一種彈體吊具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

閻慧杰，李 軍，段帥帥，劉飛飛，王炳燊，郭亞潔

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)彈體轉(zhuǎn)載功能，需要用到彈體轉(zhuǎn)載機(jī)動車。在轉(zhuǎn)載機(jī)動車上裝某型號大型吊機(jī)，為實(shí)現(xiàn)吊裝彈體，對應(yīng)彈體吊點(diǎn)，設(shè)計(jì)出特應(yīng)的彈體吊具。本文采用UG8.5 三維建模軟件對吊具進(jìn)行三維建模，轉(zhuǎn)出中間格式，導(dǎo)入到有限元軟件中，進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，建立有限元模型，并依據(jù)所受載荷情況對吊具施加邊界條件，最后實(shí)現(xiàn)有限元分析，得到相應(yīng)的吊具應(yīng)力和應(yīng)變云圖，從有限元分析結(jié)果可知，該結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)需求，能夠應(yīng)用于實(shí)際吊裝彈體。

1 吊具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

彈體吊具是彈體吊點(diǎn)與吊機(jī)吊鉤之間進(jìn)行過渡傳載的裝置，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮吊點(diǎn)的對接位置，同時(shí)由于轉(zhuǎn)載車寬度要求，還需將吊具設(shè)計(jì)成可折疊結(jié)構(gòu)，方便放置，避免超寬，為了實(shí)現(xiàn)吊裝不同彈體，將吊具設(shè)計(jì)成兩端可伸縮式結(jié)構(gòu)，以滿足多種彈體吊裝[1]。綜合實(shí)際工況和功能使用需求，設(shè)計(jì)出的彈體吊具主要由主梁1、副梁2、伸縮梁3、連接銷軸4、吊環(huán)5、弓形卸扣6、吊裝帶7 等構(gòu)件組成，如圖1 所示。主梁、副梁和伸縮梁均為箱體結(jié)構(gòu)，且均焊接有耳板用于連接卸扣。使用連接銷軸將主梁與副梁進(jìn)行鉸接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)主梁與副梁完成折疊，伸縮梁中焊接擋塊用于伸縮限位，實(shí)現(xiàn)吊裝不同彈體。

圖1 吊具結(jié)構(gòu)示意圖

2 建立吊具三維模型

由主梁、副梁、伸縮梁組成的吊具橫梁為彈體吊具的關(guān)鍵受力部件，因此針對吊具橫梁及其各組成部分進(jìn)行有限元分析即可。

借助NX UG8.5 三維建模軟件對吊具總體模型進(jìn)行建模，如圖2 所示，分別設(shè)計(jì)主梁、副梁、伸縮梁等構(gòu)件，而后將所有構(gòu)件進(jìn)行裝配，完成關(guān)鍵件模型的建立，并將該模型導(dǎo)出成.stp 文件格式，為有限元分析提供模型準(zhǔn)備。

圖2 橫梁組件模型

3 關(guān)鍵件有限元分析

將UG8.5 設(shè)計(jì)好的三維模型導(dǎo)入有限元軟件后，需要對其進(jìn)行相應(yīng)的前處理和后處理，以彈體吊具吊載最大彈體為極限工況進(jìn)行有限元分析，即伸縮梁伸出，在兩端伸縮梁吊點(diǎn)處施加載荷。

3.1 材料性能

本文采用的彈體重量為300kN（30t）?？紤]到材料屬性和實(shí)際工況需要，選取牌號為Q345B 的鋼材作為橫梁主體材料[2]，材料的力學(xué)性能參數(shù)如表1 所示。

表1 材料力學(xué)性能參數(shù)

結(jié)合設(shè)計(jì)需求，對于橫梁總體變形量要求不得大于15mm。

3.2 構(gòu)建有限元模型

導(dǎo)入模型后，將模型進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，并檢驗(yàn)網(wǎng)格質(zhì)量，經(jīng)過網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖3所示。

圖3 有限元模型

3.3 施加邊界條件

依據(jù)彈體吊具起吊過程中載荷的傳遞情況，應(yīng)在主梁兩個(gè)吊耳孔上半圓周面施加固定約束，在伸縮梁兩端吊耳分散施加彈體重力，以及對吊具本身施加自身重力，具體邊界條件施加情況如圖4 所示。其中彈體重量為300kN（30t），彈體吊具自重為250kN（25t）。

圖4 施加邊界條件

3.4 有限元結(jié)果分析

經(jīng)過有限元軟件求解后，可以清晰地得到橫梁的應(yīng)力和應(yīng)變云圖，如圖5、6 所示。從云圖可知，最大應(yīng)力值約為201MPa，小于所選用材料的屈服強(qiáng)度，符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，最大總體變形量約為10mm，小于設(shè)計(jì)要求的15mm，符合設(shè)計(jì)需求。綜合總體結(jié)果，彈體吊具橫梁組件可以滿足吊裝強(qiáng)度需求[3-4]。

圖5 應(yīng)變云圖

4 結(jié)語

通過彈體吊具的方案設(shè)計(jì)，建立了對應(yīng)的三維模型，并轉(zhuǎn)化格式導(dǎo)入有限元軟件中進(jìn)行了有限元分析，經(jīng)過分析得出的結(jié)果可知，強(qiáng)度和剛度都可以很好地滿足設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)彈體吊裝任務(wù)。同時(shí)經(jīng)過模型設(shè)計(jì)和仿真分析，給實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用有效地提供了理論依據(jù)，有較好的參考價(jià)值。

圖6 應(yīng)力云圖