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1、华中科技大学硕士学位论文长途客车真空卫生间电控系统设计及其部件标准化姓名：张知予申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：周敬宣20060506 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘摘 要要 本文以华科大峰华环保技术研发中心真空卫生间项目为背景，论述了长途客车真空卫生间的国内外现状、市场容量、需求等，以安装在宇通（6120HWC 型）客车上的真空卫生间为实例，说明了真空卫生间的原理、系统流程、工作方式、工作过程及其技术参数，并以该车型对真空卫生间的安装结构和安装方法进行了探讨和研究，确立其最佳的安装方案，并配以结构图予以说明。真空
2、卫生间控制系统的电路设计，以真空卫生间的使用方式为设计基础，在分析了关门真空建立和开门真空建立两种方式后，确定关门真空建立为控制方案，并根据此方案设计电路。依据经验设计法，确定电路原理图和安装图等。以实验室两台真空卫生间样机为列，设计继电器接触器控制系统和可编程逻辑控制器（PLC）的控制系统，确立两种控制系统电气元件的选择规范、电控柜的制作安装方法，并完成试验和调试。电控系统的标准化依据了 电工电子技术国际标准、电气图用图形符号、电气制图标准等规范，其结果以表格等形式归纳在附录2和3中，该标准是以电控系统设计为基础，以实验室样机试验数据为参考，针对整体系统进行优化的结果，该标准确立了真空卫生间
3、电控系统技术要求、电气原理图设计规范、电气元件（继电器、接触器等）选用标准、可编程控制器型号及技术参数。并以实验室两台样机的试验测试数据为参考，确立了可编程控制器程序及程序中部分参数的标准数值。电控系统标准在设计与试验的基础上提炼而成，作为真空卫生间电路控制系统最终定型和规模化生产的依据和参考。本文对电控系统红外控制做了进一步探讨。通过样机的试验，分析红外光电开关使用方法、安装方式、开关类型的选取等，并确立其选用的参考标准，作为真空卫生间进一步完善的方向。关键词：关键词：公路客运 真空卫生间 继电器接触器 PLC 逻辑控制器 标准化 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学
4、位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract This dissertation basic on HUST-FENGHUA Environment Tech R&D Center Vacuum Toilet Project,it discusses the coach vacuum toilet background both in domestic and overseas,market capability and demand.According to a sample vacuum toilet installed on the YUTONG(61
5、20HWC)coach,paper explain the principle,system flow,working mode,working process and tech parameters of the vacuum toilet,and it discusses vacuum toilet installation framework and method,defines the best installation method,and illuminates it with illustrations.The design of vacuum toilet electrocir
6、cuit control basic on the using mode,after analyzing two methods:setting up vacuum after door closed and setting up vacuum after the user leave,paper decides the first one as the control blue print and designs the electrocircuit.According to the experienced design method,design the electric principl
7、e drawings etc.As the lab two vacuum toilets samples,design the relay-contactor control system and programmable logic control system,deciding two systems electric elements,electric control boxs installation method and accomplish test and debugging.Electrocircuit control system standard according as
8、the“electro technician and electronics international standard”,“Graphical symbols for electrical diagrams etc,the study result attached in the addendum2,3 as forms.This result basic on electrocircuit control system design and laboratorial data,it is the optimized result and it defines the vacuum toi
9、let technologic demand,electric principle design criterion,electric elements selecting standard,PLC model and parameters.Besides,according to the laboratorial data,the paper defines some standard parameters about the PLC program.Electrocircuit control system standard is basiced on the design and tes
10、t,it is for the vacuum toilet electrocircuit control system finalizes the design and producing in the future.It is also study the infrared switch about the electrocircuit control system.According to the sample systems experimentation,it analyzes infrared switch using method,installation ways and typ
11、es.It defines the consulting standard about the infrared switch in 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIIthis paper as the progress direction of vacuum toilet.Key words:Passenger transport Vacuum Toilet Relay-Contactor PLC Standard 真空包装袋http:/ 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取
12、得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2006 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在_年解密后适
13、用本授权书。不保密。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年 月 日 日期：年 月 日本论文属于 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 绪绪 论论 1.1 课题的研究背景及意义课题的研究背景及意义 1.1.1 课题的研究背景课题的研究背景 随着经济的持续发展，公路交通已经成为我国的支柱产业之一。作为国家的基础设施，公路交通从二十世纪 80 年代进入高速发展的时期。到 2000 年底，全国公路总里程超过 140 万公里1，其中有高速公路里程到达 11605 公里，公路网密度达到 0.1
14、46 公里/平方公里。预计 2010 年，全国的公路交通总里程要达到 145 万公里。如此大规模的公路建设，必将给公路沿线地区带来一系列的环境问题，其中长途客车粪便污染问题会更加严重。在二 OO 一年交通部办公厅文件京沪、京沈高速公路旅客运输组织方案中明确要求“800 公里以上的线路途中配客点不得超过 3 个，500 至 800 公里以上的线路不得超过 2 个，200 至 500 公里的线路不得超过 1 个，200 公里以下的线路不准配客。如无特殊原因，中途就餐停靠时间不得超过 30 分钟，其余停靠不得超过 15 分钟”，同时提出，在距离为 400 公理以上线路上营运的客车必须是车内具备卫生间
15、的高级客车。由此可见，公路长途客运距离长、中途停靠时间短，因此需要客车增设车载卫生间。在现代汽车上，车载卫生间技术的选择要受到车辆性能、空间体积和运行速度、环境等因素的影响。同时，在国家环境保护、卫生治理和健康等相关法规的制约下，客车厕所的设计必须考虑多方面的因素。如同水、气、声、渣等环境污染一样，客车厕所在长途客运上也存在同样的污染问题，1直排的粪便对大气、水源环境、路面和土质都会造成污染。因此，必须采取长途客运汽车安装车载厕所的措施，新造客车安装车载卫生间，现有客车改造安装集便器，车站安装地面粪便回收设施，尽快改变多年来客车卫生间污物直排或间接直排给环境带来的影响。真空包装袋http:/
16、华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21.1.2 国内外长途客车车载卫生间的现状国内外长途客车车载卫生间的现状 1)国外车载卫生间发展 为避免客车排便对公路环境的污染，世界各国都积极研制和发展新型的车载卫生间，以替代传统的直通式卫生间。美国研制客车集便装置的时间较早2，形式较多，主要有：化学式、焚烧式、生物处理式、过滤消毒式、电极杀菌消毒排出式、化学处理循环式。由于公众对环保问题的关注24，美国有关法律规定 1971 年以后新造车必须使用集便器，1974 年 12 月 31 日之前老式厕所必须改造完。并且 1970年以后首先在铁路线上
17、全部安装了密封式厕所，其中 Amfleet(483 辆)装循环式全储存式卫生间；Superline(240 辆)装 Monogram 真空密封式卫生间；Amfleet(250 辆)装 Mi-crophor 密封式卫生间厕所。日本于 1960 年开始研制适用于东海道新干线旅客列车的储留式卫生间，并逐步在列车上安装。由于储留式厕所冲水量大、储污量大、清洗频繁，影响车辆使用率,1969 年后逐步改装成循环式卫生间。现在日本所有新干线都安装了真空式集便器。德国客车密封式卫生间的主要形式有：压力水冲洗式、循环水冲洗式、以及真空式厕所,其中真空式又分为真空吸出式和集便箱有生物作用的真空式两种。目前各国车载
18、卫生间形式多样，方式新颖，有真空式、循环式、净化排水式、自动开闭式等。而且很多新式厕所在其他交通领域都得到了广泛的应用，包括铁路线、航空、航海等。2)我国车载卫生间现状 目前国际上比较先进的客车车载厕所至今在我国没有得到开发和应用。我国绝大多数长途客用汽车采用的直排或间接直排式卫生间。而很多长途客用汽车甚至没有卫生间，旅客只能在途中停靠点或者车站上厕所。直排式厕所即将污物直接排放到公路上，而排泄物未经处理直接排放到公路上，严重影响了公路环境卫生。在汽车高速行驶时，飞溅起来的排泄污物会溅到车底，车边，并可能雾化成颗粒，造成大气，水源及公路周边环境的污染。间接直排厕所是在车载厕所下安装集便装置，运
19、行过程中将粪便冲入集便箱内，真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3汽车到检修站后，再将污物排入检修站排污系统。集中式排放虽然简单，但也存在诸多不利。长途客用汽车车上可利用空间较少，厕所一般都很狭窄，因此所携带的集便器和清水箱体积有限，很多情况下都限制了厕所的使用，如很多客车就禁止在途中大便。并且国内车载厕所多用重力冲水方式，技术比较落后，浪费水严重，加上客车上储水量有限，厕所使用更加不便。1.1.3 长途客车真空卫生间项目简介及研究意义长途客车真空卫生间项目简介及研究意义 本课题由华中科技大学环境学院联合福建峰
20、华环保设备有限公司，融入技术与资金，经过详尽的市场分析，针对性的开发长途客车真空卫生间。相比与传统重力式卫生间，真空卫生间具有适用范围广、性能稳定等特点，是新一代的环保产品，并能达到资源利用的目的，真正符合可持续发展、环境保护的概念，适应我国当前循环经济的发展要求。因此，长途客车车载真空卫生间系统的研究和开发具有很高的环保意义、经济意义和社会意义。1.2 长途客车真空卫生间市场需求分析长途客车真空卫生间市场需求分析 1.2.1 市场需求市场需求 1)长途客车及铁路列车领域市场1 4 长期以来我国长途客车和列车上使用的是直接排放式厕所，粪便排放在公路铁路，造成环境污染。旅客上厕所时经常会为污秽的
21、景象而感到厌恶。旅客上下车时使用的客车侧面上的扶手也经常被污染。2000 年底在环形铁道上作 200km/h 及以上速度运行试验时，在不同的速度级下，向厕所倾倒不同颜色的仿排泄物，在速度超过 160km/h 时，即发现仿排泄物被甩到玻璃窗上，甚至甩到车顶上。据铁道部内部文件，2008 年以前，所有进京列车全部由直排式改为集便式，这无疑给真空厕所系统带来极大的发展契机。目前一部分长途豪华大巴上已经装有从国外进口的真空厕所，而我们自主研发的真空厕所性能上和进口产品差不多，而价格仅为其 1/4，具有很大的竞争优势。而且在很多其他领域，真空卫生间都有广泛的应用前景。真空包装袋http:/ 华 中 科
22、技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 41）船舶领域市场 我国现有各类经营性船舶近万条，船舶在船体运营过程中有严重的粪便污染水域问题，按照有关部门规定，2003 年 6 月 1 日起已开始逐步将排污口铅封，严禁向海（河）里排污。三峡水域管理部门也已明确提出，过往船舶必须安装粪便处理设备。在国际海事条约中，IMO 公约的附则明确规定了生活污水的排放标准、排放方式、排放地点，并要求备有先进的测试、监测设备和执行机构。2）远期潜在市场 我国是一个贫水国家，水资源非常短缺，一方面冲水厕所对水资源造成了巨大浪费，另一方面，粪便污水未处理便直接排入水体，对水环
23、境又造成污染。粪便是一种很好的有机肥的原料，传统的重力排水厕所无法将粪便收集。真空厕所系统，每次冲水只需 1 升左右，相当于传统沖厕用水的 1/61/8；采用真空抽力，能从源头上将粪便污水收集；其后续制肥系统能将粪水变废为宝，若能产业化，将产生巨大的经济效益。真空系统的管道输送不受地形坡度限制，可升可降，遇到障碍物可灵活绕开，适用于较难安装传统重力排水地区。因此真空厕所系统在缺水城市地区、移民建镇地区、生态旅游区、传染病医院及重力冲水系统难以安装的地区有很广泛的应用前景。另据国家发展改革委办公厅组织实施城市节水和海水利用高技术产业化专项的公告，真空厕所系统属“城市节水新技术及其装备”领域专项支
24、持的重点技术方向，可向国家申请产业化基金。1.2.2 市场容量市场容量 根据资料5，2005 年全国大型客车销售 19895 辆，同比增长 20.11%；如果按每辆客车安装真空卫生间一套计算，其年市场容量为：19895*23.979 亿元。客车市场相对封闭，一旦进入，如果占领 1/3 的市场，则市场容量为：19895*2/31.326 亿元 由此可见，真空卫生间在客车领域具有相当客观的利润和发展前景。同时真空卫生间系统在火车，船舶，缺水城市地区、移民建镇地区、生态旅游区、传染病医院及重力冲水系统难以安装的地区等领域也有着几十个亿的潜在市场容量。真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕
25、 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 51.3 本文所做的工作本文所做的工作 通过对长途客车真空卫生间系统的整体开发设计，确定本文的研究方向和主要工作内容。本文分五章：第一章 绪论，主要介绍研究的背景和课题提出的要求，分析了长途客车真空卫生间的现状和市场需求前景。第二章 详细介绍真空卫生间系统的设计原理和结构，明确设计中要考虑的参数指标。第三章 针对真空卫生间系统的控制部分，对电控系统进行设计，提出电控系统的原理、控制方式和安装方式的设计方案。第四章 根据实验结果，对电控系统的各个部分进行化标准化设计，提出各部分的标准化研究方案和结果。第五章 总结全文，得出了本
26、课题设计的主要结论，也提出研究的不足之处及相关建议。真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 62 真空卫生间原理及结构真空卫生间原理及结构 2.1 长途客车真空卫生间系统简介长途客车真空卫生间系统简介 2.1.1 真空卫生间介绍真空卫生间介绍 长途客车真空卫生间是利用真空负压原理抽吸粪便污物，将集便箱连接在便器出口，通过输送管道，把粪便吸进集便箱。由于利用负压抽吸取代了传统的重力水冲，水主要起润滑管壁作用，故大大减少了用水量，同时它将粪便收集起来，利于集中处理。由于用水少，增加了清水的利用率，同时粪便靠负压抽吸，不
27、容易堵塞管道，臭气不会泄漏，对外界环境没有污染。而且整套系统密封严格，卫生安全。长途客车真空卫生间与现市场上普遍使用的传统重力水冲卫生间外观、形式一 致，卫生间整体独立，能配合各型客车的改造或安装。卫生间整体采用注塑制造，安置在客车中部或后部，结构小巧，面积约 0.5 平方米，内部配备抽水马桶、垃圾桶、洗手池、面镜、干手器、照明系统、除臭器等。卫生间外观如图 2-1 所示：图 2-1 客车真空卫生间 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 72.1.2 真空卫生间工作过程真空卫生间工作过程 真空卫生间工作过程为，乘
28、客进入卫生间后，启动水环真空泵，通过气管将集便箱内抽成一定的负压，形成真空并保持在集便箱内。乘客冲厕时，按动冲厕开关，打开冲水系统，冲厕 35 秒后停止。然后，控制系统将打开便器出口界面阀，界面阀开启后即与集便箱接通，在箱内真空负压作用下，便器内粪便污物被抽吸至箱内，抽吸过程约 12 秒，抽吸完成后，界面阀立刻关上，完成一次工作循环。整个冲洗过程在 5 秒左右。当使用者需要洗手时，按下洗手开关，水龙头出水，出水时间约 57 秒，洗手过程可多次进行。卫生间的水增压器利用汽车上的高压气源给水增压，即保证了冲厕用水的压力，也节约了单次耗水量。2.1.3 真空卫生间系统流程真空卫生间系统流程 真空卫生
29、间系统包括：卫生间壳体、便器、集便箱、清水箱、界面阀、增压器、真空泵、气路、水路、电控系统等部分，其工作流程如图 2-2 所示：图 2-2 系统流程图 便 器集便箱闸板阀 真空泵增压器 冲水 气路清水箱 补水 电控系统高压 气 界面阀粪便 排放抽吸 抽吸真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8卫生间系统流程图表明了真空卫生间各部分之间的关联和工作职能，由上图可知，便器里的粪便经水冲后，在界面阀控制下，被抽吸进入集便箱，然后经集便箱出口闸板阀完成排放，这一过程表明了真空卫生间系统的主要功能。其中各个部件的作用和控制
30、由相对应辅助零件完成。清水箱用来给水增压器注入清水，再由水增压器的水完成冲厕。真空泵完成对集便箱真空的建立，电控系统则负责对各个零部件及电气元件的控制，保证所有的部件合理的工作秩序。2.1.4 真空卫生间主要参数真空卫生间主要参数 真空卫生间主要参数如表 2-1 所示：表 2-1 真空卫生间主要参数 名 称 参 数 主电源 DC 24V 电瓶 195200Ah 额定功率 150160 W 工作真空度 0.04-0.06 MPa 清水箱体积 40 L 集便箱体积 65 L 清水增压器工作压力 0.3 MPa 重量 约 100 Kg 耗水量 约 0.8 L/次 2.2 真空卫生间原理真空卫生间原理
31、 真空卫生间的设计原理利用了真空负压抽吸作用，即形成在物体上的大气压力差值而产生了推动力，真空是本系统设计的理论基础。2.2.1 真空原理真空原理6 7“真空”是指在给定的空间内，气体分子的密度低于该地区大气压的气体分子密度的状态。不同的真空状态就意味着该空间具有不同的分子密度。在标准状态（0，760 托时）下，每立方厘米中的分子数为 2.68701019个，而在真空度为 108托时，每立方厘米中的分子数只有 3.241010个。1)真空测量单位 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9（1）用压强作测量单位（真
32、空技术中常用）（1）毫米汞往：0时，1 毫米汞柱作用在单位面积上的力。现在常用“托”来表示。1 毫米汞柱（mmHg）1 托（Torr）1 微米汞柱（mHg）108托（2）巴，即 1 平方厘米的面积上作用 106达因的力。1 巴（bar）106微巴（bar）106达因/厘米2 7.5102托（3）标准大气压：即 0时，760 毫米汞柱所产生的压强，简称“大气压”。1 标准大气压（atm）760 托1.03322千克/厘米2（4）帕斯卡：即 1 平方米的面积上作用 1 牛顿的力。它是国际单位制中的压强基本单位，简称“帕”。1 帕（Pa）1牛顿/米2 1千克/米秒2 10达因/厘米2 7.50061
33、0-3托（2）用真空度的百分数作测量单位 760%100%760P=式中 P 的单位是托，它只是压强高于 1 托时才用。已知真空度的百分数，求气体压强 P 时可用下式：760(1)100p=式中 P 的单位是托。表 2-2 真空度的百分数与压强对比 真空度的百分数(100%)压强 P（托）真空压力表读数 760-P（托）真空度的百分数(100%)压强 P（托）真空压力表读数 P（托）0 760 0 85 114 646 10 684 76 90 76 684 20 608 152 95 38 722 30 532 228 96 30 730 40 456 304 97 23 737 50 38
34、0 380 98 15 745 60 304 456 99 8 752 70 228 532 99.5 4 756 80 152 608 100 0 760 注：本表只给出相对于海平面附近点的值，其他地区要按高度查出当地大气压值，另给出对照表。真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 102)真空区域划分 为实用上便利起见人们常把真空度粗划为几个区段。划分的依据主要考虑真空应用、真空物理特点、常用真空泵和真空规的使用范围等，并随着真空技术的发展有所变化。通常将真空区域划分为五个范围，见表2-3：表 2-3 真空区域划
35、分 名称 压强范围 粗真空 760 托10 托 低真空 10 托103托 高真空 103托108托 超高真空 108托1012托 极高真空 1012托 注：1.从 108托开始，超高真空表面物理特征比较明显，故定作超高真空区域的起点。2.1012托以下的真空，目前无论是获得还是测量都存在很多问题，有待进一步研究。2.2.2 真空运输的原理真空运输的原理 真空运输是气力输送的一种89，属于负压（吸送）。气力输送是在管道内利用具有一定能量的气流，将粉粒状物料悬浮移动，从一处移动到另一处，并且通过分离器使工作气体和物料分开的输送设备。气力输送在国内外已经有很多年的历史，气力输送装置的类型可按输送管中
36、所形成的压力而定，大致可分为吸送式和压送式。前者用低于大气压力的气流进行输送，后者用高于大气压力的气流进行输送。在国内10，气力输送在多数工厂中主要用于吸送粘土粉、煤粉及新砂。在国外，从1853年开始就出现了气力输送装置。在最近一、二十年中，气力输送发展很快。在粮食、有色冶金、化学、水泥等部门应用最多，如粮食、果品、食盐、化学物品、煤、磨料、木屑、灰渣、混凝土、纽扣、火柴、造型材料、金属零件等，输送距离可达数公尺至数公里。真空输送，就是利用真空泵造成管路面端的压差，使物料获得动力，比较适合于远距离，大颗料物料输送，而真空泵多采用喷射泵、水环泵等。根据这种原理，真空卫生间利用真空泵抽取真空罐及输
37、送管道内的空气，降低真空罐及管道内大气真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11压力，一般在0.40.6个大气压，接入便器，利用阀门控制便器与管道通断，将粪便吸入至集便箱，实现了粪便污物的抽吸。2.2.3 真空卫生间设计原理真空卫生间设计原理 真空卫生间的设计借助了上面所述的真空运输理论，将传统卫生间的结构进行改造，与真空罐等部件连接起来，管道进出口处用阀件控制。真空卫生间基本构架如下图所示：图 2-3 系统原理图 1.真空罐 2.真空泵 3.排污泵 4.控制系统 5.便器 6.管道 真空卫生间系统工作时，真空泵
38、2启动，真空泵通过气管将真空罐内大气抽吸至一定压力值后停止运转。冲厕时，连接便器5与管道6之间的阀打开，便器与真空罐连通，粪便在真空负压下被抽吸进入真空罐。真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12排污时排污泵3启动，将真空罐内粪便排出。客车真空卫生间没有采用排污泵，而是在集便箱出口处设置了阀门，排污时开启该阀门，并向集便箱内通入高压大气，将污物排出集便箱，高压气用来加大污物排放速度和力量。2.3 真空卫生间结构真空卫生间结构 2.3.1 真空卫生间部件真空卫生间部件 真空卫生间是一个独立的系统，或者说一个机电设
39、备，但同时又分为几个部分，每个部分又有独自零部件组成，组合在一起构成了卫生间整体系统。真空卫生间主体部分包括：1）壳体，含卫生间外壳、便器（蹲式、坐式）、洗手水池等；2）水路系统，包括清水箱、进出水管、水阀、增压器等；3）气路系统，包括电磁气阀、气缸、气管等；4）电控系统，包括直流电机、电控柜、电气元件等；5）其他零件，包括集便箱、真空泵、界面阀、闸板阀等。2.3.2 真空卫生间结构真空卫生间结构 以安装在宇通（6120HWC型）客车上真空卫生间为例，说明真空卫生间的结构。按照宇通（6120HWC型）客车在车身中部预留的尺寸，我们设计了卫生间的外形壳体，其结构如图 2-4 所示：真空包装袋ht
40、tp:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 图 2-4 卫生间结构 1.壳体 2.电控柜 3.脚架 4.水增压器 5.界面阀 6.集便箱 7.真空泵 8.清水箱 9 便盆 各部份如标记所示，壳体部分由卫生间前壁，两边侧壁，后壁及门构成。根据安装方式的需要，壳体采用整模生产，整体安装或者分成各侧壁生产，安装时再拼装两种形式。水箱2和集便箱7是真空卫生间的两个主要部件，尺寸较大。在该型客车中，水箱和集便箱采用了叠合安装的方式，水箱固定在集便箱箱的上方，减小分开安置占用的较多空间。图2-4中主视图可看出，水箱和集便箱放置在真空卫生间
41、侧壁外面，靠近尾端，往右是客车的行李箱侧壁，从卫生间尾端到右边行李箱侧壁这部分空间尺寸为880780785mm。在此叠放安置清水箱和集便箱，取代了原来独立的水真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14箱，减小了尺寸，更有效的利用了空间。界面阀10连接便盆与集便箱进口，必须安装在便盆下面。界面阀高度约190mm，由于便盆直立空间高度240mm，因此按管口顺序连接界面阀是行不通的。因此将界面阀向行李箱侧门方向平移一段距离，图2-4的左视图中可以看到，界面阀与便器出口中心线不在统一直线上，但界面阀接口与便盆出口在同一水
42、平面上，这样就保证了能够合理的安置界面阀。水增压器5用来对洗手用水和冲厕用水增加压力。其体积1L1.5L，高度约125mm，结构为一个圆盘，由于增压器的水来自与清水箱，进水方式利用重力自流，因此增压器放置位置必须低于清水箱。从主视图看出，在便盆下方，界面阀的左边有空间可以安置钢脚架来固定增压器，进出口采用PVC接头与水管连接。真空泵6是真空获取设备，配有一控制电路板，安装时需将泵和电路板固定在一起。真空泵安装在便盆下面，如主视图所示，固定在界面阀的内侧，靠近车底中部的行李厢的位置。安装时给真空泵配置一个固定支架，支架将真空泵、直流电机和控制电路板三个部件固定成一个整体，然后将支架卯接在车底板上
43、，这样即保证了真空泵等部件连接方便，也利于安装、拆卸和维修。整体真空卫生间系统结构设计采用的是模块化的方式，每个部件独立成形，便于安装和拆卸，零部件之间采取管卡、活接头、胶连等灵活的连接方式。卫生间框架依据车型尺寸设计，考虑到客车有限的空间，每个部件都设计成最小最合适的尺寸和体积，并合理利用了空间布局进行安装，真空卫生间安装在客车上后，并不占用客车其他的空间以及行李厢，形成独立化、一体化。2.3.3 本章小结本章小结 本章节介绍了真空卫生间系统，真空卫生间的工作方式、流程及其参数。阐明了真空卫生间的设计概念，真空卫生间设计的原理。并以实例说明了卫生间结构的设计及整体布局。真空包装袋http:/
44、 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 153 真空卫生间电控系统设计真空卫生间电控系统设计 3.1 真空卫生间使用方式与控制方式真空卫生间使用方式与控制方式 真空卫生间电控系统是卫生间的核心，控制着系统各部分的电气元件、电磁阀件、电机等。电控系统的设计不仅要符合卫生间系统的控制要求，也要确保自身的稳定、安全和使用寿命，综合多方面的因素，才能达到出良好的控制效果。3.1.1 真空卫生间使用方式真空卫生间使用方式 真空卫生间的使用方式直接决定了电路原理的设计方案。对卫生间操作而言，表现在乘客面前的是门闩、冲厕按钮等控制元件，对于卫生间控制
45、，则体现在真空泵的启动和停止，建立真空的时间和真空度的大小，控制界面阀等相关阀件，控制冲水及冲水时间等方面。使用方式决定了控制方式，下面说明卫生间使用方式的两种方案。1)方式一：关门真空建立式 乘客进入卫生间后，闭合门闩上的微动开关，启动真空泵建立真空，当集便箱内真空度达到一定数值后，真空泵停止，集便箱内真空保持。使用者冲厕时，按动冲厕开关，打开界面阀，系统自动冲水并抽吸污物，完成一次使用过程。下一位乘客使用卫生间时，系统进入下一个循环过程。该方式流程如图3-1所示：图 3-1 关门真空建立式 乘客 门闩集便箱界面阀冲厕开关便器 气管按动开启接通 闭合 建立真空抽吸污物 真空保持 启动真空泵进
46、入卫生间 真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16该方式的特点是：（1）真空保持；乘客关门时，系统开始建立真空，集便箱内真空达到一定数值后真空泵停止。乘客在使用卫生间的时间内，集便箱内的真空将一直保持到冲厕。（2）自动冲厕；由于乘客文明层次不同，为避免出现乘客不冲厕的情况，电路控制中设置了判断装置，如果乘客在开门前未冲厕，系统在开门的时候将识别并立即自动冲厕。此过程真空仍然提前建立并保持到自动冲厕。（3）避免误冲；在真空建立的过程中，乘客按动冲厕开关是不能冲厕的，防止不必要的冲厕和清水的浪费，同时也避免真空的泄
47、漏，减少真空泵的频繁启动节约电能。2)方式二：开门真空建立式 乘客进入卫生间后，系统不启动真空泵，集便箱内不建立真空。在使用者离开卫生间后，系统再启动真空泵，以突击式的方式建立真空，随后自动冲水抽吸，完成一次冲厕过程。该方式流程如图3-2所示：离开卫生间 启动真空泵 突击真空 闭 合 建立真空 抽吸污物 接 通 图 3-2 开门真空建立式 该方式的特点是：（1）临时真空；真空是在乘客离开后建立，同样在集便箱内真空值达到一定数值后，真空泵停止运转，真空建立后立即开始冲厕，集便箱内真空不保留。（2）自动冲厕；卫生间的冲厕过程全自动进行，不需要人为按动任何按钮，真空建立后系统将判断并立即冲厕。乘客
48、门闩集便箱界面阀便器 真空建立后自动开启真空包装袋http:/ 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17（3）防止误冲；乘客使用卫生间时，集便箱内没有真空，因此要防止冲水以避免便器内积水，电路在设计上保证了此刻乘客按动任何按钮是不会冲水的。3.1.2 真空卫生间控制方案真空卫生间控制方案 真空卫生间冲厕时要完成冲水、粪便抽吸及乘客洗手等一系列动作，根据这样的要求，控制方案要从使用者角度出发，同时考虑普通人使用卫生间的习惯，再考虑电气元件的程序编制来确定电路设计的基本方案。方式一采用了常规方式，乘客进入卫生间时启动真空泵建立真空，然后保
49、持真空。这样的优点是真空建立与卫生间使用同步，乘客使用完卫生间后可随时冲厕，不需等待。同时冲厕控制采用多重判断，乘客忘记冲厕时，出门后系统将判断并自动冲厕。该方式的缺点是由于真空保持，对集便箱和系统管道的密封性要求提高，在乘客使用卫生间的时间段内，集便箱内的真空不能泄漏，因此提高零部件质量、减少管道本身和连接处的泄漏是该方案的关键。方式二采取真空建立突击式，在乘客出门后开始建立真空，随即完成冲水冲厕抽吸等过程。这样的优点是真空即时建立，减小了因系统密封不严而泄漏产生的影响，并且所有冲厕过程自动完成，无需人操作，完全实现自动化，更体现了科技含量。该方案的缺点是，由于真空在乘客出门后建立，乘客出门
50、后多数情况可能将门敞开，这样会有臭味进入车厢，特别是影响到靠近卫生间的座位，污染了车厢内空气，给乘客带来不舒适的乘车环境。比较以上两种方式可以看出，方式一与方式二在卫生间系统的零部件和电气元件控制上差别不大，其区别更多是乘客使用卫生间的操作方法与习惯，方式一的操作方法比较符合通常人们使用卫生间的习惯，方法二则体现了真空卫生间系统的自动化特点和新颖性。根据对长途客车领域普通卫生间使用方式的调查，以及对司机、乘客的采访中了解，方式一比较符合通常的使用习惯，也容易得到乘客的认可，方式二虽然体现了比较高的自动化程度，但开门后卫生间内溢出的臭气难以解决，操作方式不太符合普通人的习惯，且容易引起误冲。因此