王政 王雪麗 仁寶海

WANG Zheng et al

中航工業(yè)遼寧陸平機(jī)器股份有限公司 遼寧鐵嶺 112001

1 前言

隨著專用汽車快速發(fā)展，醫(yī)療救治等領(lǐng)域的專用裝備逐步增多，由于每個裝備的使用功能和環(huán)境均不同，因此應(yīng)從多方面考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和先進(jìn)性，使其在滿足功能前提下，達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，成本較低的目的。下面介紹一款流動眼科篩查車。

2 總體布局與結(jié)構(gòu)

2.1 總體布局

流動眼科篩查車是現(xiàn)代眼科篩查診療檢查最先進(jìn)的移動裝備，具有較高的機(jī)動性和較好的實用性，可在野外惡劣條件下為眼病患者提供良好舒適的檢查環(huán)境。該車由解放CA1163P7K2L3E二類汽車底盤、6 m大板式擴(kuò)展廂體、副車架、醫(yī)用升降工作臺、眼科檢查設(shè)備、診療床、空調(diào)換氣系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、帶扶手踏板梯和其他附件組成。流動眼科篩查車及展開工作狀態(tài)如圖1所示。

流動眼科篩查車內(nèi)部設(shè)有醫(yī)用升降工作臺、眼科檢查設(shè)備、折疊診療床、工作椅、電加熱器、折疊椅等。車廂內(nèi)部分為三個區(qū)域，分別為常規(guī)篩查區(qū)、特殊檢查區(qū)和術(shù)前全身檢查區(qū)。常規(guī)篩查區(qū)的主要功能為視力檢查、裂隙燈檢查及眼底鏡檢查；特殊檢查區(qū)的主要功能為電腦驗光和角膜曲率檢查、眼底檢查、A/B超檢查、角膜內(nèi)皮檢查及免散瞳眼底照相；術(shù)前全身檢查區(qū)的主要功能為血壓檢查及心電圖檢查。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)眼科專家提出的實際使用要求及專用汽車總體設(shè)計原則，流動眼科篩查車整車設(shè)計時主要考慮如下幾點：a.應(yīng)滿足眼科篩查使用功能和作業(yè)流程要求；b.應(yīng)滿足公路運(yùn)輸限界要求；c.應(yīng)滿足所選用汽車底盤額定載荷及各軸荷要求；d.應(yīng)滿足使用環(huán)境要求；e.應(yīng)適合一般素質(zhì)人員展開和操作，應(yīng)滿足人機(jī)工程要求；f.應(yīng)滿足可靠性和可維修性要求。

根據(jù)上述總體設(shè)計思路，廂體采用車上側(cè)面雙擴(kuò)結(jié)構(gòu)，廂體外形尺寸(長×寬×高)為6000 mm×2460 mm×2100 mm，擴(kuò)展后車廂內(nèi)使用面積為27 m3，能夠滿足醫(yī)療作業(yè)所需的三個區(qū)域要求。廂體尺寸確定后，選用解放CA1163P7K2L3E二類汽車底盤，駕駛室后部可用空間長度為6500 mm。

整車設(shè)計時，由于隨車附件較多，故在車廂下部兩側(cè)各設(shè)計5個大小不等的附件箱，用于存放如千斤頂墊木、電纜盤、擴(kuò)展廂體支撐機(jī)構(gòu)、撤收拉桿、接地樁等附件。同時，將廂體下部兩側(cè)和后部設(shè)計為圍裙結(jié)構(gòu)，使整車外部更加美觀。

2.2.1 廂體結(jié)構(gòu)

廂體由固定廂體和擴(kuò)展廂體兩部分組成，固定廂體采用大板廂式結(jié)構(gòu)，廂體頂壁板和前后壁板及側(cè)壁板厚度均為52 mm，廂體底壁板厚度為80 mm。擴(kuò)展廂體設(shè)計時，為使擴(kuò)展操作簡單、方便、可靠，兩側(cè)擴(kuò)展廂體采用手動機(jī)械助力式結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)形式與液壓擴(kuò)展、電動擴(kuò)展等相比，具有故障率較低、性能可靠、成本較低等優(yōu)點。

擴(kuò)展板展開順序依次為：擴(kuò)展頂板→擴(kuò)展底板→擴(kuò)展端板→擴(kuò)展側(cè)板。設(shè)計時考慮擴(kuò)展廂體工作時的懸置穩(wěn)定性，在擴(kuò)展底壁板上設(shè)計3個可調(diào)節(jié)支撐機(jī)構(gòu)，布置時盡可能靠外側(cè)且不在同一直線上。

2.2.2 助力機(jī)構(gòu)

擴(kuò)展板展收的助力機(jī)構(gòu)采用機(jī)械壓簧助力機(jī)構(gòu)，主要由彈簧、導(dǎo)向套管及防護(hù)套管等組成。擴(kuò)展助力機(jī)構(gòu)如圖2所示。

2.2.2.1 擴(kuò)展頂板展收

根據(jù)擴(kuò)展頂板展開和撤收軌跡、頂板的質(zhì)量及質(zhì)心位置，同時考慮操作過程中應(yīng)符合人機(jī)工程要求，結(jié)合壓縮彈簧的工作特性，經(jīng)過計算確定助力機(jī)構(gòu)中彈簧的技術(shù)參數(shù)，利用彈簧被壓縮后產(chǎn)生的彈力支撐頂板展開。頂板撤收時，外力克服助力機(jī)構(gòu)的支撐力后，頂板在重力的作用下便可進(jìn)行撤收。展開及撤收所需操作力分別為264.6 N和288.1 N。

2.2.2.2 擴(kuò)展底板展收

根據(jù)擴(kuò)展底板展開和撤收軌跡、底板質(zhì)量及質(zhì)心位置，同時考慮操作過程中符合人機(jī)工程要求，結(jié)合壓縮彈簧的工作特性，經(jīng)過計算確定助力機(jī)構(gòu)中彈簧技術(shù)參數(shù)。將壓縮彈簧壓縮后產(chǎn)生的彈力，通過鋼絲繩、導(dǎo)輪轉(zhuǎn)換為對底板的拉力，實現(xiàn)對底板的展收控制。展開及撤收所需操作力分別為117.6 N和147 N。

2.2.3 帶扶手踏板梯

由于某些病人須由醫(yī)務(wù)人員協(xié)助進(jìn)入車廂，所以踏板梯設(shè)計成側(cè)面帶扶手結(jié)構(gòu)，由兩個踏板梯對接組成，踏板梯采用鋁型材鉚接結(jié)構(gòu)，便于人員拿取存放。踏板梯安裝在廂體前部梯架內(nèi)，使用時先將梯架上固定銷拔出，將踏板梯從梯架中抽出，一端支撐到地面上，另一端掛到踏板掛環(huán)上即可。左右梯扶手在外側(cè)，后車架內(nèi)踏板拉出400 mm鎖固后再掛踏板梯。帶扶手踏板梯如圖3所示。收梯時，將踏板取下輕輕推入梯架內(nèi)，用銷鎖固定。切忌用力過猛使掛鉤受撞擊而損壞。

3 設(shè)計要點

3.1 安裝與密封

擴(kuò)展車廂內(nèi)醫(yī)療設(shè)備的固定是非常重要的環(huán)節(jié)，應(yīng)注意：a.設(shè)備固定位置不能和擴(kuò)展端板干涉，須留出間隙；b.設(shè)備固定件不可超出地板；c.設(shè)備固定操作應(yīng)簡單快速，不用任何工具輔助；d.固定件應(yīng)與設(shè)備風(fēng)格一致；e.固定件應(yīng)適合車載，固定鎖緊可靠。

按照車載設(shè)計原則，先將醫(yī)療設(shè)備裝箱用快速夾帶緊固在醫(yī)療升降臺上，再采用可調(diào)節(jié)的螺栓和快速夾帶，將醫(yī)療升降臺固定在廂體地板上。

由于擴(kuò)展頂板在運(yùn)輸時作為主艙的側(cè)板，工作時作為擴(kuò)展廂體的頂板，所以密封設(shè)計時應(yīng)注意。收攏后，擴(kuò)展頂板上部與固定廂體間的密封結(jié)構(gòu)如圖4所示；下部與固定廂體間的密封結(jié)構(gòu)如圖5所示；側(cè)面與固定廂體間的密封結(jié)構(gòu)如圖6所示。

兩種板形和Ω形密封條均具有耐鹽、耐油、耐酸堿、耐壓等性能，彈性好等優(yōu)點，使用溫度為-45℃～+70℃。Ω形密封條安裝時，將其嵌入擴(kuò)展頂板內(nèi)表面，形成封閉環(huán)形。板形密封條用壓條拉鉚固定在固定廂體和擴(kuò)展頂板上。

3.2 通風(fēng)設(shè)計

車廂內(nèi)的空氣過冷、過熱或者有污濁的空氣，都會影響醫(yī)務(wù)人員和病人的舒適性，且若沒有足夠的空氣更換，車廂內(nèi)會很快聚集水汽、一氧化碳及二氧化碳等氣體，影響醫(yī)務(wù)工作人員和病人的身心健康。因此在車廂內(nèi)設(shè)置空調(diào)機(jī)，調(diào)節(jié)車廂內(nèi)溫度，并設(shè)置軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。

車廂內(nèi)的空氣流動應(yīng)均勻無死角，空氣流速差不大，只允許在車廂上部有局部渦流，無穿堂風(fēng)和大渦流循環(huán)，工作人員頭部水平位置的空氣流速冬季應(yīng)不大于0.15 m/s，夏季應(yīng)不大于0.5 m/s。

因此，在左壁板和后壁板各設(shè)置一個軸流風(fēng)機(jī)，將左壁板的前下部風(fēng)機(jī)設(shè)置為進(jìn)風(fēng)，后壁右上部的風(fēng)機(jī)設(shè)置為出風(fēng)，增強(qiáng)空氣流動性，加快換氣速度。

由于廂內(nèi)工作人數(shù)為5人，每人按標(biāo)準(zhǔn)所需的空氣更換量約為25 m3/h，則總的空氣更換量為125 m3/h，因此，選擇排風(fēng)量為2.3 m3/min的軸流風(fēng)機(jī)。

3.3 電氣系統(tǒng)設(shè)計

本車由供電部分、配電部分、用電部分三部分組成，主要由市電供電，經(jīng)配電后，為整車提供穩(wěn)定的交流電源，滿足廂內(nèi)的用電設(shè)備需求，并可實現(xiàn)避雷保護(hù)、漏電保護(hù)、短路、過載保護(hù)等功能。供配電原理如圖7所示。

車廂內(nèi)布線采用明暗結(jié)合的方式，頂壁板照明燈和擴(kuò)展底壁上地面插座采用暗線鋪設(shè)，其它部位采用明線，所有線纜均捆扎成線束，并用U型夾固定在線槽內(nèi)，防止導(dǎo)線在線槽內(nèi)竄動。

車廂內(nèi)頂壁左右對稱設(shè)置六盞冷光源照明燈，電源為交流220 V，功率為15 W/盞，照度滿足100 Lx的要求，其控制開關(guān)安裝在后壁門旁。選用發(fā)熱量小、抗震性好、使用壽命長燈具，同時具有光線柔、外形美觀、厚度薄、質(zhì)量輕等優(yōu)點。

4 安全性校核

流動眼科篩查車行駛安全性必須遵循以下原則：裝備的總質(zhì)量不應(yīng)大于汽車底盤的額定載荷，軸荷分配應(yīng)符合原汽車底盤的設(shè)計要求及行駛安全要求。

以汽車底盤后軸中心線與整車縱向中心線的交點在地面上的投影為坐標(biāo)原點，整車長度方向為X方向，前為“+”，后為“－”；整車寬度方向為Y方向，左為“+”，右為“－”；整車高度方向為Z方向，上為“+”，下為“－”，建立坐標(biāo)系。

已知，廂體質(zhì)量G廂體=2460 kg，車內(nèi)醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量G設(shè)備=760 kg，車內(nèi)空調(diào)機(jī)、折疊診療床、配電系統(tǒng)、電加熱器及其它附件質(zhì)量G車內(nèi)=210 kg，車外空調(diào)機(jī)、帶扶手踏板梯、底部附件、電纜盤和電纜及其他附件等質(zhì)量G車外=230 kg，副車架質(zhì)量G車架=860 kg。底盤整備質(zhì)量G底盤= 5660 kg，底盤總質(zhì)量G底盤總=16000 kg，滿載時前軸荷為6000 kg，后軸荷為10000 kg；底盤軸距L=5600 mm，輪距B=1830 mm。

4.1 質(zhì)心位置計算

式中，X、Y、Z分別為整車在x、y、z方向的質(zhì)心位置；xi、yi、zi分別為各部件在x、y、z方向的質(zhì)心位置。

計算可得，流動眼科篩查車總質(zhì)量為10180 kg，不超過底盤承載的要求，整車總質(zhì)量能夠滿足底盤承載要求。整車質(zhì)心位于距地面1318 mm；距汽車底盤后軸1848 mm；距寬度中心線偏右11 mm，在允許偏差范圍內(nèi)。

4.2 整車軸荷分配計算

根據(jù)∑M＝0，求得前橋軸荷為3359 kg，后橋軸荷為6821 kg，前橋軸荷占總質(zhì)量的33%，后橋軸荷占總質(zhì)量的67%。由此可見，前后橋軸荷均小于額定載荷，整車軸荷分配能夠滿足汽車底盤的要求。

4.3 行駛穩(wěn)定性校核

式中，B為汽車輪距，B＝1830 mm；Z為整車質(zhì)心高度，Z=1318 mm。φ為地面附著系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)要求為φ＝0.6；Ly為整車質(zhì)心偏離中心線距離，Ly=11 mm。

計算可得：B/2-Ly/Z=0.68＞0.6，橫向穩(wěn)定性能夠滿足行駛要求。

計算可得：L/Z=1.40＞0.6，縱向穩(wěn)定性能夠滿足行駛要求。

5 結(jié)論

流動眼科篩查車在我國東北地區(qū)使用近一年時間，主要為各地區(qū)敬老院、偏僻農(nóng)村、中小學(xué)生作公益活動，其車廂展開操作簡便，工作空間較大，車廂內(nèi)環(huán)境較好，受到用戶的好評，具有良好的發(fā)展前景。

[1]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊.第五版第1卷[M].北京:化學(xué)供業(yè)出版社,2009.

[2]徐達(dá),蔣崇賢.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計.[M]北京:北京理工大學(xué)出版社,1998.