某型導(dǎo)彈吊架的國產(chǎn)化設(shè)計研發(fā)

姜廣順，李成龍，馮 云，余 碩

(1.空軍二十三廠，北京 102200； 2.大連長豐實業(yè)總公司，遼寧 大連 116038)

0 引 言

(1) 由于長時間使用金屬疲勞等因素，吊架大梁，士字座扭轉(zhuǎn)部分，前、后彎梁等部位產(chǎn)生變形，導(dǎo)致一些關(guān)鍵尺寸變化超差，影響了正常的裝(退)彈工作。

(2) 吊環(huán)軸、多孔吊梁的孔位、滑軌、大小彎把插銷、吊架止動裝置等部位容易磨損，磨損量達到一定程度時，繼續(xù)使用存在安全隱患。

(3) 前、后彎梁，銷軸，聯(lián)結(jié)吊環(huán)，吊鉤等一些應(yīng)力集中的部位或焊道，長期頻繁使用后會有裂紋，補焊會導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力分布不均，腐蝕嚴重時會產(chǎn)生焊道脫落，發(fā)生安全事故。

為保證裝備及人員安全，有必要對其進行國產(chǎn)化測仿，研制出滿足部隊使用要求的國產(chǎn)化產(chǎn)品。

1 原吊架結(jié)構(gòu)及設(shè)計目標

隨裝引進的吊架是由工字梁，前、后彎梁等焊接而成的金屬架，見圖1。

圖1 某型吊架的組成結(jié)構(gòu)1.工字梁 2，3.前、后彎梁 4，5.前折疊臂 6，7.后折疊臂 8，9，10，11.拉緊螺桿 12.多孔吊梁 13.標牌 14.吊環(huán)組 15，16.標牌 17.梯子 18.應(yīng)急擋板 19.彎把插銷 20.把手

此次設(shè)計的重點及要求是國產(chǎn)化吊架應(yīng)具有足夠的強度和剛度，滿足吊裝過程安全有效承載，吊架的安全系數(shù)不小于3；采取有效措施保證吊架的加工精度，使之滿足吊裝對象的接口要求；吊環(huán)可在吊耳上移動定位，適應(yīng)不同質(zhì)心狀態(tài)下的平衡吊裝，滿足通用化、便捷化要求；吊架按要求進行動載、靜載試驗考核，不產(chǎn)生永久變形，經(jīng)過超聲波探傷，焊縫處應(yīng)無裂紋，能夠適應(yīng)鹽霧、高溫、高濕等使用環(huán)境。

術(shù)后所有病例均采用Matta影像學(xué)評估標準評定髖臼骨折復(fù)位質(zhì)量：骨折端移位＜1 mm為解剖復(fù)位，移位1～3 mm為滿意復(fù)位，移位＞3 mm為不滿意復(fù)位。術(shù)后1年采用改良的Merle d'Aubigine和Postel評分系統(tǒng)評定髖關(guān)節(jié)功能，總分18分，優(yōu)18分，良15～17分，可12～14分，差＜12分。

2 國產(chǎn)化吊架的選材及工藝處理

國產(chǎn)化吊架沿用原吊架的框架梁形式。為保證國產(chǎn)化吊架的安全性能要求，在專業(yè)檢測中心，進行了原吊架的材質(zhì)檢驗。根據(jù)檢測結(jié)果，選擇國產(chǎn)材料手冊中結(jié)構(gòu)強度和焊接性能不低于原吊架的材料作為國產(chǎn)化吊架的制作材料。同時，對選用的主要材料進行了材質(zhì)化驗，確保使用的材料符合設(shè)計要求。主要部件的選材及工藝處理要求如下：

(1) 工字梁

工字梁由2根一字梁和方錐臺組成，形成一個3 440×1 695 mm的大“工”字，是吊架的主體結(jié)構(gòu)。采用Q345A鋼加工制作，以保證足夠的強度和剛度。一字梁內(nèi)有7 根加強筋預(yù)焊其中，方錐臺中縱有6 根強筋、橫有3×2 根強筋( 對稱) 預(yù)焊其中。一字梁與方錐臺相互插配再焊接，使一字梁形成10 根加強筋。

(2) 吊環(huán)及吊環(huán)組

吊環(huán)及吊環(huán)組是連接起重設(shè)備和吊架的關(guān)鍵件，要求有足夠的強度和剛度。吊環(huán)組件和門字件選用38CrNi鋼、軸選用40Cr鋼機械加工而成，經(jīng)熱處理后，獲得較高強度、硬度，有較好的韌性。

(3) 多孔吊梁

多孔吊梁共5 根，從長度上分為2 種，從孔的數(shù)量上分為3 種，且保持對稱分布。用20 號鋼鍛制再機械加工，合格后縱向焊于方錐臺中部。5 根吊梁同時有多孔可選，組成多種不同起吊方式。

(4) 爪鉤

爪鉤是吊架工作時抓起導(dǎo)彈的主要部件，選用40CrNi鋼，經(jīng)鍛造加工、熱處理、機械加工而成。

(5) 折疊臂選用5 mm低合金高強度Q390E鋼板，與預(yù)先加工成型的套筒、臂頭等焊接而成。

(6) 士字座

前、后彎梁下方的士字座由5 mm 低合金高強度Q390E鋼板與預(yù)先加工成型的套、把手、梅花套筒等零件焊接而成。裝于前、后彎梁的下方，形成“腿”，裝卸導(dǎo)彈時起定位支撐作用。

(7) 絲杠、連桿

絲杠、連桿用40Cr鋼，經(jīng)熱處理、機械加工而成。

(8) 軸、連桿

連接爪鉤、滑軌的軸與連桿，選用40Cr鋼，經(jīng)熱處理、機械加工而成。

原材料要進行入廠復(fù)驗無損探傷，及時發(fā)現(xiàn)原材料的內(nèi)部缺陷；在工藝文件中明確規(guī)定原材料入廠復(fù)驗環(huán)節(jié)，粗加工工序后進行超聲探傷[1]。鍛件、焊接件、熱處理件及關(guān)重件，按圖樣和相關(guān)標準進行磁粉探傷檢查；所有結(jié)構(gòu)件做發(fā)藍處理；對零(部)件金屬鍍覆、梁體噴底漆和面漆進行表面防護。

3 吊架承載能力的有限元分析

吊架在起吊過程中需承受起吊物的重力、自身重力和過載載荷，為確保吊架具有足夠的強度和剛度，滿足起吊過程安全有效承載同時減輕吊具自身重量，需對吊架開展結(jié)構(gòu)強度計算分析。有限元分析法對解決機械結(jié)構(gòu)的靜力和動力問題非常有效[2]。

吊架分為兩種吊法：一種是爪吊，使用爪鉤抓住重物起吊；一種是腿吊，使用折迭桿通過支架承載重物起吊。爪處固定，在13/3孔處加力，建立爪吊的有限元計算模型；腿處固定，在11/3孔處加力，建立腿吊的有限元計算模型。由計算結(jié)果可見，爪吊最大應(yīng)力在爪處，見圖2。腿吊的最大應(yīng)力和爪吊的次大應(yīng)力發(fā)生在背面的中部，見圖3。整理的吊架關(guān)鍵點應(yīng)力值見表1所列。

圖2 爪吊最大應(yīng)力在爪處的次大應(yīng)力在背 圖3 腿吊的最大應(yīng)力和爪吊面的中部

表1 有限元計算的數(shù)據(jù)

圖4 測點的布置圖

根據(jù)位置1處吊架的材料Q345A，可以用公式S=σs/σ計算安全系數(shù)。這里σs為材料Q345A的屈服點，取值為455 MPa，σ為根據(jù)工作載荷計算或測量的危險點的應(yīng)力。按計算數(shù)據(jù)計算的安全系數(shù)，見表2所列。

根據(jù)計算結(jié)果得出，吊架的安全系數(shù)為4.84，符合QJ 2472.1-93 《吊具通用技術(shù)條件梁式吊具》中對Ⅰ級吊具(吊具安全系數(shù)不小于3)的要求。

表2 位置1 的有限元分析數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)的比較

4 技術(shù)難點的解決途徑

(1) 承載強度的計算和試驗 按照設(shè)計指標和功能要求，首先對設(shè)計圖進行三維設(shè)計轉(zhuǎn)化，在三維模型的基礎(chǔ)上進行裝配仿真，分析驗證設(shè)計數(shù)據(jù)和工藝性；對三維模型進行轉(zhuǎn)換，建立有限元分析，開展靜剛度和靜應(yīng)力分析，并三維顯示隨載荷增加的吊架變形情況和應(yīng)力分布。根據(jù)分析計算的結(jié)果，計算安全系數(shù)，分析安全程度。在此基礎(chǔ)上，確定關(guān)鍵部位，并測試關(guān)鍵部位的應(yīng)力與變形，進而核算實際吊架的安全系數(shù)。

(2) 合理的加工工藝保證加工精度 吊架外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在加工設(shè)備受限的情況下，為了保證吊架的加工精度，采取了保單件精度，以局部保整體的加工方法。例如，工字梁兩端的法蘭盤，暫不焊在工字梁上，而是在對接前、后彎梁時焊。先用螺釘對接好，固定在彎梁上，將兩彎梁裝在綜合胎模上，2個對邊尺寸和對角線尺寸調(diào)整好后，再焊上工字梁，這樣既省去了大件尺寸的精細加工，又保證了精度要求。

(3) 解決焊接變形問題 吊架主體結(jié)構(gòu)僅工字梁長度就為3 340 mm，全部由鋼板焊接而成，如何解決焊接變形成為問題的關(guān)鍵。為此，設(shè)計了一套對稱且可翻轉(zhuǎn)的組合夾具。先將大梁零件固定在夾具上，再把夾具平放在支座上，調(diào)整零件的位置尺寸并緊固，從大梁中部往兩端均勻點焊，然后翻轉(zhuǎn)夾具，均勻點焊對稱部位，使其連成一體，最后焊接成部件。每次焊接后自然冷卻，再進行下一輪焊接，待焊接完成后輕輕、反復(fù)錘擊焊縫兩側(cè)，以消除焊接應(yīng)力。

5 加載試驗

為進一步驗證吊架強度，吊架生產(chǎn)完成后進行加載試驗。在5種工況下對吊架整體做加載試驗，載荷為對應(yīng)的加載狀態(tài)。

(1) 靜載試驗：將載荷提升至離地約200 mm 高，持續(xù)15 min，卸載檢查，各零部件無永久變形，用十倍放大鏡檢查無裂紋。

(2) 動載試驗：以上升不大于3 m/min、下降不大于2 m/min 的升降速度將載荷提升至距地面約2.5～3 m高度，然后降至地面。下降過程中制動3 次。上述試驗過程重復(fù)3 次。試驗時在吊架正下方放置木塊保護。經(jīng)試驗，吊架各組成部分無永久變形，用十倍放大鏡檢查，無裂紋產(chǎn)生，滿足使用強度要求[3]。

6 結(jié) 語

導(dǎo)彈吊架的結(jié)構(gòu)合理性、安全可靠性及操作方便性直接影響產(chǎn)品的起吊、轉(zhuǎn)運效率及產(chǎn)品安全，是導(dǎo)彈輔助裝備的關(guān)鍵設(shè)備之一[4]。吊架研制過程中，對關(guān)鍵部件進行了有限元分析，為設(shè)計及圖紙優(yōu)化提供了理論依據(jù)[5]；對原材料、部件和吊架開展了無損探傷，并通過加載試驗進行強度驗證。結(jié)果表明，研制的吊架能夠滿足對不同工況的起吊要求，可為同類吊具的設(shè)計提供參考。