急救车生物污染防护技术与担架支架减振性能优化研究

论文摘要

随着国际生物恐怖威胁和烈性传染病危害的日趋严重,迫切需要发展具有生物污染防护功能（过滤净化超压/负压防护功能）的伤病员急救车。本文对急救车生物污染防护技术与担架支架减振性能进行了系统研究。根据过滤净化超压/负压防护的基本原理,研制了急救车过滤净化超压/负压防护装置,通过采取有效的车厢结构密封、超压/负压调节控制、过滤器工作状态在线监测与失效报警等措施,实现了急救车过滤净化超压/负压防护功能,各项指标均优于GJB1629和WS233的技术要求;确保了急救车既能通过生物污染区域安全运送、急救伤病员,保护车内人员和环境不受污染,又能运送、急救生物污染所致伤病员或烈性传染病员,保护沿途环境不受污染。为应对生物恐怖袭击和突发公共卫生事件（烈性传染病）提供了安全可靠的机动医疗救治平台。采用粘质沙雷菌进行了急救车车厢防生物污染的性能试验研究,探索了在常规条件下（非生物安全实验室）开展车辆装备实菌生物污染防护研究的试验方法,证明了急救车过滤净化超压/负压防护系统能对生物污染物进行有效防护（过滤效率均优于技术指标要求）,掌握了车厢内生物污染物运动扩散的真实情况,弥补了以往研究多用物理粒子或CO2（SF6）示踪气体替代生物颗粒污染物进行试验不能正确反应生物污染物自身特性的明显不足,为继续深入开展生物污染防护研究积累了宝贵的第一手试验数据。运用计算流体动力学（CFD）方法进行了急救车车厢内温度场、气流速度场和污染物浓度场的数值模拟,结果表明温度场和气流速度场分布比较均匀、人员热舒适性较好,拉格朗日颗粒随机轨道模型能较好地反映超压/负压防护下生物颗粒污染物在车厢内运动扩散的时空分布状态;数值模拟结果与试验结果基本一致,解决了试验研究只能了解车内有限位置、有限时间的生物污染物浓度而不能全面掌握车内污染物运动变化的难题,为预测分析车内生物污染物在不同时间、不同位置的浓度大小提供了有效的研究手段。运用多体系统动力学理论进行了急救车卧姿伤病员承受振动的仿真分析,道路试验的结果验证了仿真模型和仿真方法的合理可行性;优化了车载担架支架的减振性能,提出了担架支架减振装置刚度、阻尼的最优匹配关系,降低了车厢底板至担架支架的振动传递,实现了有效的二次减振,控制了卧姿伤病员承受的振动,提高了伤病员运送途中的乘卧舒适性。优化后,在4～8Hz的人体敏感频段内振动能量衰减了82.6%,采用钢丝绳-阻尼减振器的减振效率达到了37.8%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 生物恐怖活动日益猖獗
• 1.1.2 烈性传染病危害严重
• 1.1.3 发展具有生物污染防护功能的伤病员急救车势在必行
• 1.2 过滤净化超压/负压防护措施与效果的研究现状及存在问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 车（室）内污染物运动扩散的研究现状及存在问题
• 1.3.1 研究现状
• 1.3.2 存在问题
• 1.4 车载担架支架减振装置的研究现状及存在问题
• 1.4.1 研究现状
• 1.4.2 存在问题
• 1.5 本文研究对象
• 1.5.1 主要功能指标
• 1.5.2 基本技术状态
• 1.6 本文研究意义及主要研究内容
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第二章 过滤净化超压/负压防护技术研究
• 2.1 过滤净化超压/负压防护的基本原理
• 2.1.1 过滤器的过滤机理
• 2.1.2 过滤器的过滤效果
• 2.1.3 过滤器的种类及对微粒的过滤效率
• 2.1.4 超压/负压防护的原理
• 2.2 过滤净化超压防护技术与装置
• 2.2.1 过滤净化超压防护装置的构成与要求
• 2.2.2 过滤净化超压防护装置的参数确定
• 2.2.3 过滤净化超压防护装置的安装与使用
• 2.3 过滤净化负压防护技术与装置
• 2.3.1 过滤净化负压防护装置的构成与要求
• 2.3.2 过滤净化负压防护装置的参数确定
• 2.3.3 过滤净化负压防护装置的安装与使用
• 2.4 车厢密封技术
• 2.4.1 密封材料
• 2.4.2 密封结构
• 2.5 超压/负压调节控制与监测报警技术
• 2.5.1 超压/负压防护的开关控制与风量调节
• 2.5.2 车厢内超压/负压的监测、报警
• 2.5.3 过滤吸收器运行状态的监测、报警
• 2.5.4 高效过滤器运行状态的监测、报警
• 2.5.5 超压/负压调节控制与监测报警的原理框图
• 2.6 超压/负压防护的物理参数测试
• 2.6.1 测试内容
• 2.6.2 测试方法
• 2.6.3 测试仪器
• 2.6.4 测试结果
• 2.7 本章小结
• 第三章 生物污染防护效果试验研究
• 3.1 试验研究内容
• 3.2 试验仪器设备与菌种试剂
• 3.2.1 试验仪器设备
• 3.2.2 菌种试剂
• 3.3 试验情景模拟与测点布置
• 3.3.1 模拟车外生物污染环境
• 3.3.2 模拟车内生物污染环境（运送生物污染伤病员或传染病员）
• 3.4 超压/负压防护下的过滤效率试验
• 3.4.1 不开空调时超压防护下的过滤效率试验
• 3.4.2 开启空调时超压防护下的过滤效率试验
• 3.4.3 不开空调时负压防护下的过滤效率试验
• 3.4.4 开启空调时负压防护下的过滤效率试验
• 3.4.5 过滤效率试验结果
• 3.5 超压/负压防护下车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验
• 3.5.1 不开空调时超压防护下车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验
• 3.5.2 开启空调时超压防护下车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验
• 3.5.3 不开空调时负压防护下车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验
• 3.5.4 开启空调时负压防护下车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验
• 3.5.5 车厢内生物污染物运动扩散与分布状态试验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证
• 4.1 CFD理论基础
• 4.1.1 流体动力学控制方程
• 4.1.2 三维湍流数值模拟方法
• 4.2 生物污染物运动轨迹的数学描述——颗粒随机轨道模型
• 4.2.1 颗粒污染物的运动方程
• 4.2.2 颗粒的湍流扩散——随机轨道模型
• 4.3 车厢几何模型与数值模拟的相关设定
• 4.3.1 车厢几何模型
• 4.3.2 数值模拟的相关设定
• 4.3.3 控制方程的离散化
• 4.4 车厢内温度场与气流速度场的数值模拟与试验验证
• 4.4.1 数值模拟条件
• 4.4.2 温度场的数值模拟
• 4.4.3 气流速度场的数值模拟
• 4.4.4 气流速度场的试验验证
• 4.5 车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证
• 4.5.1 数值模拟条件
• 4.5.2 只开超压防护装置时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.5.3 同时开启超压防护装置和空调时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.5.4 只开超压防护装置且换气扇处有污染物进入时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.5.5 同时开启超压防护装置和空调且换气扇处有污染物进入时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.5.6 只开负压防护装置时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.5.7 同时开启负压防护装置和空调时车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟
• 4.6 本章小结
• 第五章 卧姿伤病员承受振动的仿真分析与试验研究
• 5.1 多体系统动力学理论基础
• 5.1.1 多体系统动力学发展概况
• 5.1.2 多体系统动力学基本方法
• 5.2 担架支架-卧姿伤病员系统动力学模型的建立
• 5.2.1 钢丝绳减振器弹簧变形量分析
• 5.2.2 系统动力学微分方程的建立
• 5.3 卧姿伤病员承受振动的仿真分析
• 5.3.1 仿真分析模型
• 5.3.2 仿真分析结果
• 5.4 卧姿伤病员承受振动的道路试验
• 5.4.1 测点布置与信号采集
• 5.4.2 信号处理与频谱分析
• 5.5 仿真结果与试验结果的对比分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 车载担架支架减振性能的优化研究
• 6.1 钢丝绳减振器的参数优化与减振效果分析
• 6.2 钢丝绳减振器冲击减振效果的简化计算
• 6.3 钢丝绳-阻尼减振器的参数优化与减振效果分析
• 6.4 钢丝绳-阻尼减振器冲击减振效果的简化计算
• 6.5 减振器物理参数对减振效果的影响
• 6.5.1 钢丝绳减振器刚度的影响
• 6.5.2 钢丝绳-阻尼减振器阻尼的影响
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 7.3 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢