移動式快速對接綜合試驗平臺系統(tǒng)總體結構設計

金永男 蘇志軍

（遼寧陸平機器股份有限公司，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平臺、指揮控制平臺等裝備，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，當設備、人員較多時，在整體布局上會受到諸多的限制。本文闡述了通過方艙對接組合這種新的模式，較好的解決了這個問題。同時針對這種組合模式，對設計過程中的重點進行了分析和研究。

1 布局與結構

1.1 簡介

移動式快速對接綜合試驗平臺系統(tǒng)為試驗操作人員在野外環(huán)境下提供操作空間，為各測試設備提供集成工作環(huán)境，并提供動力和環(huán)境保障。見圖1、圖2。

系統(tǒng)主要由兩個12m方艙組合而成，兩艙之間通過長度5.5m的拉門實現連通。兩艙既可單獨使用又可組合使用。

主要配置有方艙及附件系統(tǒng)、調平行走系統(tǒng)、方艙對接密封系統(tǒng)、配電照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、艙內機柜、裝飾墻、儲物柜、會議桌等。

本文由于篇幅有限，故僅對系統(tǒng)中的內、外部布局，關鍵的分系統(tǒng)結構進行論述，其它方面如配電照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境調節(jié)與方艙內飾系統(tǒng)、附件等本文略。

1.2 外部布局

圖3為系統(tǒng)展開工作狀態(tài)外部布局圖。兩艙橫向并排擺放，通過調平行走系統(tǒng)實現兩艙對接，通過方艙兩端側的對接密封系統(tǒng)及調平行走系統(tǒng)的鎖定機構實現鎖定限位。

兩艙對接面均設置有5.5m長外拉式對開門，門打開后可使兩艙內部連通，形成一體。為保證對接工作狀態(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平行走系統(tǒng)、整體式空調機、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 內部布局

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

圖1 系統(tǒng)外部對接狀態(tài)圖

圖2 系統(tǒng)內部對接狀態(tài)圖

圖3 系統(tǒng)展開狀態(tài)外部布局圖

兩艙內部主要配置有供配電系統(tǒng)、LED照明系統(tǒng)、顯示屏、機柜、空調、會議桌、航空座椅、折疊椅、攝像頭、儲物柜等。

1.4 關鍵分系統(tǒng)結構設計

移動式快速對接綜合試驗平臺系統(tǒng)的關鍵分系統(tǒng)主要可分為以下幾個方面：

a）兩方艙為系統(tǒng)的承載體，長度12m，屬超長方艙，且每個方艙單側都開有（長×高）5500mm×1900mm的通道口，剛強度較差，易變形，對方艙移動行走、吊裝等影響大，因此方艙主體結構是設計重點；

b）每個方艙一側都安裝有推拉門，外形尺寸達到了（長×高）6000mm×2100mm，如何保證單人實現省力的推移，如何保證單艙工作時推拉門的密封防雨是結構設計上的重點；

c）單艙要求能夠實現短距移動、調平，兩艙要求能夠實現對接，則設計的調平行走系統(tǒng)是關鍵；

d）方艙對接密封系統(tǒng)是保證整個系統(tǒng)實現正常工作的前提條件。如何實現兩方艙可靠穩(wěn)定的對接，如何保證對接后兩艙的密封防雨性及如何實現保溫功能，是設計重點。

圖4 系統(tǒng)展開狀態(tài)艙內布局圖

1.4.1 方艙主體設計與剛強度分析

1）方艙主體設計

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

根據艙體的外形尺寸、載荷情況，結合使用工況，確定艙體采用鋼框架整體復合結構。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封閉保溫的艙體結構。

艙體各壁板骨架采用型鋼焊接而成，中間填充硬質聚氨酯泡沫，內外表面粘貼防銹鋁板做蒙皮，各壁板之間采用焊接方式進行組合、拼裝，拼接處再鉚接鋁包邊，此結構轉變了方艙艙體由單一壁板承載的設計思想，實現了壁板與骨架相結合的整體復合承載模式，比傳統(tǒng)的標準方艙在承載能力、整體剛強度等方面都有大幅度的提高。

2）方艙剛強度分析

通過對方艙工作全過程進行分析，選取方艙吊裝狀態(tài)、短距移動狀態(tài)及調平工作狀態(tài)進行基于有限元的剛強度分析計算。

方艙吊裝狀態(tài)

方艙及內外部設備總質量為11648kg，針對方艙在吊裝狀態(tài)、調平工作狀態(tài)下的剛強度滿足情況進行三維有限元受力分析。

方艙吊裝時，采用吊架與吊帶組合形式進行，吊裝點設置在底部兩側面，單側三個，跨距8000mm。經過三維有限元受力分析計算，艙體最大應力位于艙體底部6個吊裝點附近，大小為37.9×106 N/m2，小于許用應力163×106 N/m2，強度滿足要求，無破壞。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。見圖5、圖6。

方艙短距移動狀態(tài)及調平工作狀態(tài)

方艙在調平工作狀態(tài)及短距移動狀態(tài)下，受力點為方艙底部4個包角處，經過三維有限元受力分析計算，艙體最大應力位于艙體底部四個包角處，大小為33.24×106 N/m2，低于材料許用應力157×106 N/m2，強度滿足要求，無破壞。艙體最大變形量為4.7mm，位于對開門口筐中部，不影響方艙正常使用，滿足使用要求。見圖7、圖8。

1.4.2 方艙推拉門設計

方艙對開拉門凈口尺寸為（高×寬）1900mm×5500mm，采用外開式拉門結構。設計時，將方艙側壁內移，對開拉門包含在艙體外形尺寸內。對開拉門外形圖見圖9，縱向剖視圖見圖10。

圖5 艙體吊裝時等效應力云圖

圖6 艙體吊裝時變形云圖

圖7 艙體行走及工作狀態(tài)等效應力云圖

對開拉門安裝在上、下滑道內，通過門上、下安裝的導向滾輪實現向兩側滑動。上滑道與側壁連接固定，下滑道與底壁固定。

對開拉門關閉時，在其中一扇拉門下部安裝兩個定位鎖銷，以實現定位、鎖固作用。兩扇拉門之間采用上、中、下三個橫向拉鎖實現鎖固。拉鎖鎖鉤長度可調節(jié)，以便更好的實現鎖緊、密封作用。

對開拉門上部及兩側安裝有密封毛條，壁板口框兩側面安裝有擋水角件，兩門對接處安裝有防水密封條，可實現拉門關閉狀態(tài)下的防雨密封功能。同時拉門下部及下滑道低于艙內底板高度，滑道上設置有排水槽，雨水不會因為匯集而流入艙內。

圖8 艙體行走及工作狀態(tài)變形云圖

1.4.3 調平行走系統(tǒng)設計

調平行走系統(tǒng)主要實現的功能包括承載、短距移動、調平及人力推移省力等功能。

本短距離移動裝置見圖1，主要由四只獨立支腿及牽引桿、搖把組成，平時安裝在方艙四角前后端面，無需拆卸。

每只獨立支腿額定承載載荷為5000kg，四只同時承載時其額定載荷可達15000kg，方艙及設備總質量為11648kg，可滿足使用要求。

每只獨立支腿下部均設有萬向輪，可實現各方向的移動。為更好的實現移動功能，同時配有可快速連接的牽引架，牽引架可將前部兩組萬向輪連接在一起，使前后方向的移動和轉向更加靈活、方便。

獨立支腿主要由減速箱、調平升降套筒、傳動機構、滾輪、制動裝置等組成，采用手動方式操作，快慢兩檔速度，升降行程為200mm。最大行程時，萬向輪底部可凸出艙體下平面160mm，可滿足方艙在移動過程中跨越障礙物的需求及兩艙拼接調平功能。同時萬向輪配有制動裝置，可實現定位鎖固功能。

圖9 對開拉門外形圖

萬向輪選用直徑為300mm的澆鋼聚氨酯輪，聚氨酯輪具有強度高，滾動摩阻系數小，耐沖擊等特點。滾輪安裝軸兩端用螺母固定，維修更換方便。

對人員推移方艙的推力進行計算，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（方艙及設備總質量為11648kg）；μk為滾動摩阻系數，單位為mm （聚氨酯與地面間μk為2mm）；r為滾輪半徑，單位mm。

經計算，推拉方艙所需力為1553N。根據人機工程可知，人的推、拉力為285N，故推拉方艙時需要6～8人即可實現操作。

1.4.4 方艙對接密封系統(tǒng)設計

1）兩艙對接設計

配備短距移動裝置

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

安裝限位塊

兩艙對接時為防止人員在推移過程中移動過位，撞壞對開拉門外側拉手等構件，在兩艙對接面的包邊上設置限位塊。該限位塊為橡膠材質，以起到到位保護及緩沖作用，見圖11。

圖10 推拉門縱向剖視圖

安裝拉緊機構

兩艙拼接后，為防止出現意外的相對移動，影響密封、防雨性能，在兩艙端面處安裝拉緊機構。此機構為通過搬轉兩端角輪，使螺紋拉桿帶動兩艙相互拉緊，結構見圖11。

2）密封防雨設計

艙外安裝防雨組件

每個方艙對開拉門上方安裝有擋雨角件，同時配有防雨布，防雨布兩側均帶有拉繩。兩艙對接后，將防雨布罩在擋雨角件上，拉緊兩側拉繩，將繩子系固在方艙側端面上的掛環(huán)上，即可實現防雨功能。見圖12。

艙內安裝密封、保溫組件

2號艙對開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鉸鏈連接，可實現沿鉸鏈軸翻轉。當兩艙拼接時，將踏板翻轉180度，搭接在1號艙口框上，上表面與底壁保持一平，既起到密封保溫作用，同時又可形成通道，方便人員通過；單艙使用時，踏板翻轉收藏在會議桌下，不影響人員工作。

沿頂壁及兩側壁安裝密封保溫布，密封保溫布兩端采用粘扣形式與兩艙內壁連接，實現其口框通道處的密封保溫功能。

圖11 兩艙對接示意圖

圖12 艙外防雨組件安裝狀態(tài)圖

圖13 艙內密封、保溫組件安裝狀態(tài)圖

艙內安裝密封、保溫組件圖見圖13。

2 結語

移動式快速對接綜合試驗平臺系統(tǒng)技術方案在該項目的招標活動中脫穎而出，在完成產品實物生產后，進行了系統(tǒng)對接、單艙短距移動、吊裝、淋雨密封、功能操作等各種試驗，均達到了系統(tǒng)技術要求。