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图2 改进后的车架
2 车架的受力分析与计算飞机牵引车车架在整车满载状态下,除承受整车各零部件、覆盖件的重力外,还要承受来自于飞机前轮的负载 。对其进行静强度分析的首要条件是找出车架所受外力的边界条件,即找出与车架相连且对车架受力及变形有较大影响的各总成作用在车架上的力的大小和方向 。车架所承受的发动机、液压泵等部件的重力与负载相比较小,可忽略不计 。车架后部是主要的承力结构,尤其是立梁,其结构的合理性直接影响整车的安全性和可靠性,对车架进行静强度分析的关键是针对立梁部分进行分析,而立梁受力的边界条件是夹持- 举升液压缸 。根据力的作用力与反作用力原理,须对夹持- 举升装置进行受力分析, 以得到立梁的受力状况 。
在举升过程中举升力是变化的,而液压缸受力在举升过程中的其他位置与水平位置时相差不大,因此, 选取托盘处于水平位置即将飞机前轮从地面托起时的状态来计算举升力,夹持- 举升装置受力见图3 。
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图3 夹持- 举升装置受力分析图
图3 中, G1 为牵引车最大举升质量,由于牵引车能满足多种型号飞机的作业要求,此处选取最大的飞机前轮负载,G1 = 55 kN;G2 为夹持- 举升装置自身的质量,G2 = 10 kN;F 为左右两个夹持- 举升液压缸产生的举升力;L1 为飞机前轮作用点到导轨支点A 点的距离,L1 = 942 mm ;L2 为夹持- 举升装置重心到A 点的距离,L2 = 797mm;L 为夹持- 举升液压缸的举升力到A 点的距离, L = 275 mm 。
由图3 可以看出,液压缸要将机构抬起,夹持- 举升液压缸相对于A 点产生的力矩应大于飞机前轮负载和夹持- 举升装置自重到A 点产生的力矩之和, 即应满足
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由于举升力与水平方向的夹角为1.35,接近于水平,因此, 可将举升力分解到水平方向为217 kN、垂直方向为0 。
由平衡方程X = 0和Y = 0可知,B 点处举升液压缸支座铰接孔施加给举升液压缸端部铰接销轴的力为F,方向水平向右 。C 点处摆动座施加给夹持- 举升装置端部固定轴的力为G1 G2 = 65 kN, 方向垂直向上 。
3 改进后车架的有限元分析3.1 有限元模型的建立
在进行车架有限元分析时,为尽可能反应实际情况,确保有限元分析结果的合理性,根据车架除前桥受力,其余受力主要集中在中后部的特点,利用现有的SolidWorks 车架三维模型,并把前桥前端部分去掉,进行简化,建立了三维有限元分析模型 。
3.2 材料的属性车架材料选用低合金高强度结构钢Q345B,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 生成算例建立模型、定义材料属性后,即可生成算例 。考虑所分析问题是关于飞机牵引车在多种型号飞机作业中最大负载工况下车架的变形与应力,因此宜采用有限元静力学分析方法 。
3.4 网格的划分对车架模型采用实体单元网格类型进行网格划分 。
3.5 设定约束和载荷条件载荷和约束的施加与工程实际是否吻合直接影响到分析结果的正确性、合理性 。百思特网在CosmosWorks 中对飞机牵引车的车架部分进行有限元分析时,首先施加约束,定义后轮马达安装处和前桥处的约束 。左右后轮马达安装孔处的约束设为轴承支撑,前桥左右两处约束设为滚柱/ 滑杆 。在最大负载工况下,根据图2 中夹持- 举升装置受力分析的结果,利用作用力与反作用力原理,得到夹持- 举升装置对车架施加的载荷 。B 点处举升液压缸支座铰接孔承受的作用力为F,方向水平向右 。为更贴近实际情况,将铰接孔运用分割线特征进行分割,分成左右两部分,将F 施加在右侧面上,以提高分析结果的准确性 。又由X = 0,夹持- 举升装置端部固定轴施加给摆动座端面的作用力为F, 方向水平向左 。C 处摆动座孔承受的作用力为G1 G2 = 65 kN, 方向垂直向下 。同样地将摆动座孔分割成上下两部分,将65 kN 施加在下半面上 。所添加约束与载荷如图4 所示 。
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