王向東，田永鵬，李智，吳金才

某型裝備保溫艙鉸鏈改造技術(shù)研究

王向東1，田永鵬2，李智1，吳金才1

（1.中國人民解放軍96658部隊，北京 100094；2.內(nèi)蒙古大學(xué) 交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，呼和浩特 010070）

目的解決某型裝備保溫艙通條鉸鏈連接鉚釘松脫、鉸鏈變形、艙壁夾層滲水等問題。方法分析裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作時鉸鏈的受力情況，找出了問題產(chǎn)生的原因，提出改造技術(shù)措施和方案，并在此基礎(chǔ)上開展擠壓試驗(yàn)、開關(guān)廂蓋試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、650 km行駛試驗(yàn)等試驗(yàn)研究。結(jié)果結(jié)合裝備整修對保溫艙進(jìn)行了改造，將保溫艙由通條鉸鏈改為合頁鉸鏈后，裝備性能得到極大改善。結(jié)論通過改造消除了故障隱患，提高了裝備的使用性能，滿足部隊的使用需求。

保溫艙；通條鉸鏈；改造技術(shù)

方艙是一個特殊的工作空間，以其靈活的轉(zhuǎn)移性、可靠的電磁兼容性、良好的氣密性和保溫性等特點(diǎn)在工程搶險、管道維修、醫(yī)療保障、生活儲備、供電和軍隊作等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1—4]。

某型裝備是部隊執(zhí)行特種運(yùn)輸任務(wù)的重要手段。該裝備主要由底盤、保溫艙、托架、液壓系統(tǒng)和配套設(shè)備等組成。保溫艙由廂體和廂蓋組成，廂體和廂蓋之間通過鉸鏈聯(lián)接。保溫艙內(nèi)前后位置分別設(shè)置有兩根液壓缸，液壓缸下支座設(shè)在艙體地板上，上支座設(shè)在廂蓋內(nèi)側(cè)，通過控制系統(tǒng)同步驅(qū)動兩根液壓缸活塞桿伸縮，實(shí)現(xiàn)大蓋繞鉸鏈軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行開啟與閉合，保溫艙結(jié)構(gòu)和外觀分別如圖1和圖2所示。

保溫艙由廂體和廂蓋兩大部分組成。廂體采用大板結(jié)構(gòu)。整個廂體由前板、后板、左板、右板及底板共五塊大板拼接組合，外表面整體制作玻璃鋼蒙皮而成。單塊大板是采取將兩塊鋁合金面板分別粘接在金屬骨架內(nèi)外兩側(cè)，并在構(gòu)成的封閉空腔內(nèi)注入聚氨酯發(fā)泡料形成保溫層，通過加壓固化成型。將五塊大板拼接為廂形后，在外表面鋪設(shè)纖維布并涂刷環(huán)氧樹脂，形成玻璃鋼外蒙皮。廂蓋是采用玻璃鋼結(jié)構(gòu)，由專用模具制作的玻璃鋼蒙皮與廂蓋金屬骨架牢固粘接，內(nèi)部填充聚氨酯發(fā)泡料而構(gòu)成。

通過對使用單位調(diào)研和裝備整修發(fā)現(xiàn)，此種保溫艙經(jīng)過多年使用，普遍存在鉸鏈連接鉚釘松脫、鉸鏈變形、雨水通過松動的鉚釘孔向艙壁夾層內(nèi)滲漏等現(xiàn)象，導(dǎo)致艙體鼓包、骨架銹蝕，使裝備性能大大降低，嚴(yán)重影響部隊日常訓(xùn)練使用。同時，由于鉚釘松脫，存在較大的安全隱患。損壞裝備如圖3所示。

1 原因分析

通過對該裝備的結(jié)構(gòu)分析可以看出（見圖1），兩根液壓缸設(shè)置在艙內(nèi)前后端頭，其間距較大，使兩端鉸鏈應(yīng)力明顯比中部大。同時，鉸鏈采用的是鋁合金材質(zhì)的通條鉸鏈，寬度為43 mm，頁片厚度為3.5 mm，截面較為單薄，整體剛性不足，使廂蓋翻轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的拉力難以沿鉸鏈傳導(dǎo)到較遠(yuǎn)距離。因此，通條鉸鏈的鉚釘雖為等距設(shè)置，但實(shí)際使用中是處于非均勻受力狀態(tài)，兩端液壓缸支撐范圍內(nèi)受力較大，該處鉚釘承受的拉力也較大，而中部鉚釘受力逐漸減小。從而導(dǎo)致兩端靠近液壓缸位置的鉸鏈破損嚴(yán)重，而越靠近中部鉸鏈狀態(tài)越好。此外，由于油缸伸縮時不是完全同步，導(dǎo)致兩端鉸鏈?zhǔn)芰顩r進(jìn)一步惡化。

為了進(jìn)一步分析鉸鏈損壞的原因，建立廂蓋模型，對廂蓋受力情況進(jìn)行有限元分析。為了便于分析，對模型進(jìn)行簡化，僅針對大蓋骨架進(jìn)行分析，將玻璃鋼內(nèi)外表層作為裕度考慮。

按現(xiàn)場實(shí)測值建立廂蓋骨架模型，并按開啟71°狀態(tài)設(shè)置UCS坐標(biāo)系。設(shè)定骨架材質(zhì)為鍛鋁6061。為便于計算，廂蓋設(shè)置8付鉸鏈安裝位置和2個液壓缸支點(diǎn)位置共設(shè)置10個約束點(diǎn)。廂蓋工作狀態(tài)時受到的載荷主要是自身重力以及外部風(fēng)載。據(jù)此，以UCS為基準(zhǔn)，按豎直向下方向設(shè)定重力。按朝向大蓋外側(cè)的水平方向設(shè)置風(fēng)速作用力，并將其均布在大蓋骨架上。

通過對模型進(jìn)行計算，廂蓋受力情況如圖4所示。從有限元計算可知，艙蓋兩端的鉸鏈?zhǔn)艿降妮d荷為63.2 MPa，第2個和第3個鉸鏈?zhǔn)芰Ψ謩e是18.1 MPa和8.9 MPa。此結(jié)果與前述分析一致，即兩端鉸鏈?zhǔn)芰^大，越靠近中部鉸鏈?zhǔn)芰υ叫?。根?jù)機(jī)械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，鉚釘許用應(yīng)力為76 MPa，雖然艙蓋兩端鉚釘受到的載荷沒有超過許用應(yīng)力，但是余量很小，長期工作后即會導(dǎo)致鉚釘松脫。

根據(jù)出問題裝備保溫艙鉸鏈處的受損狀態(tài)看來，兩端分布的鉚釘已被拉伸至塑性變形，說明此情況與分析結(jié)果基本一致（見圖3）。

2 改造方案

該方案擬在保溫艙右側(cè)設(shè)置8付鋼質(zhì)合頁鉸鏈，在艙體與大蓋連接邊外側(cè)安裝。鉸鏈寬180 mm，高245 mm，鉸軸直徑為16 mm，采用16螺栓組件與保溫艙聯(lián)接。因現(xiàn)有骨架內(nèi)不便再增設(shè)備板，所以不能采用鉆孔攻絲方式聯(lián)接，而采用在艙內(nèi)增設(shè)襯板，使用內(nèi)外夾持方式進(jìn)行緊固聯(lián)接。

為保證鉸鏈的連接強(qiáng)度以及使用過程中鉸鏈與艙體、大蓋之間不發(fā)生相對位移，鉸鏈的設(shè)置點(diǎn)及連接螺栓位的設(shè)置均選取有骨架的位置，與保溫艙箱體的立柱相對應(yīng)進(jìn)行設(shè)置。連接螺栓分別設(shè)置在艙體縱梁及立柱上，這樣既可保證連接強(qiáng)度，亦可對立柱與縱梁之間的連接進(jìn)行加強(qiáng)。鉸鏈設(shè)置如圖5所示。

圖5 合頁鉸鏈布置方案

為控制艙壁在夾持力量下不發(fā)生過大變形，在艙壁內(nèi)每件螺栓對應(yīng)位置設(shè)置一件套管，套管一端與襯板卡緊，另一端配有16內(nèi)螺紋孔，與鉸鏈外部螺栓相聯(lián)。套管外端面與骨架鋁型材外壁內(nèi)側(cè)之間預(yù)留2～3 mm間隙，當(dāng)擰緊螺栓時，套管逐漸收攏，將艙壁內(nèi)外夾緊。由于內(nèi)、外側(cè)安裝有玻璃鋼蒙皮，其受力會發(fā)生一定的變形，當(dāng)壓縮至一定程度時，套管端面頂緊骨架大梁外壁內(nèi)側(cè)，形成剛性整體，從而保護(hù)骨架型材不因發(fā)生過大擠壓變形而受損。鉸鏈結(jié)構(gòu)及安裝如圖6和圖7所示[5—6]。

圖6 合頁鉸鏈結(jié)構(gòu)

圖7 合頁鉸鏈安裝

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證合頁鉸鏈方案的夾持方式不會對保溫艙現(xiàn)有骨架造成損壞，在改造實(shí)施前針對試樣進(jìn)行了擠壓試驗(yàn)，如圖8所示。

圖8 擠壓試驗(yàn)

試樣采用近似大板結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作，中部為截面尺寸40 mm×80 mm鋁合金矩形管焊接而成的T字形骨架，用于模擬保溫艙骨架的橫梁與立柱。骨架內(nèi)外表面各粘貼一層鋁合金面板，夾層空隙內(nèi)填入聚氨酯發(fā)泡板。

在試樣兩側(cè)分別鉆安裝孔，裝配內(nèi)外襯板、套管及螺栓組件。按200 N·m扭矩均勻擰緊三套螺栓，此時為完全由骨架承受擠壓力狀態(tài)[7—9]。

試驗(yàn)分兩種狀態(tài)進(jìn)行，第一種狀態(tài)是按設(shè)計方案狀態(tài)，在套管與型材內(nèi)壁之間預(yù)留2 mm間隙；第二種狀態(tài)是將套管與型材內(nèi)壁之間間隙加大至5 mm。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：第一種狀態(tài)擰緊螺栓后，間隙消失，型材及樣件未發(fā)生變形（目測）；第二種狀態(tài)擰緊螺栓后，套管與型材之間仍留有間隙，骨架略有鼓形規(guī)則變形，截面最大尺寸為41.5 mm×79 mm，未出現(xiàn)褶皺、裂紋、扭曲等現(xiàn)象。由此證明，方案中間隙設(shè)計是合理的，此夾持方式不會對保溫艙現(xiàn)有骨架造成損壞。

4 主要技術(shù)問題處理

4.1 鉸鏈備板設(shè)置

為保證鉸鏈安裝牢固可靠，在廂體及廂蓋內(nèi)部鉸鏈安裝對應(yīng)位置均需增設(shè)備板。

設(shè)置備板應(yīng)遵循的原則為：盡可能將備板焊接在圈梁與廂體骨架立柱或廂蓋骨架橫梁的交匯處，如果設(shè)置備板的位置沒有可利用的立柱或橫梁時應(yīng)增設(shè)加強(qiáng)梁，應(yīng)避免備板僅與圈梁的單邊焊接，以增加其強(qiáng)度和可靠性。

為廂蓋增設(shè)備板時，考慮到廂蓋弧形玻璃鋼面板為模具整體制作而成，改裝過程中不宜破壞外觀以致影響密封性能，因此采取揭開內(nèi)蒙板的方式增設(shè)備板。將廂蓋的內(nèi)蒙板揭開后，鏟除相應(yīng)位置的發(fā)泡層，露出骨架進(jìn)行備板焊接。廂蓋內(nèi)鉸鏈備板截面根據(jù)廂蓋弧度及鉸鏈動頁截面形式進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計，使其符合鉸鏈動頁安裝要求。廂蓋所加焊的備板同樣帶有與鉸鏈動頁折彎段平行的23°傾角，將廂蓋外蒙板（玻璃鋼蒙板）內(nèi)表面弧形段對應(yīng)處打磨為平面，使備板能與其貼合緊密。

備板焊接后，重新進(jìn)行發(fā)泡，待發(fā)泡料固化后將表面處理平整。重新安裝鋁蒙板及玻璃鋼板。由于廂體制作工藝原因，玻璃鋼板、鋁板和發(fā)泡層粘接牢固，揭下的鋁板和玻璃鋼板因變形而不能繼續(xù)使用，因此，必須更換新的鋁板和玻璃鋼板進(jìn)行復(fù)裝。

4.2 銹蝕處理

對于保溫艙艙壁夾層內(nèi)進(jìn)水造成骨架銹蝕的現(xiàn)象，在改裝的過程中也應(yīng)該同步進(jìn)行處理，使鋼骨架的受蝕不再繼續(xù)加深，從而控制危害發(fā)生。在艙壁面板揭開后便可觀察到當(dāng)前的銹蝕情況，根據(jù)實(shí)際情況對骨架銹蝕部位進(jìn)行除銹、防銹處理。

具體工藝流程為：風(fēng)干去濕→對生銹骨架表面進(jìn)行砂磨除銹→清理雜質(zhì)→磷化處理→噴涂鐵紅環(huán)氧防銹底漆。

4.3 鉚釘孔封堵

將通條鉸鏈拆除后，必須對廂體與廂蓋上安裝鉸鏈時所用的鉚釘孔進(jìn)行封堵，避免從此處滲水進(jìn)入艙壁夾層內(nèi)。具體方案是：先在鉚釘孔處注入密封膠，將表面抹平以封閉鉚釘孔，然后廂體與廂蓋的安裝面上分別涂刷一層玻璃鋼，待玻璃鋼固化后打磨平整，外表面噴漆處理。按此方式處理后，密封效果得以保證，并且此處可與艙側(cè)壁無縫連接形成整體，外觀效果較好。

5 結(jié)語

按照此方案對裝備進(jìn)行了改造，改造后按要求進(jìn)行了100次開關(guān)廂蓋試驗(yàn)、淋雨試驗(yàn)、650 km行駛試驗(yàn)和24 h靜置試驗(yàn)（廂蓋分別開啟45°與71°）等[10—11]，試驗(yàn)結(jié)果滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

此外，還對改造后交付裝備的使用情況進(jìn)行了跟蹤。通過跟蹤了解到，經(jīng)過近2年的使用，目前部隊裝備技術(shù)狀態(tài)良好，沒有同類問題發(fā)生，表明本改造方案可行，效果較好。

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Retrofitting Technology for a Certain Type of Thermal Insulation Shelter Hinge

WANG Xiang-dong1, TIAN Yong-peng2, LI Zhi1, WU Jin-cai1

(1.PLA 96658 Unit, Beijing 100094, China;2.Communication Polytechnic of Inner Mongolia University, Hohehot 010070, China)

Objective To solve the problems of continuous piano hinge rivet loosening, hinge deformation, interlayer seepage, etc. of a certain type of thermal insulation shelter. Methods Structure characteristics of the equipment and stressing situation of the hinge were analyzed to find the reasons of the problems and propose technical measures. On this basis, the squeezing test, opening & closing test, rain test, driving test (650 km), etc. were performed. Results The thermal insulation shelter was retrofitted in combination with renovation of equipment. The continuous piano hinges of the thermal insulation shelter were changed to butterfly hinges. The performance of the equipment was promoted tremendously. Conclusion The retrofitting eliminates hidden troubles, improves the using performance and meets the needs of the army.

thermal insulation shelter; continuous piano hinge; retrofitting technology

10.7643/ issn.1672-9242.2017.08.016

TJ07

A

1672-9242(2017)08-0084-04

2017-02-10；

2017-03-24

王向東（1978—），男，江蘇連云港人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)檐娪帽Ｕ涎b備設(shè)計。