张旭领
江苏徐州徐工消防安全装备有限公司 江苏 徐州 221000
摘要：为确保消防车的机动灵活性，通常要求其“短小精悍”，这就与其自身所需支腿的大跨度相矛盾。目前消防车一般采用H型支腿，支腿的横向跨距可以通过双级伸缩支腿实现，而纵向跨距一般受整车布局限制而无法实现大跨距。K型支腿的结构形式能有效的解决这一难题。K型摆腿布置于车身两侧，不占用消防车的有效空间布局，K型两级伸缩支腿能更大的发挥其大跨距的优势，因此，K型支腿在消防车上的应用势在必行。
关键词：消防车；K型；支腿结构设计；应用
0引言
随着社会和经济的迅猛发展，城镇规划建设的日益推广，消防安全愈发凸显其在人们生命财产安全中的重要性。目前国内市场上大流量，大作业幅度的消防车备受消防部队和石化企业的青睐，这样的消防车能有效解决易爆、易辐射、高热等常规消防车和消防员无法接近的火灾现场。消防车的大流量和大作业幅度就需要支腿的大跨度来保证上车的稳定性。
1 K型支腿设计的基本原理
副车架是消防车三大结构件之一，联接上车和底盘，是主要的受力承载结构件。现有H型活动腿结构形式在纵向跨度上由于受底盘和整车结构布局的影响，无法满足大幅度、大流量状态下的稳定性要求，同时纵向跨度过大会造成车架中间挠度过大，影响车架的整体稳定性。
为解决以上问题，本设计采用K型支腿形式，后面采用两节双级伸缩支腿，前面采用摆腿结构形式，这样既能保证大的纵向跨距，又能保证副车架前后两个点纵向距离小，减少副车架中间的变形。同时还能解决因消防空间需要，纵向跨距无法加大的难题。对以后系列大幅度车辆的应用提供一种K型支腿，能利用小空间实现大跨距，能沿袭到其他系列的相似车辆。
2 方案设计
根据副车架设计原则，副车架整体关键参数是支腿横向和纵向跨距、回转中心距后固定支腿中心的距离等，在确定了整机作业性能后，副车架设计的三个参数已经确定。K型结构形式的支腿铰接点距离副车架回转中心较近，同时摆缸变幅能增加副车架的纵向跨距，不但满足整车作业大跨距的要求，同时车架主体刚度得到大幅度增强，相同横向跨距的单级摆腿结构形式与H双极支腿相比，结构简单，轻量化效果明显。K型支腿较H型支腿更适合大跨距，大幅度的作业车辆的要求。如下图1所示。
.png)
图1 方案设计图
3 K支腿计算分析
利用Workbench14.5有限元模型分析模块，建立副车架及支腿的有限元分析模型。对模型中结构复杂但对模型强度和刚度影响不大的部分进行适当的删除和简化，以便建立有限元计算模型、划分网格和节省计算时间。整个副车架有限元模型全部采用实体单元建模。模型共有实体单元62842个，节点125493个。图2为JP62S2的副车架结构模型。
.png)
图2车架结构简化模型
3.1 载荷和边界条件处理
令RA 、RB 、RC、RD分别表示右前支腿、右后支腿、左后支腿、左前支腿支反力，φ为伸缩臂的工作方位角（顺时针为取+值）；T=442mm表示左、右两支腿之间的偏心距（简化示意图如图3）。
.png)
图3 几何简化模型示意图
载荷处理：上车质量简化为作用于副车架座圈上的集中力，下车质量按照各部件的质心位置加载集中力，其中底盘的自重简化为施加在副车架上联接支架上的压力。各部件质量简化如表1所示。
.png)
上车在各工作区域对回转中心的倾翻力矩取100tm。
3.2 计算分析结果
利用Workbench14.5的静态计算模块对车架和支腿进行强度和刚度计算并校核，上车对回转中心的倾翻力矩均按照最大计算，对车架及支腿进行力学性能分析：图3为副车架应力云图，图4为支腿应力云图
.png)
副车架主体采用的是Q550材料，根据FEM1.001标准，许用应力。摆动支腿较耳处和后伸缩支腿采用的是BS700MC材料，根据FEM1.001标准，许用应力。从分析结果得出，除应力集中（超出许用应力区域不超过一个单元，可忽略）区域，其余应力都满足设计要求。
副车架总成的位移云图如图5；
.png)
图5总成位移云图
副车架总成主体最大变形量为41.3mm，车架最大位移与支腿跨距之比：
41.3/7500=0.55%，满足刚度要求。
4结束语
通过和以前H型支腿对比，该K型支腿纵向跨距提升47%，轻量化方面重量减轻19%，这种结构形式不但满足了大跨度的要求，同时也满足了轻量化需求。该K型支腿结构形式首次成功在常规臂架类消防车使用，打破了以前H型设计的固有模式，并已经成功在JP62上得到使用和验证，所有指标都满足设计要求，且已经批量形成市场销售。
综上所述，该K型支腿已经在产品上进行验证，与H型支腿对比，优势显著，后续会在类似举高消防车产品上推广使用。
参考文献
[1]《工程起重机》中国建筑工业出版社顾迪民等主编
[2]《材料力学》高等教育出版社刘鸿文主编
[3]《起重机设计手册》中国铁道出版社张质文等主编
[4]《起重机设计规范》（GB3811-83）中国标准出版社
[5]钢结构设计与计算（机械工业出版社出版）
[6]F.E.M欧洲起重机械设计规范（1998年修订版）
作者简介：姓名：张旭领（1984.12--）；性别：男，民族：汉，籍贯：山东单县人，学历：硕士；现有职称：中级工程师；研究方向：工程机械