車載設備型軌安裝方法設計與強度分析

張林林 任勇 中國電子科技集團公司第二十八研究所

引言：隨著專用車輛的應用越來越廣泛，專用設備的車載安裝要求也越來越多樣化。本文簡單介紹了傳統的車載設備安裝方法，在此基礎上，考慮可行性、可靠性、可維修性等因素，將航空系統中設備系固的概念引入，設計了一種采用型軌柔性安裝車載設備的方法。得出結論，這種車載設備型軌安裝方法與傳統方法相比具有明顯優勢。

1 傳統車載設備安裝方法簡介

車載設備的安裝，目前主要采用在載車相應安裝位置預置埋鐵，打孔攻絲，直接用螺釘安裝車載設備或車載設備架的方式。根據載車種類的不同，埋鐵的預置方式也有所不同。主要包含如圖1所示集中方式。

埋鐵的材料主要選用Q235的熱軋鋼板，特殊的也可以為鋁板或酚醛層壓布板。直接將埋鐵鉚接在艙內筋條上的方式，如圖1（a）所示；在埋鐵上焊接彎角，然后將埋鐵放入筋條內部從側面進行鉚接，如圖1（b）所示；當車體采用鋼板鈑金件制造，在改造中多采用焊接的方式安裝埋鐵。如圖1（c）所示，車內側壁埋鐵的安裝方式與此類似。

圖1 不同埋鐵預置方式示意

這種傳統的車載設備安裝方式設備安裝牢固可靠，但是也存在明顯不足：

（1）埋鐵預置主要采用內置式，安裝埋鐵時，方艙類車輛需要在艙板制作中完成，普通車輛改裝需要拆裝內飾。

（2）安裝設備時需要在內置式埋鐵上攻絲，這樣會破壞車輛內飾，如果車內設計有變更，則會使車內外觀受到影響。

2 車載設備型軌安裝方法設計

將航空系統中設備型軌系固的概念引入車輛改裝，能夠柔性的適應車載設備安裝的變化。

2.1 機載設備裝機固定連接裝置

航空客機座椅等機載設備通常由螺栓、螺栓樁、地板導軌等組成的固定連接裝置與飛機的地板結構進行連接。某飛機兩聯座椅固定裝置見圖2。

圖2 某飛機兩聯座椅固定連接裝置

螺栓樁止滑裝置通常采用剪切銷，形成凸緣螺栓及剪切銷的組合接頭。然后沿滑軌滑動半個孔距，再將剪切銷插入地板滑軌孔中，卡在滑軌上的開槽口，即可將組合接頭鎖緊在滑軌上，設備通過螺紋連接固定在組合接頭上即可。

2.2 車載設備型軌安裝方法設計

將飛機地板滑軌引入車輛改裝，代替埋鐵。由于地板滑軌上使用的組合接頭可以從滑軌上任意開孔處裝入滑軌，且能在滑軌上滑動、鎖緊，所以，這種方式可以在滑軌上多個位置提供設備安裝所需接口。

在方艙類車輛中，實施方式見圖4。艙板壓制加入筋條，然后在艙板對應筋條位置鉚接型軌。設備安裝時，在型軌上裝入組合接頭，安裝設備即可。板、側壁上。安裝時根據需要在車輛內飾上開口，將型軌落入開口，安裝牢固。具體結構形式見圖5。

圖4 艙板型軌安裝方式

圖5 普通車輛改裝型軌安裝方式

型軌安裝完成后，根據需要選用合適的安裝接頭即可。目前市場上已有豐富的型軌安裝接頭。

綜上所述，車載設備型軌安裝方法可顯著提高艙板的通用性，降低其設計、生產成本、縮短周期顯著。

3 固定連接裝置靜強度分析

3.1 靜力計算有限元模型

本文采用有限元方法對固定連接裝置進行強度分析，對滑軌和固定連接裝置進行適當簡化，選取凸緣螺栓和滑軌組合以及剪切銷和滑軌組合進行強度分析。

本文使用結構有限分析軟件MSC.Patran對兩種組合進行有限元網格劃分。網格采用四面體實體單元。兩種組合的有限元模型如圖7和圖8所示。

通常地板滑軌材料為7075航空鋁合金，凸緣螺栓和剪切銷為航空高強鋼。材料的參數如表1所示。

圖7 凸緣螺栓和地板滑軌組合

圖8 剪切銷和地板滑軌組合

表1 材料性能參數

3.2 靜強度分析

（1）邊界條件

在用有限元方法對固定連接裝置進行靜強度分析時，將模型中滑軌部分底部節點的所有自由度進行約束[5]，將過載載荷以等效節點力的方式施加到凸緣螺栓或剪切銷頂部的所有節點上。

（2）坐標系

采用右手直角坐標系，x 軸沿型軌軸向為正，z 軸豎直向上為正，y 軸由右手系確定。

采用SOL600非線性求解模塊對模型進行非線性接觸力學分析。計算得極限失效載荷如表2所示。該表可以理解為固定連接裝置不依賴于任何工況的極限分離載荷，即在該載荷下，凸緣螺栓或剪切銷與飛機地板滑軌的固定連接將失效破壞。由QJ 300A-95可得，合金剛30CrMnSiA及45#鋼六角頭螺栓在室溫下的強度參數見表3。

表2 固定連接裝置極限失效載荷

表3 45#鋼及合金剛30CrMnSiA六角頭螺栓強度

對比表2、表3可知，一組凸緣螺釘及剪切銷的固定裝置，其強度大于一枚45#鋼M6六角頭螺栓。使用時根據設備重量選擇固定裝置的形式及數量即可。

由表2可以看出，垂直軸向（Y向）能承受的極限載荷較小。因此在型軌安裝時，應當垂直于車輛前進方向或與前進方向成一定角度安裝。

4 結束語

本文總結了傳統車載設備安裝方法。針對傳統方法存在的不足，引入了航天系統中設備系固的概念，設計了車載設備型軌安裝方法，并采用有限元對安裝方式的核心元件進行了強度校核。通過分析論證，這種車載設備型軌安裝方法方便快捷，具有良好的強度和適應性，有著廣闊的應用前景。

在下一步的研究中，可以結合工程應用實踐，對這種方法的失效形式和可靠性做深入研究。