圍裙連接件的改進設計及驗證

羅伯軍，顧力智，祁偉棟

（上海海迅機電工程有限公司，上海 202007）

0 引言

圍裙連接件是保障氣墊船水陸兩棲性能的關鍵設備，與船的墊升性能、穩性、快速性及耐波性等總體性能密切相關。氣墊船圍裙連接件在使用中暴露出部分連接件損壞的問題，尤其是在艏轉角圍裙內安裝邊及艉轉角圍裙外安裝邊處，影響到氣墊船的正常使用，尤其是圍裙內安裝邊檢查不便，損壞后較難發現而可能造成潛在風險。針對氣墊船圍裙連接件在使用中暴露的局部連接件損壞的特點，開展理論分析與研究，在原有形式上改進連接件結構型式，以期能提升圍裙綜合使用性能。

1 組成及連接型式

鉸鏈連接件共有5種，分別為與艇體連接的上鉸鏈I、上鉸鏈II，與圍裙連接的下鉸鏈I、下鉸鏈II、下鉸鏈III，連接銷軸有銷軸φ6、銷軸φ9這2種，分為3類組合方式，用于周邊圍裙及分隔圍裙裝艇連接。組合及應用區域見表1，鉸鏈型式及鉸鏈連接形式見圖1～圖3。

圖1 上鉸鏈結構型式

圖2 下鉸鏈結構型式

圖3 圍裙連接件連接示意圖

表1 圍裙連接件組合型式及應用區域

2 存在的問題

氣墊船圍裙壽命到期更換時，發現艏部圍裙內安裝邊、艉轉角圍裙外安裝邊處連接件出現過損壞的情況，其中艉轉角圍裙內安裝邊處裝艇連接件的下鉸鏈II在接近穿銷軸孔處發生過整體斷裂的現象。

3 圍裙連接件損壞原因分析

根據艏部圍裙內安裝邊和艉轉角圍裙外安裝邊處受力分析得知艉轉角圍裙外安裝邊處所受的力比艏部圍裙內安裝邊要大1倍。艏艉圍裙在內安裝邊處采用同側部圍裙相同的連接鉸鏈及銷軸，艉轉角圍裙外安裝邊處的承載安全裕度相對更小一些，更容易發生損壞。

4 下鉸鏈II 改進設計及試驗驗證

4.1 下鉸鏈II 改進方案

根據艉轉角圍裙內安裝邊下鉸鏈II在使用中反映出來的問題，有針對性的進行下鉸鏈II的改進設計，將穿銷軸孔處由原開口式改為封閉式，更改后的型式不影響鉸鏈與銷軸結合處轉動，也不影響與圍裙膠布的安裝。形成幾種初步方案見圖4～圖6。

圖4 下鉸鏈II-1

圖5 下鉸鏈II-2

圖6 下鉸鏈II-3

4.2 靜應力分析

根據改進下鉸鏈II 3種不同的改進方案，我司對3種類型改進下鉸鏈II單個鉸鏈進行了建模和應力分析。要求強度≥190 kN/m，按照要求均勻劃分受力，單個鉸鏈所受到的力≥9.12 kN，為滿足要求在進行有限元計算時單個鉸鏈受力取10 kN進行計算。材料強度見表2。3種類型改進下鉸鏈II受力分析結果見圖7～圖9。

圖7 下鉸鏈II-1 應力云圖

圖8 下鉸鏈II-2 應力云圖

圖9 下鉸鏈II-3 應力云圖

表2 06Cr18Ni11Ti 材料強度

下鉸鏈II-1和下鉸鏈II-3最大應力點都在鉸鏈頸部位置（實船鉸鏈斷裂位置），最大應力分別為492.22 MPa和571.34 MPa。下鉸鏈II-2最大應力點在螺栓孔位置，鉸鏈頸部最大應力約為393.61 MPa。通過對3類方案靜應力比較，下鉸鏈II-2相對其他2種方案受力情況更好。

4.3 改進下鉸鏈II 的質量變化

不同方案改進下鉸鏈II質量與原下鉸鏈II比較見表3。

表3 不同方案上、下鉸鏈II 的質量

4.4 改進下鉸鏈II 拉力試驗方案

根據初步改進方案上海海迅機電工程有限公司對3種方案改進下鉸鏈II進行了樣件制作和拉力試驗，與原下鉸鏈II拉力試驗結果進行對比。為了達到下鉸鏈II破斷的效果，我司將陪試件材料更換為高強度材料來達到下鉸鏈II破斷的目的，見表4。

表4 拉力試驗連接形式

4.5 改進下鉸鏈II 受力情況分析

根據上述拉力試驗情況（見表5）表明，3種改進下鉸鏈II方案強度均大于原下鉸鏈II強度，拉力試驗中原下鉸鏈II在試驗過程中出現破斷，改進下鉸鏈II在拉力試驗過程中出現變形，未發生斷裂現象。

表5 不同方案鉸鏈破斷載荷

試驗結果證明3種改進型式下鉸鏈II強度均大于原下鉸鏈II。

4.6 下鉸鏈II 改進方案對比分析

通過對損壞原因分析、初樣設計及制作和拉力試驗等工作，對3種改進下鉸鏈II方案進行對比分析，結果見表6。

表6 改進下鉸鏈II 方案對比分析表

5 結論

根據氣墊船在長期使用中的柔性圍裙的連接件損壞情況，對易損部位的損壞原因進行分析，通過前期研究和初樣拉力試驗，提出相應改進方案，確定連接件結構改進型式，使其受力更為合理，保證足夠安全系數，增加可靠性，提高承載能力，提升圍裙綜合使用性能。本次改進設計可為后續圍裙連接件的技術創新提供參考。