新一代抽拉离心式高机动卫生防疫车的设计研究

金永男 张太林 魏延旭 柴智

1.辽宁陆平机器股份有限公司 辽宁铁岭 112001

2.陆军装备部驻沈阳地区军事代表局 辽宁沈阳 110016

1 前言

防疫车作为移动式卫生防疫装备，已历经多年发展。防疫工作最主要的设备是喷雾机，而以往研制的喷雾机，体积和自质量较大。以往的防疫车主要以依维柯系列底盘作为承载平台，受装备质量和通过性的影响[1-2]，装载质量较小，机动性和越野性能有待进一步提升。

近年来研制的新一代抽拉离心式高机动卫生防疫车（如图1），以其卓越的机动性和环境适应性，既可用于对部队集结地、野战医院、伤病员转运站、部队营房等室内外环境的病原微生物和蚊蝇等媒介昆虫进行消毒、杀虫处理，也可用于自然灾害或公共卫生事件中的防疫工作，还可对社区、街道、医院、机场、车站等公共场所进行消杀作业。

图1 新一代高机动卫生防疫车

2 设计思路

为了向用户提供更好的产品，经过广泛深入调研，充分了解实际使用需求，认真听取机关和各科研院所对于装备创新和改进的意见。结合装备的使用特点，按照继承与发展相结合的设计思路有以下几点：a.系统设计和全面的技术升级，提高整车的机动性和越野性能；b.改进车厢结构，提高设备的实用性和防护性能；c.改进消毒杀虫喷雾设备结构布局，采用消杀防疫设备模块化、智能化设计；d.优化系统供电方式和操控模式；e.提高整车的自动化、集成化、模块化水平，确保新一代装备可以更好地满足实际使用需求。

3 整车构成及总体结构布局

3.1 整车构成

新一代高机动卫生防疫车采用猛士高机动性越野汽车底盘作为承载平台，可以在各种复杂地域环境下工作。上装新型抽拉式车厢，安装新型超低容量喷雾机、常量喷雾机、便携式烟雾机、大小药液箱、电控系统、液路系统、监控系统等主要设备，以及警示装置、风速仪、附件柜、附件箱等附属设备。消毒喷雾设备和杀虫喷雾设备消杀效果强大，技术指标先进；装备具有双操作模式，既可在车内操作，也可在车下遥控操作，极大方便了人员的操控需求。整车效果见图2、图3。

图2 整车收拢状态效果

图3 整车展开状态效果

3.2 技术特点

3.2.1 全面提升技术性能的消杀设备

杀虫喷雾设备采用先进的离心式超低容量喷雾机，与上一代产品中应用的气力雾化喷雾机相比，其优势明显：a. 液滴雾化颗粒度更小，颗粒度更均匀；b.离心机不需要微孔参与雾化，可大大降低喷头堵塞、喷嘴不易清理的情况；c. 离心机不需要高的液压或气压，降低整个系统的管路结构要求，减少管路泄露情况。经农业农村部南京农业机械化研究所国家植保机械质量监督检验中心检测，在400 ml/min的流量下，距喷头水平距离8 m处，90%喷雾颗粒度：DV90=27 μm。

消毒喷雾设备采用新型常量喷雾机和便携式烟雾机，通过完善常量喷雾机结构形式、优化系统压力等，提高了喷雾射程。经测试，其最大射程达到11.5 m。通过优化便携式烟雾机喷嘴直径，合理设定药液箱与燃油箱的容积比例，经测试，在保持整机自质量基本不变的前提下，单次最长作业时段可达46 min。

3.2.2 优化车厢结构的消杀设备模块化设计

新一代高机动卫生防疫车采用推拉式车厢结构形式，前部为固定结构，后部为推拉可移动结构。消杀设备安装在车厢内，在作业时，向前部推移活动厢体，即可展开露出消杀设备；作业结束后，向后部推移活动厢体，即可将消杀设备封闭在车厢内部；展开和收拢状态下，活动厢体均可锁定。

超低容量喷雾机和常量喷雾机采用一体化模块式设计，主机构件与控制组件等全部集成在同一设备架内，结构紧凑，安装方便，使车内布局简洁、美观。模块化设计可以有效降低设备的安装高度，简化质心分布，提高整车行驶稳定性和安全性，增强车辆的隐蔽性。可以避免设备中零部件与外部环境直接接触，更好地保护设备中元器件的安全，延长装备的使用寿命，提高整车的可靠性。

3.2.3 改进整车原供配电设计的灵活操控模式

新一代高机动卫生防疫车摒弃了常规的车载发电机组供电模式，底盘硅发电机+备用蓄电池组供电模式，利用底盘本身的动力冗余存储于备用蓄电池中，进而降低了能源消耗、车辆污染和噪声，减少了整车装备质量，提高了整车的可维护性和机动性。

超低容量喷雾机和常量喷雾机配备有双操作模式，既可采用驾驶室内人员操作模式，也可进行车下手持遥控模式，极大地降低了操作人员的工作难度。

3.3 主要技术参数

新一代高机动卫生防疫车的主要技术参数如表1所示。

表1 新一代高机动卫生防疫车主要技术参数[3-4]

3.4 总体布局

新一代高机动卫生防疫车，在驾驶室顶部安装有备胎、托架及其升降装置，在固定车厢的顶部对称部位安装有标识警灯和警报器，车厢后部设有卷帘门和下翻门，左右侧前部各设有1个维修门；同时，在车厢右前角设有登顶折叠角梯。外装布局如图4、图5所示。

图4 左侧外装布局

图5 后侧外装布局

超低容量喷雾设备主要包括车厢内后部设备架上的超低量喷雾主机，集成在设备架内部的超低液泵、控制系统，以及前部左侧的小药液箱等。常量喷雾设备主要由集成在设备架内的常量液泵、绕线盘、控制系统和前部右侧的大药液箱组成。烟雾机采用快速装夹方式，固定在右侧轮胎罩上。电控系统集成在设备架内，主要由配电箱、控制箱和蓄电池等组成，在设备架外还包括照明灯、监控设备、警示装置等。内装效果如图6、图7所示。

图6 左后视内装效果

图7 右后视内装效果

4 关键结构和系统设计

4.1 载车平台设计

近几年，轻型高机动性通用战术车辆快速发展，得益于中国第三代军用底盘，它将成为未来几十年内的主导车辆[5-6]。新一代高机动卫生防疫车采用东风猛士EQ2050型1.5吨级高机动性越野汽车底盘作为载车平台（如图8）。同时，加装28 V/150 A硅发电机（4.2 kW）硅发电机，以满足整车正常工作时用电需求；加装怠速提升装置，以便在驻车状态下，提高发动机转速，增大硅发电机输出功率，为整车电控系统供电。

图8 东风猛士底盘

4.2 抽拉车厢结构设计

按照新一代高机动卫生防疫车的设计思路，车厢采用抽拉式厢体结构，前部为固定厢体，后部为抽拉厢体，主要消杀设备实现内藏式安装，通过降低整车质心高度，提高了整车机动性和越野行驶稳定性，并增强了整车的隐蔽性、防护性和实用性，减少了人员的登高作业；设备处于非工作时，不直接与外部环境接触，更好地保护了设备，利于设备的维护和保养，也相应地延长了设备的使用寿命，提高了装备的可靠性和维修性。车厢效果如图9所示。

图9 推拉式厢体

固定厢体为大板式车厢结构[7]，主体由五块壁板拼装而成，后上部为阶梯开口结构，与活动厢体相配合。前壁下方利用驾驶室后隔墙，上方小部分弧形接口与驾驶室外形相匹配。左右壁和后壁留有与底盘轮胎罩相匹配的接口；底壁利用原车的钢制瓦楞底板加浇注地板的方式进行改装，满足防疫车地板的防腐以及方便冲洗的需求。固定厢体与底盘驾驶室和车厢采用螺接结构进行连接固定。

抽拉厢体由四块壁板拼装而成，前部、后部及下部为开口结构。前部配合固定厢体设置挡水檐；后壁设置卷帘门，卷帘门采用全铝合金结构，两侧与厢体通过密封条密封；活动厢体前部、后部结构加强设计，保证足够的刚度和强度。抽拉厢体与驾驶室之间采用横隔墙分隔，通过设置在固定厢体两侧的滑移机构和锁止机构实现推拉滑移和行车锁定。

滑移机构由抽拉厢体两侧壁下部的滑轮及固定厢体两侧壁上的滑道组成（如图10），通过滑轮在滑道内滚动实现抽拉厢体前后滑动。在两侧中间滑轮处设置止动销，止动销插入滑道上预设的缩孔内，即可实现抽拉厢体展开的锁定，如图11（a）所示；抽拉厢体两侧前部设置凸轮旋转锁，利用凸轮原理实现抽拉厢体收拢时的锁定，如图11（b）所示。两种状态锁止机构均开关方便、锁闭可靠，车辆行驶时不会出现自行打开现象。

图10 滑移机构

图11 锁止机构

4.3 主要消杀设备设计

4.3.1 超低容量喷雾机

超低容量喷雾机的喷雾雾化方式采用目前消杀领域最为先进的离心雾化方式，小药液箱内药液由雾液泵送到喷雾主机的雾化头，雾化头在电机的带动下高速旋转，使进入雾化头的药液在离心力的作用下甩出，形成极其微小和均匀的药液雾粒；之后被风机吹出的风送出，使药液雾粒悬浮在空中，从而完成杀虫作业[8]。超低容量喷雾机主要由喷雾主机、控制系统、泵体阀组、小药液箱及管路等组成，其主要技术性能参数如表2所示。

表2 超低容量喷雾机主要技术性能参数

4.3.2 常量喷雾机

常量喷雾机工作时，常量喷雾液泵将药液从大药液箱吸入并加压，通过卷管盘上的高压喷雾管，远距离输送到喷枪，操作者可根据实时疫情不同，通过选择安装合适的喷具（喷枪或喷杆）将药液喷出，从而完成灭菌、消毒作业。作业结束后，高压喷雾管内的残留药液通过气泵，被送回到大药液箱中。常量喷雾机主要由喷雾水泵、气泵、绕管盘、喷枪和大药液箱组成，其主要技术性能参数如表3所示。

表3 常量喷雾机主要技术性能参数

4.3.3 便携式烟雾机

便携式烟雾机是一种杀虫设备，主要用于对室内外小面积或一些角落进行杀虫作业[9]。便携式烟雾机是将柴油和空气的混合体传递到燃烧室，经火花塞点燃产生高速热气流，热气流接触到药剂后将其分解成微小粒子从喷口喷出，达到杀虫、消毒的目的。主要技术性能参数如表4所示。

表4 便携式烟雾机主要技术性能参数

4.4 电控系统设计

防疫车电控系统主要完成对各设备的用电管理、使用控制及安全保护。根据供配电需求分析及电控系统原理，防疫车电控系统包括车厢电气系统和底盘电气系统两部分，电控系统原理如图12所示。

图12 电控系统原理框图

车厢电气系统包括消毒杀虫设备、监控系统、警示装置、照明系统等，底盘电气系统为汽车底盘自带；两个系统通过电磁隔离器进行分隔，独立运行，互不影响，避免因为各用电设备故障而影响车辆正常行驶。

4.4.1 供电设计

整车供电系统采用大功率硅发电机+蓄电池组的组合模式[10]，摒弃了车载发电机组供电模式，使得底盘本身的动力得到了充分的利用，降低了整车载质量和底盘能耗；应急情况下如出现电机故障等，则由蓄电池组实现应急供电。此种供电模式静音、环保，操作方便、快捷，占用空间小，可靠性高，维护成本低，保障性好。

4.4.2 配电及控制设计

车厢电气系统配电及控制，按照其功能主要分为两部分，一是消毒杀虫设备的配电控制，二是监控设备、警示装置和照明灯等设备的配电控制。消毒杀虫设备控制面板和控制按键根据使用方便性原则，均匀分布在驾驶室内和车厢内。

主控操作面板用于实现电源供电总控制，常量喷雾系统开、关控制，超低量喷雾系统开关、俯仰角度、旋转角度、吹雾风机风量、供液流速控制，超低量喷雾系统排空及缺水告警等。主控操作面板设置在驾驶室内正副驾驶员座椅之间的隔墙上，操作面板上设置有超低容量喷雾机和常量喷雾机作业所需的按钮、开关和指示灯，所有功能采用均“一键式”操作方式，实现对消毒杀虫设备的远程控制。主控操作面板如图13（a）所示。

辅助控制部分设在车厢尾部，将经常对外使用的常量收管、排空功能、水箱注水功能和过滤器集中在一起。辅助操作面板如图13（b）所示。

系统配备了一个遥控操作面板，采用芯片控制方式，使其功能实现更加方便快捷，轻松完成不同作业需求的个性化控制。遥控操作面板上按键功能与主控操作面板和辅助操作面板部分功能相同，操作程序也与之兼容通用。遥控操作面板如图13（c）所示。

图13 操作面板

4.4.3 监控及警示设计

在行驶过程中，为方便驾驶室内人员观察车厢内喷雾作业设备的运行情况，特配置了1套监控系统，包括防水摄像头、显示器和控制线束等（如图14）。监控系统具有白天/夜晚模式，能够保证夜间作业需求。

图14 监控系统组成

为了满足车辆在消杀任务中的警示要求，在车厢外顶部还安装有2盏蓝白警灯外和扬声器，在驾驶室内安装警报器，其警报器为分体式结构，由主机和控制器两部分构成（如图15）。

图15 警报器组成

5 试验检测

研制样机产成后，进行了机、电、液系统的运行调试，保证主要设备和装置工作稳定、安全、可靠。为验证使用性能，进行了一系列的第三方试验检测（如图16），主要完成了设备可靠性试验，超低喷雾系统的喷雾颗粒度试验、喷雾距离试验，常量喷雾系统的喷雾量试验、喷雾距离试验等；同时，按标准规定的试验条件和方法进行了高原、低温、高温和淋雨试验，以及整车行驶稳定性试验、行驶试验等，结果各项性能指标均满足或优于设计指标要求，验证了设计方案的准确性、合理性和可行性。

图16 第三方试验检测

新一代抽拉离心式高机动卫生防疫车已研制成功，并已进行了批量生产。2020年新冠肺炎疫情期间投入使用，成功通过了新冠疫情的实践检验，对社区、街道、医院、车站等公共场所进行了消杀作业，降低了公共场所感染的几率，为防疫工作做出了极大的贡献（如图17）。

图17 新一代防疫车抗疫现场

6 结语

新一代抽拉离心式高机动卫生防疫车采用新型抽拉式车厢结构形式，消杀防疫设备模块化设计，优化了系统的供电方式和操控模式，具有较好的可操作性，主要设备性能稳定、可靠，对同类产品的创新和设计具有较好的指导和借鉴作用；平战结合，对应急救灾、国防建设、卫生防护等具有重大的意义，有利于提升中国移动医疗卫生装备的科技水平。