一種廁所車的結構總體設計

摘要：廁所車是用來保障人員如廁的車輛。針對目前國內部隊使用的野外廁所，結合部隊演訓的如廁保障需求，設計了一款滿足小便≥1 500人次和大便≥400人次的如廁和簡易清潔要求的廁所車。結合該車輛結構、功能及使用條件等，論述了設備的結構組成、布局、結構總體設計，同時進行了必要的分析和計算。該廁所車可以為部隊或武警部隊野外駐訓提供如廁保障，具有較廣的應用價值。

關鍵詞：野外如廁；廁所車；專用汽車設計

中圖分類號：U463" 收稿日期：2023-08-10

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.014

1 前言

部隊在多樣化軍事行動中發揮著重要的作用，野外作業的機會和形式突發多樣，野戰廁所的構建與應用將直接影響營區的環境衛生質量，也是預防腸道傳染病的重要途徑和手段［1］。

野戰條件下廁所的衛生學標準是防雨、遮蔭、擋風、防臭、防蠅和控制滋生，且符合人文理念［2］。從目前國內部隊使用的旱廁、生物降解廁所、打包式單體廁所等廁所的應用情況看，環境適應性差、機動性差、管理難，不太適應野戰條件，還需進一步完善。

2 總體要求

本廁所車適用于部隊或武警部隊野外駐訓的如廁保障，也可推廣到旅游景點、大型活動場所等場地使用。廁所車采用陜汽底盤匹配9.5 m廂體的結構形式，廂體分設備區和盥洗區，設備區設置集成真空抽吸、供排水、供配電等系統，盥洗區設置蹲便間、小便池、洗手池、溫度調節系統等，為如廁人員提供良好的如廁環境，保障如廁人員身心健康。廁所車工作狀態如圖1所示。

廁所車采用單車結構，儲排污系統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/撤收時間小于20 min（2人）；具有三級公路越野能力，時速不低于80 km/h，最小轉彎半徑11 mm；在風載荷平均風速不大于20 m/s時能正常工作；上水和污物排放接口與市政設備設施接口匹配。

3 總體方案設計

3.1 底盤選擇及改裝

根據廂體、設備和實際使用要求，選用陜汽某型二類底盤進行改裝。該底盤承載能力強，具有一定的越野性，匹配低溫啟動裝置，滿足低溫工作要求。

為滿足設備工作和廂體的安裝要求，必須對底盤進行一定程度的改裝，加裝調平機構及必要的工具附件箱等，底盤改裝后保持原有的機動性能。改裝內容主要如下：

a.調平機構。設備采用手動調平機構，在底盤大梁的兩側安裝4個千斤頂調平支腿。車頭位置安裝2個千斤頂，每個千斤頂舉升能力為4 t；車尾位置安裝2個千斤頂，每個千斤頂舉升能力為8 t。運輸時調平支腿翻起懸掛，車輛工作時放下調平支腿，并在其下方墊以墊木把廁所車調平，使廁所車工作時車輛輪胎處于不受力狀態。

b.工具附件。廂體兩個門的相應處設有登艙梯，車輛行駛時兩個登艙梯收藏于廂體尾部及側面車架內；底盤大梁前后兩側合適位置安裝4個工具箱，放置電纜卷盤、墊木、隨車工具等，設置的相應支架安裝發電機組、蓄電池、空調外機、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 設備廂體及布局設計

本廁所車采用單廂體分兩功能區的結構，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。廂體分為前后兩個功能區，前部功能區為設備區，后部功能區為盥洗區，中間用隔板隔開。廂體功能區布局如圖2所示。

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

盥洗區用于蹲便間、小便池、洗手池、溫度調節系統等。從廂體尾部看后部功能區，登艙門的左側布置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架上，蹲便臺架離地高250 mm，表面鋪設花紋鋁合金板，起防滑作用；門左側設安全扶手、衣帽鉤、垃圾桶、手紙盒；每個蹲便間艙壁設1個外推窗，外推窗配備紗窗和遮光簾，下方設置空氣凈化器，主要起艙內的殺菌、除臭、通風換氣作用，用于改善如廁環境；通道頂部設置LED照明燈，為蹲便間提供充足光線。

登艙門右手位置設置清潔工具架，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；廂體左側板設置4個外推窗，配備紗窗和遮光簾，用于防蠅、采光、通風。蹲便間與小便池之間為人員進出通道；外推窗上方配置紫外線消毒燈，用于廂體內的消毒殺菌。

隔板位置橫向設置3人位長條洗手池，洗手池配備感應水龍頭及皂液盒，左右兩側配置手紙盒，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；洗手池左側配備拖把池，用于拖把的清洗；拖把池左側和出艙門右側設垃圾桶，用于擦手后紙張等垃圾的投放；左側垃圾桶頂部區域設置儲物吊柜，用于存儲衛生紙、洗手液等物品。登艙門和出艙門上各固定1個滅火器。小便和污水通過管路流入設置在底盤車架一側的污水箱。

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。

盥洗區頂部設置2個通風換氣天窗，用于廂體內空氣流通及應急逃生；通風換氣天窗內側設置2盞LED照明燈，照度設計指標不小于85 Lx；登艙門和隔板上方設置空調，用于功能區內溫濕度調節。

3.3 真空抽吸系統設計

真空抽吸系統主要負責沖洗后大便、污水提升器內污水的抽吸，并提供存儲環境，由真空泵組、緩存罐、污物罐、支架等設備組成。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性，同時可以減輕運動時污物罐離心力；污物罐左側設置液位計，頂部配備液位傳感器，當液位達到75%時，自動進行提示，也可根據需要隨時查看污物液位狀態；排污管設置在底部，出口向廂體右側布置。支架呈矩形框架結構，通過螺栓與廂體底板連接。

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

3.3.1 污物罐設計

污物罐通過真空抽吸儲存小便、大便及沖洗水、洗手水，容積計算如下：

[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；[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；[V洗]為每次洗手用水量，取0.3 L/次；[η]為污物罐容積系數，取0.85。將參數代入式（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設計。

3.3.2 緩沖罐設計

為了阻止顆粒物質、霧氣進入真空泵，并提供額外的真空壓力以補足壓力損失，避免真空泵頻繁啟動，延長使用壽命，系統設計了緩沖罐。

根據真空穩壓罐的容積公式：

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

式中，V為真空穩壓罐容積，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為相同真空室的數量，6個大便池同時工作；[V單]為每個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個蹲便間可同時使用，則：

V=[71×6×1371-41ln10141]=166（L）

因此，緩存罐容積按200 L設計。

4 整車質量、質心位置、軸荷分配和穩定性計算

4.1 質量計算

以整車的前橋中心點在地面的投影為坐標原點，以車長方向為X坐標，車尾方向為“+”，車頭方向為“-”；車寬方向為Y坐標，左為“+”，右為“-”；車高方向為Z坐標，上為“+”，下為“-”。改裝后底盤車及主要裝車設備的重量及質心位置見表1。

因此，整車重量G=17 782 kg。

4.2 質心計算

整車質心位置為：

[X=xiGiG=4 312 mm]

[Y=yiGiG=10.3 mm]

[Z=ziGiG=1 475 mm]

計算得出，質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 整車軸荷分配計算

整車軸距為7 100 mm。

后橋負荷為

[G后=GXL=10 800 kglt;后橋最大滿載11 500 kg]

前橋負荷為

[G前=G-G后=6 982 kglt;后橋最大滿載7 000 kg]

前橋占總質量的比例為

[G前G=6 98217 782×100%=39.3%]

4.4 車輛行駛的穩定性計算

整備狀態下車輛質心高度應當符合橫向、縱向穩定性的要求。汽車在行駛過程中，整車質心高度對行駛安全性有較大影響，為保證行駛安全性，質心高度應符合下列條件：

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

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

式中，[L后]為整車質心距后軸中心距離，[L后=7 100-4 312=2 788 mm]；B為汽車輪距，B=2 155 mm；H為整車質心高度，H=1 475 mm；[ψ]為地面附著系數，根據標準要求，取[ψ=0.5～0.6。]

代入數據，計算可得：

[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）]。

廂體擋風面積（含裙邊）31.5 ㎡，車頭擋風面積5 ㎡。車輛受力為：

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

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

代入數據可得：

[F=0.613×31.5+5×202×2=17 899.6（N）]

設風集中在主車輛2 m高的位置，則風力矩為：

[M風=17 899.6×2]=35 799.2（N·m）

抗傾覆安全系數為：

[n=M車M風=174 263.635 799.2=4.6gt;2]

可見，廁所車在風速為20 m/s時的工作狀態下抗傾覆是安全的。

5 結語

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進行改裝。在車廂內設置了真空抽吸系統、供水系統、供配電系統等設備，配置蹲便間、小便池、洗手池、拖把池等盥洗器具，以及發電機組、空調機、紫外線消毒燈、LED燈、垃圾桶等環境保障設備，提供封閉、明亮、衛生的如廁環境，滿足了部隊在野外演訓的如廁服務保障。

參考文獻：

［1］唐功臣，趙勇，王勝，等.一種新型多功能野戰廁所的建立與應用［J］.實用醫藥雜志，2014（5）：477-478.

［2］唐功臣，黃尉初，王猷金.野戰兩用蹲便坑潔具的研制與應用［J］.實用醫藥雜志，2012，29（7）：639-640.

作者簡介：

張峰，男，1983年生，高級工程師，研究方向為裝備保障。