欒振濤，石 磊，王 錕，馮 亮，韓 敏，李浩楠

（聯(lián)勤保障部隊(duì)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(dòng)造成物料、人體、場(chǎng)所、環(huán)境介質(zhì)表面或者內(nèi)部出現(xiàn)超過(guò)國(guó)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(guò)體表吸收進(jìn)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(dòng)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(xiàng)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(jì)一種自動(dòng)化洗消掛車模塊的構(gòu)想并進(jìn)行研制[4]。傳統(tǒng)洗消裝備主要存在以下弊端：（1）裝載運(yùn)輸困難。傳統(tǒng)洗消裝備主要由洗消機(jī)、充氣帳篷等分離式獨(dú)立裝備組成，每臺(tái)裝備的質(zhì)量與體積都非常大，如洗消機(jī)質(zhì)量超過(guò)200 kg，執(zhí)行任務(wù)時(shí)采用卡車裝卸載非常困難，并且不便于搬運(yùn)。（2）洗消用水的加熱與冬季保溫問(wèn)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(shí)現(xiàn)熱能的傳遞[5]。但是這種加熱器的鋼制螺旋水管在長(zhǎng)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(shí)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(shí)，由于氣溫較低，時(shí)常會(huì)超過(guò)-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(dòng)問(wèn)題。由于各裝備互不關(guān)聯(lián)且需獨(dú)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(shí)間，進(jìn)而影響洗消效果。

基于上述困難與問(wèn)題，可得出以下幾點(diǎn)需求：一是亟須提高洗消裝備的機(jī)動(dòng)性，以提高遠(yuǎn)程拉動(dòng)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(qiáng)輔助功能[6]。本自動(dòng)化洗消掛車模塊即針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行研制。

2 具體設(shè)計(jì)

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

圖1 自動(dòng)化洗消掛車模塊構(gòu)成圖

2.1 1號(hào)掛車設(shè)計(jì)

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

2.1.1 底盤平臺(tái)

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

圖2 自動(dòng)化洗消掛車模塊實(shí)物圖

2.1.2 洗消模塊

洗消模塊以原配發(fā)的洗消機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化改造。該洗消機(jī)分為清水清洗單元與洗消液清洗單元，每個(gè)單元都能實(shí)現(xiàn)吸水、加熱、出水的功能。洗消模塊在原配發(fā)洗消機(jī)的基礎(chǔ)上，主要做出以下改進(jìn)：一是將原來(lái)的2個(gè)吸水泵與2個(gè)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(jī)。水囊的應(yīng)用既耗費(fèi)人力，又容易造成水質(zhì)污染。二是設(shè)計(jì)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(wèn)題。包括在水路密集區(qū)域安裝柴油暖風(fēng)機(jī)，該暖風(fēng)機(jī)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(duì)所有水管采取斜角無(wú)彎式設(shè)計(jì)，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(jì)。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(wú)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(tái)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(gè)尺寸不同的進(jìn)水口，水箱低位設(shè)1個(gè)出水口并匹配洗消機(jī)吸水泵進(jìn)水端。2臺(tái)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(duì)水箱的高水位、低水位、上限溫度、下限溫度進(jìn)行監(jiān)控管理，并對(duì)進(jìn)水、排水、加溫等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)時(shí)模式下具有速度快、通信功能強(qiáng)、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[11]。當(dāng)水箱水位低于設(shè)定值時(shí)，吸水泵自動(dòng)啟動(dòng)抽水；當(dāng)水箱水位高于設(shè)定值時(shí)，吸水泵自動(dòng)停止抽水；當(dāng)水箱水溫低于設(shè)定值時(shí)，加熱機(jī)組自動(dòng)加熱；當(dāng)水箱水溫高于設(shè)定值時(shí)，加熱機(jī)組自動(dòng)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(jī)組為基礎(chǔ)進(jìn)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(jī)、漩渦風(fēng)機(jī)、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(jìn)行以下改造：一是改造了暖風(fēng)機(jī)的開關(guān)與加油、放油接口，將原有溫控開關(guān)進(jìn)行改造，啟動(dòng)開關(guān)作為一級(jí)開關(guān)，溫控開關(guān)作為二級(jí)開關(guān)，解決了原有開關(guān)時(shí)常發(fā)生故障的問(wèn)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(shí)施。原有機(jī)器設(shè)計(jì)的加油接口與放油接口較深，且沒(méi)有油位顯示，需要經(jīng)常開蓋，因此將加油接口提高并延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)油位顯示；放油接口延長(zhǎng)并降低，設(shè)計(jì)旋鈕開關(guān)。二是從電源輸入點(diǎn)接出一路220 V交流電源，用以給2個(gè)保溫水箱、水箱溫度傳感器、車內(nèi)照明及熱風(fēng)機(jī)供電，并在水箱操作窗口設(shè)計(jì)開關(guān)。

2.2 2號(hào)掛車設(shè)計(jì)

2號(hào)掛車主要包括2個(gè)自動(dòng)裝卸載模塊和儲(chǔ)物隔間，主要搭載帳篷自動(dòng)裝載裝置與7個(gè)儲(chǔ)物隔間。掛車載重6 t，車廂尺寸為3 m×2.1 m×1.5 m（長(zhǎng)×寬×高），底盤高度0.5 m，與運(yùn)輸卡車搭配，越野性能良好。

2.2.1 自動(dòng)裝卸載模塊

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

圖4 2號(hào)掛車收攏與展開平面圖

2.2.2 儲(chǔ)物隔間

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

3 創(chuàng)新點(diǎn)

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

（2）本模塊可實(shí)現(xiàn)中央自動(dòng)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(shí)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(duì)防止裝備及管路凍裂等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)裝備的高發(fā)性故障。

（4）研制自動(dòng)裝卸載模塊，解決了帳篷等重型裝備不易裝卸載及運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。

4 性能試驗(yàn)

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

4.1 操作使用試驗(yàn)

對(duì)自動(dòng)化洗消掛車模塊進(jìn)行操作使用試驗(yàn)，各功能系統(tǒng)使用方便、操作與運(yùn)輸便利、各項(xiàng)功能操作簡(jiǎn)便；各種標(biāo)識(shí)清晰，操作面板、按鈕、開關(guān)設(shè)置合理。

4.2 可靠性試驗(yàn)

對(duì)自動(dòng)化洗消掛車模塊進(jìn)行作業(yè)時(shí)間測(cè)試，使其連續(xù)工作120 h，累積工作600 h，并經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離顛簸路面運(yùn)輸，沒(méi)有發(fā)生故障，可靠性較高。

4.3 保養(yǎng)維修試驗(yàn)

對(duì)自動(dòng)化洗消掛車模塊進(jìn)行保養(yǎng)維修試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，本模塊在設(shè)計(jì)時(shí)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(yǔ)

自動(dòng)化洗消掛車模塊自研制以來(lái)，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(wèn)題，提高裝備的快速反應(yīng)能力和環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)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(dòng)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。