一種彈體吊具的結構設計與強度分析

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任公司，山西 長治 046000）

0 引言

為實現彈體轉載功能，需要用到彈體轉載機動車。在轉載機動車上裝某型號大型吊機，為實現吊裝彈體，對應彈體吊點，設計出特應的彈體吊具。本文采用UG8.5 三維建模軟件對吊具進行三維建模，轉出中間格式，導入到有限元軟件中，進行六面體網格劃分，建立有限元模型，并依據所受載荷情況對吊具施加邊界條件，最后實現有限元分析，得到相應的吊具應力和應變云圖，從有限元分析結果可知，該結構滿足強度和剛度設計需求，能夠應用于實際吊裝彈體。

1 吊具結構方案設計

彈體吊具是彈體吊點與吊機吊鉤之間進行過渡傳載的裝置，因此設計時應當充分考慮吊點的對接位置，同時由于轉載車寬度要求，還需將吊具設計成可折疊結構，方便放置，避免超寬，為了實現吊裝不同彈體，將吊具設計成兩端可伸縮式結構，以滿足多種彈體吊裝[1]。綜合實際工況和功能使用需求，設計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5、弓形卸扣6、吊裝帶7 等構件組成，如圖1 所示。主梁、副梁和伸縮梁均為箱體結構，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行鉸接，同時實現主梁與副梁完成折疊，伸縮梁中焊接擋塊用于伸縮限位，實現吊裝不同彈體。

圖1 吊具結構示意圖

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鍵受力部件，因此針對吊具橫梁及其各組成部分進行有限元分析即可。

借助NX UG8.5 三維建模軟件對吊具總體模型進行建模，如圖2 所示，分別設計主梁、副梁、伸縮梁等構件，而后將所有構件進行裝配，完成關鍵件模型的建立，并將該模型導出成.stp 文件格式，為有限元分析提供模型準備。

圖2 橫梁組件模型

3 關鍵件有限元分析

將UG8.5 設計好的三維模型導入有限元軟件后，需要對其進行相應的前處理和后處理，以彈體吊具吊載最大彈體為極限工況進行有限元分析，即伸縮梁伸出，在兩端伸縮梁吊點處施加載荷。

3.1 材料性能

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

表1 材料力學性能參數

結合設計需求，對于橫梁總體變形量要求不得大于15mm。

3.2 構建有限元模型

導入模型后，將模型進行六面體網格劃分，并檢驗網格質量，經過網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

依據彈體吊具起吊過程中載荷的傳遞情況，應在主梁兩個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 有限元結果分析

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

圖5 應變云圖

4 結語

通過彈體吊具的方案設計，建立了對應的三維模型，并轉化格式導入有限元軟件中進行了有限元分析，經過分析得出的結果可知，強度和剛度都可以很好地滿足設計要求，能夠實現彈體吊裝任務。同時經過模型設計和仿真分析，給實際生產和應用有效地提供了理論依據，有較好的參考價值。

圖6 應力云圖