阎慧杰，李 军，段帅帅，刘飞飞，王炳燊，郭亚洁

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046000）

0 引言

为实现弹体转载功能，需要用到弹体转载机动车。在转载机动车上装某型号大型吊机，为实现吊装弹体，对应弹体吊点，设计出特应的弹体吊具。本文采用UG8.5 三维建模软件对吊具进行三维建模，转出中间格式，导入到有限元软件中，进行六面体网格划分，建立有限元模型，并依据所受载荷情况对吊具施加边界条件，最后实现有限元分析，得到相应的吊具应力和应变云图，从有限元分析结果可知，该结构满足强度和刚度设计需求，能够应用于实际吊装弹体。

1 吊具结构方案设计

弹体吊具是弹体吊点与吊机吊钩之间进行过渡传载的装置，因此设计时应当充分考虑吊点的对接位置，同时由于转载车宽度要求，还需将吊具设计成可折叠结构，方便放置，避免超宽，为了实现吊装不同弹体，将吊具设计成两端可伸缩式结构，以满足多种弹体吊装[1]。综合实际工况和功能使用需求，设计出的弹体吊具主要由主梁1、副梁2、伸缩梁3、连接销轴4、吊环5、弓形卸扣6、吊装带7 等构件组成，如图1 所示。主梁、副梁和伸缩梁均为箱体结构，且均焊接有耳板用于连接卸扣。使用连接销轴将主梁与副梁进行铰接，同时实现主梁与副梁完成折叠，伸缩梁中焊接挡块用于伸缩限位，实现吊装不同弹体。

图1 吊具结构示意图

2 建立吊具三维模型

由主梁、副梁、伸缩梁组成的吊具横梁为弹体吊具的关键受力部件，因此针对吊具横梁及其各组成部分进行有限元分析即可。

借助NX UG8.5 三维建模软件对吊具总体模型进行建模，如图2 所示，分别设计主梁、副梁、伸缩梁等构件，而后将所有构件进行装配，完成关键件模型的建立，并将该模型导出成.stp 文件格式，为有限元分析提供模型准备。

图2 横梁组件模型

3 关键件有限元分析

将UG8.5 设计好的三维模型导入有限元软件后，需要对其进行相应的前处理和后处理，以弹体吊具吊载最大弹体为极限工况进行有限元分析，即伸缩梁伸出，在两端伸缩梁吊点处施加载荷。

3.1 材料性能

本文采用的弹体重量为300kN（30t）。考虑到材料属性和实际工况需要，选取牌号为Q345B 的钢材作为横梁主体材料[2]，材料的力学性能参数如表1 所示。

表1 材料力学性能参数

结合设计需求，对于横梁总体变形量要求不得大于15mm。

3.2 构建有限元模型

导入模型后，将模型进行六面体网格划分，并检验网格质量，经过网格划分后的有限元模型如图3所示。

图3 有限元模型

3.3 施加边界条件

依据弹体吊具起吊过程中载荷的传递情况，应在主梁两个吊耳孔上半圆周面施加固定约束，在伸缩梁两端吊耳分散施加弹体重力，以及对吊具本身施加自身重力，具体边界条件施加情况如图4 所示。其中弹体重量为300kN（30t），弹体吊具自重为250kN（25t）。

图4 施加边界条件

3.4 有限元结果分析

经过有限元软件求解后，可以清晰地得到横梁的应力和应变云图，如图5、6 所示。从云图可知，最大应力值约为201MPa，小于所选用材料的屈服强度，符合强度设计要求，最大总体变形量约为10mm，小于设计要求的15mm，符合设计需求。综合总体结果，弹体吊具横梁组件可以满足吊装强度需求[3-4]。

图5 应变云图

4 结语

通过弹体吊具的方案设计，建立了对应的三维模型，并转化格式导入有限元软件中进行了有限元分析，经过分析得出的结果可知，强度和刚度都可以很好地满足设计要求，能够实现弹体吊装任务。同时经过模型设计和仿真分析，给实际生产和应用有效地提供了理论依据，有较好的参考价值。

图6 应力云图