车载设备型轨安装方法设计与强度分析

2018-08-11张林林任勇中国电子科技集团公司第二十八研究所

数码世界 2018年7期

张林林任勇中国电子科技集团公司第二十八研究所

引言：随着专用车辆的应用越来越广泛，专用设备的车载安装要求也越来越多样化。本文简单介绍了传统的车载设备安装方法，在此基础上，考虑可行性、可靠性、可维修性等因素，将航空系统中设备系固的概念引入，设计了一种采用型轨柔性安装车载设备的方法。得出结论，这种车载设备型轨安装方法与传统方法相比具有明显优势。

1 传统车载设备安装方法简介

车载设备的安装，目前主要采用在载车相应安装位置预置埋铁，打孔攻丝，直接用螺钉安装车载设备或车载设备架的方式。根据载车种类的不同，埋铁的预置方式也有所不同。主要包含如图1所示集中方式。

埋铁的材料主要选用Q235的热轧钢板，特殊的也可以为铝板或酚醛层压布板。直接将埋铁铆接在舱内筋条上的方式，如图1（a）所示；在埋铁上焊接弯角，然后将埋铁放入筋条内部从侧面进行铆接，如图1（b）所示；当车体采用钢板钣金件制造，在改造中多采用焊接的方式安装埋铁。如图1（c）所示，车内侧壁埋铁的安装方式与此类似。

图1 不同埋铁预置方式示意

这种传统的车载设备安装方式设备安装牢固可靠，但是也存在明显不足：

（1）埋铁预置主要采用内置式，安装埋铁时，方舱类车辆需要在舱板制作中完成，普通车辆改装需要拆装内饰。

（2）安装设备时需要在内置式埋铁上攻丝，这样会破坏车辆内饰，如果车内设计有变更，则会使车内外观受到影响。

2 车载设备型轨安装方法设计

将航空系统中设备型轨系固的概念引入车辆改装，能够柔性的适应车载设备安装的变化。

2.1 机载设备装机固定连接装置

航空客机座椅等机载设备通常由螺栓、螺栓桩、地板导轨等组成的固定连接装置与飞机的地板结构进行连接。某飞机两联座椅固定装置见图2。

图2 某飞机两联座椅固定连接装置

螺栓桩止滑装置通常采用剪切销，形成凸缘螺栓及剪切销的组合接头。然后沿滑轨滑动半个孔距，再将剪切销插入地板滑轨孔中，卡在滑轨上的开槽口，即可将组合接头锁紧在滑轨上，设备通过螺纹连接固定在组合接头上即可。

2.2 车载设备型轨安装方法设计

将飞机地板滑轨引入车辆改装，代替埋铁。由于地板滑轨上使用的组合接头可以从滑轨上任意开孔处装入滑轨，且能在滑轨上滑动、锁紧，所以，这种方式可以在滑轨上多个位置提供设备安装所需接口。

在方舱类车辆中，实施方式见图4。舱板压制加入筋条，然后在舱板对应筋条位置铆接型轨。设备安装时，在型轨上装入组合接头，安装设备即可。板、侧壁上。安装时根据需要在车辆内饰上开口，将型轨落入开口，安装牢固。具体结构形式见图5。

图4 舱板型轨安装方式

图5 普通车辆改装型轨安装方式

型轨安装完成后，根据需要选用合适的安装接头即可。目前市场上已有丰富的型轨安装接头。

综上所述，车载设备型轨安装方法可显著提高舱板的通用性，降低其设计、生产成本、缩短周期显著。

3 固定连接装置静强度分析

3.1 静力计算有限元模型

本文采用有限元方法对固定连接装置进行强度分析，对滑轨和固定连接装置进行适当简化，选取凸缘螺栓和滑轨组合以及剪切销和滑轨组合进行强度分析。

本文使用结构有限分析软件MSC.Patran对两种组合进行有限元网格划分。网格采用四面体实体单元。两种组合的有限元模型如图7和图8所示。

通常地板滑轨材料为7075航空铝合金，凸缘螺栓和剪切销为航空高强钢。材料的参数如表1所示。

图7 凸缘螺栓和地板滑轨组合

图8 剪切销和地板滑轨组合

表1 材料性能参数

3.2 静强度分析

（1）边界条件

在用有限元方法对固定连接装置进行静强度分析时，将模型中滑轨部分底部节点的所有自由度进行约束[5]，将过载载荷以等效节点力的方式施加到凸缘螺栓或剪切销顶部的所有节点上。

（2）坐标系

采用右手直角坐标系，x 轴沿型轨轴向为正，z 轴竖直向上为正，y 轴由右手系确定。

采用SOL600非线性求解模块对模型进行非线性接触力学分析。计算得极限失效载荷如表2所示。该表可以理解为固定连接装置不依赖于任何工况的极限分离载荷，即在该载荷下，凸缘螺栓或剪切销与飞机地板滑轨的固定连接将失效破坏。由QJ 300A-95可得，合金刚30CrMnSiA及45#钢六角头螺栓在室温下的强度参数见表3。