移動式快速對接綜合試驗平臺系統總體結構設計

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為試驗操作人員在野外環境下提供操作空間，為各測試設備提供集成工作環境，并提供動力和環境保障。見圖1、圖2。

系統主要由兩個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、調平行走系統、方艙對接密封系統、配電照明系統、監控系統、艙內機柜、裝飾墻、儲物柜、會議桌等。

本文由于篇幅有限，故僅對系統中的內、外部布局，關鍵的分系統結構進行論述，其它方面如配電照明系統、監控系統、環境調節與方艙內飾系統、附件等本文略。

1.2 外部布局

圖3為系統展開工作狀態外部布局圖。兩艙橫向并排擺放，通過調平行走系統實現兩艙對接，通過方艙兩端側的對接密封系統及調平行走系統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、整體式空調機、監控系統、外部照明系統、通信天線及各種功能孔口。

1.3 內部布局

圖4為系統展開工作狀態艙內布局圖。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，人員乘坐于會議區域時有很好的視野，可以通過連通門觀看到顯示區域。

圖1 系統外部對接狀態圖

圖2 系統內部對接狀態圖

圖3 系統展開狀態外部布局圖

兩艙內部主要配置有供配電系統、LED照明系統、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 關鍵分系統結構設計

移動式快速對接綜合試驗平臺系統的關鍵分系統主要可分為以下幾個方面：

a）兩方艙為系統的承載體，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是關鍵；

d）方艙對接密封系統是保證整個系統實現正常工作的前提條件。如何實現兩方艙可靠穩定的對接，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 系統展開狀態艙內布局圖

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。要求在工作狀態及吊裝狀態下，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、短距移動狀態及調平工作狀態進行基于有限元的剛強度分析計算。

方艙吊裝狀態

方艙及內外部設備總質量為11648kg，針對方艙在吊裝狀態、調平工作狀態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。

方艙短距移動狀態及調平工作狀態

方艙在調平工作狀態及短距移動狀態下，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，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變形云圖

1.4.3 調平行走系統設計

調平行走系統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圖

圖13 艙內密封、保溫組件安裝狀態圖

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，均達到了系統技術要求。