自動化洗消掛車模塊的研制

欒振濤，石 磊，王 錕，馮 亮，韓 敏，李浩楠

（聯(lián)勤保障部隊第967醫(yī)院，遼寧大連 116021）

0 引言

放射性污染是指由于人類活動造成物料、人體、場所、環(huán)境介質(zhì)表面或者內(nèi)部出現(xiàn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)或射線[1]。放射性核素黏附于人體表面，可經(jīng)過體表吸收進入人體，造成內(nèi)污染或內(nèi)照射[2]。洗消是開展醫(yī)學(xué)救治的重要任務(wù)內(nèi)容，快速有效的洗消手段能夠最大程度地降低沾染人員的受損程度[3]。為此，本文研制一種自動化洗消掛車模塊，以有效提升核化醫(yī)學(xué)救援的洗消能力。

1 需求分析

本項目以醫(yī)學(xué)救援任務(wù)為牽引，為更好地提升醫(yī)學(xué)救援能力，提出設(shè)計一種自動化洗消掛車模塊的構(gòu)想并進行研制[4]。傳統(tǒng)洗消裝備主要存在以下弊端：（1）裝載運輸困難。傳統(tǒng)洗消裝備主要由洗消機、充氣帳篷等分離式獨立裝備組成，每臺裝備的質(zhì)量與體積都非常大，如洗消機質(zhì)量超過200 kg，執(zhí)行任務(wù)時采用卡車裝卸載非常困難，并且不便于搬運。（2）洗消用水的加熱與冬季保溫問題。目前，洗消用熱水是由加熱器加熱的，該加熱器的原理是以柴油燃燒的方式直接為鋼制螺旋水管加熱，螺旋水管內(nèi)部充盈清水，從而實現(xiàn)熱能的傳遞[5]。但是這種加熱器的鋼制螺旋水管在長期加熱的情況下容易變形，且熱水的溫度難以控制，不便于實際應(yīng)用與操作。在東北等地區(qū)的寒冷環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)時，由于氣溫較低，時常會超過-20℃，不合理的結(jié)構(gòu)與布管極易凍裂裝備與管路。（3）分立裝備不聯(lián)動問題。由于各裝備互不關(guān)聯(lián)且需獨立操作，大大地影響了操作人員的工作效能，降低任務(wù)反應(yīng)時間，進而影響洗消效果。

基于上述困難與問題，可得出以下幾點需求：一是亟須提高洗消裝備的機動性，以提高遠程拉動能力；二是亟須提高裝備適應(yīng)性，以適應(yīng)寒冷、水源缺失的環(huán)境；三是亟須提高裝備的可操作性，加強輔助功能[6]。本自動化洗消掛車模塊即針對以上問題進行研制。

2 具體設(shè)計

自動化洗消掛車模塊由2臺掛車組成，1號掛車集成搭載中央控制系統(tǒng)、水箱模塊等功能裝備，2號掛車集成自動裝卸載模塊和儲物隔間用于裝載帳篷及其他配套功能裝具。自動化洗消掛車模塊的構(gòu)成圖及實物圖如圖1～2所示。

圖1 自動化洗消掛車模塊構(gòu)成圖

2.1 1號掛車設(shè)計

1號掛車由底盤平臺、洗消模塊、水箱模塊、中央控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)5個部分組成。

2.1.1 底盤平臺

采用掛車式底盤平臺，用于搭載所有洗消裝備器具，可接配運輸汽車，以掛車的方式快速轉(zhuǎn)運至任務(wù)場地展開使用。

圖2 自動化洗消掛車模塊實物圖

2.1.2 洗消模塊

洗消模塊以原配發(fā)的洗消機為基礎(chǔ)進行優(yōu)化改造。該洗消機分為清水清洗單元與洗消液清洗單元，每個單元都能實現(xiàn)吸水、加熱、出水的功能。洗消模塊在原配發(fā)洗消機的基礎(chǔ)上，主要做出以下改進：一是將原來的2個吸水泵與2個水箱出水口匹配，大大地減少了操作人員的工作量。原洗消系統(tǒng)需要先給水囊灌水，然后由吸水泵將水吸入洗消機。水囊的應(yīng)用既耗費人力，又容易造成水質(zhì)污染。二是設(shè)計水管加熱保溫方案及水箱管路排空方案，解決寒冷氣候條件下水管、水泵及加熱盤管易凍裂等問題。包括在水路密集區(qū)域安裝柴油暖風(fēng)機，該暖風(fēng)機產(chǎn)生的熱風(fēng)在管路周圍形成渦流，可為各管路保溫，以防凍裂；對所有水管采取斜角無彎式設(shè)計，避免冬季管路存水凍裂。三是增加防止吸水泵空轉(zhuǎn)的設(shè)計。在吸水泵前端電路增加傳感器開關(guān)，使吸水泵與水箱出水口匹配，即水箱內(nèi)無水，水泵亦不工作。

2.1.3 水箱模塊

在車體中部與前部分別設(shè)置2臺保溫水箱，分別為0.8 t清水水箱與0.7 t洗消水箱。在水箱內(nèi)部增加電加熱管、溫度傳感器[7]（DHT11）和液位傳感器（Arduino），外層加保溫層，層面設(shè)液位顯示，水箱高位設(shè)2個尺寸不同的進水口，水箱低位設(shè)1個出水口并匹配洗消機吸水泵進水端。2臺水箱的水溫、液位顯示和控制均由中央控制系統(tǒng)集中管理。

2.1.4 中央控制系統(tǒng)

對水箱的高水位、低水位、上限溫度、下限溫度進行監(jiān)控管理，并對進水、排水、加溫等實現(xiàn)自動化管理控制。控制模塊采用西門子S7-200可編程邏輯控制器[8-10]，其在實時模式下具有速度快、通信功能強、穩(wěn)定性好等特點[11]。當(dāng)水箱水位低于設(shè)定值時，吸水泵自動啟動抽水；當(dāng)水箱水位高于設(shè)定值時，吸水泵自動停止抽水；當(dāng)水箱水溫低于設(shè)定值時，加熱機組自動加熱；當(dāng)水箱水溫高于設(shè)定值時，加熱機組自動停止加熱。中央控制系統(tǒng)界面圖如圖3所示。

圖3 中央控制系統(tǒng)界面圖

2.1.5 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)以原配發(fā)的電源機組為基礎(chǔ)進行優(yōu)化改造，其主要結(jié)構(gòu)包括控制電源、電壓表、壓力表、柴油暖風(fēng)機、漩渦風(fēng)機、電源輸入輸出線路等。為了增加操作使用的優(yōu)越性與便捷性，進行以下改造：一是改造了暖風(fēng)機的開關(guān)與加油、放油接口，將原有溫控開關(guān)進行改造，啟動開關(guān)作為一級開關(guān)，溫控開關(guān)作為二級開關(guān)，解決了原有開關(guān)時常發(fā)生故障的問題。該故障在野外低溫條件下發(fā)生率很高，直接影響任務(wù)的實施。原有機器設(shè)計的加油接口與放油接口較深，且沒有油位顯示，需要經(jīng)常開蓋，因此將加油接口提高并延長，設(shè)計油位顯示；放油接口延長并降低，設(shè)計旋鈕開關(guān)。二是從電源輸入點接出一路220 V交流電源，用以給2個保溫水箱、水箱溫度傳感器、車內(nèi)照明及熱風(fēng)機供電，并在水箱操作窗口設(shè)計開關(guān)。

2.2 2號掛車設(shè)計

2號掛車主要包括2個自動裝卸載模塊和儲物隔間，主要搭載帳篷自動裝載裝置與7個儲物隔間。掛車載重6 t，車廂尺寸為3 m×2.1 m×1.5 m（長×寬×高），底盤高度0.5 m，與運輸卡車搭配，越野性能良好。

2.2.1 自動裝卸載模塊

自動裝卸載模塊為雙側(cè)對稱設(shè)計，實現(xiàn)單兵即可快速裝卸載帳篷的目的。自主設(shè)計研制電動機曳帶系統(tǒng)，應(yīng)用電動機收放尼龍帶，拉動用于貯存帳篷的筐體的上升或下降，從而實現(xiàn)體型龐大而笨重的帳篷自動裝卸載，大大地節(jié)省人力與任務(wù)反應(yīng)時間。2號掛車收攏與展開平面圖如圖4所示。

圖4 2號掛車收攏與展開平面圖

2.2.2 儲物隔間

2號掛車的后半?yún)^(qū)設(shè)計7個儲物隔間，用于裝載運輸折疊椅、背囊等洗消用功能配件，可滿足集成裝載、合同運輸、協(xié)同使用的任務(wù)要求。

3 創(chuàng)新點

（1）本模塊具備集成式管理洗消裝備，可有效提升轉(zhuǎn)運及展開任務(wù)的效能，節(jié)省人力、物力。

（2）本模塊可實現(xiàn)中央自動化管理，改變傳統(tǒng)的人工管理模式，大大地節(jié)省人力與時間，提升任務(wù)反應(yīng)速度，提高任務(wù)穩(wěn)定性與安全性。

（3）本模塊針對防止裝備及管路凍裂等方面的優(yōu)化設(shè)計，解決了傳統(tǒng)裝備的高發(fā)性故障。

（4）研制自動裝卸載模塊，解決了帳篷等重型裝備不易裝卸載及運輸?shù)膯栴}。

4 性能試驗

自動化洗消掛車模塊自研制以來，多次在訓(xùn)練任務(wù)中實地使用，并進行以下性能試驗[12]。

4.1 操作使用試驗

對自動化洗消掛車模塊進行操作使用試驗，各功能系統(tǒng)使用方便、操作與運輸便利、各項功能操作簡便；各種標(biāo)識清晰，操作面板、按鈕、開關(guān)設(shè)置合理。

4.2 可靠性試驗

對自動化洗消掛車模塊進行作業(yè)時間測試，使其連續(xù)工作120 h，累積工作600 h，并經(jīng)過遠距離顛簸路面運輸，沒有發(fā)生故障，可靠性較高。

4.3 保養(yǎng)維修試驗

對自動化洗消掛車模塊進行保養(yǎng)維修試驗，試驗表明，本模塊在設(shè)計時充分考慮了保養(yǎng)維修的便利性，設(shè)備布局合理，線路管路分布有序，具有較好的可維修性。

5 結(jié)語

自動化洗消掛車模塊自研制以來，已應(yīng)用3 a多，可有效解決傳統(tǒng)洗消模塊在使用中發(fā)現(xiàn)的問題，提高裝備的快速反應(yīng)能力和環(huán)境適應(yīng)能力，對提高裝備核化應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援保障效能和履行使命任務(wù)的能力具有重要意義。在核化應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援訓(xùn)練和裝備展示活動中，本模塊發(fā)揮了重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣使用。