森林气动灭火炮连接套的结构分析.pdf

第 2期 总第 1 8 9期 2 0 1 5年 O 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0M ATI ON NO． 2 Ap r ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 2 0 2 1 9 0 2 森林气动灭火炮连接套的结构分析 范连材 ，潘 玉 田，张 小石 中北大 学 机 电工程学院 ，山西 太原0 3 0 0 5 1 摘要 主要对传统 的远程森林 气动灭火 炮 的机 构进行 详细 阐述 ，对 灭火炮 的 击发 过程 进行研 究。运用 AN S YS有 限元 软件 建立灭火炮炮身 与支架的连 接套 的有 限元 网络模 型，采 用文献 中的实测数据对模 型加 载，求 解得 到其应力分布云 图。通过应力分布 云 图，分析连接套 的刚度 、强度 ，并得到其最大应力 、最大 应变及其 所 在位置。 关 键 词 气 动 灭 火 炮 ；连 接 套 ；有 限元 分 析 中图分类 号 TP 3 9 1 ． 7 文献标识码 B 0 引言 森林火灾是 比较 频繁而且 危害性极 大的 自然 灾 害， 加之 目前易燃物品的大量应用以及环境的恶化， 我 国近年 的森林火灾有 日趋严重的趋势。目前我国的森 林消防大多采用人力进行灭火 ， 不仅效率低下， 而且非 常容易造成人员伤亡 ， 所 以远程气动灭火炮在森林 消 防 中倍受青睐 。 远程气动灭火炮 的发射精度 是 由其稳定 性决定 的， 灭火炮的稳定 性由支架维持 。而连接灭火炮炮身 和支架的部件就是连接套 ， 连接套在 灭火炮 的整体 中 起到了承上启下的作用 ， 因此本 文对 连接套 的结构进 行 有 限元分 析 就显得 很 有实 际意 义 。 1 连接套有限元模型的建立和分析 图 1为远 程气动灭火炮的简化模型。在 图 1中， 进气 口4与高压气罐连接。气动灭火炮为前装弹， 当 炮弹发射时， 打开气罐的 阀门对灭火炮 的炮管 内部进 行加压 ， 当压力达到规定的大小后便会催动炮弹前进 ， 同时气压会对炮身产生相应的后坐力 。因为炮尾和支 架在发射前都会进行相应 的固定 ， 所 以受到后坐力影 响最大的就是连接套 。 1 ～炮身 ； 2 -连接套 ； 3 一炮尾 ； 4 一进气 口； 5 一支架 图 1 远程气动灭火炮 的简化模型 有限元中的实体模型不能直接用来计算 ， 因此有 必要对它进行 网格划分 ， 网格 的划分程度将直接影响 有 限元模拟的计算结果 。若 网格划分太大， 对部件 的 受力加载不够细腻 ， 不能充分分析出部件 的受力和形 变 ； 网格划分过密， 则容易造成计算量过大 ， 影响计算 的速度并造 成不 必要 的浪 费。因此 ， 我 们应 用 AN S YS中的 AD AP T宏进行 自动网格 的划分 。 在对连接套进行有 限元分析过程 中， 为保证计算 结果的精度 ， 同时在减少不必要计算量的情况下 ， 我们 对模型进行了一定 的简化处理 。连接套简化模型划分 网格 后 如 图 2所示 。 图 2 连接套 的简化有限元模型 在森林灭火的过程中， 由于地表崎岖的程度不同， 灭火炮支架的角度和支撑情况也不 尽相 同， 因此 我们 不能 对它 进行 一个 定量 的分 析 。 由于 ANS YS有 限 元 分析被应用于各领域的时间较短， 因此它被用 于灭火 炮 方 面 的研 究 还 比较少 。我 们 通 过 已 经 获得 的数 据 ， 在短时间内对扭连接套施加载荷。 本文中的连接套材料暂定为 HT 2 0 0 ， 经过低温回 火处理等工艺制成 ， 其部分力学性能指标如下 弹性模 量为 1 3 5 GP a ， 最低抗拉 强度为 2 0 0 MP a ， 泊 松 比为 0 ． 2 5 ， 密 度 为 7 ． 9 1 0 。 k g ／ m。 。给 定 材 料 属性 后 对 连 接套添加约束和载荷 。经查阅相关 资料 ， 我们选 取某 灭火炮发射 时的载荷为 5 k N。加 载后 的部分仿真结 果 如 图 3和 图 4所示 。 图 3为连接套的应变云图。从图 3中可得到灭火 炮在发射过程 中连 接套 在受 到载荷时 的最 大应变位 置 ， 即在开 口处 与支架连接 的地方 ， 如 图上 MX 的对 收稿 日期 2 0 1 4 0 4 0 8 ；修订 日期 2 0 1 4 一 l 1 1 8 作者 简介 范连 材 1 9 8 9 一 ，男 ，山东武城人 ，在读硕 士研究 生，主要研究领域 为特殊环境灭火炮技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 0 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 5年 第 2期 应处 ； 应 变较 小处 为开 口的相对 位置 。 图 4 连接套 的位 移云图 由图 4可 知 连 接 套 的 最 大 位 移 的位 置 是 在 接 口 处 ， 最大 位 移为 6 ． 7 5 mm。连接 套 主 要 表现 为 发 生 松 动 ， 严重时甚至会产生裂纹。产生松动后， 灭火炮不能 进行有效而精确的调试和瞄准， 这就造成 了灭火炮弹 的浪费 。产生裂纹带来 的后果则是炮弹发射时的不稳 定 ， 非常容易造成发射人员的伤亡。所以， 在灭火炮的 日常维 护 中 ， 应及 时对 连 接套进 行 检查 和更 换 ， 以保证 灭 火炮 的灭 火效 率 。 2 结 论 本 文通 过对 灭火 炮连 接套 在发 射过 程 中 的状 态进 行动力学模拟分析 ， 得 出了连接套的危 险部位 。但是 该 分析 还存 在很 多 的缺 点 和 不 足 ① 文 中所 用 的 扭 连 接套 的模 型 比较 粗糙 ， 不 能够 充 分 表 现 出 连 接 套 的特 性 ； ② 本文 只针 对连 接 套 在炮 尾 和支 架 固定 的情 况 下 进行 了分析 ， 并 未考 虑 到 崎 岖 路 面 时 的状 况 。所 以 在 今后的学习中， 应加强对远程气 动灭火炮整体 的分析 和模拟 ， 这样才能起到更实际的指导作用。 参 考文献 [ 1 ] 赵刚 ， 舒 海生 ， 孙春 阳， 等． 一 种基于摩擦 吸能原 理的气 动 灭火炮用缓 冲系统E J ] ． 沈 阳工 业大学 学报 ， 2 0 1 1 ， 3 3 4 3 87 39 3． [ 2 ] 桂潜波 ， 王克 印． 迫击炮灭火 弹圆柱部结构 设计 [ J ] ． 四川 兵 工学报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 4 2 6 - 2 7 ． [ 3 ] 姜 长江 ， 何庆 国， 李文义 ， 等． 某车 载多管灭火 炮作 战体系 研 究及 发射 控制系统总体设计 [ J ] ． 四川兵 工学 报 ， 2 0 1 2 ， 3 3 9 1 4 - 1 5 ． [ 4 ] 刘 刚． 气动发射式高层建筑灭火炮研 究[ D ] ． 哈尔 滨 哈尔 滨 工 程 大 学 ， 2 0 1 2 3 0 4 2 ． S t r u c t u r e An a l y s i s f o r Co n n e c t i o n S l e e v e i n Ae r o d y na m i c Ex t i ng u i s h i n g Ca n no n FAN Li a n - c a i ，PAN Yu - t i an。ZHANG Xi ao - s hi S c h o o l o f M e c h a t r on i c En g i n e e r i ng，No r t h Un i v e r s i t y o f Ch i na ，Ta i y u a n 0 3 0 0 5 1，Ch i n a Ab s t r a c t To t he pr obl e m o f a l a r ge a r e a o f f o r e s t f i r e，a me t ho d of a p pl y i ng r e mot e p ne uma t i c g un t o f i r e e xt i n gui s hi ng i s pr op os e d． The s t r uc t u r e o f t r a d i t i on al r e mot e pn e uma t i c gun i s i nt r o duc e d i n de t a i l ，t h e s h oo t i n g pr oc e s s o f e x t i n gui s h i n g c a nn on i s s t u di e d． The f i ni t e e l e m e nt mod e l o f t he c onn e c t i on s l e e ve i n e xt i n gu i s hi n g c a n non i s s e t up us i n g ANSYS f i ni t e e l e m e nt s o f t wa r e，t he s t r e s s d i s t r i but i o n pa t t e r n i s obt ai ne d ． By s t r e s s di s t r i but i o n pa t t e r n ma p，t he po s i t i on of t he mi xmu n s t r es s i s f ou nd OUt ． Ke y wo r d s a e r o d y n a m i c e x t i n g u i s h i n g c a n n o n ；c o n n e c t i o n s l e e v e ；f i n i t e e l e me n t a n a l y s i s 上 接第 2 1 8页 警报 。为了对液压系统油液做进一步详细分析 ， 需要 将 系统油 液 通过 取样 口取 出 ， 在 实 验 室 污 染 度 检测 设 备上做详细分析 。 6 液压 系统 污 染的 控制 6 ． 1 采 用排 空法 将 空气 排 空器安 装在 油 箱 与 回油 口之 间 ， 空 气排 空 器上 装有 一个 半 渗 透 薄膜 ， 空气 溶 解 于油 箱 的 油 液 中 ， 半 渗透 薄膜 上 的细 小 孔 利 用 空 气 能通 过 而 油 液 不 能通过的原理排除空气 ， 油液经过油路流向油箱 。此 设备无需人员操作 ， 减少 了工作量。 6 ． 2 采 用 自动油 箱放 气 活 门 自动 油箱 放 气 活 门 能 够 排 除 任 何 进 入 系 统 的 空 气 ， 其 工作 原理 是 在液 压 系统 的活塞 处嵌 入一个 毛细 管 ， 油箱的活塞上装有连接活塞与油箱顶部的弹簧 ， 当 系统开始工作时 ， 油液位于油箱底部 ， 空气则浮在油箱 顶部 ， 空气通过毛细管排 向大气 ， 而当油进入毛细管时 会产生阻力 ， 装在活塞上的弹簧克服阻力 ， 使得活塞上 移关 闭排 气 口。 6 ． 3 对 固体 颗 粒 实现 污 染控制 定量 化 规定 了固体颗粒含量的技 术指标 ， 对 系统油液和 设备也有技术指标 。对 固体颗粒污染控制微细化 ， 利 用 高压 系统 和伺服 系 统 ， 各 种微 细颗 粒加 以定 量控 制 。 7 结语 现 代液 压 系统 功 能 日趋 复 杂 ， 精 密 程 度 也 越来 越 高， 液压系统污染 的危 害 日趋严重。实施液压系统的 污染控制对提高系统可靠性 ， 降低系统故障率， 以及保 障飞行 安 全具有 重要 的意义 。 参考文献 [ 1 ] 李艳军． 飞机液压传动与控制[ M] ． 北京 科学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 夏志新． 液压系 统污染 控制 技术 现状 与发展 [ J ] ． 液 压气 动与密封 ， 2 0 0 0 1 3 5 3 7 ． [ 3 ] 王珠嵌． 液压系统固体颗粒污染的分析与控制[ J ] ． 工程 机械与维修 ， 2 0 0 0 4 7 8 7 9 ． Po l l u t i o n Ty p e a nd Co nt r o l W a y s 0 f Hy dr a u l i c S y s t e m 0 f Ci v i l Ai r pl a n e WENG Ka n g - j i n g S h a n g h a i Ai r c r a f t De s i g n a n d Re s e a r c h I ns t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 1 2 1 0，Ch i na Ab s t r a c t Th i s p a p e r ma i n l y a n a l y z e d t h e p o l l u t i o n s o u r c e s i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f c i v i l a i r p l a n e ，f o u n d o u t t h e r e a s o n s ，a n d p u t f or wor d t he r e l e va nt me as u r es ． Ke y wo r ds hy dr a ul i c s y s t e m ；po l l ut i on s our c e s；c o nt r ol me a s ur e s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m