浅析装备环境适应性改进设计

浅析装备环境适应性改进设计

何焱

贵州航天天马机电科技有限公司 贵州省遵义市，563000

摘要：环境适应性是装备的重要质量特性，为减少极端恶劣环境对装备的影响，需对装备进行环境适应性改进设计，本文通过对典型环境下装备的失效模式进行分析，从装备设计和工艺过程控制等对装备的环境适应性进行改进，提高装备对复杂环境的适应能力。

主题词：环境适应性  改进设计 工艺控制

1 引言

环境适应性是指装备在服役过程中的综合环境因素作用下能实现所有预定的性能和功能且不被破坏的能力，是装备对环境适应能力的具体体现，是影响装备效能发挥的重要质量特性，在装备设计中就需要开展环境适应性改进设计，包括减缓环境影响的措施和提高装备自身抗环境作用能力的措施。如可通过减振设计，减少振动、冲击应力影响。

2 环境对装备的影响

装备环境是指在装备在贮存、运输、训练及使用等过程中可能遇到的一切外界影响因素，包括自然环境和诱发环境。任何一种环境均会对所处该环境的装备产生影响，主要表现为两种，一种是对装备产生暂时影响，使装备在使用过程中不能正常工作，但在环境因素减少或消失后可以恢复正常工作；另一种是会对装备产生永久影响，在环境因素减少或消失后装备无法恢复其功能，使装备发生损坏或失效。

3典型环境因素分析

环境因素分为自然环境因素和诱发环境因素，主要涉及气候、地理、生物、机械和能量等各个方面，现针对典型环境因素进行分析。

3.1 高温环境

高温可使材料和结构件产生膨胀、软化、老化，致使其变形、强度降低，从而导致功能降低或丧失。例如，不同材料的高温膨胀会使结构配合之间产生黏合、卡死或松动；机电部件过热会使绝缘或导电性能改变；有机材料褪色、裂开或出现裂纹，会缩短装备工作寿命；结构件发生变形、失效，引起装备机械性故障或者破坏完整性；温度梯度不同，电子电路的稳定性会发生变化，电阻器件阻值、继电器等接通和断开范围也会发生变化。

3.2 低温环境

低温会造成湿气冷凝，出现霜冻和结冰现象；电气和机械性能变化，强度下降，抗冲击载荷能力减弱，易断裂；普通润滑剂黏度增加、变稠或固化、失去润滑特性；防冻液冻结，影响机械动作的质量和精度，尤其是液压动作系统最敏感；材料发硬变脆，低温引起材料收缩，配合间隙变化，使机械动作迟缓或停止，内部水、汽冻结，使功能失灵。

3.3 高湿环境

空气中的湿度过高，会在装备表面形成水膜，腐蚀金属表面；引起光学仪器表面起雾，影响仪表判读效果；对玻璃能产生化学作用，使玻璃性能恶化；水汽凝结并向密封组件中渗透，促进微生物的生长，加速密封组件的破坏作用；电子设备和精密仪表的元器件焊点被腐蚀而引起断路或改变电气性能，造成设备、仪器性能下降或失灵。

3.4 沙尘环境

沙尘与空气摩擦会产生静电，对电子设备有破坏作用；沙尘沉积可增大接触电阻，造成电路短路；零配件也会磨损加快，易造成过滤器的沙堵，使装备的活动部件产生故障，若发动机过滤器堵塞，会加速制动系统卡死。

3.5 应力环境

振动可引起装备表面涂层产生裂纹和破损，零件之间摩擦力的增加或减少，配合面和表面处理层可能被擦伤，或相互干涉而引起的失效或功能变化；销子、簧片、减振装置、紧固件、连接件或其他结构元器件的位移或变形；电子和电气类产品的绝缘强度改变，绝缘电阻下降，磁场和静电场强度变化；灯丝线圈折断，导线绝缘破坏或断裂，电路遭到破坏；电路板失灵或损坏，电接头失效或短路，电热类加热丝可能折断，双金属片可能变形弯曲，精度可能变化。

3.6 电磁环境

电磁辐射环境对高技术装备、电子装备、通信装备等都会产生破坏和干扰作用，如电磁辐射产生的电磁脉冲以电感应、磁感应、电子耦合等方式进入到通信设备和电力电缆系统，造成动力电网局部受损甚至瘫痪，使通信中断，指挥失灵。

4 装备环境适应性设计

为保证装备在所处的环境中能达到要求的功能和指标，在装备研制过程中，就要根据规定的环境适应性要求开展环境适应性设计和工艺过程控制。

4.1 结构设计

装备的结构形式对其在高湿、霉菌、盐雾等环境下的适应性有很大的影响。结构设计时，应避免缝隙、死角、半封闭等结构，以免金属材料在缝隙、死角处发生腐蚀，在半封闭结构处积水发生锈蚀，如无法避免缝隙和死角,则可考虑焊死或用密封剂填充；焊接结构件的焊条成分应与母体材料保持一致，避免发生电偶腐蚀现象，并尽量采用连续焊，避免气孔和缝隙；装备在进行设计时结构应尽可能简单，在无法简化结构的情况下，可考虑将腐蚀严重的部位设计为可拆卸结构，以利于后期维修或更换；钢材结构需设计为便于水流走的结构或在可能积水的位置设置排水孔。

4.2 缓冲减震设计

缓冲减震设计的目的是在运输、装卸过程中发生振动、冲击等外力时，能保护装备不受损坏。因此，结合装备自身特点，在缓冲减震设计时应尽量减小传递到装备上的冲击、振动等外力；当存在外力作用时，缓冲机构应分散作用在装备上的应力；保护装备的表面及凸起部分；防止装备的相互接触，避免装备之间的相互摩擦；防止装备之间的互相移动，适当设计固定装置固定。

4.3 电磁防护设计

现代装备对电子设备的依赖性和电子设备的电磁敏感性，使得装备防电磁危害的能力成为保证战争胜利的一个重要因素。屏蔽、滤波器、优化布线及线路设计、保护电路是目前几种常用的抗电磁危害加固技术，它们在一定程度上起到了抗电磁环境危害的作用。

4.4 表面涂覆技术

表面涂覆技术即利用涂料、油脂或金属镀层等防护涂层实现装备的防护。这种将功能材料直接涂覆于装备表面来隔绝外界环境作用的方法，是目前采用的最为广泛的一项防护技术，可通过涂覆一定的阻隔材料，将水汽与装备分隔开来，从而延缓装备锈蚀、霉变、失效等各种环境效应。

4.5 工艺过程控制

机械加工过程：机械加工过程中应采用无腐蚀性的冷却液，采用各种手段防止工序间零件生锈，镁合金尤其要注意工序间防锈；镁合金加工采用干式切削或风冷，不允许采用冷却液；不锈钢零件加工螺纹时，宜采用无腐蚀性的冷却液，或采用有涂层的丝锥工具，不加冷却液；对加工过程中已产生残余应力的零部件，应采取退火、喷丸等方法消除残余应力。

焊接过程：在可能情况下以连续焊代替断续焊，若不可避免，断续焊缝采用密封胶填满缝隙；有镀层的焊接件，采用组件焊接后镀覆；根据材料强度、厚度、结构拘束度等确定焊接后是否进行消除应力处理。

涂覆过程：3mm以下钢板宜采用磷化预处理打底，铝板采用氧化处理打底，3mm以上的铝板、钢板采用喷砂、喷丸预处理打底，增加表面附着力；严格控制涂覆施工工艺，特别是预处理工艺，过程控制对最终的涂覆质量至关重要；严格控制表面处理至涂覆的间隔时间，钢铁零件磷化后在24h内涂漆，铝及铝合金零部件经阳极化、化学氧化后在24h内涂漆，镁合金零部件化学氧化后在24h内涂漆，喷砂、喷丸后在6h内涂漆，严禁赤手接触。

装配过程：装配过程中应控制装配应力，避免产生较大的残余应力，如不可避免，要采取措施消除应力；不允许赤手装配精密产品。

5结论

装备的环境适应性关系到装备在极端恶劣情况下的使用能力和生存能力，为保障装备能在环境条件下正常使用且不受损坏，需要在装备设计过程中要开展环境适应性设计，从设计上保证装备在极端恶劣环境下的可靠性，同时，要严格控制机械加工、焊接、热处理、涂覆、装配等工艺过程，确保生产过程中不引入影响装备环境适应性的因素，从而提高装备对复杂环境的适应能力。

参考文献

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