一、概述车载式防爆球(也叫“防爆球”）用于远距离转移、运送爆炸危险品。也可在防爆球内直接销毁爆炸危险品并能将爆炸产物(碎片、冲击波等）完全防护在防爆球内，采用电动和手动开关球盖。当球盖完全关闭时，可屏蔽电磁信号，防止无线电引爆，防护能力强，操作使用简便，机动性好，安全程度高。 车载式防爆球实物图 二、需求分析防爆球是确保公共安全的基础条件，是目前国内外广泛使用的主要排爆装备。防爆球的核心抗爆容器为球形，置于拖车系统中部装备的重心处，由机动车进行机动牵引。当发现可疑爆炸物或爆炸物后，用机器人或机械手（也可人工）将其爆炸物放入防爆球中及时转移至安全地带进行销毁处理。广泛用于机场、地铁、车站等公共场所。 目前，部队在执行防恐维稳、维和及演习任务时，时常发现可疑爆炸物及未爆弹药，防爆球能将爆炸能量或飞片、抛体等物体进行有效限域，也能对有毒、有害气体进行可靠密封，是处理危险物品的必备装置，可确保人员及危险品转移过程的安全，需求量较大。 三、总体方案1、设计思路车载式防爆球由防爆球系统、拖车系统、监控系统等构成。 1.1 防爆球是爆炸防护的核心装置，防爆球与其他压力容器的最根本区别在于其内部所承受的是瞬态爆炸冲击载荷。防爆球设计的关键是就将这种瞬态载荷转化成等效静载荷，然后再根据 GB150钢制压力容器国家标准进行设计。但因这种转换涉及爆炸力学、结构力学以及冲击波与结构的相互作用等复杂过程，经研究我们将瞬态载荷转换为等效静载荷时，采用动力系数法计算，结合ANSYS/LSDYNA非线性有限元程序，对防爆球壳体厚度进行设计。其设计思想归纳为： a. 根据工况需要先确定爆球罐的形状、内径及钢材； b. 由爆炸作用相关理论计算出作用于防爆球内壁的瞬态载荷； c. 由瞬态载荷确定出反射主脉冲的峰值和脉冲宽，再由动力系数法求出防爆球主体响应的动力系数； d. 由动力系数和反应峰值算出等效静载荷； e. 根据等效静载荷，依照GB150完成防爆球的强度设计； f. 对强度进行动态应力分析，以验证有关设计与计算。 1.2 拖车系统采用通用轻型半挂车底盘，底盘自制，用于支撑运输防爆球。其外廓尺寸、轴荷及质量限值符合GB 1589《汽车、挂车及汽车列车外扩尺寸、轴荷及质量限值》的规定。挂车的重心尽量降低，保证爆炸物爆炸时车身的稳定性。通用轻型半挂车底盘融入全新的挂车设计理念，设计有浮动式牵引机构、弹簧扭杆承载悬挂支撑、惯性行车制动、驻车制动、脱离应急制动，倒车防制动系统、可调式带行走轮的前支撑装置、后部安装有可调驻车爪式支撑等全新设计元素。减震效果良好，设计空载时最高跟随时速80 km/h以上，可满足越野系列、载货货车等车辆牵引。 1.3 监控系统采用防水摄像机和转动云台的方式，无线传输，可全视角的远距离观察爆炸物放置情况及罐盖开、闭状况。 2、系统组成与总体结构车载式防爆球由防爆球、拖车系统、监控系统、防爆球紧固锁紧装置、球盖自动开闭和手动开闭系统构成，前驻车支撑，后驻车支撑。防爆球内有托网可调节高度，保证爆炸中心在防爆球的中心。防爆球盖的开启以电机为动力源，既可电动，也可手动。整车盖有防尘罩衣。工具箱内放有使用维护手册、操作演示光盘。 2.1 系统工作原理2.1.1 打开驻车支撑装置 当发现爆炸物或疑似爆炸物时，将球形防爆球用牵引车拖到爆炸物附近，驻车制动打开，放下前支撑，用活动手柄将前支撑升起至挂钩不再受力；放下后支撑，用活动手柄将后支撑升起直到后驻车支撑受力稳定。卸下牵引车与挂车相连的信号线插头，牵引车驶离危险区。 2.1.2 布线 打开整车电源开关。整车系统处于工作状态。将远程控制线两端的航空插头一端与手持控制箱航空插座相连，远程控制线另一端的航空插头与拖车系统控制器上的航空插座相连，锁紧两个插头。拖动控制线，将手动控制箱放置在距离装备75米处的安全地带。 2.1.3 防爆球操作 打开设备控制箱电源，显示器工作，观察到摄像机传来的图像。操作控制箱上打开防爆球罐盖按钮，防爆球罐盖迅速打开。操作机器人（或排爆人员）将爆炸物放置在防爆球内托网上，远程操作控制箱，关闭防爆球罐盖。这些动作可通过显示器观看到，保证罐盖完全盖上。 2.1.4 牵引车与拖车挂接 打开牵引车后挂钩将牵引车倒车至拖车附件，插好信号线插头，并将信号线插头锁紧，收起后驻车支撑，用手拉动拖车牵引杆，将拖车牵引头挂在牵引车的牵引钩上，收起前驻车支撑。开动牵引车将拖车拖到安全地带。运送爆炸物时车速不得高于25公里/小时。 2.1.5 拖车系统由车架、牵引杆、浮动式牵引机构、弹簧扭杆承载轴、惯性行车制动、驻车制动、脱离应急制动，倒车防制动系统、可调式前支撑装置、车轮、后部可调驻车爪式支撑等组成。车架用于承载防爆球，设有控制箱，车架与牵引杆相连，牵引杆与刹车总泵相连，刹车总泵通过阻尼弹簧与浮动式牵引机构相连。车架上设有前驻车支撑和后驻车支撑，防爆球旁边设有摄像机。 a.浮动牵引机构与惯性刹车主泵相连，设有弹簧阻尼。浮动牵引机构可绕轴线做+50度~-50度的转动，在挂车颠簸摇摆时行走时防止牵引车挂钩与拖车牵引环碰撞。通过主泵与牵引杆相连。 b.行车制动：由惯性撞击杆、液压离合总泵、油路、刹车鼓组成。依靠牵引车前进、停止时产生的惯性，惯性撞击杆撞击液压离合总泵，液压油传送到刹车鼓自动完成对被牵引球形防爆球进行制动。撞击杆没有惯性力时自动解除制动的功能。 惯性撞击杆撞击液压离合总泵 c.驻车制动：由刹车手柄、刹车线、刹车鼓构成。用手拉刹车柄时，刹车柄带动刹车线，刹车线与刹车鼓相连抱紧车轮进行刹车。 驻车制动机构 d.脱钩紧急制动：由一段钢丝绳与刹车手柄下端相连，一端与牵引车相连。当拖车挂钩失效脱钩时，钢丝绳拉动手刹，将拖车刹车制动。 四、主要技术设计 1 总体设计球形防爆球由防爆球、紧固锁紧装置、托网、电机、控制系统、拖车系统构成。用于远距离转移、运送爆炸危险品，也可在罐内直接销毁爆炸危险品并能将爆炸产物（碎片、冲击波等）完全防护在罐内，可采用电动和手动开关罐盖。当罐盖完全关闭时，可屏蔽电磁信号，防止无线电引爆，防护能力强，操作使用简便，机动性好，安全程度高。 2 防爆球的设计防爆球设计符合GA 872《防爆球》的标准。防爆球由罐体、罐盖、防爆球罐盖自动开闭和手动开闭系统构成、托网等构成。防爆球内有托网可调节高度，保证爆炸中心在防爆球的中心。防爆球盖的开启用电机作为动力源。 3拖车系统设计拖车前端设计有与东风猛士系列越野车连接的信号等接口，适合部队列装的东风猛士系列越野车牵引。具有刹车功能（按GB 7258《机动车运行安全技术条件》执行）。拖车形式为2轮拖车，中置轴结构，装有可调驻车支撑装置。拖车后部具备刹车制动警示功能，设有刹车灯、转向灯、雾灯。拖车系统具有减震功能，车架与车轴之间装有弹簧减震器。车架与防爆球之间也具有减震功能。 控制箱与车载设备箱为有线连接（线长75m），控制箱上安装有7英寸液晶彩色显示屏和无线接收器，面板上安装有电量表和控制按钮，控制箱使用DC12V电源供电。 3.1 可调式牵引环 挂车底盘前部设计有方向可调式牵引环，该机构包括牵引架、转动式牵环、刹车泵等部件。牵引架与转动可调牵引环采用阻尼弹簧连接。转动可调牵引环以后端的水平面为基准可左摆50°和右摆50°，牵引环离地高度调节范围为500～1100 mm。该结构利于挂车被各种牵引车所牵引。 3.2 弹簧扭杆承载轴 挂车底盘采用弹簧扭杆承载轴。该类型车轴将悬架与车轴有机结合，主要由弹簧减震阻尼器、车轴、车轮、扭杆悬架摆臂等组成。扭杆悬架摆臂上端为方形扭杆，下端为车轴轴头，通过焊接的方式将其刚性连接在一起。车轮固定在轴头上，车轮与地面产生的冲击力，通过扭杆悬架摆臂转化为扭杆的扭转力。扭杆和车架之间设有弹簧阻尼器，通过车架与扭杆的相对扭转运动挤压弹簧减震器实现减震。弹簧最大弹性挠度可达120 mm，使用寿命为20年，从而实现免维护。每侧扭杆对本身车轮有弹性，可实现独立悬架的功能，并达到更平滑的伸缩特性。弹簧扭杆悬架与普通钢板弹簧悬架相比，体积较小，质量轻，尽可能降低了承载面高度，自阻尼性能好，非常适合轻型挂车高速运行。此外，可根据挂车行驶路况不同选择加装减震器。若挂车底盘设计使用路况为二级以下公路，挂车需加装减震器，可加强挂车的减震效果，同时提高扭杆使用寿命。 3.3 支承装置 车架前端设有高度可调式滚轮支撑装置，车轮为万向轮。挂车与主车脱离后将前支撑装置放下，可实现小范围人工移动。通过调整支撑装置改变可调式牵引环的高度，便于牵引环与托钩的挂接和脱离。挂车与牵引车挂接好后，将支撑轮提起。为了实现快速提升和获得更高的离地间隙，提升丝杠采用梯形螺纹设计，支撑轮提升到一定高度后可实现摆动，将支撑轮挂接在支撑管上。支撑滚轮可绕支撑轴管纵轴线自由转动且采用偏心设计，挂车移动时转向非常轻便。 车架后面设有后支撑，行车时将支撑折叠于车架下平面，需用时将其展开支于地面。通过摇柄的方向，控制支撑伸出或缩进，使用极为简单。后支撑可将车架和车轮升起离开地面，便于保护和更换轮胎。 3.4 制动系统设计 设有惯性行车制动、机械驻车制动、脱离应急制动三套制动系统，行驶安全可靠，且可实现倒车非制动。市场上挂车大多为气制动或无制动，牵引车为气制动和液压制动两种形式，气制动挂车无法与液压制动牵引车对接。挂车为惯性行车制动，制动系无须专门对接，可适应各类牵引车牵引。制动器专门设有自动松脱机构，制动鼓内制动蹄为浮动式结构，车轮向前进方向行驶可实现制动，反向行驶制动蹄自动松脱，倒车时残余制动力仅为正向行驶时的1%。制动时牵引杆受到的惯性冲击力，经制动泵和液压管作用于制动器，使制动器产生制动。惯性阻尼器阻尼作用力为600 N，为确保制动装置正常行车状态不会产生制动力或防止频繁产生制动，阻尼器自由状态时全伸，当制动力大于600 N时，制动才可实现功能。驻车制动的实现是通过驻车制动手柄控制惯性制动连杆，将作用力传到制动器来实现制动。行车时将应急制动软轴前端的挂钩挂接在主车尾部，后端挂接在驻车制动手柄的下端。当牵引环与主车意外脱离时，软轴可迅速将驻车制动手柄拉到制动位置而实现制动。 3.5 视频监控系统：由视频杆、摄像头、7英寸高清显示屏组成。完成对防爆球启闭过程的全程监控工作。 3.6 行车警示系统:由车辆尾灯、转向灯、雾灯组成，起到刹车、转向警示性和标志性作用。 3.7 减震设计：拖车悬架上设置有减振器，减振器减震弹簧选用符合行业标准，使拖车系统具有较好的减震功能， 3.8 电控系统:由一个组合式箱体、线盘和手控操作箱组成，用来承担和容纳整车电控配置方面的工作，同时可存放随车配置的必备品。 4 其他设计在拖车尾部显眼位置设有一个注明质量保证期限的标识牌，在8年质保期内能够清晰查验。 防爆危险品标识焊接在拖车轮罩上，清晰显眼。 4.1 材质、工艺性设计防爆球罐体及盖子采用高压容器专用钢材A48CPR制作，此种材料具有高强的力学性能和韧性，保证球罐高强度抗爆性能的同时并耐高压。车采用高强结构钢焊接而成。 球盖采用整体压铸成型，球体分罐口法兰，上罐体，下罐体三部分，每部分整体压铸成型，三部分焊接，焊后回火热处理。防爆球采用牌号A48CPR的特种压力容器钢材，整个球体抗爆能力强且韧性强，保证高压气体在罐内较长时间存留。盖子采用内置式，这样的优点是爆炸产生的高压气体压紧球盖，球盖通过正常形变压在罐口内测，保证密封严密不漏气。整个球体焊缝少，无应力集中。焊接材料与母材材质一致，保证焊缝受力与母材一致，防爆性能不会降低。整个球先做喷砂处理，再做喷漆防腐处理漆膜厚度达200µm。 底盘采用高强结构钢焊接，焊后回火去应力处理。整个底盘做电泳涂装处理，再喷面漆，保证焊缝处防腐可达到15年要求。 制作工艺分为开料、加工、焊接、回火处理、喷砂处理、电泳底漆、喷涂面漆、组装、测试等。焊接、喷砂处理、喷漆为关键工序，对这些工序的人、机、料、法、环依国军标要求进行过程控制。 五 小结防爆球的设计符合GA872《防爆球》要求，挂车设计符合GB 7258《机动车运行安全技术条件》要求。整体设计合理，挂钩处压力不超过300牛，符合标准要求，适合越野车系列拖挂。
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