某装甲车顶舱盖设计与研究
2019-08-15靳云云靳永刚王科敏闫柱
靳云云，靳永刚，王科敏，闫柱
（1.陕西保利特种车制造有限公司，陕西 西安 710201；2.陕西汽车集团有限责任公司技术中心，陕西 西安 710200）
关键字：装甲；军事行动；开启关闭；密封；生存力
引言
在军事行动中，装甲车乘员舱中的战士需要及时了解周边环境及战争形势。掀启式乘员舱顶舱盖可方便战士进行军事活动及危急情况逃生。顶舱盖的开启及关闭是设计的难点。顶舱盖开启过程中受弹簧力作用可减少战士手推用力。此结构可用于武警车，装甲车，军队作战车以及有逃生应急需求的特种车辆。
1 系统组成
顶舱盖系统由顶舱盖铰链装置、顶舱盖、顶舱盖锁紧装置、顶舱盖窗内外把手。顶舱盖系统图如图1 所示。
图1 顶舱盖系统图
2 系统工作原理
乘员通过旋转锁紧机构的把手过气支撑死点之后，顶窗锁紧装置可轻松打开。顶盖在扭转弹簧助力作用下开启至限位器处，开启动作完成。
3 系统设计
3.1 顶舱盖铰链装置设计
顶舱盖铰链装置设计是整个顶舱盖设计的难点。顶舱盖铰链装置不仅要保证舱盖开启时操作员开启省力，还需保证顶舱盖与限位器合理接触。顶舱盖铰链装置包括铰链臂、铰链旋转轴、铰链旋转轴安装支座、扭转弹簧、顶盖开启限位器、扭转弹簧初始角调节装置。顶舱盖铰链装置如图2 所示。
图2 顶舱盖铰链装置
3.1.1 扭转弹簧设计
舱盖开启工作最大力矩Tn=39416.1 N·mm
舱盖开启工作最小力矩T1=19708.07N·mm
定义弹簧自由状态轮廓角120°
弹簧工作状态：
舱门关闭状态，弹簧扭转角120°-84.5°=35.5°
舱门开启到100°状态，弹簧扭转角φ=120°-12.31°=107.6°
初选材料60Si2Mn，暂定弹簧缠绕比C=6，
许用弯曲应力：σBP=1000MPa
弹簧中经D 及旋绕比C
弹簧圈数n
弹簧节距t=d+δ,δ=0.5,t=8+0.5=8.5
弹簧自由长度H0=nt+d=13×8.5+8=118.5
硬度45～50HRC
3.2 顶舱盖设计
顶舱盖由铰链臂与舱盖焊接而成。顶舱盖内有保温隔热装饰板。顶舱盖如图3 所示。
图3 顶舱盖
3.3 顶舱盖锁紧装置设计
3.3.1 顶舱盖锁紧装置设计是顶舱盖的重点
顶舱盖锁紧装置需易开启易关闭。顶舱盖锁紧装置包括连杆机构、气支撑、顶丝锁点、把手限位块。顶舱盖锁紧装置如图4 所示。
图4 顶舱盖锁紧装置
3.3.2 顶舱盖锁紧装置运动分析
Catia 中DMU 运动分析，右锁点及把手杆与顶窗固定点旋转，中间连杆与右锁点及把手杆旋转，中间连杆与右锁点旋转，左锁点与顶窗固定点旋转，右锁点及把手杆与气支撑球头外壳1 旋转，气支撑球头外壳1 与球头杆1 球面运动，气支撑球头外壳2 与球头杆2 球面运动，气支撑气筒与活塞杆棱形运动，五个旋转运动副，两个球面运动副，一个菱形活动。驱动为把手绕左锁点固定点顺时针旋转39°。
开启过程中右锁点及把手杆与顶窗固定点旋转运动轨迹如图5 所示：
图5 右锁点运动轨迹
开启过程中右锁点及把手杆与气支撑球头外壳1 旋转运动轨迹如图6 所示：
图6 气支撑旋转运动轨迹
左锁点与顶窗固定点旋转运动轨迹如图7 所示：
图7 左锁点运动轨迹
气支撑气筒与活塞杆棱形运动轨迹如图8 所示：
图8 气支撑活塞杆运动轨迹
选定气支撑自由状态即最长状态Lmax=238mm，可极限压缩至Lmin=158mm。
气支撑安装状态LS=188.8mm，y 运动过程极限压缩位置LJ=181.8mm，可判断LJ＞Lmin+15，从运动轨迹看运动过程中气支撑安装状态LS=188.8mm 为气支撑最长状态。LS＜Lmax+15。可判断气支撑运动轨迹符合设计要求。
4 密封性设计
顶舱盖密封防水性需达到装甲车辆实验规程第70 部分：淋雨试验要求。
5 总结
本文介绍了顶舱盖结构功能及设计重点，此种顶窗结构功能可靠，设计简单，制造成本低，适用性强。
