某車載平臺龍門架裝置結構設計

陳學友 徐興盛 楊新

摘 要：針對某車載平臺工作環境的特點，通過模態分析、強度校核以及工藝設計給出的新型龍門架裝置，解決了跨度大引起大的應力與變形，使整個機構重量輕，而且避免頻率共振引起抖動問題，便于安裝與運輸。同時利用ansys軟件對關鍵零件進行了有限元分析，結果表明，龍門架裝置穩定可靠，可以很好的滿足在工作的測試系統的需要，并且對同類設計具有較好的參考價值。

關鍵詞：模態分析 結構設計 龍門架裝置

一、引言

現代社會，多種行業需要將觀測或偵測設備（如雷達、高清攝像機、全向云臺、光學檢測設備等等）升空使用，車載升降桿就是這種需求常見的一種情形，將這些設備在視線受阻、空間受限的狀態下方便、可靠的在升降桿桿頂安裝固定，則構成了其展開正常工作的必要條件。

某車載平臺（以下簡稱平臺）為進行地面目標物的探測，要求安裝光學檢測設備。由于平臺的限制條件，車載升降桿安裝固定不適合該平臺。根據目前平臺安裝環境，允許的安裝空間分布在平臺后方，且跨度2000mm，大小為180x240（單位，mm）平面上。此外，固定光學檢測設備裝置其頻率不能與車體發生共振，以避免引起光學檢測設備抖動，影響測量精度。且承重以及穩定性要可靠牢固。

針對上述問題，經過ansys模擬分析、強度校核以及工藝設計，提出了一種車載龍門架結構固定安裝形式。該裝置解決了跨度大引起大應力及變形，使整個機構重量輕，而且避免頻率共振引起抖動問題。

本文設計給出的新型龍門架結構簡單、緊湊，在保證光學檢測設備的俯仰旋轉角度范圍的同時，通過可靠的走線設計，實現對光學檢測設備的電連接穩定可靠，確保了系統測試性、維修性、保障性的要求。

二、性能特性

根據光學檢測設備工作環境的特點，為保證系統的測量精度及可靠性，避開平臺前端障礙物，承載能力≥20kg，平臺的固有頻率為6Hz，并且能夠承受10g沖擊振動。

三、系統組成、功能

光學檢測設備測試系統主要由龍門架裝置、光學檢測設備組成。龍門架裝置固定安裝光測試設備。工作狀態時，平臺的速度以一定速度行駛，光學檢測設備進行地表目標物探測。

3.1裝置結構設計

龍門架裝置用于固定安裝光學檢測設備，主要由龍門架、底板、快鎖裝置、法蘭、控制板、光學檢測設備等部件組成。

其中，光學檢測設備通過快裝裝置固定在龍門架上，可以快速拆卸。設計之初，經過多次方案論證及修改，確定了兩種結構形式，如圖1所示。龍門架裝置的外形尺寸為2120mm×160×mm×1240mm（長×寬×高）。整個骨架采用普通鋼板折彎焊接組成。

3.2 強度分析

工作狀態時，平臺速度以一定速度行駛，設定龍門架裝置在急剎車狀態下，受到10g的沖擊載荷。龍門架頂部安裝光學檢測設備總重20kg。龍門架材料采用普通鋼，選用其中一種結構形式，分別對采用板厚為1.5mm、2mm、2.5mm、3mm的鋼板折彎焊接而成的龍門架骨架進過強度校核，通過ansys軟件度分析計算，得出變形與受力分別如圖2、圖3。

從上表可以看出，龍門架板厚由1.5mm到3mm逐漸遞增，計算出相應的應力與應變值逐漸遞減。考慮安全承載的能力、重量、控制板安裝及結構加工工藝性的要求，龍門架采用板厚為2.5mm板材折彎焊接。

3.3 模態分析

龍門架的整個骨架采用2.5mm普通鋼板折彎焊接組成。為防止龍門架裝置與平臺發生共振，影響光學檢測設備測量的穩定性。需要對龍門架裝置進行模態分析。

不同的結構形式必然產生不同的模態，利用ansys軟件對上述兩種結構形式進行模態分析。如下圖4，圖5，圖6.為兩種龍門架結構計算模態對比圖。

從上表可以看出，因為平臺的固有頻率為6Hz，所以選用一階頻率與固有頻率6Hz避開的結構1形式。避免龍門架裝置與平臺發生共振。

3.4 減重設計

通過上述計算，龍門架的整個骨架采用2.5mm普通鋼板折彎焊接組成，這樣既可以保證整體結構的剛度和強度，又可以有效的減輕重量，另一方面通過對結構件增加減輕槽，進一步減輕重量，具體估算重量見表3。

3.5 走線設計

為了使整個光學檢測裝置的走線既穩定可靠又美觀，對整個裝置走線方式進行設計，主要原理將設備線纜由龍門架內腔送入平臺內部終端控制設備。

通過在內側留有多個進線端口，方便操作人員進行穿線；在龍門架的側壁焊接小塊，方便操作人員固定線纜。這些措施不僅提高了線纜的操作性及其維修性，同時也起到防風防塵效果。具體走線方式如圖7所示。

此外，龍門架骨架及底板都進行了導電氧化處理，這對外界電磁干擾起到一定屏蔽作用。

四、結構工藝性

設計中充分考慮結構的合理性及工藝性，在保證功能和精度的要求下，采用成熟、易于加工的結構形式。

為了保證龍門架板筋焊接精度，零件的設計通過尺寸公差及形位公差保證；對快鎖裝置有形位公差的孔、槽進行一體加工；在保證連接強度下，法蘭采用10mm厚7075鋁合金板材，這樣既保證了強度，又大大減輕了龍門架裝置的總重量。

五、三防設計

為提高設備的三防性能，采用材料防護、工藝防護、結構防護（防塵）等措施，具體措施如下：

a）設計有防水設施或密封措施；

b）所有焊縫部位進行焊渣和氧化皮的清除；

c）鋼結構件噴涂前做鍍覆處理，噴涂中間漆和三防面漆；

d）對焊點、電路板等采用噴涂三防漆措施；

e）線纜接口采用航空接頭。

六、結束語

針對某新型平臺工作狀態，文章主要對龍門架裝置的設計思路、計算校核及仿真等做了詳細的闡述與分析。分析和實驗的結果均表明，新型龍門架裝置結構設計新穎、簡單、緊湊，環境適應性強，在保證了光學檢測設備的俯仰旋轉角度范圍的同時，通過可靠的走線設計，為測試系統提供了穩定可靠的平臺，可以完全滿足在平臺以一定速度下工作的測試系統的需要。

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