某型裝備保溫艙鉸鏈改造技術研究

王向東，田永鵬，李智，吳金才

某型裝備保溫艙鉸鏈改造技術研究

王向東1，田永鵬2，李智1，吳金才1

（1.中國人民解放軍96658部隊，北京 100094；2.內(nèi)蒙古大學 交通職業(yè)技術學院，呼和浩特 010070）

目的解決某型裝備保溫艙通條鉸鏈連接鉚釘松脫、鉸鏈變形、艙壁夾層滲水等問題。方法分析裝備的結構特點和工作時鉸鏈的受力情況，找出了問題產(chǎn)生的原因，提出改造技術措施和方案，并在此基礎上開展擠壓試驗、開關廂蓋試驗、淋雨試驗、650 km行駛試驗等試驗研究。結果結合裝備整修對保溫艙進行了改造，將保溫艙由通條鉸鏈改為合頁鉸鏈后，裝備性能得到極大改善。結論通過改造消除了故障隱患，提高了裝備的使用性能，滿足部隊的使用需求。

保溫艙；通條鉸鏈；改造技術

方艙是一個特殊的工作空間，以其靈活的轉移性、可靠的電磁兼容性、良好的氣密性和保溫性等特點在工程搶險、管道維修、醫(yī)療保障、生活儲備、供電和軍隊作等領域中得到廣泛應用[1—4]。

某型裝備是部隊執(zhí)行特種運輸任務的重要手段。該裝備主要由底盤、保溫艙、托架、液壓系統(tǒng)和配套設備等組成。保溫艙由廂體和廂蓋組成，廂體和廂蓋之間通過鉸鏈聯(lián)接。保溫艙內(nèi)前后位置分別設置有兩根液壓缸，液壓缸下支座設在艙體地板上，上支座設在廂蓋內(nèi)側，通過控制系統(tǒng)同步驅(qū)動兩根液壓缸活塞桿伸縮，實現(xiàn)大蓋繞鉸鏈軸旋轉進行開啟與閉合，保溫艙結構和外觀分別如圖1和圖2所示。

保溫艙由廂體和廂蓋兩大部分組成。廂體采用大板結構。整個廂體由前板、后板、左板、右板及底板共五塊大板拼接組合，外表面整體制作玻璃鋼蒙皮而成。單塊大板是采取將兩塊鋁合金面板分別粘接在金屬骨架內(nèi)外兩側，并在構成的封閉空腔內(nèi)注入聚氨酯發(fā)泡料形成保溫層，通過加壓固化成型。將五塊大板拼接為廂形后，在外表面鋪設纖維布并涂刷環(huán)氧樹脂，形成玻璃鋼外蒙皮。廂蓋是采用玻璃鋼結構，由專用模具制作的玻璃鋼蒙皮與廂蓋金屬骨架牢固粘接，內(nèi)部填充聚氨酯發(fā)泡料而構成。

通過對使用單位調(diào)研和裝備整修發(fā)現(xiàn)，此種保溫艙經(jīng)過多年使用，普遍存在鉸鏈連接鉚釘松脫、鉸鏈變形、雨水通過松動的鉚釘孔向艙壁夾層內(nèi)滲漏等現(xiàn)象，導致艙體鼓包、骨架銹蝕，使裝備性能大大降低，嚴重影響部隊日常訓練使用。同時，由于鉚釘松脫，存在較大的安全隱患。損壞裝備如圖3所示。

1 原因分析

通過對該裝備的結構分析可以看出（見圖1），兩根液壓缸設置在艙內(nèi)前后端頭，其間距較大，使兩端鉸鏈應力明顯比中部大。同時，鉸鏈采用的是鋁合金材質(zhì)的通條鉸鏈，寬度為43 mm，頁片厚度為3.5 mm，截面較為單薄，整體剛性不足，使廂蓋翻轉時產(chǎn)生的拉力難以沿鉸鏈傳導到較遠距離。因此，通條鉸鏈的鉚釘雖為等距設置，但實際使用中是處于非均勻受力狀態(tài)，兩端液壓缸支撐范圍內(nèi)受力較大，該處鉚釘承受的拉力也較大，而中部鉚釘受力逐漸減小。從而導致兩端靠近液壓缸位置的鉸鏈破損嚴重，而越靠近中部鉸鏈狀態(tài)越好。此外，由于油缸伸縮時不是完全同步，導致兩端鉸鏈受力狀況進一步惡化。

為了進一步分析鉸鏈損壞的原因，建立廂蓋模型，對廂蓋受力情況進行有限元分析。為了便于分析，對模型進行簡化，僅針對大蓋骨架進行分析，將玻璃鋼內(nèi)外表層作為裕度考慮。

按現(xiàn)場實測值建立廂蓋骨架模型，并按開啟71°狀態(tài)設置UCS坐標系。設定骨架材質(zhì)為鍛鋁6061。為便于計算，廂蓋設置8付鉸鏈安裝位置和2個液壓缸支點位置共設置10個約束點。廂蓋工作狀態(tài)時受到的載荷主要是自身重力以及外部風載。據(jù)此，以UCS為基準，按豎直向下方向設定重力。按朝向大蓋外側的水平方向設置風速作用力，并將其均布在大蓋骨架上。

通過對模型進行計算，廂蓋受力情況如圖4所示。從有限元計算可知，艙蓋兩端的鉸鏈受到的載荷為63.2 MPa，第2個和第3個鉸鏈受力分別是18.1 MPa和8.9 MPa。此結果與前述分析一致，即兩端鉸鏈受力較大，越靠近中部鉸鏈受力越小。根據(jù)機械設計標準，鉚釘許用應力為76 MPa，雖然艙蓋兩端鉚釘受到的載荷沒有超過許用應力，但是余量很小，長期工作后即會導致鉚釘松脫。

根據(jù)出問題裝備保溫艙鉸鏈處的受損狀態(tài)看來，兩端分布的鉚釘已被拉伸至塑性變形，說明此情況與分析結果基本一致（見圖3）。

2 改造方案

該方案擬在保溫艙右側設置8付鋼質(zhì)合頁鉸鏈，在艙體與大蓋連接邊外側安裝。鉸鏈寬180 mm，高245 mm，鉸軸直徑為16 mm，采用16螺栓組件與保溫艙聯(lián)接。因現(xiàn)有骨架內(nèi)不便再增設備板，所以不能采用鉆孔攻絲方式聯(lián)接，而采用在艙內(nèi)增設襯板，使用內(nèi)外夾持方式進行緊固聯(lián)接。

為保證鉸鏈的連接強度以及使用過程中鉸鏈與艙體、大蓋之間不發(fā)生相對位移，鉸鏈的設置點及連接螺栓位的設置均選取有骨架的位置，與保溫艙箱體的立柱相對應進行設置。連接螺栓分別設置在艙體縱梁及立柱上，這樣既可保證連接強度，亦可對立柱與縱梁之間的連接進行加強。鉸鏈設置如圖5所示。

圖5 合頁鉸鏈布置方案

為控制艙壁在夾持力量下不發(fā)生過大變形，在艙壁內(nèi)每件螺栓對應位置設置一件套管，套管一端與襯板卡緊，另一端配有16內(nèi)螺紋孔，與鉸鏈外部螺栓相聯(lián)。套管外端面與骨架鋁型材外壁內(nèi)側之間預留2～3 mm間隙，當擰緊螺栓時，套管逐漸收攏，將艙壁內(nèi)外夾緊。由于內(nèi)、外側安裝有玻璃鋼蒙皮，其受力會發(fā)生一定的變形，當壓縮至一定程度時，套管端面頂緊骨架大梁外壁內(nèi)側，形成剛性整體，從而保護骨架型材不因發(fā)生過大擠壓變形而受損。鉸鏈結構及安裝如圖6和圖7所示[5—6]。

圖6 合頁鉸鏈結構

圖7 合頁鉸鏈安裝

3 試驗驗證

為驗證合頁鉸鏈方案的夾持方式不會對保溫艙現(xiàn)有骨架造成損壞，在改造實施前針對試樣進行了擠壓試驗，如圖8所示。

圖8 擠壓試驗

試樣采用近似大板結構進行制作，中部為截面尺寸40 mm×80 mm鋁合金矩形管焊接而成的T字形骨架，用于模擬保溫艙骨架的橫梁與立柱。骨架內(nèi)外表面各粘貼一層鋁合金面板，夾層空隙內(nèi)填入聚氨酯發(fā)泡板。

在試樣兩側分別鉆安裝孔，裝配內(nèi)外襯板、套管及螺栓組件。按200 N·m扭矩均勻擰緊三套螺栓，此時為完全由骨架承受擠壓力狀態(tài)[7—9]。

試驗分兩種狀態(tài)進行，第一種狀態(tài)是按設計方案狀態(tài)，在套管與型材內(nèi)壁之間預留2 mm間隙；第二種狀態(tài)是將套管與型材內(nèi)壁之間間隙加大至5 mm。通過試驗發(fā)現(xiàn)：第一種狀態(tài)擰緊螺栓后，間隙消失，型材及樣件未發(fā)生變形（目測）；第二種狀態(tài)擰緊螺栓后，套管與型材之間仍留有間隙，骨架略有鼓形規(guī)則變形，截面最大尺寸為41.5 mm×79 mm，未出現(xiàn)褶皺、裂紋、扭曲等現(xiàn)象。由此證明，方案中間隙設計是合理的，此夾持方式不會對保溫艙現(xiàn)有骨架造成損壞。

4 主要技術問題處理

4.1 鉸鏈備板設置

為保證鉸鏈安裝牢固可靠，在廂體及廂蓋內(nèi)部鉸鏈安裝對應位置均需增設備板。

設置備板應遵循的原則為：盡可能將備板焊接在圈梁與廂體骨架立柱或廂蓋骨架橫梁的交匯處，如果設置備板的位置沒有可利用的立柱或橫梁時應增設加強梁，應避免備板僅與圈梁的單邊焊接，以增加其強度和可靠性。

為廂蓋增設備板時，考慮到廂蓋弧形玻璃鋼面板為模具整體制作而成，改裝過程中不宜破壞外觀以致影響密封性能，因此采取揭開內(nèi)蒙板的方式增設備板。將廂蓋的內(nèi)蒙板揭開后，鏟除相應位置的發(fā)泡層，露出骨架進行備板焊接。廂蓋內(nèi)鉸鏈備板截面根據(jù)廂蓋弧度及鉸鏈動頁截面形式進行適應性設計，使其符合鉸鏈動頁安裝要求。廂蓋所加焊的備板同樣帶有與鉸鏈動頁折彎段平行的23°傾角，將廂蓋外蒙板（玻璃鋼蒙板）內(nèi)表面弧形段對應處打磨為平面，使備板能與其貼合緊密。

備板焊接后，重新進行發(fā)泡，待發(fā)泡料固化后將表面處理平整。重新安裝鋁蒙板及玻璃鋼板。由于廂體制作工藝原因，玻璃鋼板、鋁板和發(fā)泡層粘接牢固，揭下的鋁板和玻璃鋼板因變形而不能繼續(xù)使用，因此，必須更換新的鋁板和玻璃鋼板進行復裝。

4.2 銹蝕處理

對于保溫艙艙壁夾層內(nèi)進水造成骨架銹蝕的現(xiàn)象，在改裝的過程中也應該同步進行處理，使鋼骨架的受蝕不再繼續(xù)加深，從而控制危害發(fā)生。在艙壁面板揭開后便可觀察到當前的銹蝕情況，根據(jù)實際情況對骨架銹蝕部位進行除銹、防銹處理。

具體工藝流程為：風干去濕→對生銹骨架表面進行砂磨除銹→清理雜質(zhì)→磷化處理→噴涂鐵紅環(huán)氧防銹底漆。

4.3 鉚釘孔封堵

將通條鉸鏈拆除后，必須對廂體與廂蓋上安裝鉸鏈時所用的鉚釘孔進行封堵，避免從此處滲水進入艙壁夾層內(nèi)。具體方案是：先在鉚釘孔處注入密封膠，將表面抹平以封閉鉚釘孔，然后廂體與廂蓋的安裝面上分別涂刷一層玻璃鋼，待玻璃鋼固化后打磨平整，外表面噴漆處理。按此方式處理后，密封效果得以保證，并且此處可與艙側壁無縫連接形成整體，外觀效果較好。

5 結語

按照此方案對裝備進行了改造，改造后按要求進行了100次開關廂蓋試驗、淋雨試驗、650 km行駛試驗和24 h靜置試驗（廂蓋分別開啟45°與71°）等[10—11]，試驗結果滿足技術指標要求。

此外，還對改造后交付裝備的使用情況進行了跟蹤。通過跟蹤了解到，經(jīng)過近2年的使用，目前部隊裝備技術狀態(tài)良好，沒有同類問題發(fā)生，表明本改造方案可行，效果較好。

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Retrofitting Technology for a Certain Type of Thermal Insulation Shelter Hinge

WANG Xiang-dong1, TIAN Yong-peng2, LI Zhi1, WU Jin-cai1

(1.PLA 96658 Unit, Beijing 100094, China;2.Communication Polytechnic of Inner Mongolia University, Hohehot 010070, China)

Objective To solve the problems of continuous piano hinge rivet loosening, hinge deformation, interlayer seepage, etc. of a certain type of thermal insulation shelter. Methods Structure characteristics of the equipment and stressing situation of the hinge were analyzed to find the reasons of the problems and propose technical measures. On this basis, the squeezing test, opening & closing test, rain test, driving test (650 km), etc. were performed. Results The thermal insulation shelter was retrofitted in combination with renovation of equipment. The continuous piano hinges of the thermal insulation shelter were changed to butterfly hinges. The performance of the equipment was promoted tremendously. Conclusion The retrofitting eliminates hidden troubles, improves the using performance and meets the needs of the army.

thermal insulation shelter; continuous piano hinge; retrofitting technology

10.7643/ issn.1672-9242.2017.08.016

TJ07

A

1672-9242(2017)08-0084-04

2017-02-10；

2017-03-24

王向東（1978—），男，江蘇連云港人，碩士，高級工程師，主要研究方向為軍用保障裝備設計。