一種新型消防飲食保障車的研制

摘要：為滿足消防部隊(duì)新型飲食保障車的需要、提高部隊(duì)野外訓(xùn)練生存能力，研制了一種新型飲食保障車。首先從系統(tǒng)組成、炊事設(shè)備、水路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、駐車發(fā)電系統(tǒng)等方面進(jìn)行了闡述，然后對主要技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行了計(jì)算和驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：飲食保障；野外訓(xùn)練；系統(tǒng)組成；油路系統(tǒng)；駐車發(fā)電；消防飲食保障車

中圖分類號：U462" 收稿日期：2022-10-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.009

1 前言

隨著專用汽車的快速發(fā)展，應(yīng)用于消防部隊(duì)后勤保障等領(lǐng)域的裝備也逐步增多，這些裝備在處理突發(fā)性事件和應(yīng)急救災(zāi)活動中發(fā)揮了很大的作用［1-2］。消防飲食保障車具有較高的機(jī)動性和較好的實(shí)用性能，可在消防部隊(duì)野外滅火救災(zāi)條件下提供良好的炊事作業(yè)保障，每小時可加工完成200人份的主副食制作，符合消防部隊(duì)食物供給定量標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生要求，適合于高機(jī)動化消防部隊(duì)的炊事保障。本文主要分析一款消防飲食保障車的總體設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)組成

消防飲食保障車采用陜汽SX2190BQ型軍用越野汽車二類底盤和6 m方艙作為載體組合的結(jié)構(gòu)形式。車廂內(nèi)設(shè)有主食加工設(shè)備、副食加工設(shè)備、和面設(shè)備、切菜設(shè)備、排油煙設(shè)備、儲物吊柜等炊事設(shè)備。此外，還設(shè)有8 kW駐車自發(fā)電系統(tǒng)，以及配電系統(tǒng)、水路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、主副食設(shè)備控制系統(tǒng)、作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)等。消防飲食保障車外形圖見圖1，內(nèi)部布局圖見圖2。

飲食保障車具有蒸、煮、燉、炒等炊事功能，主要加工米飯、饅頭等主食，烹制的副食主要有燉菜、炒菜、湯類等。制作主食時，能加工不低于50 kg/h大米的米飯或蒸制不低于30 kg/h面粉的饅頭，可連續(xù)作業(yè)。加工副食時，1 h內(nèi)可制作不少于200人份的副食。行車狀態(tài)下，可制作米飯，同時可加工燉菜。車內(nèi)提供部分食品加工機(jī)械，具備和面、切菜等功能。

車廂與底盤采用U形螺栓連接。車廂上安裝有出入門、天窗、活動采光窗、水處理門等；車輛內(nèi)部設(shè)施有排風(fēng)扇、暖風(fēng)機(jī)、工具柜、配電柜、車內(nèi)照明、炊事作業(yè)設(shè)備、水處理設(shè)備等；外部配備有電纜盤箱、踏板梯、外接電源口、泵油裝置、附件箱等。

3 炊事設(shè)備

整套設(shè)備主要由蒸汽機(jī)、主食蒸飯箱、二炒一燉副食炒菜灶、冷藏柜、調(diào)理臺、開水箱、燃油箱、冷水箱、排油煙機(jī)、儲物吊柜、和面機(jī)、切菜機(jī)、廚具、水路、油路、電路及相應(yīng)的排煙設(shè)備等組成。

3.1 主食加工設(shè)備

主食加工設(shè)備主要由主食蒸飯箱（簡稱蒸箱）、蒸汽機(jī)及相關(guān)附件組成，如圖3所示。蒸箱采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)形式，靠蒸汽機(jī)提供的蒸汽蒸制米飯、饅頭等。

蒸汽機(jī)為鋁制鍋爐結(jié)構(gòu)，其作用是為蒸箱提供高溫蒸汽，將水箱中的水加熱。工作時蒸汽機(jī)中的補(bǔ)水泵會自動向蒸汽機(jī)加水，補(bǔ)水泵利用管路同冷水箱連接，蒸汽機(jī)的工作壓力為0.02～0.04 MPa，蒸汽溫度為100～108 °C，容水量為40 kg，給水溫度為20 °C時，其蒸發(fā)量不低于20 kg。該設(shè)備具有最高溫度及低水位報(bào)警裝置。

蒸汽機(jī)除了給蒸箱提供高溫蒸汽外，還可提供人員飲用熱水。利用管路連接到開水箱，開水箱外側(cè)設(shè)有出水閥門，打開閥門可直接使用熱水。蒸汽機(jī)利用燃燒器提供熱源，火焰以熱傳導(dǎo)和熱輻射形式為鍋爐箱體加熱，產(chǎn)生的高溫蒸汽經(jīng)過管路進(jìn)入蒸箱內(nèi)部，可蒸熟米飯、饅頭。運(yùn)用介質(zhì)蓄能和高效保溫技術(shù)，充分吸收熱能并延時定向釋放，可在關(guān)閉燃燒器后繼續(xù)對箱體加熱直至冷卻。

蒸箱內(nèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)多層蒸屜，可將蒸煮用水充分沸騰，使大米均勻糊化，防止米飯夾生和糊盤現(xiàn)象，有效地解決了行進(jìn)間路面顛簸對米飯制作的影響。

在蒸汽機(jī)箱體的外側(cè)密封有傳熱介質(zhì)（陶瓷纖維氈），開機(jī)啟動燃燒器后，介質(zhì)隨之加熱。當(dāng)開水沸騰后，燃燒器即可自動關(guān)閉，此時，利用蓄積在介質(zhì)中的熱能，仍可使水沸騰，并延時保溫。

主食加工設(shè)備采用自動化控制系統(tǒng)，不論蒸制米飯還是饅頭，都能實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，這節(jié)省了時間，提高了效率。燃燒器具有自動控制功能和安全保護(hù)裝置。

3.2 副食加工設(shè)備

副食加工設(shè)備是由2臺炒菜灶和1臺燉菜灶組合而成的三聯(lián)體炒燉一體灶設(shè)備，炒菜灶為二聯(lián)式，即設(shè)計(jì)有2個炒菜鍋。如圖4所示，聯(lián)體炒燉一體灶主要由天板、灶膛、燃燒器、炒（燉）菜鍋、鍋蓋、煙道、骨架、柜門組成。每個灶均配有獨(dú)立的灶體和燃燒器，可分別進(jìn)行炊事作業(yè)。燉菜灶和炒菜灶共用一個煙囪，各灶煙道連接在一起，煙囪匯集后，形成共用排煙通道，將炊事作業(yè)時燃燒產(chǎn)生的廢氣排出車廂外。

燃燒器的控制盒與爐體分離，進(jìn)油管與回油管全部連接到分油管路上，分油管路可保證每個燃燒器單獨(dú)拆下維修而不影響其他燃燒器的工作。燃燒器的燃燒和吹風(fēng)可分別控制，其燃料為輕質(zhì)柴油，并具有自動控制功能和安全保護(hù)裝置，如圖5所示。

副食灶采用全不銹鋼結(jié)構(gòu)，帶有保溫隔熱層的灶體里面是鍋體，各鍋體與灶臺面組焊成一體，然后罩在骨架上。骨架采用金屬方管焊接方式，易于制作。另外，在鍋蓋內(nèi)側(cè)安裝了大型防堵裝置，防止駐車或行進(jìn)間制作副食燉菜時，食物泄露堵塞排汽口，出現(xiàn)危險(xiǎn)。

燉菜灶的鍋體為圓柱形，并采用加深型；鍋底為復(fù)合型，可防止大火燉煮時糊鍋如圖6所示。炒菜灶的鍋體為球體形，底面圓弧光滑，采用不銹鋼板拉伸成形，如圖7所示。

各副食灶燃燒器爐頭直接插入灶膛的導(dǎo)火盤中，燃燒時，火焰經(jīng)過底部的導(dǎo)火盤導(dǎo)焰對鍋體進(jìn)行加熱。灶膛的內(nèi)表面涂有保溫隔熱層，隔熱性能好、重量輕。燉制過程采用自動化程序控制系統(tǒng)，并增加定時功能，可實(shí)現(xiàn)燉菜的自動化控制。炒制過程采用手動控制系統(tǒng)，人工操作。

設(shè)備采用封閉式燃燒設(shè)計(jì)，通過輕油燃燒器提供熱源，車廂內(nèi)無油煙、油味，燃燒器燃燒后，排放的煙塵對環(huán)境無污染。燃燒器燃燒過程對柴油實(shí)現(xiàn)了高壓霧化點(diǎn)火燃燒，并通過自帶風(fēng)機(jī)供氧，因而燃燒充分，無黑煙。作業(yè)時，只需按下操作開關(guān)，燃燒器就自動點(diǎn)火燃燒，即可進(jìn)行正常副食加工，無需明火點(diǎn)燃。

3.3 調(diào)理工作臺

根據(jù)飲食保障車的特點(diǎn)，在車廂內(nèi)左側(cè)設(shè)置了調(diào)理工作臺，工作臺內(nèi)從前到后依次布置了和面機(jī)、切菜機(jī)、冷凍儲物柜、洗水池及凈化水裝置。

冷凍儲物柜用于儲存和冷凍肉類，該冷凍柜為不銹鋼結(jié)構(gòu)，左側(cè)為儲物柜，可存放100 kg大米，底部為制冷壓縮機(jī)及調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。右側(cè)為抽屜式冷凍柜，可對需要冷凍的肉類分類存放，其頂部還可兼作工作臺，供炊事作業(yè)使用。

洗水池設(shè)置在凈水裝置前側(cè)，由1個水龍頭和1個水池組成。

3.4 輔助加工設(shè)備

和面設(shè)備主要用于機(jī)械化和面，能模仿人的拉、伸、揉、捏等功能，能使原輔料迅速水化混合，加速擴(kuò)展面筋。切菜設(shè)備主要用于對根莖類蔬菜進(jìn)行自動切割，可切片、切絲，厚薄、粗細(xì)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，刀片更換方便。

4 排煙、排風(fēng)設(shè)備

4.1 副食灶排油煙設(shè)備

整車選用雙吸離心通風(fēng)機(jī)作為排油煙主機(jī)，采用不銹鋼薄板加工制成前探式具有多個吸口的集煙罩，排油煙設(shè)備固定于車廂內(nèi)副食灶上方的頂板上，三臺通風(fēng)機(jī)均處于互不相通的封閉腔內(nèi)，寬大的吸煙口將副食加工產(chǎn)生的油煙收集干凈，迅速排出車廂外部。不銹鋼材料的應(yīng)用，更使集煙罩外觀明亮，易于清洗，經(jīng)久耐用。

集煙罩油煙吸入口處的罩板可拆裝，通風(fēng)機(jī)修理時，只需將集煙罩板卸下，即可進(jìn)行檢修及清理。集煙罩最低處設(shè)有積油盒，罩內(nèi)的油液可積存在積油盒內(nèi)，無滴油現(xiàn)象；可定期進(jìn)行清理，集煙罩上安裝有控制面板。

4.2 蒸箱排風(fēng)設(shè)備

蒸箱上方配有2臺排風(fēng)設(shè)備，安裝在車廂頂壁前部。排風(fēng)機(jī)功率為80 W，排風(fēng)量為18 m3/min，天窗為行車和駐車通風(fēng)換氣時使用，工作時把排風(fēng)扇罩百葉旋開，操作控制盒上開關(guān)，可將主食制作產(chǎn)生的蒸氣迅速排往車廂外。

4.3 車廂排風(fēng)換氣設(shè)備

在車廂壁板上設(shè)置有排風(fēng)換氣風(fēng)機(jī)。工作時操作控制盒上開關(guān)，自動打開車廂壁板上的百葉窗，風(fēng)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)車廂內(nèi)通風(fēng)換氣。

5 水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 水路系統(tǒng)工作原理

水路系統(tǒng)由不銹鋼自吸水泵、冷水箱、凈化水設(shè)備、供排水管、水位顯示儀、閥門及管路等組成。外界飲用水通過自吸水泵抽入車廂前壁的2個水箱內(nèi)，供炊事作業(yè)使用，作業(yè)產(chǎn)生的廢水通過下水管排出車廂外。

水路系統(tǒng)可以把外自來水泵入水箱，也可以把三類地表水通過凈化設(shè)備后泵入水箱，還可以把水箱水送到車廂外用。上水使用隨車外接水管接入進(jìn)水口，通過水泵泵入水箱。下水通過水池內(nèi)水漏流出放水口，放水可用隨車放水管引出。

5.2 水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，選用吸水泵，能夠滿足整車用水需求，并且體積小、重量輕。

在車廂前壁上設(shè)置2個水箱，2個水箱可儲存200 L炊事用水，由箱體、進(jìn)水口、出水口、溢水口組成。

水管選用薄壁不銹鋼管，管路接頭采用雙卡式結(jié)構(gòu)形式，閥門采用球閥結(jié)構(gòu)。整車進(jìn)水口布置在車廂后部，設(shè)有快速接頭，使用時與外部水源連接。整車設(shè)有低位排空口，排水口布置在車廂后部，可將整車水路存水排空。

6 油路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1 油路系統(tǒng)工作原理

油路系統(tǒng)由車外備用油箱、油泵、車內(nèi)油箱、供回油管、油閥、燃燒器和兩級過濾器等組成，燃油從車外備用油箱加注，經(jīng)過濾后，通過油泵可將車外油箱中的燃油輸送到車內(nèi)油箱，作業(yè)時，打開燃燒器進(jìn)油閥門，車內(nèi)油箱的燃油在自重作用下流經(jīng)過濾器，進(jìn)入燃燒器，為各燃燒器提供用油，燃燒器工作時回油在管路內(nèi)循環(huán)。

6.2 油路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在車內(nèi)、車外分別設(shè)置1個油箱，車內(nèi)油箱可儲存柴油80 L；車外油箱可儲存柴油120 L；過濾器布置在車外油箱出口處。車外油箱及泵油系統(tǒng)如圖8所示。

管路采用?15薄壁不銹鋼管，管路接頭采用雙卡式結(jié)構(gòu)形式。從車外油箱加注輕柴油，用油泵泵入車內(nèi)油箱，油泵開關(guān)位于副食灶控制盒上，車內(nèi)油箱加油不要超過最高位油標(biāo)。

7 燃油加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燃油加熱器主要用于冬季對車廂內(nèi)炊事裝備提供熱風(fēng)，便于蒸汽機(jī)、副食灶上燃燒器正常點(diǎn)火，同時為車廂內(nèi)供暖。

選用的燃油加熱器需具有低溫啟動功能、制熱量大、操作簡單等特點(diǎn)。

燃油加熱器操作開關(guān)設(shè)置于配電柜面板上，使用車外備用油箱內(nèi)的柴油，使用前應(yīng)檢查油箱內(nèi)貯油情況。

加熱器安裝在艙底壁右后側(cè)下方。冷、熱風(fēng)口均通過車廂底壁相連，加熱器工作時車廂內(nèi)加熱空氣形成內(nèi)循環(huán)，提高加熱效率。

8 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電氣控制系統(tǒng)完成電源引入、艙內(nèi)外用電設(shè)備配電、主/副食燃?xì)庠畹目刂啤⒋妒伦鳂I(yè)行車控制和視頻監(jiān)控等任務(wù)，是整車各項(xiàng)電氣功能正常運(yùn)行的控制中樞。

飲食保障車采用駐車自發(fā)電、行車逆變器供電與外接電源三套供電系統(tǒng)對車內(nèi)各用電設(shè)備供電。外接220 V市電可通過電源電纜，經(jīng)過車后部的電源轉(zhuǎn)接板輸入車內(nèi)；在沒有外接電源的地域，駐車工作時，可直接啟動本車的單相8 kW自發(fā)電裝置供電；在行進(jìn)中工作時，利用單相1.5 kW逆變器為車內(nèi)設(shè)備提供電源。三種電源都經(jīng)過配電箱進(jìn)行必要的控制、監(jiān)視和保護(hù)后，供給車內(nèi)外用電設(shè)備使用。

8.1 設(shè)備功率核算

根據(jù)整車主要設(shè)備功率統(tǒng)計(jì)，整車駐車工作時，設(shè)備應(yīng)全部能加電，總功率為4.6 kW，考慮到適當(dāng)預(yù)留一定的余量，自發(fā)電系統(tǒng)選用單相8 kW無刷勵磁發(fā)電機(jī)，能夠滿足使用要求。

本車行車時的用電設(shè)備有蒸汽機(jī)及燉、炒菜灶共4組燃燒器，每組耗電為160 W；換氣扇2個，每個耗電為200 W；照明燈6盞，每盞耗電15 W。由此可得出如下計(jì)算結(jié)果：

總功率=160 W×4+200 W×2+15 W×6=1 130 W

占逆變電源總功率的百分比=1 130/1 500=75.3%

因此，逆變電源功率可以滿足設(shè)備的使用要求，并具有一定的余量。行車中通過操縱駕駛室監(jiān)控盒上設(shè)備控制開關(guān)，可以完成對燉菜灶燃燒器的自動控制；逆變器供電是在汽車發(fā)動機(jī)工作情況下進(jìn)行的。

8.2 配電設(shè)計(jì)

為便于艙內(nèi)設(shè)備集中供電控制，提供完善的用電保護(hù)措施，在車內(nèi)后部左側(cè)上方設(shè)置了一個配電箱。配電箱主要實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控、漏電保護(hù)、短路過載保護(hù)、電源供電切換功能、油/水位顯示、設(shè)備控制功能。

飲食保障車的蒸箱及蒸汽機(jī)、燉菜灶、炒菜灶，分別由各自的控制箱控制操作；控制箱面板采用腐蝕刻字。

9 運(yùn)載平臺設(shè)計(jì)

運(yùn)載平臺主要承載炊事設(shè)備及其附件，主要包括底盤、取力發(fā)電系統(tǒng)、車廂、副車架等部分。

在底盤前后位置各安裝2個8 t螺旋千斤頂，用于駐車時車輛調(diào)平及輪胎卸荷。

9.1 駐車發(fā)電系統(tǒng)

本車駐車發(fā)電機(jī)安裝于底盤的下部，由汽車底盤發(fā)動機(jī)提供動力，通過安裝在變速箱上的取力器將動力傳遞給發(fā)電機(jī)，達(dá)到發(fā)電的目的。

駐車發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)、取力及控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)。

取力及控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)從汽車底盤變速器取出動力的過程，包括取力器、控制裝置等。本車采用變速器取力口直接取力的方式。控制裝置安裝在駕駛室內(nèi)儀表板上，汽車駐車后，駕駛員即可進(jìn)行自發(fā)電系統(tǒng)的操作。

傳動系統(tǒng)是將動力以確定的方式和方向傳至發(fā)電機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；采用傳動軸直接傳動的方式。

調(diào)速系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于控制汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，保證發(fā)電機(jī)正常發(fā)電時的轉(zhuǎn)速要求。調(diào)速系統(tǒng)的中心器件是電子調(diào)速器，電子調(diào)速器由傳感器、執(zhí)行器、速度控制器三部分組成。

9.2 車廂設(shè)計(jì)

車廂為通用車廂，設(shè)有后開門，左右側(cè)設(shè)有上翻活動窗，頂部設(shè)有天窗及排煙排氣孔口，車廂側(cè)板設(shè)有電源門、排風(fēng)門、維修門。廂體為復(fù)合板結(jié)構(gòu)，采用大板粘接。車廂組合、各門、窗、孔口均按典型工藝加工制造。

9.3 輔助設(shè)施設(shè)計(jì)

車內(nèi)儲物吊柜采用不銹鋼板焊接而成。吊柜設(shè)有可助力上翻的小門，小門翻起后可借助支撐與鎖緊機(jī)構(gòu)將門支住，關(guān)緊上翻門后，利用支撐與鎖緊機(jī)構(gòu)將門鎖緊。吊柜內(nèi)可貯存部分炊事器具、技術(shù)文件及各類物品。

電纜盤箱、附件箱等采用冷軋鋼板折制焊接而成。電纜盤箱里面放置電纜盤，附件箱里面放置墊木、接地樁、土木工具包等附件。

本車配備了一個踏板梯，安裝在艙外平臺下底架后端。踏板梯用于工作人員進(jìn)出方艙、小門開啟及關(guān)閉、攀登艙頂?shù)取?/p>

10 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)論

10.1 整車滿載軸荷計(jì)算

整車總重17 250 kg；前軸載荷6 040 kg，占整車總質(zhì)量35%（底盤前軸載荷要求≤6 500 kg）；后軸載荷11 210 kg，占整車總質(zhì)量65%（底盤后軸載荷要求≤14 000 kg）。

經(jīng)計(jì)算可知，符合改裝車運(yùn)輸要求，且前后軸荷均不超重，上裝總質(zhì)量為5 100 kg，小于7 000 kg，滿足改裝車運(yùn)輸要求［3-4］。

10.2 用水量計(jì)算

從和面機(jī)產(chǎn)量計(jì)算可知和面需消耗水量：30 kg×40％＝12 kg。

由主食加工參數(shù)可知蒸箱兩組箱體全蒸米飯耗水量：50×1.2＝60 kg。

燉菜灶工作時用水量：54 kg；勤雜用水量：30 kg。

綜合考慮飲食保障車水消耗量：12+60+54+30＝156 kg/h。

結(jié)論：水箱及炊事設(shè)備儲備的用水，能夠滿足作業(yè)用水需求。

10.3 燃油加熱器能力計(jì)算

飲食保障車燃燒器帶有低溫啟動裝置，燃燒器啟動3 min后可使整車溫度提升，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)燃燒器和燃油加熱設(shè)備同時使用時，升溫效果更好。

飲食保障車選用的燃油加熱器，經(jīng)計(jì)算可在-40 ℃的環(huán)境條件下，17 min能將車廂內(nèi)升溫到+10 ℃，滿足車廂對取暖設(shè)備的要求［3-4］。

11 結(jié)語

飲食保障車已經(jīng)裝備到消防部隊(duì)使用，得到了用戶的好評。此種類型車的成功研制，為消防系統(tǒng)后勤保障車輛增添了新的類別，擴(kuò)展了新的思路，更為炊事類型的保障裝備提供了廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]6版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016

[2]周一鳴，毛恩榮車輛人機(jī)工程學(xué)[M]北京：北京理工大學(xué)出版社，1999

[3]GJB 3119-1997 軍用炊事車通用規(guī)范[S]

[4]GJB 5031-2003 自行式炊事車規(guī)范[S]

作者簡介：

王瑞江，男，1977年生，工程師，研究方向?yàn)樘胤N改裝車、大板方艙車的研發(fā)和設(shè)計(jì)。