某裝甲車(chē)頂艙蓋設(shè)計(jì)與研究

靳云云，靳永剛，王科敏，閆柱

（1.陜西保利特種車(chē)制造有限公司，陜西 西安 710201；2.陜西汽車(chē)集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：裝甲；軍事行動(dòng)；開(kāi)啟關(guān)閉；密封；生存力

引言

在軍事行動(dòng)中，裝甲車(chē)乘員艙中的戰(zhàn)士需要及時(shí)了解周邊環(huán)境及戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)。掀啟式乘員艙頂艙蓋可方便戰(zhàn)士進(jìn)行軍事活動(dòng)及危急情況逃生。頂艙蓋的開(kāi)啟及關(guān)閉是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。頂艙蓋開(kāi)啟過(guò)程中受彈簧力作用可減少戰(zhàn)士手推用力。此結(jié)構(gòu)可用于武警車(chē)，裝甲車(chē)，軍隊(duì)作戰(zhàn)車(chē)以及有逃生應(yīng)急需求的特種車(chē)輛。

1 系統(tǒng)組成

頂艙蓋系統(tǒng)由頂艙蓋鉸鏈裝置、頂艙蓋、頂艙蓋鎖緊裝置、頂艙蓋窗內(nèi)外把手。頂艙蓋系統(tǒng)圖如圖1 所示。

圖1 頂艙蓋系統(tǒng)圖

2 系統(tǒng)工作原理

乘員通過(guò)旋轉(zhuǎn)鎖緊機(jī)構(gòu)的把手過(guò)氣支撐死點(diǎn)之后，頂窗鎖緊裝置可輕松打開(kāi)。頂蓋在扭轉(zhuǎn)彈簧助力作用下開(kāi)啟至限位器處，開(kāi)啟動(dòng)作完成。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 頂艙蓋鉸鏈裝置設(shè)計(jì)

頂艙蓋鉸鏈裝置設(shè)計(jì)是整個(gè)頂艙蓋設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。頂艙蓋鉸鏈裝置不僅要保證艙蓋開(kāi)啟時(shí)操作員開(kāi)啟省力，還需保證頂艙蓋與限位器合理接觸。頂艙蓋鉸鏈裝置包括鉸鏈臂、鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸、鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸安裝支座、扭轉(zhuǎn)彈簧、頂蓋開(kāi)啟限位器、扭轉(zhuǎn)彈簧初始角調(diào)節(jié)裝置。頂艙蓋鉸鏈裝置如圖2 所示。

圖2 頂艙蓋鉸鏈裝置

3.1.1 扭轉(zhuǎn)彈簧設(shè)計(jì)

艙蓋開(kāi)啟工作最大力矩Tn=39416.1 N·mm

艙蓋開(kāi)啟工作最小力矩T1=19708.07N·mm

定義彈簧自由狀態(tài)輪廓角120°

彈簧工作狀態(tài)：

艙門(mén)關(guān)閉狀態(tài)，彈簧扭轉(zhuǎn)角120°-84.5°=35.5°

艙門(mén)開(kāi)啟到100°狀態(tài)，彈簧扭轉(zhuǎn)角φ=120°-12.31°=107.6°

初選材料60Si2Mn，暫定彈簧纏繞比C=6，

許用彎曲應(yīng)力：σBP=1000MPa

彈簧中經(jīng)D 及旋繞比C

彈簧圈數(shù)n

彈簧節(jié)距t=d+δ,δ=0.5,t=8+0.5=8.5

彈簧自由長(zhǎng)度H0=nt+d=13×8.5+8=118.5

硬度45～50HRC

3.2 頂艙蓋設(shè)計(jì)

頂艙蓋由鉸鏈臂與艙蓋焊接而成。頂艙蓋內(nèi)有保溫隔熱裝飾板。頂艙蓋如圖3 所示。

圖3 頂艙蓋

3.3 頂艙蓋鎖緊裝置設(shè)計(jì)

3.3.1 頂艙蓋鎖緊裝置設(shè)計(jì)是頂艙蓋的重點(diǎn)

頂艙蓋鎖緊裝置需易開(kāi)啟易關(guān)閉。頂艙蓋鎖緊裝置包括連桿機(jī)構(gòu)、氣支撐、頂絲鎖點(diǎn)、把手限位塊。頂艙蓋鎖緊裝置如圖4 所示。

圖4 頂艙蓋鎖緊裝置

3.3.2 頂艙蓋鎖緊裝置運(yùn)動(dòng)分析

Catia 中DMU 運(yùn)動(dòng)分析，右鎖點(diǎn)及把手桿與頂窗固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，中間連桿與右鎖點(diǎn)及把手桿旋轉(zhuǎn)，中間連桿與右鎖點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，左鎖點(diǎn)與頂窗固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，右鎖點(diǎn)及把手桿與氣支撐球頭外殼1 旋轉(zhuǎn)，氣支撐球頭外殼1 與球頭桿1 球面運(yùn)動(dòng)，氣支撐球頭外殼2 與球頭桿2 球面運(yùn)動(dòng)，氣支撐氣筒與活塞桿棱形運(yùn)動(dòng)，五個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，兩個(gè)球面運(yùn)動(dòng)副，一個(gè)菱形活動(dòng)。驅(qū)動(dòng)為把手繞左鎖點(diǎn)固定點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)39°。

開(kāi)啟過(guò)程中右鎖點(diǎn)及把手桿與頂窗固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5 所示：

圖5 右鎖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

開(kāi)啟過(guò)程中右鎖點(diǎn)及把手桿與氣支撐球頭外殼1 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6 所示：

圖6 氣支撐旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

左鎖點(diǎn)與頂窗固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7 所示：

圖7 左鎖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡

氣支撐氣筒與活塞桿棱形運(yùn)動(dòng)軌跡如圖8 所示：

圖8 氣支撐活塞桿運(yùn)動(dòng)軌跡

選定氣支撐自由狀態(tài)即最長(zhǎng)狀態(tài)Lmax=238mm，可極限壓縮至Lmin=158mm。

氣支撐安裝狀態(tài)LS=188.8mm，y 運(yùn)動(dòng)過(guò)程極限壓縮位置LJ=181.8mm，可判斷LJ＞Lmin+15，從運(yùn)動(dòng)軌跡看運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣支撐安裝狀態(tài)LS=188.8mm 為氣支撐最長(zhǎng)狀態(tài)。LS＜Lmax+15。可判斷氣支撐運(yùn)動(dòng)軌跡符合設(shè)計(jì)要求。

4 密封性設(shè)計(jì)

頂艙蓋密封防水性需達(dá)到裝甲車(chē)輛實(shí)驗(yàn)規(guī)程第70 部分：淋雨試驗(yàn)要求。

5 總結(jié)

本文介紹了頂艙蓋結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)重點(diǎn)，此種頂窗結(jié)構(gòu)功能可靠，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造成本低，適用性強(qiáng)。