車載設(shè)備型軌安裝方法設(shè)計與強度分析

張林林 任勇 中國電子科技集團公司第二十八研究所

引言：隨著專用車輛的應用越來越廣泛，專用設(shè)備的車載安裝要求也越來越多樣化。本文簡單介紹了傳統(tǒng)的車載設(shè)備安裝方法，在此基礎(chǔ)上，考慮可行性、可靠性、可維修性等因素，將航空系統(tǒng)中設(shè)備系固的概念引入，設(shè)計了一種采用型軌柔性安裝車載設(shè)備的方法。得出結(jié)論，這種車載設(shè)備型軌安裝方法與傳統(tǒng)方法相比具有明顯優(yōu)勢。

1 傳統(tǒng)車載設(shè)備安裝方法簡介

車載設(shè)備的安裝，目前主要采用在載車相應安裝位置預置埋鐵，打孔攻絲，直接用螺釘安裝車載設(shè)備或車載設(shè)備架的方式。根據(jù)載車種類的不同，埋鐵的預置方式也有所不同。主要包含如圖1所示集中方式。

埋鐵的材料主要選用Q235的熱軋鋼板，特殊的也可以為鋁板或酚醛層壓布板。直接將埋鐵鉚接在艙內(nèi)筋條上的方式，如圖1（a）所示；在埋鐵上焊接彎角，然后將埋鐵放入筋條內(nèi)部從側(cè)面進行鉚接，如圖1（b）所示；當車體采用鋼板鈑金件制造，在改造中多采用焊接的方式安裝埋鐵。如圖1（c）所示，車內(nèi)側(cè)壁埋鐵的安裝方式與此類似。

圖1 不同埋鐵預置方式示意

這種傳統(tǒng)的車載設(shè)備安裝方式設(shè)備安裝牢固可靠，但是也存在明顯不足：

（1）埋鐵預置主要采用內(nèi)置式，安裝埋鐵時，方艙類車輛需要在艙板制作中完成，普通車輛改裝需要拆裝內(nèi)飾。

（2）安裝設(shè)備時需要在內(nèi)置式埋鐵上攻絲，這樣會破壞車輛內(nèi)飾，如果車內(nèi)設(shè)計有變更，則會使車內(nèi)外觀受到影響。

2 車載設(shè)備型軌安裝方法設(shè)計

將航空系統(tǒng)中設(shè)備型軌系固的概念引入車輛改裝，能夠柔性的適應車載設(shè)備安裝的變化。

2.1 機載設(shè)備裝機固定連接裝置

航空客機座椅等機載設(shè)備通常由螺栓、螺栓樁、地板導軌等組成的固定連接裝置與飛機的地板結(jié)構(gòu)進行連接。某飛機兩聯(lián)座椅固定裝置見圖2。

圖2 某飛機兩聯(lián)座椅固定連接裝置

螺栓樁止滑裝置通常采用剪切銷，形成凸緣螺栓及剪切銷的組合接頭。然后沿滑軌滑動半個孔距，再將剪切銷插入地板滑軌孔中，卡在滑軌上的開槽口，即可將組合接頭鎖緊在滑軌上，設(shè)備通過螺紋連接固定在組合接頭上即可。

2.2 車載設(shè)備型軌安裝方法設(shè)計

將飛機地板滑軌引入車輛改裝，代替埋鐵。由于地板滑軌上使用的組合接頭可以從滑軌上任意開孔處裝入滑軌，且能在滑軌上滑動、鎖緊，所以，這種方式可以在滑軌上多個位置提供設(shè)備安裝所需接口。

在方艙類車輛中，實施方式見圖4。艙板壓制加入筋條，然后在艙板對應筋條位置鉚接型軌。設(shè)備安裝時，在型軌上裝入組合接頭，安裝設(shè)備即可。板、側(cè)壁上。安裝時根據(jù)需要在車輛內(nèi)飾上開口，將型軌落入開口，安裝牢固。具體結(jié)構(gòu)形式見圖5。

圖4 艙板型軌安裝方式

圖5 普通車輛改裝型軌安裝方式

型軌安裝完成后，根據(jù)需要選用合適的安裝接頭即可。目前市場上已有豐富的型軌安裝接頭。

綜上所述，車載設(shè)備型軌安裝方法可顯著提高艙板的通用性，降低其設(shè)計、生產(chǎn)成本、縮短周期顯著。

3 固定連接裝置靜強度分析

3.1 靜力計算有限元模型

本文采用有限元方法對固定連接裝置進行強度分析，對滑軌和固定連接裝置進行適當簡化，選取凸緣螺栓和滑軌組合以及剪切銷和滑軌組合進行強度分析。

本文使用結(jié)構(gòu)有限分析軟件MSC.Patran對兩種組合進行有限元網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格采用四面體實體單元。兩種組合的有限元模型如圖7和圖8所示。

通常地板滑軌材料為7075航空鋁合金，凸緣螺栓和剪切銷為航空高強鋼。材料的參數(shù)如表1所示。

圖7 凸緣螺栓和地板滑軌組合

圖8 剪切銷和地板滑軌組合

表1 材料性能參數(shù)

3.2 靜強度分析

（1）邊界條件

在用有限元方法對固定連接裝置進行靜強度分析時，將模型中滑軌部分底部節(jié)點的所有自由度進行約束[5]，將過載載荷以等效節(jié)點力的方式施加到凸緣螺栓或剪切銷頂部的所有節(jié)點上。

（2）坐標系

采用右手直角坐標系，x 軸沿型軌軸向為正，z 軸豎直向上為正，y 軸由右手系確定。

采用SOL600非線性求解模塊對模型進行非線性接觸力學分析。計算得極限失效載荷如表2所示。該表可以理解為固定連接裝置不依賴于任何工況的極限分離載荷，即在該載荷下，凸緣螺栓或剪切銷與飛機地板滑軌的固定連接將失效破壞。由QJ 300A-95可得，合金剛30CrMnSiA及45#鋼六角頭螺栓在室溫下的強度參數(shù)見表3。

表2 固定連接裝置極限失效載荷

表3 45#鋼及合金剛30CrMnSiA六角頭螺栓強度

對比表2、表3可知，一組凸緣螺釘及剪切銷的固定裝置，其強度大于一枚45#鋼M6六角頭螺栓。使用時根據(jù)設(shè)備重量選擇固定裝置的形式及數(shù)量即可。

由表2可以看出，垂直軸向（Y向）能承受的極限載荷較小。因此在型軌安裝時，應當垂直于車輛前進方向或與前進方向成一定角度安裝。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了傳統(tǒng)車載設(shè)備安裝方法。針對傳統(tǒng)方法存在的不足，引入了航天系統(tǒng)中設(shè)備系固的概念，設(shè)計了車載設(shè)備型軌安裝方法，并采用有限元對安裝方式的核心元件進行了強度校核。通過分析論證，這種車載設(shè)備型軌安裝方法方便快捷，具有良好的強度和適應性，有著廣闊的應用前景。

在下一步的研究中，可以結(jié)合工程應用實踐，對這種方法的失效形式和可靠性做深入研究。