基于ADINA的导弹起竖液压缸有限元分析

　　0 概述

　　液压驱动是目前我国机动导弹起竖系统的主要驱动方式,其安全与可靠性关系着导弹武器系统的作战效能。大型伸缩液压缸是液压起竖系统的主要执行元件,结构复杂,价格昂贵。目前此类液压缸的设计没有固定标准,在使用中很容易发生爆裂、扭曲、折断以及其他失效,造成严重的损失[1]。本文对某型导弹起竖系统液压缸的强度进行分析探讨。

　　导弹起竖系统如图1所示。起竖过程中,液压缸整体长度、受力以及内部油压一直处于变化中。液压缸由于重力而产生的弯曲变形,以及由于液压缸内部复杂结构而在工作中产生的应力、应变不均匀都可能使液压缸失效。因此,有必要首先分析此液压缸在整个工作过程中整体长度、所受载荷以及内部压力随起竖角度变化情况,找出液压缸最易失效的状态,然后利用有限元软件分析其强度和刚度是否满足要求。

　　1 动力学分析

　　1.1 起竖机构

　　图1是某型导弹发射装置示意图。导弹置于发射筒中,发射筒与发射车及液压缸的活塞杆铰接。活塞在起竖液压缸中沿缸筒作直线运动。发射时,发射车到达预定发射地点,发射筒在液压缸的推力作用下起竖至垂直位置。由机械原理可知,该机构的自由度为1[2]。

　　1.2 受力分析

　　理想情况下,导弹起竖机构受力如图2所示。发射筒受到弹体和自身重力G、液压缸推力Ft及铰支点约束力的作用。根据动量矩定理,有

式中: JG为导弹和发射筒相对于O1的转动惯量,B为导弹起竖的角加速度, MF为液压缸推力对O1的力矩, MG为弹体和发射筒重力对O1的力矩。

　　由受力图2可知

　　可得

　　1.3 起竖速度分析

　　以一级液压缸驱动的起竖机构为例,起竖过程经历/匀加速)匀速)匀减速0的转动过程。起竖过程角加速度如图3所示。设定匀加速段的角加速度为β₁,匀减速段的角加速度为β₂,则

　　对时间t积分得起竖过程角速度

　　再次对时间t积分得起竖过程角位移

　　2 M atlab计算

　　给定起竖运动角速度β₁=0.05^oC/s²,β₂=-0.05^oC/s²,时间t₁= 20 s, t₂= 90 s, t₃=110s[2]。则起竖角度变化规律为

　　2.1 起竖力与起竖角度的关系

　　根据式(10)和式(14)可得起竖液压缸推力与起竖角度的关系为

　　利用Matlab计算得到起竖液压缸受力与起竖角度之间的关系曲线,见图4。

　　从图4可以得出,初始起竖力为2.797 7X10⁵N。在起竖角度为85.2079^oC时,液压缸由受压变为受拉,在起竖角度为90^oC时,液压缸受拉力-5.015 4X10⁴N。在10b和80b时,起竖力发生突变。在起竖角度为617686^oC时,液压缸受到最大负载力2.811 7X10⁵N。将图4局部放大得到C起竖力突变和最大负载力的清晰描述,见图5~图7。