升降方舱结构设计初探.docx

导 语 新产品研发是企业发展的倍增器，也是未来企业利润的潜在增长点。但研发之路并非坦途，不但需要企业有持续的人力和物力投入，而且更考验研发团队的韧性和意志力。自成立以来，我们企业一直视新产品研发为企业晋阶的不二之选，经过长期历炼，不但实现了年年营收指标的不断增长，而且也积淀了多项智力成果。 未来一段时间内将是通信技术发展最为活跃的时期。新型通信技术的蓬勃发展，正深刻地改变着整个社会的精神面貌以及技术发展的走向。而天线产品是通信技术的重要终端，它是一种变换器，能够实现把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线产品在通信设备中用来发射或接收电磁波的部件。我司为某个研究所设计和制作了天线升降用的方舱产品（下文简称为“升降方舱”）。 该升降方舱产品工作于戈壁地区，即地面几乎被粗沙、砾石所覆盖，植物稀少的荒漠地带，而且当地的风沙较大，对产品的密封性及移动的便利性等提出了更高的要求。 结合上述要求，我们在以往方舱及航天包装箱设计和制作的经验基础上，优化了这台方舱的密封结构，并在吸波材料及其壳体的设计上保证了用户要求的屏效指标，目前升降方舱已经成功交付客户。本文介绍了该方舱产品的主要技术指标并且分析了其结构设计要点。 升降方舱的主要技术指标 图1所示的产品是我司为某研究所设计的升降方舱产品。方舱的主要技术要求如下： 图1 升降方舱外观 (1) 方舱由车体、主方舱、副方舱、电动升降及调平机构等组成； (2) 方舱内壁粘贴吸波材料，满足工作频段为S/C 波段（工作频段为1.26GHz到9.6GHz），要求使用吸波材料后设备反射率优于-25dB； (3) 车体上的部分重量为5 吨（含主副方舱），升降及调平机构、四个万向脚轮需满足承重要求； (4) 产品用在沙漠地区，电动调平机构的支杆及底盘不与地面固定，需考虑支杆杆径及底盘外径； (5) 主副方舱需方便、可靠连接； (6) 顶盖为翻转式且需有可靠防雨措施； (7) 各门及窗有密封要求（同海运集装箱）； (8) 主方舱要能方便与车体吊离，所以主方舱底部为敞开结构，需考虑与车体的固定及密封方式。 (9) 方舱车体加行走机构。 升降方舱结构设计要点解析 考虑到使用要求的多样性以及实际工况的特殊性，我们的研发团队紧密地与用户沟通每一个产品细节，并通过解读通信类方舱的国家标准和有关资料，结合在其他户外结构类产品设计和制作上积淀的经验，我们分析该产品的结构设计要点在于移动结构实现、密封结构设计、吸波材料选用、透波结构设计及自动调平机构设计等环节。 (1) 本产品由底部的车体部分、上部的主方舱及副方舱、行走机构及自动调平机构等组成（图2）。其中，车体、主方舱及副方舱为主要组成部分，这三个组成部分安装后，可以在底部四角分别与如图3所示的行走机构快捷地连接，整个连接过程在30 分钟内可以完成。上述的行走机构是我们与专业厂联合开发的方舱专用行走装置，其轮径为400 毫米，可以满足双人经拉、推而移动此方舱的要求，轮体采用特殊橡胶材质，可以应对戈壁地区坎坷多碎石的路面特点。当然，这套行走机构也可以由有动力源的牵引装置拉动。机动与手动行走的设计，方便了用户根据长、短途转运需要而做出的灵活选择。 图2 升降方舱主要组成部分 图3 行走机构外观 (2) 主、副方舱与车体底部采用氟橡胶材质的O 形圈作为密封介质，该O 形圈采用热接工艺成形，全长无断点，且有较大的压缩量，可以有效弥补方舱构件因变形程度大而导致和密封不实等不足之处，这一结构我们已经在充气式航天包装箱产品上做过验证，目前已经是较为成熟的设计及应用。氟橡胶材质可以在零下30°C 下的保持较低的低温脆性，不会因戈壁地区冬季的严寒工况而引起密封失效。为了满足舱体密封性的要求，方舱还采用了胶粘、铆接等装配工艺，这些工艺的应用，能够起到减少方舱制作时间、降低成本及保证可靠密封的作用。但如果对于这些工艺的应用没有成熟的设计和制作经验支撑，反而会使方舱的整体性能大打折扣。另外，方舱各主要构件之间采用可调式预紧型搭扣的连接方式，见图4。 图4 可调式预紧型搭扣外观 (3) 吸波材料选用是升降方舱结构设计中较重要的一环。这一部分主要集中在副方舱安装的部分，我们选用图5所示的SM 尖锥型材料，可以满足用户要求的效能指标。 图5 吸波材料选型 (4) 与上文中所述的透波材料相配合，副方舱的材质必须选用可以透波的材料。经评估和计算，我们选用玻璃钢材质作为副方舱制件的主材质。除主体部分外，副方舱与主方舱间采用搭扣连接的方式，所以副方舱的搭扣安装部位内植了不锈钢螺母，经与用户沟通，这些细小的金属结构无碍于整体透波效能的实现。 (5) 用户要求方舱移动至工作场地后，通过自动调平机构（图6）可以实现方舱四角的快速调平。我们与专业厂家联合开发了本