12m對接方艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉偉 曹金牛

關(guān)鍵詞：對接方艙吊裝調(diào)平密封剛強(qiáng)度

1前言

12m對接方艙由兩個12m方艙組合而成，兩艙之間通過一個至少寬度為5.5m的對開式推拉門實(shí)現(xiàn)連通。各艙的艙體結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)等單獨(dú)配置，兩艙既可單獨(dú)供電又可級聯(lián)供電，既可單艙使用又可滿足兩艙組合使用的需求。

方艙分為1號艙和2號艙，每個方艙主要由方艙及附件系統(tǒng)、方艙對接密封系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)與方艙內(nèi)飾系統(tǒng)、配電照明系統(tǒng)、方艙吊裝機(jī)構(gòu)、短距移動裝置、方艙對接密封組件等組成。

2主要性能指標(biāo)

2.1尺寸參數(shù)

方艙外形尺寸為（長×寬×高）：12192mmx2438mmX2438mm，尺寸公差為0～5mm;方艙內(nèi)部尺寸（長×寬×高）：12070mmx2258mmx2195mm。

2.2質(zhì)量參數(shù)

方艙總質(zhì)量不大于10000kg。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1外部結(jié)構(gòu)布局

工作狀態(tài)下，兩艙橫向并排布置，通過方艙底部四角外側(cè)安裝的短距移動裝置進(jìn)行移動并調(diào)平，完成兩艙水平對接。對接后通過方艙對接面的拉緊機(jī)構(gòu)、限位裝置及短距移動裝置上的鎖定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖固。方艙工作展開狀態(tài)如圖1～圖2所示。

兩個方艙相對接的側(cè)面，設(shè)置有1個長5500mm平移式對開門，對接后兩個方艙艙體內(nèi)部形成一個（長×寬）12070mm×4500mm工作空間。為提高工作狀態(tài)下兩個方艙對接位置的防雨、密封等性能，在對接位置處設(shè)置有防雨、密封組件。

每艙各配置兩臺FKWD-70G型整體式空調(diào)機(jī)，以滿足艙內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)功能。1號艙空調(diào)機(jī)安裝位置為前艙壁右上部和后艙壁左上部.2號艙空調(diào)機(jī)安裝位置為前艙壁左上部和后艙壁右上部?？照{(diào)機(jī)安裝在減振鋼框架內(nèi)，以減少空調(diào)機(jī)工作時向艙內(nèi)傳遞震動效應(yīng)，以達(dá)到產(chǎn)品減震、降噪功能。

兩艙均配置登頂腳踏板，對應(yīng)頂部位置安裝登頂扶手，以實(shí)現(xiàn)人員上艙需要。

兩艙艙頂前、后各安裝一個收納箱，用于存放吊裝吊帶及附件。為滿足艙頂防滑需要，艙頂粘貼防滑粘。1號艙頂配置兩個揚(yáng)聲器、三根天線、一個攝像頭，方艙預(yù)留艙頂附件的固定裝置及通訊接口。

兩艙艙外四角安裝水準(zhǔn)器，用于指示艙體調(diào)平狀態(tài)。

3.2內(nèi)部布局

兩艙艙內(nèi)布局兼顧人機(jī)工程要求，按照性能指標(biāo)要求進(jìn)行，內(nèi)部布局圖如圖3-圖4所示。

兩艙對接后，在艙體內(nèi)部中間位置形成一個（長×高）5500mm×1900mm的工作空間，工作人員在該區(qū)域工作時會獲得良好的工作視野，并可以通過間壁門觀察到其他工作區(qū)域。

各艙前、后兩端內(nèi)各放置三個甲方機(jī)柜。三個機(jī)柜通過并柜件連接成一體，居中放置，底部及后上部采用減振器實(shí)現(xiàn)減振功能。機(jī)柜和艙體之間的空隙加裝可拆卸式飾墻，以提高美觀性。兩側(cè)機(jī)柜后部均留有800mm縱深的維修空間，并安裝有可折疊貨架，便于設(shè)備維修安裝。

每艙頂壁沿四周布置“回”字型空調(diào)風(fēng)道，根據(jù)需要設(shè)置，在1號艙左側(cè)風(fēng)道、2號艙右側(cè)風(fēng)道中部各鑲嵌安裝一個圓盤狀喇叭。風(fēng)道內(nèi)部粘貼隔音減振材料;風(fēng)道下方安裝走線槽，電源線和信號線分開布設(shè)，防止干擾。

1號艙左側(cè)壁居中安裝用戶提供的一臺84寸的顯示器和兩臺42寸顯示器，作為顯示區(qū)域，艙壁按需預(yù)留顯示器的電源接口和信號接口。

2號艙靠左側(cè)居中安裝會議桌，會議桌桌面左側(cè)部分可實(shí)現(xiàn)折疊，以滿足單艙時使用。桌面上預(yù)留電腦接口、電源插座及內(nèi)嵌在桌面上的可收納話筒。

1號艙顯示器下方，2號艙右壁靠前位置各安裝一個儲物柜，用來儲存電纜、接地樁、熱水壺、醫(yī)藥箱、水平儀、對講機(jī)及文件資料等。

3.3艙體結(jié)構(gòu)

設(shè)計中重點(diǎn)解決：一是艙體在工作及吊裝狀態(tài)下無永久變形問題，同時盡量降低艙體的自重，以便實(shí)現(xiàn)方艙的吊裝、移動和對位連接。二是5500mm平移式對開門處的密封防水問題。

根據(jù)艙體的外形尺寸、載荷分布以及吊裝、運(yùn)輸?shù)仁褂霉r要求，結(jié)合相似產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。方艙艙體設(shè)計為鋼、鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)。主框架采用鋼質(zhì)型材焊接而成，壁板采用鋼質(zhì)骨架發(fā)泡粘接鋁合金蒙皮結(jié)構(gòu)。鋼質(zhì)骨架與各壁板組成一個封閉式的保溫方艙。

艙體壁板有框架、填充物、蒙皮三部分組成?？蚣懿捎娩撡|(zhì)型材制造，中間填充物使用聚氨酯發(fā)泡，內(nèi)外兩側(cè)蒙皮采用鋁合金薄板。主框架與各壁板組裝后，各拼接處鉚接專用鋁合金型材，局部補(bǔ)強(qiáng)主框架與壁板的結(jié)合部，從而改善結(jié)合部的局部受力性能，增加方艙整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用性。

考慮方艙在吊裝狀態(tài)及調(diào)平工作狀態(tài)下，主承載受力面為底壁和頂壁，因此設(shè)計時頂、底壁采用加強(qiáng)設(shè)計結(jié)構(gòu)，底壁和頂壁厚度分別為140mm和80mm，側(cè)壁厚度為52mm。

3.4艙體剛強(qiáng)度分析

3.4.1艙體吊裝狀態(tài)剛強(qiáng)度分析

方艙及內(nèi)外部設(shè)備總質(zhì)量為9930kg。

方艙吊裝時通常采用吊車起吊，為控制在吊裝過程中的艙體變形，考慮將吊裝點(diǎn)設(shè)置在艙體底部。沿艙體長度方向，左右兩側(cè)各布置三個，以中心點(diǎn)為基礎(chǔ)，間隔跨距4000mm。設(shè)計時采用有限元分析法模擬分析吊裝狀態(tài)。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，艙體最大應(yīng)力位置為艙體底部吊裝點(diǎn)位置，應(yīng)力值為35.2MPa。艙體最大變形量位置為艙體頂部中間位置，變形量為2.855mm。最大應(yīng)力及變形量滿足方艙設(shè)計指標(biāo)及使用需求。吊裝狀態(tài)下剛強(qiáng)度驗(yàn)算值符合設(shè)計要求（許用應(yīng)力不大于163MPa），可以進(jìn)行實(shí)物吊裝。

計算表明，各構(gòu)件、各孔口處變形不影響工作需要，滿足使用要求。艙體應(yīng)變云圖如圖5所示，變形云如圖6所示。

3.4.2艙體行走及工作狀態(tài)剛強(qiáng)度分析

方艙在行走及工作狀態(tài)狀態(tài)下，支撐點(diǎn)為短距移動裝置安裝處。設(shè)計時仍采用有限元分析法模擬分析行走及工作狀態(tài)狀態(tài)的情況。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，艙體最大應(yīng)力位置為艙體底部短距移動裝置安裝處，應(yīng)力值為71.21MPa.艙體最大變形量位置為艙體中間位置，變形量為4.438mm。最大應(yīng)力及變形量滿足方艙設(shè)計指標(biāo)及使用需求。行走及工作狀態(tài)狀態(tài)下剛強(qiáng)度驗(yàn)算值符合設(shè)計要求（許用應(yīng)力不大于163MPa）.可以進(jìn)行相關(guān)操作。

計算表明，各構(gòu)件、各孔口處變形不影響工作需要，滿足使用要求。艙體應(yīng)變云圖如圖7所示，變形云圖如圖8所示。

3.5兩艙對接

兩艙對接組裝的場地為硬質(zhì)水泥地面，為實(shí)現(xiàn)對接，需要為方艙配備短距移動裝置。對接時兩艙上應(yīng)有限位塊，防止移動過位碰撞。到位后，兩艙應(yīng)能實(shí)現(xiàn)鎖固形成一體。

3.5.1短距移動裝置

短距移動裝置可利用方艙底部四角集裝箱包角外側(cè)孔洞進(jìn)行快速裝夾，每只移動裝置額定載荷3000kg，每只方艙配備四只，共12000kg，大于方艙總質(zhì)量9930kg（含內(nèi)部設(shè)備）的要求。滿足方艙使用需求。

3.5.2限位塊

兩方艙對接時為防止操作員在對接過程中過度操作，撞環(huán)接合面上的鎖具、雨沿等構(gòu)件。在方艙對接面的外側(cè)合適位置安裝限位塊，限位塊采用圓柱形減震器形式。對接操作時具有一定的限位和緩沖作用，預(yù)防意外發(fā)生。兩艙拼接如圖9所示。

3.5.3拉緊機(jī)構(gòu)

兩方艙對接完成后，為防止內(nèi)外部震動、沖擊等引起的突發(fā)性相對位移，從而影響連接性能，在兩艙接合面處設(shè)計安裝有拉緊機(jī)構(gòu)。操作員通過轉(zhuǎn)動裝置兩端角輪，由絲杠牽引，鎖固兩艙體，安裝狀態(tài)如圖9所示。

3.6防雨、密封

3.6.1艙外防雨裝置

每個方艙對接面對開門上部設(shè)有雨沿，并配有防雨裝置。防雨裝置由拉繩和防雨罩組成。兩方艙對接完后，將防雨罩安裝在接合面處的雨沿上，然后收緊拉繩，將拉繩兩端分別系固在方艙外側(cè)包邊上的掛環(huán)上。如圖10所示。

3.6.2艙內(nèi)密封、保溫組件

在2號艙對接面開門處的底壁位置安裝有旋轉(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺由鋁合金材料制造，輕便耐用。工作面采用防滑處理，安裝有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橡膠密封、限位器等裝置，工作時平臺可沿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)兩個方艙達(dá)到預(yù)定對接狀態(tài)后，解除限位，翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)平臺使防滑面向上，密封裝置向下，與1號倉結(jié)合部壓合。實(shí)現(xiàn)了接合兩艙并密封保溫的作用。

在兩個方艙接合面壁板上部，接近頂壁位置設(shè)置密封保溫裝置，密封保溫裝置兩端采用粘扣形式與兩艙壁連接，實(shí)現(xiàn)接合面口框處的密封保溫功能。密封保溫組件如圖11所示。

4結(jié)語

12m對接方艙已通過相關(guān)試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，均滿足戰(zhàn)技指標(biāo)要求，方艙對接順暢，具有良好的防雨密封性能，可廣泛應(yīng)用于部隊、醫(yī)療、公安等的野外宿營、野外倉儲、野外作業(yè)等。12m對接方艙的研制成功，拓展了方艙的應(yīng)用空間，為今后大型組合方艙的研制打下了良好基礎(chǔ)。