某武器系統(tǒng)滑移式方艙保護(hù)罩設(shè)計

魏國，賀廿六，趙益，王率軍，雷晗

某武器系統(tǒng)滑移式方艙保護(hù)罩設(shè)計

魏國，賀廿六，趙益，王率軍，雷晗

（西南技術(shù)物理研究所，四川 成都 610041）

車載方艙是武器系統(tǒng)的重要組成部分，可為艙內(nèi)設(shè)備及人員提供必要的環(huán)境條件和防護(hù)。針對某武器系統(tǒng)光電設(shè)備伺服轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)半徑大、俯仰范圍大的特點(diǎn)，設(shè)計了一種大型滑移式方艙保護(hù)罩，可在陣地停放及隨車運(yùn)輸過程中，防止外界雨雪及砂塵等環(huán)境條件對艙內(nèi)光電設(shè)備造成損傷。介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、密封設(shè)計及控制原理，并結(jié)合物理樣機(jī)對滑移式方艙保護(hù)罩進(jìn)行了詳細(xì)闡述。設(shè)計及樣機(jī)結(jié)果表明，滑移式方艙保護(hù)罩閉合后具有較好的防雨防塵等作用，作戰(zhàn)開啟時，可滿足武器系統(tǒng)的使用需求，且開/閉運(yùn)動靈活、運(yùn)行時間短、可靠性高。該自動化保護(hù)裝置滿足了武器系統(tǒng)可靠防護(hù)和快速狀態(tài)轉(zhuǎn)換的需求。

方艙保護(hù)罩；滑移式；武器系統(tǒng)；電動控制

軍用車載方艙總體布局需要綜合考慮艙內(nèi)各種設(shè)備的使用頻率和操作方便性，行駛穩(wěn)定性等指標(biāo)的要求，并嚴(yán)格控制重量，做到先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性。不僅滿足人機(jī)工程的要求，同時達(dá)到各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，對艙內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行防護(hù)并有效隔離外界不利自然環(huán)境因素的影響[1]。某武器系統(tǒng)整車后部中央安裝有大型T型伺服轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺兩側(cè)外掛光電設(shè)備，由于光電設(shè)備工作時需要豎直上升至方艙頂部以上，達(dá)到觀測目標(biāo)等目的，因此設(shè)計了一種滑移式方艙保護(hù)罩，在行車及陣地轉(zhuǎn)移過程中對內(nèi)部高價值光電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，駐車工作時再自動開啟[2]。

1 滑移式方艙保護(hù)罩外形設(shè)計

某武器系統(tǒng)光電設(shè)備伺服轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)直徑2200 mm，俯仰運(yùn)動要求在-5°～85°范圍內(nèi)工作，方位運(yùn)動在±180°范圍內(nèi)工作，底盤選用北奔3233LA軍用越野車二類底盤。為滿足道路運(yùn)輸條件并確保該系統(tǒng)工作范圍[3]，設(shè)計方案采用大板式結(jié)構(gòu)、前低后高階梯式外形，后部高處為觀瞄作戰(zhàn)轉(zhuǎn)臺，露出方艙外。運(yùn)輸停放時滑移式方艙保護(hù)罩關(guān)閉，滑蓋閉合后經(jīng)機(jī)械鎖裝置鎖緊后具有較高的密封性能，可以起到防雨防塵等作用，同時滿足方艙內(nèi)其他高精密設(shè)備的防護(hù)要求；作戰(zhàn)時，解開機(jī)械鎖緊裝置，保護(hù)罩自動開啟，滿足系統(tǒng)作戰(zhàn)時的使用需求[4]。

2 工作原理

為滿足艙內(nèi)光電設(shè)備的運(yùn)輸及使用要求，在方艙頂部設(shè)置電動滑蓋，車廂后壁設(shè)置電動后門，同時具有手動功能，保證電動機(jī)構(gòu)失效時可通過搖把開啟方艙保護(hù)罩，有效提高其操作可靠性[5]。為保證作戰(zhàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)操作簡便易行，所有執(zhí)行電機(jī)設(shè)計有手動應(yīng)急處理功能，滑移式方艙保護(hù)罩手動功能通過解除各運(yùn)動執(zhí)行電機(jī)抱閘開關(guān)、外套電機(jī)搖把實(shí)現(xiàn)，不再單獨(dú)設(shè)置其他機(jī)械結(jié)構(gòu)[6]，接口及搖把如圖1。

圖1 手動接口及搖把

滑移式方艙保護(hù)罩開啟時，先將電動滑蓋及電動后門的機(jī)械鎖緊裝置解鎖，按下開啟按鈕，后門升降電機(jī)帶動齒輪、齒條相對運(yùn)動，電動后門緩緩下降；當(dāng)接近開關(guān)1探測到位后，平移電機(jī)工作，帶動平移絲杠轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，帶動電動滑蓋向車前進(jìn)方向移動；當(dāng)接近開關(guān)2探測到位后，滑蓋升降電機(jī)工作，帶動艙體左右兩側(cè)的螺旋升降絲杠轉(zhuǎn)動，前部艙蓋繞轉(zhuǎn)軸向前滑動，電動滑蓋緩緩下降。直至到達(dá)接近開關(guān)3探測位置，滑蓋升降電機(jī)停止工作，滑蓋到達(dá)指定位置，整個開啟過程結(jié)束，各接近開關(guān)安裝位置如圖2所示，開啟狀態(tài)如圖3所示。滑移式方艙保護(hù)罩閉合過程與開啟過程相反。

3 詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 滑移式方艙保護(hù)罩設(shè)計

滑移式方艙保護(hù)罩位于整車后部[7]，其結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。其中，電動后門在方艙保護(hù)罩開啟過程中通過齒輪齒條副進(jìn)行上下平移，并通過滑輪在方艙側(cè)壁的固定滑道內(nèi)移動，防止電動后門上下移動時前后晃動，保證其運(yùn)動精度及重復(fù)定位精度。電動后門升降機(jī)構(gòu)的組成[8]如圖5所示。

電動滑蓋在電動后門下降到位后通過絲杠傳動向車頭方向平移，到達(dá)指定位置后通過升降機(jī)構(gòu)下移，觀瞄作戰(zhàn)轉(zhuǎn)臺即可完全露出車艙頂部進(jìn)行工作。電動滑蓋平移機(jī)構(gòu)由滑蓋、絲母、絲杠、軸承座、平移電機(jī)、滑輪、滑道等組成；電動滑蓋升降機(jī)構(gòu)由升降托架、限位滑輪、螺旋升降機(jī)、電動機(jī)等組成[8]。電動滑蓋平移及升降機(jī)構(gòu)如圖6所示。

圖2 保護(hù)罩各接近開關(guān)安裝位置

圖3 滑移式方艙保護(hù)罩開啟狀態(tài)示意圖

圖4 滑移式方艙保護(hù)罩結(jié)構(gòu)組成圖

3.2 方艙保護(hù)罩密封性設(shè)計

滑移式方艙保護(hù)罩主要是為了保護(hù)艙內(nèi)高價值光電設(shè)備，因此密封性能的好壞直接影響整車戰(zhàn)技指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需重點(diǎn)設(shè)計[9-10]。密封結(jié)構(gòu)如圖7所示。

4 保護(hù)罩控制設(shè)計

4.1 保護(hù)罩電動控制

電動控制是實(shí)現(xiàn)滑移式方艙保護(hù)罩自動運(yùn)行的核心，在控制器的作用下驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照指定流程運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)自動開啟或關(guān)閉。滑蓋電動控制[11]原理框圖如圖8所示。

圖5 電動后門組成

圖6 電動滑蓋平移及升降機(jī)構(gòu)

滑蓋動作流程控制通過邏輯控制器PLC實(shí)現(xiàn)，滑蓋平移、升降過程中兩個電機(jī)的同步性通過伺服電機(jī)控制器及PLC共同實(shí)現(xiàn)。按下面板控制按鈕，系統(tǒng)運(yùn)行，接近開關(guān)在探測到位后，信號回傳，滑蓋電機(jī)電源使能，電機(jī)工作，推動滑蓋完成打開和關(guān)閉動作。平移電機(jī)采用交流380 V供電，控制回路采用直流24 V供電。

4.2 控制箱設(shè)計

控制箱放置在運(yùn)載平臺下部，其前面板為操作面板，操作按鈕、狀態(tài)指示燈均放置在上面，方便人員操作和觀察；箱內(nèi)安裝邏輯控制器PLC、伺服控制器、開關(guān)電源等控制器件[12]。

（1）控制箱面板

如圖9所示，控制箱面板上設(shè)有一鍵式動作控制按鈕、各限位開關(guān)狀態(tài)等。

控制箱具體操作原理為：（1）展開流程。按下“展開”按鈕后，依次進(jìn)行后門下降、滑蓋前移、滑蓋下降動作，完成后自動停止。（2）關(guān)閉流程。按下“關(guān)閉”按鈕后，依次進(jìn)行滑蓋升起、滑蓋后移、后門上升動作，完成后自動停止。

（2）控制箱內(nèi)部布局

控制箱內(nèi)部布局實(shí)物圖如圖10所示。

為便于設(shè)備維修和調(diào)試，在控制箱內(nèi)設(shè)置了一組手動/調(diào)試按鈕，點(diǎn)擊此按鈕時，可產(chǎn)生單步動作，不觸發(fā)下一步動作。考慮到邏輯控制器PLC、伺服電機(jī)控制器等器件的環(huán)境低溫指標(biāo)為-10℃，不能滿足-20℃的技術(shù)要求，在配電箱內(nèi)安裝了一組石墨烯加熱裝置，并采用溫控開關(guān)作為檢測器件，當(dāng)溫度低于-10℃時開啟加熱裝置，高于0℃時自動關(guān)閉。

4.3 控制動作流程

滑移式方艙保護(hù)罩打開和關(guān)閉操作程序如圖11所示。

圖7 滑蓋前部、后部和左右部的密封結(jié)構(gòu)

圖8 電動滑蓋控制原理框圖

5 結(jié)束語

本文根據(jù)武器系統(tǒng)對于方艙保護(hù)罩的工作使用要求，提出了可電動控制的滑移式方艙保護(hù)罩的設(shè)計方案。對外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理、密封性設(shè)計及控制流程進(jìn)行了詳細(xì)描述，該方案合理可行且已經(jīng)加工生產(chǎn)并投入使用。該方艙保護(hù)罩已隨武器系統(tǒng)經(jīng)過了上萬公里的跑車并長時間使用運(yùn)行，驗(yàn)證了該設(shè)計穩(wěn)定可靠，可供其他相同類型車載光電設(shè)備設(shè)計參考。

①.展開按鈕 ②.停止按鈕 ③.關(guān)閉按鈕 ④.鎖固指示 ⑤.動作指示 ⑥.故障指示 ⑦.后門限位指示 ⑧.滑蓋平移限位指示 ⑨.滑蓋升降限位指示 ⑩.操作說明

圖10 控制箱內(nèi)部示意圖

圖11 滑移式方艙保護(hù)罩打開和關(guān)閉動作流程

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The Design of Sliding Shelter Protective Cover of a Weapon System

WEI Guo，HE Nianliu，ZHAO Yi，WANG Shuaijun，LEI Han

( Southwest Institute of Technical Physics , Chengdu 610041, China )

Vehicle shelter is an important part of weapon system. It provides necessary environmental conditions and protection for the equipment and soldiers in the cabin. According to the characteristics of large rotation radius and large pitch range of photoelectric servo turntable in the shelter, a new type of large sliding shelter protective cover was designed, which could prevent the equipment from the damage caused by rain, snow, dust and other weather conditions in the process of on-board transportation and parking. The structure, working principle, sealing design and control principle of the device was introduced. Combined with the physical prototype, the sliding shelter cover was described in detail. The design and prototype results show that the sliding shelter protective cover is rainproof and dustproof when closed, and it meets the requirements of weapon system when opened. Meanwhile, the sliding shelter protective cover has the advantages of simple structure, flexible operation, short movement time and high reliability. The automatic protection device designed in this paper meets the requirements of reliable protection and fast warring-marching conversion for weapon system.

shelter protective cover；sliding type；weapon system；electric control

TJ81+0.371

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.04.011

1006－0316 (2021) 04－0068－06

2020－08－17

魏國（1986－），男，四川綿陽人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，E-mail：820947328@qq.com；賀廿六（1979－），男，四川達(dá)州人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；趙益（1989－），男，四川南充人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)檩d車結(jié)構(gòu)設(shè)計；王率軍（1993－），男，四川遂寧人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)檐囕v底盤結(jié)構(gòu)；雷晗（1993－），男，四川南充人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)仿真。