姜廣順 李成龍 馮云/ 軍藍科技集團總公司 大連長豐實業(yè)總公司

0 引言

隨裝引進的某型吊架與吊車或吊鉤狀態(tài)的裝填車配合工作，用于裝卸帶（或不帶）導(dǎo)彈架的導(dǎo)彈，以及在發(fā)射裝置上進行裝（退）彈操作。吊具使用情況顯示，該型吊架的一些關(guān)鍵部位（如吊環(huán)組件、多孔吊梁、前后彎梁、士字座等）隨著使用年限的增長存在安全隱患，主要表現(xiàn)為：

1）由于長時間使用易造成金屬疲勞等因素，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，長期頻繁使用后產(chǎn)生裂紋，補焊會導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力分布不均，腐蝕嚴(yán)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 國產(chǎn)化吊架的選材及工藝處理

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，如圖1 所示。

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，以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3440mm×1695mm 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，方錐臺中縱向有6 根加強筋、橫向有3×2 根加強筋（對稱）預(yù)焊其中。一字梁與方錐臺相互插配后再焊接，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。

圖1 某型吊架的組成結(jié)構(gòu)

3）多孔吊梁

多孔吊梁共5 根，根據(jù)長度可分為兩種，根據(jù)孔的數(shù)量可分為三種，且保持對稱分布。用20 號鋼進行鍛制再機械加工，合格后縱向焊于方錐臺中部。5 根吊梁多孔可選，有多種起吊組合方式。

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5mm 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5mm 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。

原材料需進行入廠復(fù)驗無損探傷，以便及時發(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，應(yīng)按圖樣和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行磁粉探傷檢查；所有結(jié)構(gòu)件應(yīng)進行發(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。

圖2 爪吊最大應(yīng)力在爪處

圖3 腿吊的最大應(yīng)力和爪吊的次大應(yīng)力在背面的中部

表1 有限元計算的數(shù)據(jù)

2 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，在滿足起吊過程安全有效承載要求的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]。

吊架有兩種起吊方式：一種是爪吊，使用爪鉤抓住重物起吊；一種是腿吊，使用折疊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。

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455MPa，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。

由計算結(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

3 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(biāo)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，建立有限元分析模型，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，采取了保單件精度即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接。先用螺釘對接好，固定在彎梁上，將兩彎梁裝在綜合胎模上，待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3340mm，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，再將夾具平放在支座上，調(diào)整零件的位置尺寸并緊固，從大梁中部向兩端均勻點焊，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。

4 加載試驗

為進一步驗證吊架強度，吊架生產(chǎn)完成后在5 種工況下進行加載試驗，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200mm 高，持續(xù)15min，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 3m/min、下降不大于2m/min 的升降速度將載荷提升至距地面約2.5 ～3m 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]。

5 結(jié)束語

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。