某大型车载电子设备结构总体设计

摘 要：介绍了某大型车载电子设备结构总体设计的特点，以及关键技术的解决方法和手段。 关键词：大型车载电子设备；结构总体设计；特点



1 概述 某大型车载电子设备，与过去的常规车载设备相比较，其设备组成具有特殊性和复杂性。根据研制单位、研制周期、研制费用的现实情况，特别是设备十分庞大，总重达22吨，各组成的尺寸、体积和重量在现有的条件下，难以满足装载于一个车内的要求。在经过反复、多方的调研和对结构设计的可行性论证后，将设备分解成几个相对独立的运输单元，采用可搬运的结构，运输状态为分单元运输，安装在一个全挂四轮拖车上。其上带有回转装置、稳定支腿和旋转平台（运输时可折叠），工作时在平台上安装三个设备方舱和两个天线装置。组合起来的这样一个装备，在目前条件下较好地解决了上述矛盾，整个系统在运输状态的重量和体积相对减小，满足运输要求，使设备具有较强的机动性，成功解决了设备工作时产生的电磁干扰，满足了系统整机要求。2 设计思路及原则2.1 满足战技指标要求 在满足战技指标及先进性、机动性的前提下，将设备分解为几个运输单元，运输单元具有机动性，满足车载的要求（各个设备方舱可以分开独立进行运输，能够解决运输超限的问题），到达阵地后进行快速组装。2.2 并行设计 该设备设计涉及到两个单位的协作关系，设备量大且不确定。在这种情况下，将干扰站分解为几个单元，使得两个研制单位之间的计划进度、技术协调等问题从串联工作方式变为并行工作方式，从而确保总研制进度。2.3 贯彻执行“三化” 设备在结构总体设计过程中贯彻执行通用化、模块化（组合）、系列化设计思想，设计成若干个组合体，合理布局，有机组合。2.4 新技术新工艺 大量采用新技术、新工艺、新产品，使设备具有可靠性高、维修性好的特点。2.5 先进的设计手段 采用先进的计算机设计手段和分析软件，进行结构仿真设计和关键结构的力学分析。3 设备组成 设备组成如图1所示，最大外形尺寸6500mm×6500mm×9500mm。

4 主要结构特点 该大型车载电子设备是先进的武器装备，要求具有一定的机动性和先进性，对结构总体设计提出了较高的要求，要求整个支撑系统具有较强的抗风能力，且能快速拆装，装车运输。结构总体设计中采用许多先进的结构和新技术，其结构特点主要体现在以下几个方面。4.1 独特的挂车 挂车底盘为设备承载体，总承载近16吨，是一般挂车难以承受的，挂车车架采用了矩形截面无缝钢管焊接，经特殊的结构设计，具有一般挂车无法比拟的行驶性能。其主要特点如下： (a)采用单纵臂横置组片扭杆弹簧独立悬架结构，底盘轴距小，重心低，行使平稳。保证车辆具有良好的平顺性，即使是在凹凸不平的坏路上行驶，挂车车身也能保持相对水平，这样可大大改善装载设备的振动环境，从而提高设备工作的可靠性和安全性。其独立悬架基本原理如图2所示。

由图2可见，独立悬架，车桥为非整体结构，遇障时，车身倾斜角度小。用于特殊用途的车辆，如红旗轿车，F1赛车，国外高通过性的军用越野车也普遍采用此结构。 非独立悬架，如图3所示。车桥为整体结构，遇障时，车身倾斜角度大，用于一般用途车辆，如我国列装的军用越野车及民用载货汽车。 （b）挂车设计了牵引杆自平衡装置，拖挂钩能在任何位置稳定，保证与主车连接方便，提高了使用安全性。 （c）对大型天线系统平衡支撑结构，结构设计采用了主要支撑装置和辅助稳定支撑的双重结构，是一种具有创新意图的设计思想，可以在不同的风速载荷下，达到既简化结构又能满足刚度、强度的要求。并且辅助支腿展开、折收方便灵活，锁固快捷可靠，保证天线风载稳定性。 （d）挂车采用特制的宽幅小直径低气压轮胎，这种轮胎在5bar/30km/h时，单胎承载不小于3300kg。由于采用小直径轮胎，大大降低挂车的高度，整车重心低，提高了行车的稳定性和安全性。

4.2 先进的装车体制——骨架方舱 （a）众所周知，方舱是目前比较流行的军用车载电子设备的装载体制，具有较高的机动性能，能适应于海、陆、空和直升机等各种运输手段运输。只要功能分割合理，作为一个独立的功能单元，它具有标准的电气和机械接口，在展开时能快速进行安装架设。 （b）考虑到方舱的强度、刚度、受力情况，方舱做成骨架方舱形式。骨架方舱具有较高的承载能力，屏蔽性能好（屏蔽效果≥60dB，0.5MHz～1000MHz）的优点。方舱还具有较好的密封性，能适应较恶劣的气候环境。 （c）方舱采用整张蒙皮与骨架机械连接等工艺措施，满足了骨架方舱外观质量与大坂方舱相同的要求。方舱均为金属焊接式骨架、内外蒙皮为2mm厚铝合金板、夹层中填充阻燃性聚氨脂硬质塑料泡沫（现场发泡）的保温型方舱。这种方舱的承载能力优于大坂方舱，由于采用整张蒙皮与骨架机械连接等工艺措施，满足了骨架舱体外观质量与大坂方舱相同的要求。为了提高方舱的电磁兼容性能，除在门的边框槽内装有导电胶条外，通风窗还装有截止波导。5 关键技术的解决情况5.1 车架设计及力学分析 （a）挂车车架是重要的承载体，它是结构设计的重点，也是难点。因此设计时采用计算机仿真设计及先进的分析软件，对车架结构进行了优化设计，保证了车架静、动载荷下的刚度、强度和稳定的要求。 （b）利用IDEAS-Master Modeler对车架、传动机构、天线、方舱等部件进行三维实体仿真模型设计，再利用Master Assembly对部件进行装配，该模型可模仿干扰站的方位转动。 （c）在此模型的基础上对车架利用ANSYS分析软件，在不同工况下的结构进行分析，得到其在受力工况下，变形情况和应力分布。 （d）通过对应力的分析，在合理限定条件（如自重一定）下，对不同方案的结构进行分析，用大量的计算机处理的应力值进行比较，对方案进行优化并作出评价。 （e）分析所得数据，与加载试验所得数据接近，证明该结构的合理性与正确性。5.2 高精度重载传动机构 传动座为重载（约15吨），高精度（传动精度含回差小于0.1度），其主要特点如下： （a）承载能力大。传动座基本结构形式是盘式结构加辅助大轴承的结构形式。采用辅助轴承，解决大跨度刚性不足的问题，并能承受一定的倾覆力矩。 （b）稳定性好，精度高。传动座首次采用了法国劳力氏回转轴承，将传动座的设计提高到了一个新的水平。此轴承直径大，轴承外环和大齿轮做成一体。滚动体加预紧力，无间隙，承载能力大，精度高。 （c）轴向尺寸小，重心降低。5.3 电磁兼容性设计 电磁兼容性的好坏，直接影响设备是否能正常工作，为此结构上采取如下措施提高系统的电磁兼容性。 （a）将发射和接收设备分装在不同的方舱内，所有的门窗、孔口均加有屏蔽网或截止波导。 （b）良好的接地。 对电子方舱设备系统而言，对其信号线和电源线需要接地，传统的方法是将方舱里的接地线铆接在内蒙皮上的铜带，为信号和电源接地，此铜带通过外接线板上接地钉进入大地。干扰车接地设计将采取等电位平面，即所有的设备的外壳和机箱必须用最短最直的连线搭接到等电位平面上。此等电位平面就是方舱的蒙皮。这种方法有以下好处： 1）整个方舱及设备经搭接成一等电位平面，在设备漏电时，舱内任意两点之间保持等电位，有利于人员安全。 2）为信号系统提供低阻抗的等电位参考平面。 3）雷电或电磁脉冲袭击时，舱内各设备保持等电位，有利于人员和设备安全。（当然等电位平面也需要接大地，接地电阻最好小于10Ω）。 4）等电位平面安装更有利于方舱屏蔽效能的发挥。6 结束语 （a）该车载电子设备的结构总体设计采用了可搬运的体制，成功解决了体制试验样机所能达到的设备状况与选用运输车辆底盘方面的矛盾，设计达到了预期目的，保证了整机的进度要求。 （b）结构总体设计中采用已有的理论技术、新的技术和先进的结构，以及具有创新意图的设计思想、先进的分析软件、设计手段，得到了该课题主题专家组的一致好评。该产品在生产厂家的鉴定会上得到了充分的肯定，许多雷达研制、生产、使用单位和部队都认为该产品和装车体值得参考和借鉴。

参考文献

1 机械工程师手册. 北京：机械工业出版社，19892 叶尚辉等. 天线结构设计. 西安：西北电讯工程学院出版社，19863 张洪欣. 汽车设计. 北京：机械工业出版社，19954 南京工学院主编. 电子设备结构设计原理. 南京：江苏科学技术出版社，19815 王健石等编. 电子设备结构设计. 北京：电子工业出版社，1993