q345b是什么材料(q345b的f是多少)

Xi王萍祁智乡杨文起刘艳阳中国农业科学院

以飞机牵引车车架为研究对象，进行改进设计，分析计算车架所受的外力和载荷，利用三维建模技术建立飞机牵引车车架的三维模型。进行了有限元静强度分析，得到了车架的应力分布和最小安全系数。分析计算结果表明，改进设计满足设计要求。

关键词:飞机牵引车；框架；有限元法；分析

中国图书馆分类号:V351.34文献识别码:A文号:1001-0785(2018)09-0120-04

简介飞机牵引车是一种主要在地面牵引飞机的机场地面保障设备。飞机牵引车按牵引作业方式可分为有杆式飞机牵引车和无杆式飞机牵引车。其中，无杆牵引方式是目前发展较快、技术先进的一种牵引方式。无杆飞机牵引车在牵引过程中，利用自己独特的一套夹紧-提升装置，将飞机的前起落架装载到牵引车上，利用飞机的重力增加牵引车驱动轮的附着重力，从而完成飞机的移动作业。红豆博客的无杆牵引车，使飞机和牵引车形成一个整体，操纵性能更加安全可靠，牵引速度和工作效率大大提高，与传统的有杆飞机牵引车相比优势明显。

我公司某型飞机牵引车采用无杆牵引方式，露天行驶，外形低矮，车身为矩形。车身前部略高，从前向后呈阶梯状。为了进一步增加与飞机的安全距离，需要改进设计，将牵引车中间车身减少210 mm，保持举升液压缸安装支架的局部高度不变。改进后的拖拉机中后部车身较低，操作更加灵活方便。非常适合低机腹的飞机保障作业，满足各种型号飞机的作业要求，扩大产品的作业和使用范围，实现一机多用。

1车架的改进设计在无杆拖拉机中，车架是一个重要的部件，在整车设计中占有重要的地位。既要承受整车各部分的重力，又要承受来自飞机前轮的载荷，保证足够的强度和刚度，以满足整车车身较低时的承载能力需求。

1.1改进前车架的结构图1是改进前车架的三维模型。车架前部装有发动机、液压泵、水箱散热器、空滤清器、消声器等动力系统附件；机架中部装有液压油箱、柴油油箱和各种液压阀块。车架后部的左右液压马达直接与车轮连接，工作机构——夹紧和举升装置位于两个马达之间。所以车架前部由钢板和矩形管焊接而成，中间凸起部分为左右侧纵梁，为厚度为6 mm的钢板焊接而成的封闭箱型结构，左右纵梁的后端与竖梁焊接在一起。竖梁是由钢板焊接而成的封闭箱体，内部分布有四根加强筋。竖梁的下中部为摇摆座，上部左右两侧设有升降液压缸支架，为25 mm厚钢板结构。夹举装置通过摆动座和举升液压缸支架与车架安装，实现牵引和推动功能，竖梁后端与左右后轮支架焊接。

1.左右纵梁2。垂直梁3。摇摆座椅4。提升液压缸支架5。左右后轮支架

图1改进前的框架

1.2车架的改进结构车架的整个后部减少了210 mm，与左红豆博客的右后轮支架上表面齐平。凸起中间的左右侧纵梁取消，改为焊接8 mm和16 mm厚钢板，形成T型结构，增强车架的抗弯能力。16 mm厚钢板的上表面与左右后轮支架的上表面齐平。为了保持车架的横向稳定性，在两根纵梁之间焊接了一个10 mm厚的L形竖板。竖梁上表面降低210 mm后，与原封闭矩形管结构相比，上面板为16 mm厚的整块钢板，前后延伸一定距离。焊接时，前纵梁和后轮支架分别采用角焊缝。与原来的三部分对接焊接结构相比，结合面和焊缝都增加了。同时，为了防止应力集中，上面板延伸到升降液压缸的支撑处，并做钝角过渡。由于提升液压缸安装支架的中心高度是固定的，与改进前相比，受力情况不理想。所以升降液压缸支架加厚15 mm，上下筋分别加长。左右后轮支架底板与纵梁的焊接处也采用了大圆弧过渡，使应力集中得以扩散，大大消除了应力集中带来的不利影响。参见图2。

图2改进的框架

2车架的受力分析和计算。当整车满载时，飞机牵引车的车架不仅要承受整车各部分和盖的重力，还要承受来自飞机前轮的载荷。静强度分析的首要条件是找出车架所受外力的边界条件，即找出与车架红豆博客相连的、对车架受力和变形有较大影响的各总成施加在车架上的力的大小和方向。车架所承受的发动机、液压泵等部件的重量与载荷相比很小，可以忽略不计。车架后部是主要承重结构，尤其是竖梁。其结构的合理性直接影响到整车的安全性和可靠性。车架静强度分析的关键是竖梁的分析，竖梁的边界条件是夹紧提升液压缸。根据作用力与反作用力的原理，需要对夹紧提升装置进行受力分析，以了解竖梁的受力状况。

举升过程中举升力是变化的，但举升过程中液压缸的受力与其他位置水平位置的受力相差不大。因此，选择托盘处于水平位置时的状态，即飞机前轮从地面升起时的状态，来计算提升力。夹紧提升装置的应力见图3。

图3夹紧提升装置的受力分析图

在图3中，G1是拖拉机的最大提升质量。由于牵引车能满足各种型号飞机的作业要求，这里选取飞机前轮最大载荷，G1 = 55kn；G2为夹紧提升装置本身的质量，G2 = 10kn；f .左右夹紧提升液压缸产生的提升力；L1是飞机前轮的作用点到导轨支点A点的距离，L1 = 942mm；L2是从夹紧提升装置的重心到点A的距离，L2 = 797毫米；l是夹紧提升液压缸的提升力到A点的距离，l = 275mm。

从图3中可以看出，为了使液压缸提升机构，夹紧-提升液压缸相对于A点产生的力矩应大于飞机前轮载荷和夹紧-提升装置自重对A点产生的力矩之和，即提升力与水平方向的夹角应为1.35°，接近水平，因此提升力可以分解为水平方向217 kN，垂直方向0°。

从平衡方程X = 0和Y = 0可以看出，升降液压缸支架的铰孔在B点作用在升降液压缸端部铰销上的力为F，方向为水平向右。在c点，摆动座施加在夹紧-提升装置末端固定轴上的力为G1 G2 = 65 kN，方向垂直向上。

3.改进框架的有限元分析3.1有限元模型的建立

在车架的有限元分析中，为了尽可能地反映实际情况，保证有限元分析结果的合理性，根据车架受力主要集中在除前轴以外的中后部的特点，利用现有的SolidWorks车架三维模型，将前轴前部去掉并简化，建立三维有限元分析模型。

3.2材料性能框架材料为低合金高强度结构钢Q345B，弹性模量E = 206 MPa，泊松比0.3，屈服极限345MPa，抗拉强度470 ~ 630 MPa。

3.3生成一个示例。建立模型并定义材料属性后，可以生成一个示例。所要分析的问题是关于飞机牵引车车架在各种型号飞机运行中最大载荷条件下的变形和应力，应采用有限元静力分析方法。

3.4网格划分框架模型的网格划分是利用实体单元网格类型进行的。

3.5设置约束和荷载条件荷载和约束的施加是否与实际工程相符，直接影响分析结果的正确性和合理性。在CosmosWorks中对飞机牵引车车架进行有限元分析时，首先施加约束，定义后轮电机安装和前轴的约束。左右后轮电机安装孔处的约束设置为轴承支撑，前轴左右处的约束设置为滚轮/滑杆。在最大载荷条件下，根据图2中夹紧-提升装置的受力分析结果，利用作用力和反作用力的原理，得到夹紧-提升装置施加在车架上的载荷。在B点，升降液压缸支架铰链孔上的力为F，方向为水平向右。为了更接近实际情况，利用分割线的特性将铰链孔分为左右两部分，并对右侧应用F，提高了分析结果的准确性。X = 0，夹紧-提升装置末端的固定轴对摆动座端面施加的力为f，方向为水平向左。C点处的秋千座孔受力为G1 G2 = 65 kN，方向垂直向下。同样，将秋千座孔分为上下两部分，下半部分施加65 kN的力。添加的约束和负载如图4所示。

图4添加约束和载荷

3.6有限元分析结果车架的有限元分析结果如图5所示。从图5a可以看出，整体最大应力发生在举升液压缸支架铰链孔的下侧，最大应力为105.8 MPa，其余应力在60 MPa ~ 70 MPa之间，安全系数为3.26，完全满足结构强度要求。从图5b可以看出，最大位移为0.9 mm，完全满足刚度要求。

(a)车架应力云图(b)车架位移云图图图5有限元分析结果

结论要求降低新框架的高度。如果只是在原车架的基础上降低新车架的高度，其强度和刚度都会降低，安全性和可靠性也会大大降低。为了在满足高度要求的同时进一步提高新车架的强度，对原车架进行了改进，并对其进行了受力分析和计算。改进后的新车架结构设计完全满足要求，是一种理想的改进方案。为样机的试制和加工提供了理论依据，可以缩短制造周期，降低制造成本。

参考文献[1]孙树雷，雷，唐继仁，等.飞机牵引车车架的三维有限元静力分析[J].机械设计与制造，2010 (4): 119-121。[2]谢建新，闫洪峰，知望，等. GD20飞机吊架车举升机构的设计与有限元分析[J]

车架 牵引车 液压缸 飞机 夹紧