大擴展比車載醫療方艙滑道的研究與設計

孟曉東，鄭靜晨，李明，孫偉長，徐冬，楊林波，趙喆，郝昱文，李曉雪

1.武警總醫院，北京 100039；2.南陽二機石油裝備集團股份有限公司，河南 南陽 473006；3.南陽二機車輛制造有限公司，河南 南陽 473006

引言

機動能力強、能快速展開部署的車載醫療方艙十分適合我國衛勤救援的現狀，但是現有的方艙擴展效率低、擴展面積不大無法滿足我國醫療衛勤保障的需要，因此我們研制出一種具有大擴展比的車載醫療方艙[1-7]。此車載醫療方艙主要包括：底盤、車廂、左擴展模塊、右擴展模塊、副車架、滑道、電動調平支腿[8]，整車見圖1。為了方便運輸，車輛運輸或行駛時左右擴展模塊收縮在車廂內；擴展時無需裝卸，3～6人即可完成左右擴展模塊自動展開，操作簡單，大大地提高了車載方艙的運行效率[9]。滑道與電動調平支腿作為方艙支撐調平系統[10-13]中重要的部分共同支撐著擴展模塊，現有的滑道為整體式，無法隨車運載，而且滑道需要人工進行擴展、回收，效率低下，因此設計出適用于大擴展比車載醫療方艙的滑道很有必要。

本文研究設計的大擴展比車載醫療方艙滑道是一種能快速動作的多級抽拉平面滑道，能在較短時間內進行自動展開和撤收，為大擴展比車載醫療方艙擴展模塊提供穩定的支撐。

圖1 車載醫療方艙

1 現狀及特點

1.1 現狀

滑道作為車載醫療方艙支撐系統中重要的組成部分，在方艙擴展時起著十分重要的作用。滑道一般共有兩組（圖2），通常采用高強度方鋼，安裝在廂體一側底部[14]，對醫療方艙擴展部分起著定位和支撐作用。我國對車載方艙滑道的研究起步比較晚、研究投入比較少，適用于大擴展比車載醫療方艙的滑道產品種類較少。

圖2 滑道位置示意圖

1.2 特點

目前市場上出現的滑道在安裝時需要人員對滑道及其附件分組按編號順序安裝[15]，都存在著結構穩定性不足、展收效率低等缺點，無法滿足大擴展比車載醫療方艙的使用需要。而且大多數的滑道完全伸展開時是非平面，不能保證車載醫療方艙擴展艙下底面水平，影響醫療方艙的單獨使用。

2 大擴展比車載醫療方艙滑道的研究與設計方案

2.1 整體構想

針對目前國內外現有的車載醫療方艙的特點及我國軍隊醫療保障系統的需要，我們研究設計了一種適用于大擴展比車載醫療方艙的多級平面滑道。通過滑道的伸展對車載醫療方艙擴展區域進行支撐，并引導醫療方艙擴展模塊的快速擴展、定位，各條滑道由支腿支撐并調平。通過控制驅動系統來實現滑道的自動擴展與回收。

抽拉滑道比較節約空間，各級抽拉滑道都在固定滑道內。車載醫療方艙只需在副車架中預留出固定滑道的位置，十分適用于整裝整卸[16]，所以我們選擇設計一種可以抽拉的多級平面滑道。

與其他驅動方式相比，通過齒輪、齒條和電機展收滑道更易實現，而且電機控制動作平穩、安全，容易實現精確定位。

調平支腿主要有液壓和機械（螺桿）支撐兩種形式，其中機械形式高度調節比較精準，且便于自鎖，不宜發生沉降。考慮到擴展方艙內的移動式醫療設備需要有較長時間穩定的操作平臺，且方艙展開時需要快速、高精度的調平。所以我們設計采用機械支腿，自動調平機構選用電動型平衡支撐系統，工作電壓為直流24 V。

2.2 具體設計內容

我們設計了一種可以電動抽拉的C型多級滑道。每條滑道主要由固定滑道、各級抽拉滑道、電動調平支腿、電機、齒條、控制系統等組成，每級抽拉滑道由電機驅動齒條控制滑道展開和收回。每條滑道安裝于副車架上，在行車狀態下抽拉滑道收縮于固定滑道中；車輛停穩后，在醫療方艙擴展前,固定在車架上的主支腿伸出將車輛支離地面并調平，然后逐級伸出抽拉滑道，每級抽拉滑道由各級電機驅動各級齒條張開。在每級滑道伸展到位后，安裝在每級滑道上的機械支腿自動伸出、支撐滑道并且進行調平。在滑道回收時，先把最外側的支腿收回，隨后收縮最外一級的滑道，然后依次回收內側的滑道支腿及滑道，直至滑道完全收回副車架下。控制系統可以在一個面板上操作，實現對滑道擴展、調平、回收的全過程自動控制，最大程度上減少了人工操作。

2.2.1 滑道結構設計

滑道的結構示意圖（圖3），三級抽拉滑道安裝在二級抽拉滑道內，二級抽拉滑道安裝在一級抽拉滑道內，一級抽拉滑道安裝在固定滑道內。每級滑道之間都安裝有側滑塊和下滑塊，齒條安裝在每級抽拉滑道的下部，電機和電動調平支腿安裝在每級抽拉滑道的前端。

圖3 滑道裝配示意圖

滑道裝配示意圖，見圖4。

圖4 滑道裝配示意圖

滑道完全擴展狀態圖，見圖5。

每級抽拉滑道側滑塊通過螺栓固定在各級滑道上，在抽拉滑道伸縮過程中起著支撐和定位的作用。此外每級抽拉滑道下方都有前后下滑塊,前下滑塊用螺栓固定在上一級滑道內前端，后下滑塊固定在每級抽拉滑道下部尾端。前后下滑塊不僅起著支撐滑道的作用，還起著定位作用防止抽拉滑道越位。

圖5 滑道完全擴展狀態圖

考慮到車載醫療方艙有可能在環境惡劣、地形復雜、多種氣候條件中工作，一旦電力、油料供應缺乏或者滑道控制、動力系統損壞，滑道就無法正常工作從而影響醫療方艙的正常使用。因此我們在擴展電機和支腿電機動力傳動部分增加了一個手動口（圖6～7）。在滑道電機和支腿電機無法工作時，增加的手動口可以方便進行人工伸縮滑道和調平支腿。

圖6 擴展電機手動口示意圖

圖7 電動調平支腿手動口示意圖

2.2.2 控制系統設計

滑道控制系統主要由PLC、擴展電機、支腿電機、雙軸傳感器、限位開關、操作面板等組成：PLC是滑道控制系統的核心，控制著滑道動作的順序；擴展電機收擴每級抽拉滑道；支腿電機支撐調平每級抽拉滑道；雙軸傳感器檢測每條支腿的水平狀態；限位開關對每級抽拉滑道進行定位；操作面板控制著滑道的動作。

滑道伸展過程的主要技術路線圖，見圖8，滑道伸展前收擴系統[17]首先自檢，然后一級擴展電機工作驅動伸出一級抽拉滑道，一級抽拉滑道伸展到位后，一級抽拉滑道支腿電機才能工作伸出支撐地面并調平；隨后二級擴展電機工作驅動伸出二級抽拉滑道，二級抽拉滑道伸展到位后，二級抽拉滑道支腿電機才能工作伸出支撐地面并調平；最后三級擴展電機工作驅動伸出三級抽拉滑道，三級抽拉滑道伸展到位后，三級抽拉滑道支腿電機才能工作伸出支撐地面并調平。滑道的伸縮和電動調平支腿的支撐、調平控制集成在一個液晶控制屏上，實現了一鍵控制所有動作。

圖8 技術路線圖

3 應用及特點

3.1 應用

針對滑道受力最為嚴重的3種情況我們分別經過ANSYS分析發現：① 一級抽拉滑道剛伸展到位，二、三級滑道未伸出時（工況1）滑道最大應力為34.8 Mpa，見圖9；② 滑道完全展開到位，擴展艙伸展到一級滑道中間時（工況2）滑道最大應力為48.8 Mpa，見圖10；③ 擴展艙完全展開到位時（工況3）滑道最大應力為38.1 Mpa，見圖11。經過分析可知滑道強度滿足醫療方艙需要，我們正在進行相關實物樣機制作，并應用在制作中的大擴展比車載醫療方艙上，滑道展開效果圖，見圖12。

圖9 工況1時滑道應力圖

圖10 工況2時滑道應力圖

圖11 工況3時滑道應力圖

圖12 滑道展開效果圖

滑道的主要技術參數，見表1。該種滑道不僅可以使用在醫療擴展方艙上還可以使用在軍用指揮擴展方艙、通信擴展方艙、生活保障擴展，方艙更可以使用在民用擴展領域，如車載擴展別墅、房車、通信車上。

表1 滑道技術參數

3.2 主要技術特點

（1）可以實現自動和手動伸展、收縮滑道。在正常情況下旁接電源為控制系統提供電力。在無電源或電機損壞的緊急情況下，可以實現人工手動抽拉滑道保證醫療方艙的正常擴展。提高系統的耐用性、自救性、抗損性、可靠性及性價比。

（2）滑道可以在多種地形環境下使用。既可以在平坦地域內使用，又可以在狹窄崎嶇的環境中使用。在地形較為狹窄，無法保證方艙全部展開的情況下，滑道可以選擇只展開1級滑道或1、2級滑道，此時，擴展艙只需展開1個擴展模塊或2個擴展模塊，也能實現車載醫療方艙的主要功能。

（3）滑道可以適應各種惡劣環境。由于滑道結構采用的是可抗低溫、抗鹽霧等的材料，所以其抵抗強風、高溫、低溫的性能比較優異。

（4）滑道穩定性比較好。滑道可以與支腿組合共同對車載醫療方艙的擴展模塊起著穩固的支撐作用，支腿可以實現自動找平，降低了由于滑道不平帶來的各種風險。

（5）滑道節約空間。每級抽拉滑道都可以被回收到固定滑道內，所以其空間利用率較高。車載醫療方艙不用預留一定的空間，滑道也不會對車載系統造成干涉。

（6）滑道動作平穩。每級滑道由每級齒輪電機控制，滑道動作比較平穩、精準。

（7）滑道使用壽命長。滑道不易發生變形、干涉，使用壽命和無故障擴展撤收次數比較高。

（8）滑道拆裝檢修維護方便。滑塊與滑道之間是通過螺栓連接，所以滑道拆裝更換比較方便，如果滑道、滑塊出現問題可以方便更換。

4 結論

本文提出了一種適用于大擴展比車載醫療方艙的C型多級抽拉平面滑道。該種滑道的應用可以使車載醫療方艙擁有更大的擴展區域，并且有效提高了車載醫療方艙快速展開救援的能力。該滑道的研制可以推動車載醫療方艙整體的發展，進而全面提升我國戰爭、次生災害緊急救援現場醫療質量和水平。多級抽拉平面滑道作為一個支撐平臺在滿足救援醫療需求的基礎上，還可被利用在移動民房、應急通信車擴展上，帶來一定的經濟和社會效益。

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