一种整体式垂直扩展方舱结构设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扩展舱体扩展工作状态时，扩展舱与后固定舱的缝隙是主要 电磁波穿过处，故将此处设计成迷宫式结构。将与扩展舱和固定 舱连接的型材进行导电氧化处理，接触面砂出金属本体，保证接 触面有较好的导电性。同时，在扩展舱下部角件槽内安装屏蔽 条，保证舱体具备良好的屏蔽性能，屏蔽密封结构如图9所示。
图4 升降装置原理图
大板方舱在发展过程中，为了尽可能地扩大舱内作业空间， 同时满足公路、铁路运输要求，研制了各种扩展式方舱，扩展类 型有折板式和抽拉式，折板式扩展方舱分为单面扩展方舱（一扩 二）、双面扩展方舱（一扩三和二扩三方舱）；抽拉式扩展方舱 分为侧抽拉式方舱和后抽拉式方舱。本文通过对各式扩展方舱的 技术形式、设计理念、加工工艺等方面的消化和吸收，同时依据 舱内设备的实际工况要求，提出了一种整体式垂直扩展方舱设计 方案。
速为88 rad/s，额定功率为750 W。 电动升或降扩展舱体单程用时48.3 s，手动升或降扩展舱体单
程用时6.3 min，手摇力上升是7.5 kg，下降是1.4 kg，可见该电机 能够满足升降装置使用需要和人机工程要求。
3 结语
整体式垂直扩展方舱的成功研制，打破了常规扩展方舱设计 思想，拓展了扩展方舱应用领域，满足了通信指挥、野外宿营、 舞台展示、赛事保障等设备及人员的防护和运输要求。通过对扩 展升降方舱介绍，希望能够在同类产品选型、设计和使用时，提 供有效的借鉴和支持。
参考文献 [1] 成大先.机械设计手册 第五版 [M] .北京:化学工业出版社,2009. [2] QZA 104C-2010 粘接铝骨架大板方舱通用设计规范[S] . [3] GJB 2225.6-1994 地面电子对抗设备通用规范[S] . [4] GB/T 1589-2004 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值[S] .
技术论坛 TECHNIC FORUM
一种整体式垂直扩展方舱结构设计
Structural Design for Integral-type Vertical Expanding Shelter
张太林 孙戈 付春林
ZHANG Tai-lin et al 辽宁陆平机器股份有限公司 辽宁铁岭 112001
摘 要：为满足舱内设备展开后对方舱高度增高的要求，研制了整体式垂直扩展方 舱，介绍了该整体式垂直扩展方舱的结构设计，并进行了传动载荷计算。 关键词：整体式 垂直扩展 升降机构 屏蔽 密封 间隙调整 行车锁定 Abstract To meet the increased height requirements after deployment of the equipment in shelter, design the integral vertical expanding shelter. And the structure of the integral vertical expanding shelter is introduced detailedly in this article. Key words integral-type; vertical expanding; lifting mechanism; shielding;sealing; clearance adjustment; travelling lock
后固定舱体
图10 顶部闭合状态密封
扩展舱体下端面周圈安装卡槽式型材，内嵌密封条。舱体闭 合时，密封条与后固定舱阶梯处包边紧密接触，保证舱体的完全 密封，底部闭合状态如图11所示。 2.4.2 前后固定舱体密封结构
前后固定舱体共用一个左右壁，中间无接缝，形成一个整体 式舱体结构。为了保证与扩展舱体的密封性能，在前固定舱体与 后固定舱之间安装了一个间壁，间壁与两固定舱的接触面均涂密
车辆在行驶过程中，为防止扩展舱体上下移动造成舱体的损 坏，需对扩展舱体进行收拢后的锁定，主要采用两种方式：一是 升降机构的丝杠采用梯形螺纹形式，可在扩展舱体收拢后实现自 锁；二是在扩展舱体下部周边设置厢式车扳手，该扳手可通过螺 纹调节锁紧力矩，保证舱体行车安全，如图14所示。
图13 舱体间隙调整结构
2.5 扩展舱体间隙调整结构 扩展舱体在升降过程中，为使舱体能够平稳升降，减少噪
声，同时避免在水平方向产生较大的位移，需进行间隙调整和设 计导向限位装置，舱体间隙调整结构如图13所示。
设计时，在扩展舱体各侧壁内侧设置8块导向滑板，在对应的 后固定舱体侧壁外侧设置8个限位调整装置。舱体在升降过程中， 通过限位调整装置和导向滑板对活动舱体进行限位和导向。限位 调整装置主要由固定套、滑动板和调整支杆组成，调整支杆为自 锁式螺纹结构，通过调整支杆的伸缩带动滑动板沿固定套伸缩， 以调整滑动板与导向滑板的间隙，保证扩展舱体和后固定舱体间 在均匀缝隙下升降。 2.6 行车锁定装置
2 结构设计
整体式垂直扩展方舱是在原9 m标准方舱的基础上，对方舱的 后半部进行了扩展设计，采用垂直升降形式，利用四丝杠及电机 进行传动，在设计过程中解决了扩展舱体的屏蔽、密封及行车锁 定问题。运输时，可收拢为9 m标准方舱，工作时方舱后部可进行 升降扩展，行车及工作状态如图1、2所示。 2.1 总体布局
后固定舱侧壁上端面周圈安装卡槽式型材，内嵌密封条；在
对应该密封条的扩展舱顶壁周圈安装不锈钢板。舱体闭合时，密
封条与不锈钢板紧密接触，可以确保密封性，顶部闭合状态如图
ห้องสมุดไป่ตู้
10所示。
不锈钢板
扩展 舱体
密封条
图6 电机驱动
图7 手摇驱动
2.2.1 减速电机驱动 正常工作状态下，通过有线遥控器起动减速电机，带动两侧
96
技术论坛 TECHNIC FORUM
封胶，保证密封性能，同时，在间壁的上端面浇铸流平剂，增加 密封性能，又提高了接触面的平面度，前后固定舱体密封结构如 图12所示。
扩展 舱体
后 固定舱体
密封条
后 固定舱体
图11 底部闭合状态密封 扩展 舱体 前固定舱体
流平剂
间壁
图12 前固定舱体与后固定舱体密封结构
收稿日期：2014-11-13
97
95
TECHNIC FORUM 技术论坛
图3 外部布局
2.1.2 内部布局 前固定舱体内部设有空调室内机、通信机柜、供配电系统
等，扩展舱体内部设有舱体升降机构、通讯设备等。 2.2 舱体扩展机构
为实现扩展舱体的升降动作、又不占用舱内主要设备安装空 间，充分利用舱内周边空间设计了舱体升降机构。原理如图4所 示。
中图分类号：U469.6.02 文献标识码：A 文章编号：1004-0226(2015)02-0095-03
第一作者：张太林，男，1974年生，工程 师，现从事特种改装车、大板方舱车的研 发和设计工作。
1 前言
大板方舱是为装载设备和人员提供所需要的工作条件和环境 防护的、由夹芯板组装成型的可移动舱体，可作为指挥通讯中 心、技术支援、维修保障和人员的装载体及工作间。
图14 行车锁定装置
2.7 传动载荷计算 由于扩展舱体升降所需扭转力矩不同，故下面分别对其进行
计算。 a. 扩展舱体上升负荷扭矩T升 T升=Q·tan(λ+ρ)d2/2≈34 Nm
式 中 ， Q为 扩 展 舱 体 负 荷 ， Q=9 000 N； λ为 螺 旋 升 角 ， λ= tan-1(t/π)·d2；t为T形螺纹螺距，t=10 mm；d2为T形螺纹中径，d2=35 mm；ρ为摩擦角，ρ= tan-1f/cosγ；f为摩擦系数，f=0.11；γ为T形螺 纹牙形角，γ=30°。
式中，n手为手动摇杆转速，丝杆转速为12.7 r/min。 e. 手动升起舱体手摇力F升 F升=T手升/L≈75 N
式中， L为摇把长度， L=300 mm； T手升为手动升起力矩， T手升 = 22.67 Nm。
f. 手动降下舱体手摇力F降 F降=T手降/L≈14 N
式中，T手降为手动下降力矩，T手降=4.2 Nm。 经计算可知，所选用的减速电机输出扭矩为81 Nm，输出转
整体式垂直扩展方舱采用某二类汽车底盘，主要由副车架、 固定舱体、扩展舱体、附件等组成，其中固定舱体由前固定舱体
和后固定舱体组成，中间无接缝，为整体式结构。
图1 行车状态
图2 工作状态
2.1.1 外部布局 底盘左右侧和后侧设置围裙。底盘纵梁上设置副车架，副车
架上从前至后依次安装固定舱体和扩展舱体。固定舱体前壁顶部 安装1台空调机。前固定舱体及扩展舱内固定舱体左壁均设有出入 门。外部布局如图3所示。
升降机构主要由减速电机、转向箱、传动轴、联轴器、升降 杆、手动摇把等组成，如图5所示。升降机构具备减速电机和手摇 两种驱动方式，如图6、7所示。
万向节传动轴 升降杆 减速电机 转向箱 联轴器 摇把 图5 升降机构示意图
图8 升降机构顶部连接结构
图9 结构屏蔽密封
2.4 舱体密封结构
2.4.1 扩展舱体密封结构
b. 扩展舱体下降负荷扭矩T降 T降=Q·tan(λ－ρ)d2/2≈－6.3 Nm
c. 电动扩展舱体上升或下降时间T电 T电=s/(t·n电)=48.3 s
式中，s为扩展舱体最大升起行程，s=805 mm；n电为减速电机转 速，丝杆转速为100 r/min。
d. 手动扩展舱体上升或下降时间T手 T手=s/(t·n手)=6.3 min
传动轴将扭矩传导到丝杠并带动升降杆实现上下移动，进而实现 扩展舱体的升降。 2.2.2 手动摇把驱动
当减速电机出现故障或在无电源的情况下需要升降活动舱体 时，可在舱外用摇把扩展舱体。
为消除升降机构在安装时产生的误差对舱体升降的影响，将 升降杆与扩展舱顶壁的连接处设计成铰接结构，并将连接形式设 计成浮动连接结构，顶部连接结构如图8所示。 2.3 扩展舱体屏蔽结构
图4 升降装置原理图
大板方舱在发展过程中，为了尽可能地扩大舱内作业空间， 同时满足公路、铁路运输要求，研制了各种扩展式方舱，扩展类 型有折板式和抽拉式，折板式扩展方舱分为单面扩展方舱（一扩 二）、双面扩展方舱（一扩三和二扩三方舱）；抽拉式扩展方舱 分为侧抽拉式方舱和后抽拉式方舱。本文通过对各式扩展方舱的 技术形式、设计理念、加工工艺等方面的消化和吸收，同时依据 舱内设备的实际工况要求，提出了一种整体式垂直扩展方舱设计 方案。
速为88 rad/s，额定功率为750 W。 电动升或降扩展舱体单程用时48.3 s，手动升或降扩展舱体单
程用时6.3 min，手摇力上升是7.5 kg，下降是1.4 kg，可见该电机 能够满足升降装置使用需要和人机工程要求。
3 结语
整体式垂直扩展方舱的成功研制，打破了常规扩展方舱设计 思想，拓展了扩展方舱应用领域，满足了通信指挥、野外宿营、 舞台展示、赛事保障等设备及人员的防护和运输要求。通过对扩 展升降方舱介绍，希望能够在同类产品选型、设计和使用时，提 供有效的借鉴和支持。
参考文献 [1] 成大先.机械设计手册 第五版 [M] .北京:化学工业出版社,2009. [2] QZA 104C-2010 粘接铝骨架大板方舱通用设计规范[S] . [3] GJB 2225.6-1994 地面电子对抗设备通用规范[S] . [4] GB/T 1589-2004 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值[S] .
技术论坛 TECHNIC FORUM
一种整体式垂直扩展方舱结构设计
Structural Design for Integral-type Vertical Expanding Shelter
张太林 孙戈 付春林
ZHANG Tai-lin et al 辽宁陆平机器股份有限公司 辽宁铁岭 112001
摘 要：为满足舱内设备展开后对方舱高度增高的要求，研制了整体式垂直扩展方 舱，介绍了该整体式垂直扩展方舱的结构设计，并进行了传动载荷计算。 关键词：整体式 垂直扩展 升降机构 屏蔽 密封 间隙调整 行车锁定 Abstract To meet the increased height requirements after deployment of the equipment in shelter, design the integral vertical expanding shelter. And the structure of the integral vertical expanding shelter is introduced detailedly in this article. Key words integral-type; vertical expanding; lifting mechanism; shielding;sealing; clearance adjustment; travelling lock
后固定舱体
图10 顶部闭合状态密封
扩展舱体下端面周圈安装卡槽式型材，内嵌密封条。舱体闭 合时，密封条与后固定舱阶梯处包边紧密接触，保证舱体的完全 密封，底部闭合状态如图11所示。 2.4.2 前后固定舱体密封结构
前后固定舱体共用一个左右壁，中间无接缝，形成一个整体 式舱体结构。为了保证与扩展舱体的密封性能，在前固定舱体与 后固定舱之间安装了一个间壁，间壁与两固定舱的接触面均涂密
车辆在行驶过程中，为防止扩展舱体上下移动造成舱体的损 坏，需对扩展舱体进行收拢后的锁定，主要采用两种方式：一是 升降机构的丝杠采用梯形螺纹形式，可在扩展舱体收拢后实现自 锁；二是在扩展舱体下部周边设置厢式车扳手，该扳手可通过螺 纹调节锁紧力矩，保证舱体行车安全，如图14所示。
图13 舱体间隙调整结构
2.5 扩展舱体间隙调整结构 扩展舱体在升降过程中，为使舱体能够平稳升降，减少噪
声，同时避免在水平方向产生较大的位移，需进行间隙调整和设 计导向限位装置，舱体间隙调整结构如图13所示。
设计时，在扩展舱体各侧壁内侧设置8块导向滑板，在对应的 后固定舱体侧壁外侧设置8个限位调整装置。舱体在升降过程中， 通过限位调整装置和导向滑板对活动舱体进行限位和导向。限位 调整装置主要由固定套、滑动板和调整支杆组成，调整支杆为自 锁式螺纹结构，通过调整支杆的伸缩带动滑动板沿固定套伸缩， 以调整滑动板与导向滑板的间隙，保证扩展舱体和后固定舱体间 在均匀缝隙下升降。 2.6 行车锁定装置
2 结构设计
整体式垂直扩展方舱是在原9 m标准方舱的基础上，对方舱的 后半部进行了扩展设计，采用垂直升降形式，利用四丝杠及电机 进行传动，在设计过程中解决了扩展舱体的屏蔽、密封及行车锁 定问题。运输时，可收拢为9 m标准方舱，工作时方舱后部可进行 升降扩展，行车及工作状态如图1、2所示。 2.1 总体布局
后固定舱侧壁上端面周圈安装卡槽式型材，内嵌密封条；在
对应该密封条的扩展舱顶壁周圈安装不锈钢板。舱体闭合时，密
封条与不锈钢板紧密接触，可以确保密封性，顶部闭合状态如图
ห้องสมุดไป่ตู้
10所示。
不锈钢板
扩展 舱体
密封条
图6 电机驱动
图7 手摇驱动
2.2.1 减速电机驱动 正常工作状态下，通过有线遥控器起动减速电机，带动两侧
96
技术论坛 TECHNIC FORUM
封胶，保证密封性能，同时，在间壁的上端面浇铸流平剂，增加 密封性能，又提高了接触面的平面度，前后固定舱体密封结构如 图12所示。
扩展 舱体
后 固定舱体
密封条
后 固定舱体
图11 底部闭合状态密封 扩展 舱体 前固定舱体
流平剂
间壁
图12 前固定舱体与后固定舱体密封结构
收稿日期：2014-11-13
97
95
TECHNIC FORUM 技术论坛
图3 外部布局
2.1.2 内部布局 前固定舱体内部设有空调室内机、通信机柜、供配电系统
等，扩展舱体内部设有舱体升降机构、通讯设备等。 2.2 舱体扩展机构
为实现扩展舱体的升降动作、又不占用舱内主要设备安装空 间，充分利用舱内周边空间设计了舱体升降机构。原理如图4所 示。
中图分类号：U469.6.02 文献标识码：A 文章编号：1004-0226(2015)02-0095-03
第一作者：张太林，男，1974年生，工程 师，现从事特种改装车、大板方舱车的研 发和设计工作。
1 前言
大板方舱是为装载设备和人员提供所需要的工作条件和环境 防护的、由夹芯板组装成型的可移动舱体，可作为指挥通讯中 心、技术支援、维修保障和人员的装载体及工作间。
图14 行车锁定装置
2.7 传动载荷计算 由于扩展舱体升降所需扭转力矩不同，故下面分别对其进行
计算。 a. 扩展舱体上升负荷扭矩T升 T升=Q·tan(λ+ρ)d2/2≈34 Nm
式 中 ， Q为 扩 展 舱 体 负 荷 ， Q=9 000 N； λ为 螺 旋 升 角 ， λ= tan-1(t/π)·d2；t为T形螺纹螺距，t=10 mm；d2为T形螺纹中径，d2=35 mm；ρ为摩擦角，ρ= tan-1f/cosγ；f为摩擦系数，f=0.11；γ为T形螺 纹牙形角，γ=30°。
式中，n手为手动摇杆转速，丝杆转速为12.7 r/min。 e. 手动升起舱体手摇力F升 F升=T手升/L≈75 N
式中， L为摇把长度， L=300 mm； T手升为手动升起力矩， T手升 = 22.67 Nm。
f. 手动降下舱体手摇力F降 F降=T手降/L≈14 N
式中，T手降为手动下降力矩，T手降=4.2 Nm。 经计算可知，所选用的减速电机输出扭矩为81 Nm，输出转
整体式垂直扩展方舱采用某二类汽车底盘，主要由副车架、 固定舱体、扩展舱体、附件等组成，其中固定舱体由前固定舱体
和后固定舱体组成，中间无接缝，为整体式结构。
图1 行车状态
图2 工作状态
2.1.1 外部布局 底盘左右侧和后侧设置围裙。底盘纵梁上设置副车架，副车
架上从前至后依次安装固定舱体和扩展舱体。固定舱体前壁顶部 安装1台空调机。前固定舱体及扩展舱内固定舱体左壁均设有出入 门。外部布局如图3所示。
升降机构主要由减速电机、转向箱、传动轴、联轴器、升降 杆、手动摇把等组成，如图5所示。升降机构具备减速电机和手摇 两种驱动方式，如图6、7所示。
万向节传动轴 升降杆 减速电机 转向箱 联轴器 摇把 图5 升降机构示意图
图8 升降机构顶部连接结构
图9 结构屏蔽密封
2.4 舱体密封结构
2.4.1 扩展舱体密封结构
b. 扩展舱体下降负荷扭矩T降 T降=Q·tan(λ－ρ)d2/2≈－6.3 Nm
c. 电动扩展舱体上升或下降时间T电 T电=s/(t·n电)=48.3 s
式中，s为扩展舱体最大升起行程，s=805 mm；n电为减速电机转 速，丝杆转速为100 r/min。
d. 手动扩展舱体上升或下降时间T手 T手=s/(t·n手)=6.3 min
传动轴将扭矩传导到丝杠并带动升降杆实现上下移动，进而实现 扩展舱体的升降。 2.2.2 手动摇把驱动
当减速电机出现故障或在无电源的情况下需要升降活动舱体 时，可在舱外用摇把扩展舱体。
为消除升降机构在安装时产生的误差对舱体升降的影响，将 升降杆与扩展舱顶壁的连接处设计成铰接结构，并将连接形式设 计成浮动连接结构，顶部连接结构如图8所示。 2.3 扩展舱体屏蔽结构