新型卫生防疫车设计

董晓娟 段馨蕊 李海涛 白杰

北京三兴汽车有限公司 北京 100070

我国是人口大国，人口分布比较集中，一旦暴发传染病而没有得到及时有效的控制，传播速度将会非常迅速。2019年末爆发的新型冠状病毒肺炎，导致全国34个省市自治区都有人员被感染了，仅40多天时间，全国累计确诊病例竟高达75 100余人，仅武汉市确诊人数就有45 300余人，各省市自治区先后宣布启动了一级响应。疫情传播速度之快、危害之严重，给人民生命健康安全和国家经济发展造成了巨大损失。目前，疫情仍然在国外蔓延，我国部分地区也时有疫情报道，防疫工作转为常态化。

1 卫生防疫车设计特点

新近设计的卫生防疫车是专为大中城市疫情防控而研发的车辆，主要用于医院、学校、社区、办公区域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。整车功能多样、操作方便、工作效率高、转弯半径小，适合于在城市各种道路上通行，适用范围较广。

卫生防疫车主要由底盘、车厢、副车架、消毒杀虫设备、供电系统、工具箱及附件组成。消毒杀虫设备主要有超低容量喷雾系统、常量喷雾系统和便携式烟雾机。超低容量喷雾系统用于大范围杀虫作业，主要装备是喷雾机；常量喷雾系统用于小面积或一些角落喷射灭菌消毒，主要装备是喷杆喷枪；便携式烟雾机可以从车上取下，由操作人员手提或肩背，用于车辆无法进入的地下室、地下管道等区域进行灭菌消毒工作。

2 整车布局

卫生防疫车为厢式车结构，驾驶室和车厢各自独立，有效防止工作时药液污染和设备噪声对操作人员的侵害。该车以庆铃二类载货汽车底盘和车厢为载体；底盘用高强度螺栓和侧挡板固定于副车架上；在副车架前部固定车厢，车厢为独立舱室，左右两侧设有对开门，门上装有通风窗，便于厢内空气流通；消毒杀虫设备按照系统配置固定在车厢内；车厢后部两侧固定工具箱，可以放置药液、防护服、维修工具等，方便操作人员取用；工具箱中间安装喷雾机，设计时保证喷雾机的最大喷洒范围；驾驶室内安装有倒车影像和作业状态影像屏，操作切换按钮，可以实现两种影像切换；集成式操作面板安装在驾驶室内，操作简便快捷。整车布局主要以各设备使用工况为指导，以方便操作为原则，综合考虑行驶稳定性、轴荷分配、质心位置等因素，对各部件进行合理布局，尽量简洁一致，操作方便。整车布局如图1所示。

图1 卫生防疫车布局图[3]

3 整车部件选型设计

3.1 底盘选型

根据各部件质量和外形尺寸参数选用庆铃4×2二类载货汽车底盘，国Ⅵ排放标准，驾驶室安装有冷暖空调，具有GPS定位和倒车影像功能。底盘主要参数如表1所示。

表1 底盘技术参数表

3.2 车厢结构设计

车厢采用粘接大板结构、内外蒙皮，中间为硬质聚氨酯泡沫夹芯层和Q235型材骨架设计，厢体四周采用包边连接方式、铆钉固定。

厢体内外蒙皮为防锈铝板，选用1.5 mm厚整张铝板，没有接缝，保证厢体防雨性能。中间骨架采用Q235型材，考虑厢体强度和自重，主骨架采用60 mm×30 mm矩管为主支撑，30 mm×30 mm方管为中间筋梁的设计。厢体底板采用厚度为5 mm的铝合金花纹板，保证平台防滑和承载力。包边采用厢式车通用的标准型材，保证整车的美观性和协调性。厢板的内外蒙皮、骨架及泡沫夹层采用8103粘接剂粘接，四周包边采用铆钉连接，型材与蒙皮贴合紧密，铆接牢固，铆钉排列整齐，整个厢体外表面平整美观。

3.3 副车架设计

副车架是车厢和设施设备的承载平台，前部分固定车厢，后部分固定工具箱和喷雾机。副车架采用横、纵梁骨架结构，由厚度为3 mm的Q345钢板折弯组焊，横纵梁骨架连接部位采用角钢加强，在横梁与横梁之间预埋设备固定板和连接筋梁，以便固定消杀设备设施。

3.4 工具箱及附件设计

工具箱采用1.5 mm厚钢板折弯成整体骨架，内部用加强筋加强的设计方式不仅可满足设计强度，而且结构简单、制作方便、外形美观。工具箱内部设置有隔断，配置储物盒，方便分类存放药品和物品；箱门采用下开门方式，取消了门的支撑结构，不仅减轻了其自质量，还方便了操作人员取放物品。

附件部分主要有挡泥板、防护栏、后保险杠。挡泥板采用花纹钢板折弯设计，用螺栓与底盘固定；防护栏采用60 mm×30 mm矩管组焊，用螺栓与副车架边梁固定；后保险杠采用100 mm×60 mm矩管和钢板组焊，用螺栓与底盘固定。

3.5 供电系统设计

供电系统为整车提供电源，是各项电气功能正常运行的动力保障系统，整车电源主要有DC 12 V底盘电源和车载发电机组电源。DC 12 V底盘电源主要供照明灯、影像信息使用，避免因为用电设备故障而影响车辆行驶。发电机组电源，供喷雾系统使用。经统计，整车直流电用电功率P总=90 W，底盘蓄电池功率P蓄=1.3 kW，满足直流用电设备的工作要求；整车交流用电功率P总=4.3 kW，发电机组额定功率P额=5.5 kW，满足交流用电设备工作要求。

3.6 消毒杀虫设备选型

本车具有多样性的消杀功能，适用多种环境和场所。消毒杀虫设备主要由超低容量喷雾系统、常量喷雾系统、便携式烟雾机组成[5]。

3.6.1 超低容量喷雾系统选型

超低容量喷雾系统主要用于室外大面积的杀虫作业。根据卫生防疫车的民用市场定位和使用环境要求，选用具有气液两相流超声雾化技术的超低容量喷雾系统。该喷雾系统雾化效果更好，增大到2.5 mm的喷孔直径对药液的适应性更强，而且不易堵塞；喷嘴数量由多个减少到只有中间1个，保证了喷雾质量的一致性和均匀性；风机设计成锥直筒风机和可调喷嘴支座，增加了雾滴的弥散性，喷射距离可达20 m以上，提高了工作效率。

超低容量喷雾系统主要由超低容量喷雾机、隔膜泵、超低容量药液箱及空气压缩机等组成。主要性能参数如表2所示。

表2 超低容量喷雾系统主要性能参数

工作原理：启动后，空气压缩机启动蓄气，当系统达到工作压力时，气泵电磁阀和药液隔膜泵同时启动，药液与压缩空气经管路输送至超低容量喷雾主机前部的超声雾化喷嘴后进行雾化，雾化后的药液微粒再通过超低容量喷雾主机内的风机向作业区域输送。

3.6.2 常量喷雾系统选型

常量喷雾系统主要用于小面积或一些角落的喷洒消毒。卫生防疫车选用较为成熟的高压微孔喷雾方式，喷枪喷嘴选用水压能喷嘴。该套系统操作更为简便，可靠性更高。主要由常量高压泵、电动卷盘、喷杆、喷枪、常量药液箱等组成（如表3）。

表3 常量喷雾系统主要性能参数

工作原理系统：启动后，高压柱塞泵启动，将药液从常量药液箱中抽出，加压后经常量电动卷盘中的喷管输送至喷杆或喷枪处，高压药液经喷枪或喷杆前端的喷嘴雾化后向喷枪前方的目标区域喷洒，实现常量喷雾作业。

3.6.3 便携式烟雾机

便携式烟雾机是一种便携式杀虫灭菌设备，适用于医院、会议室、仓库、车站、城市下水道、暖气管道、垃圾通道、地下室等区域的消毒和灭虫处理。选用目前市场上成熟产品，性能稳定，可靠性高。主要性能参数如表4所示。

表4 便携式烟雾机主要性能参数

工作原理：烟雾机首先将燃料和空气的混合气体传递到燃烧室，燃烧之后的混合气体经过狭窄的空鸣器时接触到药剂并分解成数亿个小的微粒子以雾化的形态从喷口喷出，达到消毒杀虫的目的。

4 整车主要计算

卫生防疫车采用庆铃二类载货汽车底盘，为了保证行驶的安全可靠，对整车在装满药液满载工况下进行行驶稳定性计算[1]，分析各设备分布是否合理。

4.1 整车轴荷分配

整车总质量G总=3 995 kg，轴距L=2.765 m，水平力矩Wl=7 088 kgm，垂直力矩Wh=3 871 kgm。

后桥载荷：G后=Wl/L=2 563 kg

前桥载荷：G前=G总－G后=1 432 kg

结论：卫生防疫车前后轴荷均不超载，分布合理，满足要求。

4.2 整车质心计算

整车质心高度：h=Wh/G总=0.969 m

整车质心距前桥中心距离：l前=(G后/G总)L=1.774 m

整车质心距后桥中心距离：l后=L－l前=0.991 m

结论：卫生防疫车质心分布合理，满足要求。

4.3 行驶侧倾稳定性计算

整车轮距B=1 525 mm，质心高度h=969 mm，附着系数ψ=0.7。汽车等速直线行驶状态下发生侧翻的条件为：

tgβ=B/(2h)≥ψ，tgβ=0.8＞0.7

结论：卫生防疫车行驶状况下符合侧倾稳定性要求。

4.4 副车架强度校核

副车架作为连接车厢和底盘的焊合组件，其主要作用为承重，对强度要求高。因此，对副车架整体进行有限元模拟。副车架由纵梁和横梁组成，连接形式为焊接，材料选用3 mm厚度Q345钢板。对于Q345材料，弹性模量E=202 GPa，泊松比ε=0.3，工程设计计算的安全系数K=1.5，许用应力≈230 MPa[4]。

简化副车架模拟，各部件之间采用Tie命令连接，采用Hex-dominated（六面体占优）单元形式，由于结构件均为规则形状采用扫掠网格划分技术[2]。边界条件设定为副车架纵梁底面固定，其他方向自由。副车架的上端面为均匀受力，总受力为17.85 kN。

通过专用软件对副车架承受的应力和位移进行分析，校核材料选型的合理性。应力分析如图2，位移分析如图3所示。

图2 应力分析图

图3 位移分析图

由图2和图3可知，副车架最大许用应力值为Pmax=175.5 MPa＜230 MPa，副车架受力变形量最大值为1.29 mm，由此得出：Q345钢板满足设计要求。

5 结论

从使用环境、功能多样性、操作便捷性等方面着手，确定防疫车选用庆铃二类载货汽车底盘为运载平台，采用固定式车厢和副车架组合设计，整车符合GB 11567、GB 7258、GB 1589等国标要求，使防疫车具有较好的机动性、操作性和可靠性。其工作能力为消毒药液箱在装满药液400 L时，一次消毒面积不小于500 m2，杀虫药液箱在装满药液110 L时，一次杀虫面积不小于5万m2，达到了提高工作效率和快速有效遏制传染疾病扩散的目的，使防疫车实现了更好的防疫预防功能。