刘伟 曹金牛

关键词：对接方舱吊装调平密封刚强度

1前言

12m对接方舱由两个12m方舱组合而成，两舱之间通过一个至少宽度为5.5m的对开式推拉门实现连通。各舱的舱体结构、电气系统、环境调节系统等单独配置，两舱既可单独供电又可级联供电，既可单舱使用又可满足两舱组合使用的需求。

方舱分为1号舱和2号舱，每个方舱主要由方舱及附件系统、方舱对接密封系统、环境调节与方舱内饰系统、配电照明系统、方舱吊装机构、短距移动装置、方舱对接密封组件等组成。

2主要性能指标

2.1尺寸参数

方舱外形尺寸为（长×宽×高）：12192mmx2438mmX2438mm，尺寸公差为0～5mm;方舱内部尺寸（长×宽×高）：12070mmx2258mmx2195mm。

2.2质量参数

方舱总质量不大于10000kg。

3结构设计

3.1外部结构布局

工作状态下，两舱横向并排布置，通过方舱底部四角外侧安装的短距移动装置进行移动并调平，完成两舱水平对接。对接后通过方舱对接面的拉紧机构、限位装置及短距移动装置上的锁定机构实现锁固。方舱工作展开状态如图1～图2所示。

两个方舱相对接的侧面，设置有1个长5500mm平移式对开门，对接后两个方舱舱体内部形成一个（长×宽）12070mm×4500mm工作空间。为提高工作状态下两个方舱对接位置的防雨、密封等性能，在对接位置处设置有防雨、密封组件。

每舱各配置两台FKWD-70G型整体式空调机，以满足舱内环境调节功能。1号舱空调机安装位置为前舱壁右上部和后舱壁左上部.2号舱空调机安装位置为前舱壁左上部和后舱壁右上部。空调机安装在减振钢框架内，以减少空调机工作时向舱内传递震动效应，以达到产品减震、降噪功能。

两舱均配置登顶脚踏板，对应顶部位置安装登顶扶手，以实现人员上舱需要。

两舱舱顶前、后各安装一个收纳箱，用于存放吊装吊带及附件。为满足舱顶防滑需要，舱顶粘贴防滑粘。1号舱顶配置两个扬声器、三根天线、一个摄像头，方舱预留舱顶附件的固定装置及通讯接口。

两舱舱外四角安装水准器，用于指示舱体调平状态。

3.2内部布局

两舱舱内布局兼顾人机工程要求，按照性能指标要求进行，内部布局图如图3-图4所示。

两舱对接后，在舱体内部中间位置形成一个（长×高）5500mm×1900mm的工作空间，工作人员在该区域工作时会获得良好的工作视野，并可以通过间壁门观察到其他工作区域。

各舱前、后两端内各放置三个甲方机柜。三个机柜通过并柜件连接成一体，居中放置，底部及后上部采用减振器实现减振功能。机柜和舱体之间的空隙加装可拆卸式饰墙，以提高美观性。两侧机柜后部均留有800mm纵深的维修空间，并安装有可折叠货架，便于设备维修安装。

每舱顶壁沿四周布置“回”字型空调风道，根据需要设置，在1号舱左侧风道、2号舱右侧风道中部各镶嵌安装一个圆盘状喇叭。风道内部粘贴隔音减振材料;风道下方安装走线槽，电源线和信号线分开布设，防止干扰。

1号舱左侧壁居中安装用户提供的一台84寸的显示器和两台42寸显示器，作为显示区域，舱壁按需预留显示器的电源接口和信号接口。

2号舱靠左侧居中安装会议桌，会议桌桌面左侧部分可实现折叠，以满足单舱时使用。桌面上预留电脑接口、电源插座及内嵌在桌面上的可收纳话筒。

1号舱显示器下方，2号舱右壁靠前位置各安装一个储物柜，用来储存电缆、接地桩、热水壶、医药箱、水平仪、对讲机及文件资料等。

3.3舱体结构

设计中重点解决：一是舱体在工作及吊装状态下无永久变形问题，同时尽量降低舱体的自重，以便实现方舱的吊装、移动和对位连接。二是5500mm平移式对开门处的密封防水问题。

根据舱体的外形尺寸、载荷分布以及吊装、运输等使用工况要求，结合相似产品的设计经验总结。方舱舱体设计为钢、铝复合结构。主框架采用钢质型材焊接而成，壁板采用钢质骨架发泡粘接铝合金蒙皮结构。钢质骨架与各壁板组成一个封闭式的保温方舱。

舱体壁板有框架、填充物、蒙皮三部分组成。框架采用钢质型材制造，中间填充物使用聚氨酯发泡，内外两侧蒙皮采用铝合金薄板。主框架与各壁板组装后，各拼接处铆接专用铝合金型材，局部补强主框架与壁板的结合部，从而改善结合部的局部受力性能，增加方舱整体结构稳定性和使用性。

考虑方舱在吊装状态及调平工作状态下，主承载受力面为底壁和顶壁，因此设计时顶、底壁采用加强设计结构，底壁和顶壁厚度分别为140mm和80mm，侧壁厚度为52mm。

3.4舱体刚强度分析

3.4.1舱体吊装状态刚强度分析

方舱及内外部设备总质量为9930kg。

方舱吊装时通常采用吊车起吊，为控制在吊装过程中的舱体变形，考虑将吊装点设置在舱体底部。沿舱体长度方向，左右两侧各布置三个，以中心点为基础，间隔跨距4000mm。设计时采用有限元分析法模擬分析吊装状态。经计算发现，舱体最大应力位置为舱体底部吊装点位置，应力值为35.2MPa。舱体最大变形量位置为舱体顶部中间位置，变形量为2.855mm。最大应力及变形量满足方舱设计指标及使用需求。吊装状态下刚强度验算值符合设计要求（许用应力不大于163MPa），可以进行实物吊装。

计算表明，各构件、各孔口处变形不影响工作需要，满足使用要求。舱体应变云图如图5所示，变形云如图6所示。

3.4.2舱体行走及工作状态刚强度分析

方舱在行走及工作状态状态下，支撑点为短距移动装置安装处。设计时仍采用有限元分析法模拟分析行走及工作状态状态的情况。经计算发现，舱体最大应力位置为舱体底部短距移动装置安装处，应力值为71.21MPa.舱体最大变形量位置为舱体中间位置，变形量为4.438mm。最大应力及变形量满足方舱设计指标及使用需求。行走及工作状态状态下刚强度验算值符合设计要求（许用应力不大于163MPa）.可以进行相关操作。

计算表明，各构件、各孔口处变形不影响工作需要，满足使用要求。舱体应变云图如图7所示，变形云图如图8所示。

3.5两舱对接

两舱对接组装的场地为硬质水泥地面，为实现对接，需要为方舱配备短距移动装置。对接时两舱上应有限位块，防止移动过位碰撞。到位后，两舱应能实现锁固形成一体。

3.5.1短距移动装置

短距移动装置可利用方舱底部四角集装箱包角外侧孔洞进行快速装夹，每只移动装置额定载荷3000kg，每只方舱配备四只，共12000kg，大于方舱总质量9930kg（含内部设备）的要求。满足方舱使用需求。

3.5.2限位块

两方舱对接时为防止操作员在对接过程中过度操作，撞环接合面上的锁具、雨沿等构件。在方舱对接面的外侧合适位置安装限位块，限位块采用圆柱形减震器形式。对接操作时具有一定的限位和缓冲作用，预防意外发生。两舱拼接如图9所示。

3.5.3拉紧机构

两方舱对接完成后，为防止内外部震动、冲击等引起的突发性相对位移，从而影响连接性能，在两舱接合面处设计安装有拉紧机构。操作员通过转动装置两端角轮，由丝杠牵引，锁固两舱体，安装状态如图9所示。

3.6防雨、密封

3.6.1舱外防雨装置

每个方舱对接面对开门上部设有雨沿，并配有防雨装置。防雨装置由拉绳和防雨罩组成。两方舱对接完后，将防雨罩安装在接合面处的雨沿上，然后收紧拉绳，将拉绳两端分别系固在方舱外侧包边上的挂环上。如图10所示。

3.6.2舱内密封、保温组件

在2号舱对接面开门处的底壁位置安装有旋转平台，旋转平臺由铝合金材料制造，轻便耐用。工作面采用防滑处理，安装有旋转机构、橡胶密封、限位器等装置，工作时平台可沿旋转机构翻转。当两个方舱达到预定对接状态后，解除限位，翻转旋转平台使防滑面向上，密封装置向下，与1号仓结合部压合。实现了接合两舱并密封保温的作用。

在两个方舱接合面壁板上部，接近顶壁位置设置密封保温装置，密封保温装置两端采用粘扣形式与两舱壁连接，实现接合面口框处的密封保温功能。密封保温组件如图11所示。

4结语

12m对接方舱已通过相关试验和实际应用，均满足战技指标要求，方舱对接顺畅，具有良好的防雨密封性能，可广泛应用于部队、医疗、公安等的野外宿营、野外仓储、野外作业等。12m对接方舱的研制成功，拓展了方舱的应用空间，为今后大型组合方舱的研制打下了良好基础。