一种移动环境下显控终端固定操作装置的结构设计与分析

一种移动环境下显控终端固定操作装置的结构设计与分析

邵将徐兴盛

(中国电子科技集团公司第二十二研究所,山东青岛266107)

摘要:介绍了一种显控终端固定操作装置,该装置可使显控终端在车载、船载、机载等移动环境下具有较好的固定及操作的便捷性,人机工程性良好。该装置包括竖向设置的两根带有定位孔的滑轨,在两根滑轨之间安装可沿滑轨上下滑动的升降固定板,该升降固定板的左右两端各设置一个弹性拉手:在升降固定板的左右两端还各设置一个侧旋座,在其中的一个侧旋座上设置弹性拉手,在两个侧旋座之间较接有一个可绕侧旋座摆动的终端支座。该固定操作装置占用空间小、重量轻,可以安装在前排座椅靠背后方等位置,满足不同操作人员的不同使用需求。

关键词:显控终端:移动环境:固定操作:仿真分析

Dol:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.15.008

0引言

显控终端操作使用时需要一个稳定可靠、操作舒适的操作平台,这个条件在室内或地面很容易达成,但随着现在使用需求的多样化,需要在车、船、机等移动环境下进行显控终端操作的情况越来越多,此类移动环境往往存在空间狭小、操作平台抖动等缺陷,因此很难得到一个满足使用要求的固定操作平台。

传统的显控终端在移动环境下使用时,一般采用两种方法:第一种是在移动载体内部设计安装操作席位及操作员座椅,然后将显控终端安装在席位上,这种方法的不足之处是需要占用移动载体内部较大的空间来安装席位及操作员座椅:第二种是在移动载体内部寻找可供利用的载体自身的安装平台,这种方法的不足之处是操作位置只能在特定地点,例如副驾驶座椅前方、车辆轮毂包上方等处,不能满足其余乘员的操作使用要求。同时,现有的终端支座普遍存在体积及重量大、锁定不牢固、间隙抖动、无法调节高度、旋转时无阻尼等不足之处。

1设计思路

本文提出了一种显控终端固定操作装置的设计,其可安装在运输载体内乘员座椅靠背后方、载体内壁等部位,占用空间小,不影响操作人员的活动,人机效果较好,且安装操作方便,便于维修及拆装,如图1所示。

2结构设计

2.1设计要求

显控终端固定操作装置的使用特性决定了该操作

装置的重量、使用需求等,具体如下:

(1)固定操作装置重量≤3.5kg:

(2)操作模式:具备显控终端高度调节、旋转定位及收放功能:

(3)安装环境为轮式车时,固定操作装置变形量≤5mm。

2.2结构组成

如图2所示,该固定操作装置由滑轨、升降固定板、侧旋座、弹性拉手、侧弹性拉手、终端支座等六部分组成,整体重量约为3.1kg。两根带有定位孔的滑轨竖向设置,在两根滑轨之间安装可沿滑轨上下滑动的升降固定板,升降固定板的左右两端安装弹性拉手,在升降固定板的左右两端各设置一个侧旋座,在左侧侧旋座上设置侧弹性拉手,在两个侧旋座之间较接终端支座。

2.2.1滑轨

滑轨左右两侧为对称设计,由厚度为10mm的铝板铣加工而成,滑轨的高度决定了固定操作装置调节高低的范围,可按照实际需求设计;滑轨上设计了安装孔及定位孔,安装孔用于将固定操作装置螺装在载体内部,定位孔用于确定终端的工作位置:同时,在滑轨上安装止滑复合材料簧片,该止滑阻尼簧片的弹力与显控终端及其固定操作装置的重量之和相等,对终端的升降起阻尼作用。滑轨结构如图3所示。

2.2.2升降固定板

升降固定板由厚度为6mm的铝板铣加工而成,为减轻重量及提升美观度,在其上设计系列矩形台阶孔。该零件连接左右滑轨,安装后可根据使用需求在滑轨上下移动,如图2所示。

2.2.3侧旋座

侧旋座左右两侧为对称设计,由厚度为25mm的铝板加工而成,内部设计有弧形槽用于实现终端的旋转功能,同时弧形槽的弧度决定了终端旋转角度的大小,可根据使用需求确定弧度参数。

2.2.4弹性拉手及侧弹性拉手

弹性拉手及侧弹性拉手的构成一致,均由椭圆柄、定位销、弹簧组成,其中弹性拉手安装在左右导轨,侧弹性拉手安装在左侧侧旋座。

两种弹性拉手的定位销在弹力作用下插入滑轨定位孔及终端支座定位孔,在受到外力时定位销可自由拉出:当外力消失时,弹力解除,定位销恢复状态,插入定位孔。

2.2.5终端支座

终端支座是显控终端的安装基体,由厚度为5mm的铝板铣加工而成,为减轻重量及提升美观度,将其设计为对三角镂空形式。该零件连接左右侧旋座,同时在左右两侧设计系列定位孔,用于满足显控终端在不同角度的工作需求,如图2所示。

2.3操作方法

显控终端固定放置在终端支座上,在需要调节显控终端高度时,操作人员双手同时将升降固定板左右两端弹性拉手的定位销从滑轨定位孔中拔出,解除对升降固定板的锁定便可使其自由沿滑轨上下滑动,旋转弹性拉手使之离开预设位置后可解除其弹力,通过上下调整升降固定板将显控终端调节至舒适高度后,回旋弹性拉手使之返回预设位置以恢复其弹力,升降固定板弹性拉手的定位销在弹性拉手弹力作用下插入滑轨定位孔中,使升降固定板锁定在滑轨上,无法再沿滑轨上下滑动,如图4所示。

在需要调节显控终端角度时,操作人员将侧旋座上的弹性拉手定位销从终端支座的定位孔中拔出,解除对终端支座的锁定便可使其绕侧旋座转动,终端支座绕侧旋座摆动的角度范围为0°~100°,通过转动终端支座将显控终端调节至舒适角度后,回旋弹性拉手使之返回预设位置以恢复其弹力,侧旋座上弹性拉手的定位销在弹性拉手弹力作用下插入终端支座定位孔中,使终端支座锁定在侧旋座上,无法再绕侧旋座摆动,如图5所示。

3建模及仿真分析

3.1模型构建

图6为一个支架结构的仿真模型,模型主要包括固定操作装置和终端两部分。其中,固定操作装置结构按照实际尺寸构建,各部件之间按照实际方式施加相应约束。将终端设计为刚体,参考外形尺寸构建。将固定操作装置与终端的4个安装孔固定。

3.2仿真分析

3.2.1输入激励

根据《军用装备实验室环境试验方法第16部分:振动试验》(GJB150.16A一2009)中表C.7和图C.3获得随机振动中组合轮式车振动环境的加速度功率谱密度曲线,如图7所示。使用图7的曲线作为系统的输入激励,输入激励的位置为支架背后的6个固定孔位。

3.2.2仿真结果分析

图8和图9分别为支架结构在随机振动作用下的位移和应力仿真结果。按照高斯分布的三区间法,计算的应力和变形在区间[-3a,3a]的概率为99.73%,则应力和变形小于图8和图9中最大值数值的概率为99.73%。从图8可知,支架的最大应力为101.89MPa,远小于支架结构材料的许用应力a0.2=225MPa,图中I区域为最大应力出现的位置,从图中可以看出应力较大的范围很小。由图9不难发现,支架系统的变形量不大,最大变形量仅为0.52mm,满足支架设计对于振幅的要求。由此可知,支架设计满足振动环境的要求。

4结语

本文的设计抛弃了传统的移动载体内显控终端的安装固定方式,采用了一种轻小型的翻转背架,具有易加工、重量轻、使用方便、变形小、节约空间等优点,这对移动载体内部显控终端等类似设备的安装固定设计具有一定的指导意义。

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