q345b是什么材料(q345b的f是多少)

王安平祁智襄阳刘文奇阳炎中国农业科学院

以飞机牵引车车架为研究对象，对其进行改进设计，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，进行有限元静强度分析，得到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；分析

中国图书馆分类号:V351.34文献标识码:A文号:1001-0785(20洪都博客18)09-0120-04

简介飞机牵引车是一种机场地面保障设备，主要在地面牵引飞机。按照牵引作业方式，飞机牵引车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技术先进、发展迅速的牵引方式。无杆飞机牵引车在牵引过程中利用自身独特的夹紧-提升装置将飞机的前起落架装载到牵引车上，并利用飞机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。无杆牵引车与传统的无杆牵引车相比具有明显的优势，因为它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。

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。身体前部略高，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。拖拉机中间车身降低210 mm，举升液压缸安装支架局部高度不变。改进后的拖拉机中后部车身更低，操作更加灵活方便。非常适合机腹较低的飞机保障作业，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，车架是一个重要的零件，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、各种液压阀块等。车架后部的左右液压马达直接与车轮连接，两个马达之间设有工作机构夹紧升降装置。所以车架的前部由钢板和矩形管焊接而成，中间凸起的部分是左右纵梁，是由6 mm厚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，里面有四根加强筋。摇摆座在竖梁的中下方，左右上方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车架结构改进:车架中后部整体降低210 mm，与左右后轮支架上表面齐平。中间凸起的左右纵梁取消，由8 mm和16 mm厚钢板叠加焊接成T型结构，以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。竖梁上表面缩小210 mm后，比原来的封闭矩形管结构有所改善。上面板是一整块16 mm厚的钢板，分别向前后方向延伸一段距离。焊接时，前纵梁和后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，为防止应力集中，上面板延伸至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位置固定，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，上下两侧的筋分别加长。左右后轮支架底板与竖梁的焊接处也采用了大圆弧过渡，使应力集中得以扩散，从而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车架的受力分析与计算:当整车满载时，飞机牵引车的车架除了承受整车各部分和盖的重力外，还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。与载荷相比，车架所承受的发动机、液压泵等部件的重力较小，可以忽略不计。车架后部是主要的承载结构，尤其是纵梁，其合理性直接影响整车的安全性和可靠性。车架静强度分析的关键是对竖梁的分析，红豆波竖梁的边界条件是夹紧-提升液压缸。根据力的作用力和反作用力原理，对夹紧-提升装置进行受力分析，得出竖梁的受力情况。

在举升过程中，举升力是变化的，而举升过程中液压缸在其他位置的受力与水平位置几乎相同。所以升力是通过选择托盘在水平位置，也就是飞机前轮离地时来计算的。夹紧提升装置上的力见图3。

图3夹紧提升装置应力分析图

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型飞机的使用要求，这里选取飞机最大前轮载荷，G1 = 55kn；G2为夹紧提升装置本身的质量，G2 = 10knf .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的距离，L1 = 942mm；L2是从夹紧提升装置的重心到A点的距离，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可以看出，当液压缸要提升机构时，夹紧-提升液压缸相对于A点产生的力矩应该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为1.35，接近水平，因此提升力在水平方向可以分解为217 kN，在垂直方向为0。

由平衡方程X = 0和Y = 0可知，B点处升降液压缸支架的铰孔对升降液压缸端部铰销施加的力为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 = 65kn，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过程中，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，根据车架的特点，除前轴外，其他受力主要集中在中后部，利用现有的SolidWorks车架三维模型，去掉前轴的前部进行简化，建立三维有限元分析模型。

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

3.3建立模型，定义材料属性后，就可以生成实例了。考虑的问题是飞机牵引车车架在各种型号飞机最大载荷条件下的变形和应力，应采用有限元静力学分析方法。

3.4网格划分框架模型按实体单元网格类型划分网格。

3.5设置约束和荷载条件荷载和约束的施加是否与工程实际一致，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，定义后轮电机安装处和前轴处的约束。后轮电机安装孔处的约束设置为轴承座，前轴左右两侧的约束设置为滚轮/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，可以得到夹紧-提升装置施加在机架上的载荷。在B点，举升液压缸支架的铰孔所受的力为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时，夹紧提升装置端部的固定轴对摆动座端面施加的力为F，方向为水平向左。C处摇摆座孔承受的力为G1 G2 = 65kn，方向垂直向下。同样，秋千座孔分为上下两部分，下半部分施加65 kN。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，整体最大应力出现在升降液压缸支架的铰链孔下侧，最大应力为105.8 MPa，其余处应力在60 ~ 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。如果只是降低原车架的高度，其强度和刚度都会降低，安全性和可靠性也会大打折扣。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。用Cosmos进行有限元分析，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。为样车的试制提供了理论依据，缩短了制造周期，降低了制造成本。

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飞机挂架升降机构的设计与有限元分析[J]