自动化洗消挂车模块的研制

栾振涛，石 磊，王 锟，冯 亮，韩 敏，李浩楠

（联勤保障部队第967医院，辽宁大连 116021）

0 引言

放射性污染是指由于人类活动造成物料、人体、场所、环境介质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或射线[1]。放射性核素黏附于人体表面，可经过体表吸收进入人体，造成内污染或内照射[2]。洗消是开展医学救治的重要任务内容，快速有效的洗消手段能够最大程度地降低沾染人员的受损程度[3]。为此，本文研制一种自动化洗消挂车模块，以有效提升核化医学救援的洗消能力。

1 需求分析

本项目以医学救援任务为牵引，为更好地提升医学救援能力，提出设计一种自动化洗消挂车模块的构想并进行研制[4]。传统洗消装备主要存在以下弊端：（1）装载运输困难。传统洗消装备主要由洗消机、充气帐篷等分离式独立装备组成，每台装备的质量与体积都非常大，如洗消机质量超过200 kg，执行任务时采用卡车装卸载非常困难，并且不便于搬运。（2）洗消用水的加热与冬季保温问题。目前，洗消用热水是由加热器加热的，该加热器的原理是以柴油燃烧的方式直接为钢制螺旋水管加热，螺旋水管内部充盈清水，从而实现热能的传递[5]。但是这种加热器的钢制螺旋水管在长期加热的情况下容易变形，且热水的温度难以控制，不便于实际应用与操作。在东北等地区的寒冷环境下执行任务时，由于气温较低，时常会超过-20℃，不合理的结构与布管极易冻裂装备与管路。（3）分立装备不联动问题。由于各装备互不关联且需独立操作，大大地影响了操作人员的工作效能，降低任务反应时间，进而影响洗消效果。

基于上述困难与问题，可得出以下几点需求：一是亟须提高洗消装备的机动性，以提高远程拉动能力；二是亟须提高装备适应性，以适应寒冷、水源缺失的环境；三是亟须提高装备的可操作性，加强辅助功能[6]。本自动化洗消挂车模块即针对以上问题进行研制。

2 具体设计

自动化洗消挂车模块由2台挂车组成，1号挂车集成搭载中央控制系统、水箱模块等功能装备，2号挂车集成自动装卸载模块和储物隔间用于装载帐篷及其他配套功能装具。自动化洗消挂车模块的构成图及实物图如图1～2所示。

图1 自动化洗消挂车模块构成图

2.1 1号挂车设计

1号挂车由底盘平台、洗消模块、水箱模块、中央控制系统和电气系统5个部分组成。

2.1.1 底盘平台

采用挂车式底盘平台，用于搭载所有洗消装备器具，可接配运输汽车，以挂车的方式快速转运至任务场地展开使用。

图2 自动化洗消挂车模块实物图

2.1.2 洗消模块

洗消模块以原配发的洗消机为基础进行优化改造。该洗消机分为清水清洗单元与洗消液清洗单元，每个单元都能实现吸水、加热、出水的功能。洗消模块在原配发洗消机的基础上，主要做出以下改进：一是将原来的2个吸水泵与2个水箱出水口匹配，大大地减少了操作人员的工作量。原洗消系统需要先给水囊灌水，然后由吸水泵将水吸入洗消机。水囊的应用既耗费人力，又容易造成水质污染。二是设计水管加热保温方案及水箱管路排空方案，解决寒冷气候条件下水管、水泵及加热盘管易冻裂等问题。包括在水路密集区域安装柴油暖风机，该暖风机产生的热风在管路周围形成涡流，可为各管路保温，以防冻裂；对所有水管采取斜角无弯式设计，避免冬季管路存水冻裂。三是增加防止吸水泵空转的设计。在吸水泵前端电路增加传感器开关，使吸水泵与水箱出水口匹配，即水箱内无水，水泵亦不工作。

2.1.3 水箱模块

在车体中部与前部分别设置2台保温水箱，分别为0.8 t清水水箱与0.7 t洗消水箱。在水箱内部增加电加热管、温度传感器[7]（DHT11）和液位传感器（Arduino），外层加保温层，层面设液位显示，水箱高位设2个尺寸不同的进水口，水箱低位设1个出水口并匹配洗消机吸水泵进水端。2台水箱的水温、液位显示和控制均由中央控制系统集中管理。

2.1.4 中央控制系统

对水箱的高水位、低水位、上限温度、下限温度进行监控管理，并对进水、排水、加温等实现自动化管理控制。控制模块采用西门子S7-200可编程逻辑控制器[8-10]，其在实时模式下具有速度快、通信功能强、稳定性好等特点[11]。当水箱水位低于设定值时，吸水泵自动启动抽水；当水箱水位高于设定值时，吸水泵自动停止抽水；当水箱水温低于设定值时，加热机组自动加热；当水箱水温高于设定值时，加热机组自动停止加热。中央控制系统界面图如图3所示。

图3 中央控制系统界面图

2.1.5 电气系统

电气系统以原配发的电源机组为基础进行优化改造，其主要结构包括控制电源、电压表、压力表、柴油暖风机、漩涡风机、电源输入输出线路等。为了增加操作使用的优越性与便捷性，进行以下改造：一是改造了暖风机的开关与加油、放油接口，将原有温控开关进行改造，启动开关作为一级开关，温控开关作为二级开关，解决了原有开关时常发生故障的问题。该故障在野外低温条件下发生率很高，直接影响任务的实施。原有机器设计的加油接口与放油接口较深，且没有油位显示，需要经常开盖，因此将加油接口提高并延长，设计油位显示；放油接口延长并降低，设计旋钮开关。二是从电源输入点接出一路220 V交流电源，用以给2个保温水箱、水箱温度传感器、车内照明及热风机供电，并在水箱操作窗口设计开关。

2.2 2号挂车设计

2号挂车主要包括2个自动装卸载模块和储物隔间，主要搭载帐篷自动装载装置与7个储物隔间。挂车载重6 t，车厢尺寸为3 m×2.1 m×1.5 m（长×宽×高），底盘高度0.5 m，与运输卡车搭配，越野性能良好。

2.2.1 自动装卸载模块

自动装卸载模块为双侧对称设计，实现单兵即可快速装卸载帐篷的目的。自主设计研制电动机曳带系统，应用电动机收放尼龙带，拉动用于贮存帐篷的筐体的上升或下降，从而实现体型庞大而笨重的帐篷自动装卸载，大大地节省人力与任务反应时间。2号挂车收拢与展开平面图如图4所示。

图4 2号挂车收拢与展开平面图

2.2.2 储物隔间

2号挂车的后半区设计7个储物隔间，用于装载运输折叠椅、背囊等洗消用功能配件，可满足集成装载、合同运输、协同使用的任务要求。

3 创新点

（1）本模块具备集成式管理洗消装备，可有效提升转运及展开任务的效能，节省人力、物力。

（2）本模块可实现中央自动化管理，改变传统的人工管理模式，大大地节省人力与时间，提升任务反应速度，提高任务稳定性与安全性。

（3）本模块针对防止装备及管路冻裂等方面的优化设计，解决了传统装备的高发性故障。

（4）研制自动装卸载模块，解决了帐篷等重型装备不易装卸载及运输的问题。

4 性能试验

自动化洗消挂车模块自研制以来，多次在训练任务中实地使用，并进行以下性能试验[12]。

4.1 操作使用试验

对自动化洗消挂车模块进行操作使用试验，各功能系统使用方便、操作与运输便利、各项功能操作简便；各种标识清晰，操作面板、按钮、开关设置合理。

4.2 可靠性试验

对自动化洗消挂车模块进行作业时间测试，使其连续工作120 h，累积工作600 h，并经过远距离颠簸路面运输，没有发生故障，可靠性较高。

4.3 保养维修试验

对自动化洗消挂车模块进行保养维修试验，试验表明，本模块在设计时充分考虑了保养维修的便利性，设备布局合理，线路管路分布有序，具有较好的可维修性。

5 结语

自动化洗消挂车模块自研制以来，已应用3 a多，可有效解决传统洗消模块在使用中发现的问题，提高装备的快速反应能力和环境适应能力，对提高装备核化应急医学救援保障效能和履行使命任务的能力具有重要意义。在核化应急医学救援训练和装备展示活动中，本模块发挥了重要作用，具有广阔的应用前景，值得推广使用。