金永男 蘇志軍

（遼寧陸平機(jī)器股份有限公司，遼寧 鐵嶺，112001）

0 引言

野外環(huán)境下供工作人員使用的封閉式廂式試驗(yàn)平臺(tái)、指揮控制平臺(tái)等裝備，通常是以單一的方艙或車廂作為載體。此種方式受單一方艙或車廂的尺寸限制，當(dāng)設(shè)備、人員較多時(shí)，在整體布局上會(huì)受到諸多的限制。本文闡述了通過(guò)方艙對(duì)接組合這種新的模式，較好的解決了這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)針對(duì)這種組合模式，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究。

1 布局與結(jié)構(gòu)

1.1 簡(jiǎn)介

移動(dòng)式快速對(duì)接綜合試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)為試驗(yàn)操作人員在野外環(huán)境下提供操作空間，為各測(cè)試設(shè)備提供集成工作環(huán)境，并提供動(dòng)力和環(huán)境保障。見(jiàn)圖1、圖2。

系統(tǒng)主要由兩個(gè)12m方艙組合而成，兩艙之間通過(guò)長(zhǎng)度5.5m的拉門實(shí)現(xiàn)連通。兩艙既可單獨(dú)使用又可組合使用。

主要配置有方艙及附件系統(tǒng)、調(diào)平行走系統(tǒng)、方艙對(duì)接密封系統(tǒng)、配電照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、艙內(nèi)機(jī)柜、裝飾墻、儲(chǔ)物柜、會(huì)議桌等。

本文由于篇幅有限，故僅對(duì)系統(tǒng)中的內(nèi)、外部布局，關(guān)鍵的分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述，其它方面如配電照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)與方艙內(nèi)飾系統(tǒng)、附件等本文略。

1.2 外部布局

圖3為系統(tǒng)展開(kāi)工作狀態(tài)外部布局圖。兩艙橫向并排擺放，通過(guò)調(diào)平行走系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩艙對(duì)接，通過(guò)方艙兩端側(cè)的對(duì)接密封系統(tǒng)及調(diào)平行走系統(tǒng)的鎖定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖定限位。

兩艙對(duì)接面均設(shè)置有5.5m長(zhǎng)外拉式對(duì)開(kāi)門，門打開(kāi)后可使兩艙內(nèi)部連通，形成一體。為保證對(duì)接工作狀態(tài)下的密封、保暖等要求，在口框處安裝有密封、保暖組件。

兩艙外部主要配置有調(diào)平行走系統(tǒng)、整體式空調(diào)機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、外部照明系統(tǒng)、通信天線及各種功能孔口。

1.3 內(nèi)部布局

圖4為系統(tǒng)展開(kāi)工作狀態(tài)艙內(nèi)布局圖。兩艙對(duì)接后，中間形成一個(gè)（長(zhǎng)×高）5500mm×1900mm的通道，使兩艙內(nèi)部空間形成整體，人員乘坐于會(huì)議區(qū)域時(shí)有很好的視野，可以通過(guò)連通門觀看到顯示區(qū)域。

圖1 系統(tǒng)外部對(duì)接狀態(tài)圖

圖2 系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)接狀態(tài)圖

圖3 系統(tǒng)展開(kāi)狀態(tài)外部布局圖

兩艙內(nèi)部主要配置有供配電系統(tǒng)、LED照明系統(tǒng)、顯示屏、機(jī)柜、空調(diào)、會(huì)議桌、航空座椅、折疊椅、攝像頭、儲(chǔ)物柜等。

1.4 關(guān)鍵分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

移動(dòng)式快速對(duì)接綜合試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的關(guān)鍵分系統(tǒng)主要可分為以下幾個(gè)方面：

a）兩方艙為系統(tǒng)的承載體，長(zhǎng)度12m，屬超長(zhǎng)方艙，且每個(gè)方艙單側(cè)都開(kāi)有（長(zhǎng)×高）5500mm×1900mm的通道口，剛強(qiáng)度較差，易變形，對(duì)方艙移動(dòng)行走、吊裝等影響大，因此方艙主體結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)重點(diǎn)；

b）每個(gè)方艙一側(cè)都安裝有推拉門，外形尺寸達(dá)到了（長(zhǎng)×高）6000mm×2100mm，如何保證單人實(shí)現(xiàn)省力的推移，如何保證單艙工作時(shí)推拉門的密封防雨是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的重點(diǎn)；

c）單艙要求能夠?qū)崿F(xiàn)短距移動(dòng)、調(diào)平，兩艙要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接，則設(shè)計(jì)的調(diào)平行走系統(tǒng)是關(guān)鍵；

d）方艙對(duì)接密封系統(tǒng)是保證整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常工作的前提條件。如何實(shí)現(xiàn)兩方艙可靠穩(wěn)定的對(duì)接，如何保證對(duì)接后兩艙的密封防雨性及如何實(shí)現(xiàn)保溫功能，是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

圖4 系統(tǒng)展開(kāi)狀態(tài)艙內(nèi)布局圖

1.4.1 方艙主體設(shè)計(jì)與剛強(qiáng)度分析

1）方艙主體設(shè)計(jì)

艙體為12m直角方艙，外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為12192mm×2438mm×2438mm。要求在工作狀態(tài)及吊裝狀態(tài)下，無(wú)撕裂、永久變形等破壞性問(wèn)題，產(chǎn)生的彈性變形不影響方艙正常使用。

根據(jù)艙體的外形尺寸、載荷情況，結(jié)合使用工況，確定艙體采用鋼框架整體復(fù)合結(jié)構(gòu)。主框架采用型鋼焊接而成，拼裝前、后、左、右、頂、底壁等壁板組成一個(gè)封閉保溫的艙體結(jié)構(gòu)。

艙體各壁板骨架采用型鋼焊接而成，中間填充硬質(zhì)聚氨酯泡沫，內(nèi)外表面粘貼防銹鋁板做蒙皮，各壁板之間采用焊接方式進(jìn)行組合、拼裝，拼接處再鉚接鋁包邊，此結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變了方艙艙體由單一壁板承載的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了壁板與骨架相結(jié)合的整體復(fù)合承載模式，比傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方艙在承載能力、整體剛強(qiáng)度等方面都有大幅度的提高。

2）方艙剛強(qiáng)度分析

通過(guò)對(duì)方艙工作全過(guò)程進(jìn)行分析，選取方艙吊裝狀態(tài)、短距移動(dòng)狀態(tài)及調(diào)平工作狀態(tài)進(jìn)行基于有限元的剛強(qiáng)度分析計(jì)算。

方艙吊裝狀態(tài)

方艙及內(nèi)外部設(shè)備總質(zhì)量為11648kg，針對(duì)方艙在吊裝狀態(tài)、調(diào)平工作狀態(tài)下的剛強(qiáng)度滿足情況進(jìn)行三維有限元受力分析。

方艙吊裝時(shí)，采用吊架與吊帶組合形式進(jìn)行，吊裝點(diǎn)設(shè)置在底部?jī)蓚?cè)面，單側(cè)三個(gè)，跨距8000mm。經(jīng)過(guò)三維有限元受力分析計(jì)算，艙體最大應(yīng)力位于艙體底部6個(gè)吊裝點(diǎn)附近，大小為37.9×106 N/m2，小于許用應(yīng)力163×106 N/m2，強(qiáng)度滿足要求，無(wú)破壞。艙體最大變形量為1.485mm，位于推拉門口筐中部，不影響方艙正常使用，滿足使用要求。見(jiàn)圖5、圖6。

方艙短距移動(dòng)狀態(tài)及調(diào)平工作狀態(tài)

方艙在調(diào)平工作狀態(tài)及短距移動(dòng)狀態(tài)下，受力點(diǎn)為方艙底部4個(gè)包角處，經(jīng)過(guò)三維有限元受力分析計(jì)算，艙體最大應(yīng)力位于艙體底部四個(gè)包角處，大小為33.24×106 N/m2，低于材料許用應(yīng)力157×106 N/m2，強(qiáng)度滿足要求，無(wú)破壞。艙體最大變形量為4.7mm，位于對(duì)開(kāi)門口筐中部，不影響方艙正常使用，滿足使用要求。見(jiàn)圖7、圖8。

1.4.2 方艙推拉門設(shè)計(jì)

方艙對(duì)開(kāi)拉門凈口尺寸為（高×寬）1900mm×5500mm，采用外開(kāi)式拉門結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)，將方艙側(cè)壁內(nèi)移，對(duì)開(kāi)拉門包含在艙體外形尺寸內(nèi)。對(duì)開(kāi)拉門外形圖見(jiàn)圖9，縱向剖視圖見(jiàn)圖10。

圖5 艙體吊裝時(shí)等效應(yīng)力云圖

圖6 艙體吊裝時(shí)變形云圖

圖7 艙體行走及工作狀態(tài)等效應(yīng)力云圖

對(duì)開(kāi)拉門安裝在上、下滑道內(nèi)，通過(guò)門上、下安裝的導(dǎo)向滾輪實(shí)現(xiàn)向兩側(cè)滑動(dòng)。上滑道與側(cè)壁連接固定，下滑道與底壁固定。

對(duì)開(kāi)拉門關(guān)閉時(shí)，在其中一扇拉門下部安裝兩個(gè)定位鎖銷，以實(shí)現(xiàn)定位、鎖固作用。兩扇拉門之間采用上、中、下三個(gè)橫向拉鎖實(shí)現(xiàn)鎖固。拉鎖鎖鉤長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，以便更好的實(shí)現(xiàn)鎖緊、密封作用。

對(duì)開(kāi)拉門上部及兩側(cè)安裝有密封毛條，壁板口框兩側(cè)面安裝有擋水角件，兩門對(duì)接處安裝有防水密封條，可實(shí)現(xiàn)拉門關(guān)閉狀態(tài)下的防雨密封功能。同時(shí)拉門下部及下滑道低于艙內(nèi)底板高度，滑道上設(shè)置有排水槽，雨水不會(huì)因?yàn)閰R集而流入艙內(nèi)。

圖8 艙體行走及工作狀態(tài)變形云圖

1.4.3 調(diào)平行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)

調(diào)平行走系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括承載、短距移動(dòng)、調(diào)平及人力推移省力等功能。

本短距離移動(dòng)裝置見(jiàn)圖1，主要由四只獨(dú)立支腿及牽引桿、搖把組成，平時(shí)安裝在方艙四角前后端面，無(wú)需拆卸。

每只獨(dú)立支腿額定承載載荷為5000kg，四只同時(shí)承載時(shí)其額定載荷可達(dá)15000kg，方艙及設(shè)備總質(zhì)量為11648kg，可滿足使用要求。

每只獨(dú)立支腿下部均設(shè)有萬(wàn)向輪，可實(shí)現(xiàn)各方向的移動(dòng)。為更好的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能，同時(shí)配有可快速連接的牽引架，牽引架可將前部?jī)山M萬(wàn)向輪連接在一起，使前后方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)向更加靈活、方便。

獨(dú)立支腿主要由減速箱、調(diào)平升降套筒、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾輪、制動(dòng)裝置等組成，采用手動(dòng)方式操作，快慢兩檔速度，升降行程為200mm。最大行程時(shí)，萬(wàn)向輪底部可凸出艙體下平面160mm，可滿足方艙在移動(dòng)過(guò)程中跨越障礙物的需求及兩艙拼接調(diào)平功能。同時(shí)萬(wàn)向輪配有制動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)定位鎖固功能。

圖9 對(duì)開(kāi)拉門外形圖

萬(wàn)向輪選用直徑為300mm的澆鋼聚氨酯輪，聚氨酯輪具有強(qiáng)度高，滾動(dòng)摩阻系數(shù)小，耐沖擊等特點(diǎn)。滾輪安裝軸兩端用螺母固定，維修更換方便。

對(duì)人員推移方艙的推力進(jìn)行計(jì)算，推拉方艙所需力為：F=N＊μk/r，式中N為作用在輪軸上的壓力，單位為N（方艙及設(shè)備總質(zhì)量為11648kg）；μk為滾動(dòng)摩阻系數(shù)，單位為mm （聚氨酯與地面間μk為2mm）；r為滾輪半徑，單位mm。

經(jīng)計(jì)算，推拉方艙所需力為1553N。根據(jù)人機(jī)工程可知，人的推、拉力為285N，故推拉方艙時(shí)需要6～8人即可實(shí)現(xiàn)操作。

1.4.4 方艙對(duì)接密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）兩艙對(duì)接設(shè)計(jì)

配備短距移動(dòng)裝置

本短距離移動(dòng)裝置利用方艙底部四角角件進(jìn)行快速安裝，單套（4只）額定載荷15000kg，能夠滿足方艙及設(shè)備總質(zhì)量11648kg的使用要求。

安裝限位塊

兩艙對(duì)接時(shí)為防止人員在推移過(guò)程中移動(dòng)過(guò)位，撞壞對(duì)開(kāi)拉門外側(cè)拉手等構(gòu)件，在兩艙對(duì)接面的包邊上設(shè)置限位塊。該限位塊為橡膠材質(zhì)，以起到到位保護(hù)及緩沖作用，見(jiàn)圖11。

圖10 推拉門縱向剖視圖

安裝拉緊機(jī)構(gòu)

兩艙拼接后，為防止出現(xiàn)意外的相對(duì)移動(dòng)，影響密封、防雨性能，在兩艙端面處安裝拉緊機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)為通過(guò)搬轉(zhuǎn)兩端角輪，使螺紋拉桿帶動(dòng)兩艙相互拉緊，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11。

2）密封防雨設(shè)計(jì)

艙外安裝防雨組件

每個(gè)方艙對(duì)開(kāi)拉門上方安裝有擋雨角件，同時(shí)配有防雨布，防雨布兩側(cè)均帶有拉繩。兩艙對(duì)接后，將防雨布罩在擋雨角件上，拉緊兩側(cè)拉繩，將繩子系固在方艙側(cè)端面上的掛環(huán)上，即可實(shí)現(xiàn)防雨功能。見(jiàn)圖12。

艙內(nèi)安裝密封、保溫組件

2號(hào)艙對(duì)開(kāi)拉門口框處的底壁上安裝有通道踏板，通道踏板與底壁通過(guò)鉸鏈連接，可實(shí)現(xiàn)沿鉸鏈軸翻轉(zhuǎn)。當(dāng)兩艙拼接時(shí)，將踏板翻轉(zhuǎn)180度，搭接在1號(hào)艙口框上，上表面與底壁保持一平，既起到密封保溫作用，同時(shí)又可形成通道，方便人員通過(guò)；單艙使用時(shí)，踏板翻轉(zhuǎn)收藏在會(huì)議桌下，不影響人員工作。

沿頂壁及兩側(cè)壁安裝密封保溫布，密封保溫布兩端采用粘扣形式與兩艙內(nèi)壁連接，實(shí)現(xiàn)其口框通道處的密封保溫功能。

圖11 兩艙對(duì)接示意圖

圖12 艙外防雨組件安裝狀態(tài)圖

圖13 艙內(nèi)密封、保溫組件安裝狀態(tài)圖

艙內(nèi)安裝密封、保溫組件圖見(jiàn)圖13。

2 結(jié)語(yǔ)

移動(dòng)式快速對(duì)接綜合試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)技術(shù)方案在該項(xiàng)目的招標(biāo)活動(dòng)中脫穎而出，在完成產(chǎn)品實(shí)物生產(chǎn)后，進(jìn)行了系統(tǒng)對(duì)接、單艙短距移動(dòng)、吊裝、淋雨密封、功能操作等各種試驗(yàn)，均達(dá)到了系統(tǒng)技術(shù)要求。