一種車載移動式安檢安防系統結構設計

韋巍 盧明 劉杭

摘要：本文針對車載移動式安檢安防系統的設計要求，集成多種安檢手段，實現對被檢人員的全方位安檢，并充分借鑒民用房車的設計思路，對整個安檢艙進行合理布局，滿足被安檢人員在一條合理的動線上進行安檢，最大限度提高安檢效率。本文詳細闡述了系統總體設計、擴展機構詳細設計以及調平撐腿詳細設計等三方面設計內容，并采用力學分析手段，對安檢艙骨架進行了強度與變形量的校核。系統實際工程研制完成后，性能穩定可靠，指標滿足總體要求。

關鍵詞：車載移動式;安檢安防;擴展機構;調平系統

中圖分類號：TP302? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0196-02

0? 引言

太赫茲技術作為近年來興起的新興技術，逐步使用于安檢領域[1]。被動式太赫茲成像技術[2]，是利用捕捉人體自身發射的太赫茲波，進行處理分析并成像的技術，該技術由于是捕捉人體自身所發射的太赫茲波，故設備本身不產生任何輻射，該技術不僅可檢測金屬物質，還可檢測陶瓷、粉末、液體等各類非金屬物質。

本文所描述車載移動式安檢安防系統，是基于太赫茲人體安檢技術，并結合X光機、人證比對、視頻監控以及人臉識別等安檢安防技術，形成一套高集成度、多功能的安檢安防系統，該系統可快速部署與撤收，可靈活運用于各類大型活動的臨時安檢保障工作。

1? 結構總體設計

本系統在總體布局方案中，統籌考慮各類限制性標準文件所規定的邊界條件（運輸要求、外形包絡、重量等），并結合實際使用需求，進行了自上而下的系統設計。整個系統考慮了成本、使用方式、維修性以及現場布置難易程度后，選擇了牽引車拖拽拖掛車的整體結構形式，拖掛車采用中置軸布局，整個拖掛車重量需控制在3500kg以下，拖掛車便可使用撞剎作為制動結構，以簡化拖掛車結構設計。系統運輸狀態如圖1所示。

車載移動式安檢安防系統根據功能劃分為運輸車與拖掛車兩部分，其中，拖掛車系統又分為安檢艙與運輸平臺兩部分，安檢艙為整個系統核心組成部分。安檢艙四周通過角件安裝電動調平撐腿，實現安檢艙的自動裝卸與調平，安檢艙卸下過程如圖2所示。待拖掛車移動至指定地點后，給安檢艙通電，使用調平撐腿將安檢艙撐起后，將拖掛車架抽出，最后將電動撐腿收攏，完成一次卸艙，裝艙過程與上述過程相反。

2? 關鍵技術

2.1 擴展機構詳細設計

本系統設計要求安檢艙采用單側擴展形式，以增加艙內使用面積，擴展艙單側潮外擴展距離為800mm，擴展艙負載為600kg，擴展艙擴展后，擴展艙與主艙重疊部分為400mm，該結構為懸臂受力結構，擴展艙擴展后展開狀態如圖2所示。

本系統擴展機構設計考慮負載、穩定性、環境適應性后，選擇齒輪齒條傳動方式，配合導軌與行程開關實現擴展動作。

對擴展機構電機選型計算如下：擴展系統承載質量取M=1500kg，初定平移平均速度V=3.6m/min，加速時間t1為1s，選用模數M=3、齒數Z=20的齒輪配合相應的齒條作為平移驅動，齒輪傳動效率比η=0.98。防護罩整體依靠兩側平行導軌承重，預估摩擦系數取μ=0.01。

滑軌摩擦力F=M×g×μ=1500×10×0.01=1500N

加速力Fa=M×a=1500×0.06=90N（a=V/t1）

合力Fh=1500+90=1590N

齒輪分度圓直徑D=M×Z=60mm

啟動力矩T=Fh×D/2=1590×0.03=47.7N·m

齒輪轉速n1=V/π D=3.6/0.06π=19.12r/min取n1=20r/min

現根據伺服電機額定轉速n2=2000r/min

得出減速比i=n2/n1=100? 取i=100（利于產品選型）

減速機輸入端（伺服電機）加速轉矩

Td=T/ i·η=47.7 /（100×0.98）=0. 487N·m

伺服電機功率PG=Td×n2 / 9550=0.1kW。考慮實際裝配間隙等問題，選用200W伺服電機。

隨后對擴展系統直線導軌承載進行校核：擴展艙及X光機設計質量為910kg，擴展系統設計承載質量為1500kg。

擴展艙伸出后力矩為：

M擴=1500×9.8×0.36N·m=5292N·m

單套直線導軌組承載力矩為M=2646N·m，單套直線導軌設置3個滑塊。本次選用直線導軌單個滑塊負載力為MA=2680N·m>2646N·m，負載能力滿足要求。

2.2 電動撐腿設計

本系統除去底盤外、艙體總重為2.8t，使用4個調平撐腿，實現艙體升降與調平功能，因此艙體升降行程較大，為防止升降過程出現由于撐腿不同步，導致的安檢艙側傾甚至側翻風險，在安檢艙底部安裝水平傳感器，實時對信號進行反饋，使得撐腿可自動進行姿態調整，保證安檢艙順利進行升降。

調平撐腿考慮運輸時道路運輸限款2.5m，故設計為回轉式，運輸狀態時，調平撐腿回收至安檢艙寬度范圍內，使用狀態時，旋轉展開至安檢艙寬度范圍外，并設計鎖緊機構，使得無論出于運輸狀態還是使用狀態，調平撐腿均可保持穩固。單調平支腿用于支撐和調整安檢艙高度，具備到位限位、自鎖等功能。單個電動調平腿主要由伺服電機、減速器、傳動齒輪組、T型絲桿、套筒、傳感器等組成，結構可保證機械自鎖，內部結構如圖3所示。

3? 安檢艙骨架力學分析

由于拖掛車總重量不得超過3500kg，故控制艙體骨架重量為保證設計要求最為行之有效方式，這樣即對安檢艙的材料使用、強度等指標提出了很高的要求。本系統安檢艙廂體大板采用加筋復合大板制作技術，為保證艙體調平升舉及吊裝強度，底壁板骨架采用鋼制封閉框架結構，選用4mm厚寶鋼750鋼板材料，為減輕車廂重量，頂部及側部壁板采用40mm×50mm鋁合金矩形管為主骨架材料。所有壁板骨架均采用大跨度斜拉結構，減少短橫梁數量，并在底壁板骨架縱梁立面加工減重孔。

四點調平舉升為最惡劣工況，按此工況對底骨架模型做受力分析，進行仿真計算，結果如圖4所示。從仿真結果來看，骨架受力處由于使用了高強鋼板，使得加載后，整體骨架變形為4.2mm，滿足設計要求，最大應力為235MPa，在底骨架處，遠小于寶鋼750鋼板材料屈服應力值。除底骨架外，其余部分使用鋁合金，使得整個骨架重量控制在900kg，從而滿足總體指標要求。

4? 結語

結合車載移動式安檢安防系統的研制，本文從結構總體設計、擴展機構設計、電動撐腿設計以及安檢艙骨架設計等重要方面進行了闡述，并對各傳動機構的詳細設計，以及骨架的力學性能做了詳細的設計分析，實現了系統功能與結構設計指標。系統整機實際工程研制完成后，狀態穩定，性能可靠，綜合指標與功能性均能較好滿足設計要求，對類似移動式安檢安防系統研制工作具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]武帥.太赫茲技術應用進展[J].電子技術應用，2019（7）：3-7，18.

[2]范殿梁.車載移動式太赫茲綜合安檢系統的設計與應用[J].中國安全防范技術與應用，2018（6）：9-11.

[3]高炳西，馮輝.太赫茲人體安檢關鍵技術及應用[J].警察技術，2016（03）：23-26.