7）：639-640.

作者簡介：

張峰，男，1983年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檠b備保障。