圍裙連接件的改進(jìn)設(shè)計及驗證

羅伯軍，顧力智，祁偉棟

（上海海迅機(jī)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(guān)鍵設(shè)備，與船的墊升性能、穩(wěn)性、快速性及耐波性等總體性能密切相關(guān)。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(zhuǎn)角圍裙內(nèi)安裝邊及艉轉(zhuǎn)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(nèi)安裝邊檢查不便，損壞后較難發(fā)現(xiàn)而可能造成潛在風(fēng)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(jìn)連接件結(jié)構(gòu)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(yīng)用區(qū)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(jié)構(gòu)型式

圖2 下鉸鏈結(jié)構(gòu)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(yīng)用區(qū)域

2 存在的問題

氣墊船圍裙壽命到期更換時，發(fā)現(xiàn)艏部圍裙內(nèi)安裝邊、艉轉(zhuǎn)角圍裙外安裝邊處連接件出現(xiàn)過損壞的情況，其中艉轉(zhuǎn)角圍裙內(nèi)安裝邊處裝艇連接件的下鉸鏈II在接近穿銷軸孔處發(fā)生過整體斷裂的現(xiàn)象。

3 圍裙連接件損壞原因分析

根據(jù)艏部圍裙內(nèi)安裝邊和艉轉(zhuǎn)角圍裙外安裝邊處受力分析得知艉轉(zhuǎn)角圍裙外安裝邊處所受的力比艏部圍裙內(nèi)安裝邊要大1倍。艏艉圍裙在內(nèi)安裝邊處采用同側(cè)部圍裙相同的連接鉸鏈及銷軸，艉轉(zhuǎn)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(fā)生損壞。

4 下鉸鏈II 改進(jìn)設(shè)計及試驗驗證

4.1 下鉸鏈II 改進(jìn)方案

根據(jù)艉轉(zhuǎn)角圍裙內(nèi)安裝邊下鉸鏈II在使用中反映出來的問題，有針對性的進(jìn)行下鉸鏈II的改進(jìn)設(shè)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(jié)合處轉(zhuǎn)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(yīng)力分析

根據(jù)改進(jìn)下鉸鏈II 3種不同的改進(jìn)方案，我司對3種類型改進(jìn)下鉸鏈II單個鉸鏈進(jìn)行了建模和應(yīng)力分析。要求強(qiáng)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(jìn)行有限元計算時單個鉸鏈?zhǔn)芰θ?0 kN進(jìn)行計算。材料強(qiáng)度見表2。3種類型改進(jìn)下鉸鏈II受力分析結(jié)果見圖7～圖9。

圖7 下鉸鏈II-1 應(yīng)力云圖

圖8 下鉸鏈II-2 應(yīng)力云圖

圖9 下鉸鏈II-3 應(yīng)力云圖

表2 06Cr18Ni11Ti 材料強(qiáng)度

下鉸鏈II-1和下鉸鏈II-3最大應(yīng)力點都在鉸鏈頸部位置（實船鉸鏈斷裂位置），最大應(yīng)力分別為492.22 MPa和571.34 MPa。下鉸鏈II-2最大應(yīng)力點在螺栓孔位置，鉸鏈頸部最大應(yīng)力約為393.61 MPa。通過對3類方案靜應(yīng)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(jìn)下鉸鏈II 的質(zhì)量變化

不同方案改進(jìn)下鉸鏈II質(zhì)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(zhì)量

4.4 改進(jìn)下鉸鏈II 拉力試驗方案

根據(jù)初步改進(jìn)方案上海海迅機(jī)電工程有限公司對3種方案改進(jìn)下鉸鏈II進(jìn)行了樣件制作和拉力試驗，與原下鉸鏈II拉力試驗結(jié)果進(jìn)行對比。為了達(dá)到下鉸鏈II破斷的效果，我司將陪試件材料更換為高強(qiáng)度材料來達(dá)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(jìn)下鉸鏈II 受力情況分析

根據(jù)上述拉力試驗情況（見表5）表明，3種改進(jìn)下鉸鏈II方案強(qiáng)度均大于原下鉸鏈II強(qiáng)度，拉力試驗中原下鉸鏈II在試驗過程中出現(xiàn)破斷，改進(jìn)下鉸鏈II在拉力試驗過程中出現(xiàn)變形，未發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

表5 不同方案鉸鏈破斷載荷

試驗結(jié)果證明3種改進(jìn)型式下鉸鏈II強(qiáng)度均大于原下鉸鏈II。

4.6 下鉸鏈II 改進(jìn)方案對比分析

通過對損壞原因分析、初樣設(shè)計及制作和拉力試驗等工作，對3種改進(jìn)下鉸鏈II方案進(jìn)行對比分析，結(jié)果見表6。

表6 改進(jìn)下鉸鏈II 方案對比分析表

5 結(jié)論

根據(jù)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(jìn)行分析，通過前期研究和初樣拉力試驗，提出相應(yīng)改進(jìn)方案，確定連接件結(jié)構(gòu)改進(jìn)型式，使其受力更為合理，保證足夠安全系數(shù)，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(jìn)設(shè)計可為后續(xù)圍裙連接件的技術(shù)創(chuàng)新提供參考。