单位文秘网 2021-07-28 08:16:05 点击: 次
摘要:以理论力学,材料力学,机械设计基础为理论依据,通过对发动机在安装状态和在吊装状态时的受力分析,计算论证了飞机发动机吊装实训平台的安全性。并且经过实践检验和无损检测的鉴定,进一步证明了飞机发动机吊装实训平台的安全可靠性。
Abstract: Taking the theoretical mechanics, the materials mechanics, the machine design foundation as the theory basis, through conducing force analysis during the installment and the hoisting of engine, the article computed and proved the security of aircraft engine hoisting training platform. And after the practice examination and non-destructive inspection, it had been further proved.
关键词:飞机发动机;吊装;应力;强度;安全
Key words: aircraft engine;hoisting;stress;intensity;safe
中图分类号:V23 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)23-0034-02
0引言
由于民航院校开展飞机发动机吊装实训教学遇到种种的困难,尤其是安全性问题更是难以解决。为此,笔者以教学重在安全的思路,开发研制了一个飞机发动机吊装实训平台。此“平台”必须为飞机发动机吊装实训教学提供安全保障,所以其安全可靠性显得尤其重要。因此,笔者从理论、实践、科学三方面来论证其安全可靠性。
1飞机发动机吊装实训平台的设计
飞机发动机吊装实训平台是根据三叉戟斯贝发动机的安装方法和吊装技术而设计。斯贝发动机是双转子涡轮风扇发动机,与现代民航飞机所使用的发动机很接近。斯贝发动机的安装方法和吊装技术均采用“三点式力学”设计,与现代民航飞机发动机的安装方法和吊装技术相同。因为“三点式力学”设计是根据三角形的稳定性而设计,三角形的稳定性在机械设计上广泛应用,非常安全可靠。
飞机发动机吊装实训平台的整体设计如图1所示,主要由上、中、下三部分构成。上部设计用于安装发动机和吊装设备。这部分是整个平台的技术要点,它既要保证发动机的安装位置准确,也要保证吊装滑轮、吊装工具的安装位置准确。中部设计用于给吊装发动机的教学人员提供理想的工作环境。这部分是整个平台的安全重点,它不仅是发动机的支承平台,而且还是实训人员的操作平台。下部设计用于承载发动机和吊装实训平台的整体重量。这部分是整个实训平台的坚实基础,它是教学人员和发动机的安全保障,而且它的中间要设计成空的,以便为吊装发动机和运输发动机留有足够的安全操作空间。
飞机发动机吊装实训平台的设计标准是以机械设计基础理论为依据,制造规范是参考飞机地面保障设备制造通用技术来加工制造。吊装实训平台整体焊接而成,焊接强度达到材料强度的90%以上,符合安全标准。吊装实训平台自重1300公斤,发动机重量为1200公斤,共重2500公斤。由8个转向轮共同承载,每个轮子核定载荷为750公斤,共能承载6000公斤。核定载荷是实际载荷的2倍以上,达到安全标准。其它的所有材料强度都采用3倍以上的安全系数计算,符合安全规定。
2飞机发动机吊装实训平台的安全性论证
2.1 飞机发动机吊装实训平台材料的强度校核飞机发动机吊装实训平台的最大弯曲应力出现在安装发动机的顶部横梁上,并且当发动机的重心落在支承架的中部时横梁承受的弯曲应力最大。此时,横梁受力分析如图1的上部所示:已知发动机的重量1200Kg,由两根横梁平均承载,每根横梁可得600Kg=6000N。每根横梁又由两根垂直支柱支承,所以每根垂直支柱的支承力为300Kg=3000N。横梁长3200mm,最大弯曲应力在中部1600mm处。横梁是方管Q235材料钢,其承受弯曲应力的截面及尺寸如图2所示。
根据图1上部得:
横梁的最大弯矩M=3000×1600=4.8×106N·mm
根据图2得:
根据Q235材料钢的许用应力值范围,取较小值80N/mm2,是横梁最大弯曲应力的10倍以上,所以横梁方管足够安全。从实训平台整体设计来看,上述材料在使用时所承受应力值最大,它都达到安全标准,因此其它材料的强度就没有必要校核了。由此可见,实训平台的材料强度达到安全标准。
2.2 发动机在安装状态时螺栓的强度计算发动机在安装状态时受力分析如图3所示:x轴为发动机的中心轴,C为发动机的重心,发动机重Q=1200kg=12000N,方向垂直向下。A和A′是发动机的左、右安装点,以中心轴的O点为对称,CO=600mm,A和A′所受的支承力垂直向上均为F。B是发动机的一个后安装点,垂足为E,CE=800mm,B所受的支承力F1垂直向上。左、右安装点A和A′的连接安装方式相同,分别各自由两根连杆铰接相连,而且连杆的长度相等。安装螺栓的材料为45号钢,铰接处为光杆,直径d=13mm,受力分析如图4所示。后安装点B是垂直连接安装,安装螺栓的材料为45号钢,铰接处为光杆,直径d=20mm,受力分析如图5所示。
根据图3,发动机的重量与安装点的支承力平衡列出平衡方程:
Σmc(F)=0,F×600+F×600-F1×800=0,ΣZ=0,F1+2F-12000=0
解得:F1=5140N,F=3430N
根据图4得:Kcos45°+ Kcos45°=F解得:K=2450N
根据图5,计算20mm光杆螺栓所承受的切应力
通过以上计算:根据安装螺栓45号钢的许用切应力值范围,取较小值120N/mm2,分别是13mm和20mm螺栓实际承受切应力的10倍以上,安全系数足够。因为安装状态时螺栓在所有的部件中是最薄弱的,它都达到安全标准,所以其它部件的强度就没有必要计算了。由此可见,发动机在安装状态时,实训平台所有部件的强度达到安全标准。
2.3 发动机在吊装状态时轴销的强度计算发动机在吊装状态时受力分析如图6所示:x轴为发动机的中心轴,C为发动机的重心,发动机重Q=1200kg=12000N,方向垂直向下。B和B′是发动机的左、右吊装点,以中心轴的O点为对称,CO=450mm,B和B′所受的拉力垂直向上均为T。A是发动机的一个后吊装点,垂足为E,CE=1350mm,A所受的拉力T1垂直向上。左、右吊装点B和B′各自由承吊能力为660kg的吊具和钢索连接。左、右吊具的安装方式相同且对称,D和D′分别是两吊具的支承约束点,E和E′分别是左、右吊具的连接安装点。G是手摇起吊机,自重25kg,核载660kg。E和E′分别由轴销连接,轴销的材料为45号钢,直径d=10mm。左、右吊具的受力分析如图7所示。后吊点A是由承吊能力为500kg的吊具和钢索连接,并通过轴销相连,轴销的材料为45号钢,直径d=10mm。H是定滑轮的支承约束点,K是手摇起吊机的支承约束点,手摇起吊机核载500kg。后吊具的安装受力分析如图8所示。
根据图6,发动机的重量与吊点的拉力平衡列出平衡方程:
Σmc(F)=0,T×450+T×450-T1×1350=0
ΣZ=0,T1+2T-12000=0
解得:T1=3000N,T=4500N
根据图7,列出平衡方程:
Σmd(F)=0,R×300+25×600-T×300=0
解得:R=4000N
计算10mm左、右轴销所承受的切应力
通过以上计算:左、右吊装点的拉力是450kg,后吊装点的拉力是300kg。左、右手摇起吊机核载660kg,后手摇起吊机核载500kg,都比较安全。根据安装轴销材料45号钢的许用切应力值范围,取较小值120N/mm2,分别是左、右轴销和后轴销实际承受切应力的4倍以上。由于发动机在吊装状态的时间较短,轴销的受力时间也较短,不会造成轴销疲劳,所以安全系数足够。因为吊装状态时轴销在所有的部件中是最薄弱的,它都达到安全标准,所以其它部件的强度就没有必要计算了。由此可见,发动机在吊装状态时,实训平台所有部件的强度达到安全标准。
3飞机发动机吊装实训平台的实践检验
飞机发动机吊装实训平台的设计制造完成已经有两年的时间了。在此期间,发动机一直安装在实训平台上进行长时间的受力测试,观测其强度和稳定性。观测结果表明:没有任何可疑现象发生。此外,我们已经进行了十几次吊装实训,检验其安全性。在每次的吊装实训过程中,吊装平台都表现得非常稳定,各方面的安全技术都达到了设计的标准。
我们还通过以下的科学方法对吊装平台进行检验。第一,测量最大的弯曲变形。起始,横梁由于受发动机的压力产生弯曲变形,测得横梁的最高点和最低点相差3mm,横梁长3200mm,说明横梁的弯曲变形小于0.1%,在允许的范围内。再经过半年的受力测试,测量横梁的弯曲变形量,没有发现增加的迹象,说明材料基本稳定。第二,应用无损检测的方法进行鉴定。起始,对所有受力的焊缝进行磁粉检测,以及对所有受力的螺栓进行渗透检测。检测鉴定结果表明:没有发现缺馅的现象,证实质量达到标准。再经过半年的受力测试,然后再对受力的焊缝和受力的螺栓进行无损检测。检测鉴定结果证实同样没有发现缺馅,说明实训平台的受力情况良好。其后,我们每隔半年进行一次检测鉴定,共进行了三次的检测鉴定,结果显示都没有发现缺馅的情况。
通过实践的检验和无损检测的鉴定,证明飞机发动机吊装实训平台结构和机械性能稳定,技术规范和安全标准都达到了很高的要求。我们还将继续定期对飞机发动机吊装实训平台进行检测鉴定,及时发现不安全因素,及时排除。我们必须以万分的小心换来十分的安全。
参考文献:
[1]杨可桢,程光蕴.机械设计基础(第三版).北京:高等教育出版社,1989,5.
[2]黄国忠.理论力学.广东高等教育出版社,1993,8.
[3]冯维明.材料力学(第二版).北京:国防工业出版社,2010,5.
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