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多功能抢险救援车救人平台设计及分析

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：张国仙1,2,3，王恒1,2,3，李金川1,2,3

[导读] 以某型救援车为研究对象，根据整车结构布局要求，应用PROE软件建立救人平台三维模型，根据救人平台工作状态受力情况，对其进行有限元静力学分析，计算得到救人平台应力分布。

张国仙1,2,3，王恒1,2,3，李金川1,2,3
        （1.徐州工程机械集团有限公司，徐州 221004; 2.江苏徐工工程机械研究院有限公司，徐州 221004; 3.徐工集团高端工程机械智能制造国家重点实验室，徐州 221004）



        基金项目：国家重点研发计划资助项目（2016YFC0802900）

        摘要：以某型救援车为研究对象，根据整车结构布局要求，应用PROE软件建立救人平台三维模型，根据救人平台工作状态受力情况，对其进行有限元静力学分析，计算得到救人平台应力分布。通过分析计算结果可知，救人平台的强度满足设计要求，为多功能抢险救援车救人平台结构优化设计提供理论依据。
        关键词：多功能抢险救援车；救人平台；应力
        1 引言
        在经常有人员受伤、被困等情况发生的地震、塌方等应急救援场合，救援部队因在恶劣工况不容易快速救出被困人员，因此需要有以救人为主的抢险救援救人车自带救人平台将被困人员快速救出。而目前救援车救人平台无可折叠功能，占用空间大。且无配备担架，在救助无法站立的伤员，为避免对其进行二次伤害，通常使用担架进行辅助救援。救人平台作为多功能抢险救援车核心机具之一，担负着救人的功能。因此救人平台设计必须具备足够的刚强度。本文结合实际工程项目，采用CAD/CAE相关技术，对救人平台进行设计并对其进行有限元分析，获得救人平台各部位应力分布情况，分析验证救人平台结构设计是否满足设计要求，为多功能抢险救援车设计提供理论依据。
        2多功能抢险救援车救人平台有限元模型创建
        2.1建立多功能抢险救援车救人平台几何模型
        救人平台通过快速连接器与作业平台臂连接，采用框架结构，带有防滑地板、辅助平台及2个防护门。额定载荷为400kg，工作平台能够在水平面上向左45°转动，结构设计为可折叠结构，平台折叠后具有空间紧凑，可大大节省收放时占用的整车空间；材料选用铝合金材料，可大大减轻结构重量。救人平台配备铲式担架，救援人员可通过担架来辅助救援无法正常行走的伤员。三维模型建立采用参数化设计软件PROE。建立的几何模型如图1所示。


        b）救人平台折叠状态
        图1 救人平台三维几何模型
        2.2计算分析前处理
        2.2.1几何模型处理
        在用PRO/E进行模型处理时，应该使用合适的方法，保证板与板之间的连接没有间隙，没有干涉；零件上的螺纹孔去除或用光孔代替；对于救人平台模型中不影响分析结果的小件应该隐含；删除对分析结果没有影响的倒角、坡口；对于槽型板的圆角，若不加处理会在槽形板之间形成间隙，影响求解结果。在HyperMesh中要对缝隙进行修补。
        2.2.2定义材料属性、网格划分
        救人平台所有结构材料定义为铝合金6063T5，铝合金材料密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好。参数如下表所示：
        表1 材料属性

        根据有限元划分网格要求对其划分网格来进行离散化，单元选用SHELL(壳)单元。网格大小控制在20mm到30mm。
        2.2.3建立救人平台载荷边界条件
        a) 正常工况
        救人平台承载400kg，在正常情况下为5人，每个人质量折算80kg，在人员中心位置施加对应的集中力3920N。有限元模型如图2所示。

        图2 救人平台正常工况有限元模型
        b) 偏载工况
        偏载情况下，平台内部站两人，按照160kg，1568N施加集中力，在辅助平台上按照240kg，2352N施加集中力。有限元模型如图3所示。

        图3 救人平台偏载工况有限元模型
        3 计算结果分析
        3.1静力分析
        应用软件HyperMesh分析计算，得到救人平台正常工况应力云图如图4所示。

        图4 救人平台正常工况整体应力云图
        由应力云图4可以看出，最大应力出现在与称重传感器接触的型材上，所受应力为60.6MPa，救人平台材料屈服极限为127Mpa，根据强度安全系数计算公式
        n =
        可得强度安全系数n=2.1，距其材料屈服极限仍有2倍的安全系数，满足设计要求。
        救人平台偏载工况应力云图如图5所示。

        图5 救人平台偏载工况整体应力云图
        由应力云图5可以看出，最大应力出现在与称重传感器接触的型材上，所受应力为60.6MPa，
        4 结语
        本文根据多功能抢险救援车整车布局要求，运用Pro/E软件建立了多功能抢险救援车救人平台的三维几何模型，并应用有限元分析软件HyperMesh对救人平台进行了有限元静力分析。经过静力分析可知，救人平台结构有足够的安全度，因此救人平台结构符合设计要求，为多功能抢险救援车设计提供理论依据。
        参考文献：
        [1]王宏雁, 陈君毅. 汽车车身轻量化结构与轻质材料[M]. 北京: 北京大学出版社, 2009: 9.
        [2]李娜. 铝合金车体组合优化设计[D]. 大连: 大连铁道学院, 2003: 10.
        [3]张楚林, 张胜兰, 冯樱, 等. HyperWorks分析应用实例[M]. 北京: 机械工业出版社, 2008: 29-40.
        [4]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2007.
        作者简介：张国仙（1985.3—），女，硕士，工程师，主要从事新产品设计。工作单位：江苏徐工工程机械研究院有限公司。