一种车载移动式安检安防系统结构设计

韦巍 卢明 刘杭

摘要：本文针对车载移动式安检安防系统的设计要求，集成多种安检手段，实现对被检人员的全方位安检，并充分借鉴民用房车的设计思路，对整个安检舱进行合理布局，满足被安检人员在一条合理的动线上进行安检，最大限度提高安检效率。本文详细阐述了系统总体设计、扩展机构详细设计以及调平撑腿详细设计等三方面设计内容，并采用力学分析手段，对安检舱骨架进行了强度与变形量的校核。系统实际工程研制完成后，性能稳定可靠，指标满足总体要求。

关键词：车载移动式;安检安防;扩展机构;调平系统

中图分类号：TP302                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）05-0196-02

0  引言

太赫兹技术作为近年来兴起的新兴技术，逐步使用于安检领域[1]。被动式太赫兹成像技术[2]，是利用捕捉人体自身发射的太赫兹波，进行处理分析并成像的技术，该技术由于是捕捉人体自身所发射的太赫兹波，故设备本身不产生任何辐射，该技术不仅可检测金属物质，还可检测陶瓷、粉末、液体等各类非金属物质。

本文所描述车载移动式安检安防系统，是基于太赫兹人体安检技术，并结合X光机、人证比对、视频监控以及人脸识别等安检安防技术，形成一套高集成度、多功能的安检安防系统，该系统可快速部署与撤收，可灵活运用于各类大型活动的临时安检保障工作。

1  结构总体设计

本系统在总体布局方案中，统筹考虑各类限制性标准文件所规定的边界条件（运输要求、外形包络、重量等），并结合实际使用需求，进行了自上而下的系统设计。整个系统考虑了成本、使用方式、维修性以及现场布置难易程度后，选择了牵引车拖拽拖挂车的整体结构形式，拖挂车采用中置轴布局，整个拖挂车重量需控制在3500kg以下，拖挂车便可使用撞刹作为制动结构，以简化拖挂车结构设计。系统运输状态如图1所示。

车载移动式安检安防系统根据功能划分为运输车与拖挂车两部分，其中，拖挂车系统又分为安检舱与运输平台两部分，安检舱为整个系统核心组成部分。安检舱四周通过角件安装电动调平撑腿，实现安检舱的自动装卸与调平，安检舱卸下过程如图2所示。待拖挂车移动至指定地点后，给安检舱通电，使用调平撑腿将安检舱撑起后，将拖挂车架抽出，最后将电动撑腿收拢，完成一次卸舱，装舱过程与上述过程相反。

2  关键技术

2.1 扩展机构详细设计

本系统设计要求安检舱采用单侧扩展形式，以增加舱内使用面积，扩展舱单侧潮外扩展距离为800mm，扩展舱负载为600kg，扩展舱扩展后，扩展舱与主舱重叠部分为400mm，该结构为悬臂受力结构，扩展舱扩展后展开状态如图2所示。

本系统扩展机构设计考虑负载、稳定性、环境适应性后，选择齿轮齿条传动方式，配合导轨与行程开关实现扩展动作。

对扩展机构电机选型计算如下：扩展系统承载质量取M=1500kg，初定平移平均速度V=3.6m/min，加速时间t1为1s，选用模数M=3、齿数Z=20的齿轮配合相应的齿条作为平移驱动，齿轮传动效率比η=0.98。防护罩整体依靠两侧平行导轨承重，预估摩擦系数取μ=0.01。

滑轨摩擦力F=M×g×μ=1500×10×0.01=1500N

加速力Fa=M×a=1500×0.06=90N（a=V/t1）

合力Fh=1500+90=1590N

齿轮分度圆直径D=M×Z=60mm

启动力矩T=Fh×D/2=1590×0.03=47.7N·m

齿轮转速n1=V/π D=3.6/0.06π=19.12r/min取n1=20r/min

现根据伺服电机额定转速n2=2000r/min

得出减速比i=n2/n1=100  取i=100（利于产品选型）

减速机输入端（伺服电机）加速转矩

Td=T/ i·η=47.7 /（100×0.98）=0. 487N·m

伺服电机功率PG=Td×n2 / 9550=0.1kW。考虑实际装配间隙等问题，选用200W伺服电机。

随后对扩展系统直线导轨承载进行校核：扩展舱及X光机设计质量为910kg，扩展系统设计承载质量为1500kg。

扩展舱伸出后力矩为：

M扩=1500×9.8×0.36N·m=5292N·m

单套直线导轨组承载力矩为M=2646N·m，单套直线导轨设置3个滑块。本次选用直线导轨单个滑块负载力为MA=2680N·m>2646N·m，负载能力满足要求。

2.2 电动撑腿设计

本系統除去底盘外、舱体总重为2.8t，使用4个调平撑腿，实现舱体升降与调平功能，因此舱体升降行程较大，为防止升降过程出现由于撑腿不同步，导致的安检舱侧倾甚至侧翻风险，在安检舱底部安装水平传感器，实时对信号进行反馈，使得撑腿可自动进行姿态调整，保证安检舱顺利进行升降。

调平撑腿考虑运输时道路运输限款2.5m，故设计为回转式，运输状态时，调平撑腿回收至安检舱宽度范围内，使用状态时，旋转展开至安检舱宽度范围外，并设计锁紧机构，使得无论出于运输状态还是使用状态，调平撑腿均可保持稳固。单调平支腿用于支撑和调整安检舱高度，具备到位限位、自锁等功能。单个电动调平腿主要由伺服电机、减速器、传动齿轮组、T型丝杆、套筒、传感器等组成，结构可保证机械自锁，内部结构如图3所示。

3  安检舱骨架力学分析

由于拖挂车总重量不得超过3500kg，故控制舱体骨架重量为保证设计要求最为行之有效方式，这样即对安检舱的材料使用、强度等指标提出了很高的要求。本系统安检舱厢体大板采用加筋复合大板制作技术，为保证舱体调平升举及吊装强度，底壁板骨架采用钢制封闭框架结构，选用4mm厚宝钢750钢板材料，为减轻车厢重量，顶部及侧部壁板采用40mm×50mm铝合金矩形管为主骨架材料。所有壁板骨架均采用大跨度斜拉结构，减少短横梁数量，并在底壁板骨架纵梁立面加工减重孔。

四点调平举升为最恶劣工况，按此工况对底骨架模型做受力分析，进行仿真计算，结果如图4所示。从仿真结果来看，骨架受力处由于使用了高强钢板，使得加载后，整体骨架变形为4.2mm，满足设计要求，最大应力为235MPa，在底骨架处，远小于宝钢750钢板材料屈服应力值。除底骨架外，其余部分使用铝合金，使得整个骨架重量控制在900kg，从而满足总体指标要求。

4  结语

结合车载移动式安检安防系统的研制，本文从结构总体设计、扩展机构设计、电动撑腿设计以及安检舱骨架设计等重要方面进行了阐述，并对各传动机构的详细设计，以及骨架的力学性能做了详细的设计分析，实现了系统功能与结构设计指标。系统整机实际工程研制完成后，状态稳定，性能可靠，综合指标与功能性均能较好满足设计要求，对类似移动式安检安防系统研制工作具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]武帅.太赫兹技术应用进展[J].电子技术应用，2019（7）：3-7，18.

[2]范殿梁.车载移动式太赫兹综合安检系统的设计与应用[J].中国安全防范技术与应用，2018（6）：9-11.

[3]高炳西，冯辉.太赫兹人体安检关键技术及应用[J].警察技术，2016（03）：23-26.