基于CATIA的起落架拆裝車設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真

郭婧

（中國民航大學(xué)工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300）

基于CATIA的起落架拆裝車設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真

郭婧

（中國民航大學(xué)工程技術(shù)訓(xùn)練中心，天津 300300）

設(shè)計(jì)了一套應(yīng)用于大型航空器起落架拆裝的工裝設(shè)備，該設(shè)備具有多自由度實(shí)現(xiàn)功能，可方便用于起落架拆裝。通過起落架上的2個(gè)牽引孔進(jìn)行定位，不會(huì)對起落架自身造成損傷，在壓縮裝配工作時(shí)間的同時(shí)，也提高了拆裝工作的可靠性，且拆裝車上定位底座的位置可調(diào)節(jié)，具有很強(qiáng)的通用性，可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)的起落架拆裝。利用CATIA軟件建立該新型起落架拆裝車的3D數(shù)字模型，通過對模型設(shè)置適合的模擬運(yùn)動(dòng)副，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，為拆裝車的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

起落架；拆裝車；位置可調(diào)節(jié)；通用性；CATIA；運(yùn)動(dòng)仿真

飛機(jī)起落架是飛機(jī)的四大關(guān)鍵部件之一，也是飛機(jī)的重要承力部件，在飛機(jī)起降過程中擔(dān)負(fù)著起落安全的重要角色。起落架更換是飛機(jī)停場維修工作的重要內(nèi)容之一，起落架的更換效率直接影響飛機(jī)的停廠時(shí)間和維修質(zhì)量。停廠時(shí)間對航空公司非常重要，直接關(guān)系到飛機(jī)的出勤、運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益[1]。通過在企業(yè)維修一線觀察發(fā)現(xiàn)，主起落架沒有專門的拆裝車，拆裝過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。本文針對這一現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一款新型的主起落架拆裝車，具有多自由度實(shí)現(xiàn)功能，可方便用于起落架拆裝，縮短飛機(jī)大修時(shí)間[2]，運(yùn)用CATIA軟件建立該新型起落架拆裝車的3D數(shù)字模型，并對其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。

1 拆裝車設(shè)計(jì)與建模

在飛機(jī)維修中對起落架的拆裝有不帶輪拆裝和帶輪拆裝2種方法。所謂不帶輪拆裝，指的是起落架在拆裝過程中機(jī)輪需要從輪架上拆除。這種拆裝方法將機(jī)輪和輪架分解，機(jī)輪的拆裝相對簡單，主要拆裝的是起落架的輪架部分，輪架的重量和體積都大大減小，拆裝也相對簡單。帶輪拆裝，即起落架在拆裝過程中，機(jī)輪不必從輪架上拆除。這種拆裝方法將機(jī)輪和輪架視為一體，拆裝難度相對較大，但適用于只要能完成起落架的例行維護(hù)，并不需要從起落架上拆除機(jī)輪的一般飛機(jī)維修檢查和為節(jié)省時(shí)間先裝機(jī)輪的情況。在飛機(jī)維修中起落架的拆裝具體選用哪種拆裝方法視具體情況而定，在飛機(jī)整個(gè)大修過程中，不同的時(shí)間工作量是有差別的，可在工作量較少時(shí)對起落架進(jìn)行組裝，到時(shí)直接帶輪安裝即可，這樣既可以均衡不同時(shí)間的工作量又可以節(jié)省時(shí)間。

1.1 起落架拆裝車設(shè)計(jì)

針對帶輪拆裝起落架的方法設(shè)計(jì)了一套具有起落架定位、支撐和調(diào)節(jié)控制的工裝設(shè)備，通過起落架自身的牽引孔將起落架定位在工裝設(shè)備上，具有更高的安全性，再通過該工裝設(shè)備的液壓調(diào)節(jié)裝置對起落架進(jìn)行上下、前后、左右和調(diào)平調(diào)節(jié)。

該拆裝車的設(shè)計(jì)主要分為：底座、定位裝置、調(diào)平調(diào)節(jié)裝置、上下調(diào)節(jié)裝置、左右調(diào)節(jié)裝置、前后調(diào)節(jié)裝置和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置7大部分。底座，是整個(gè)拆裝車的基礎(chǔ)，底座上安裝4個(gè)萬向輪和牽引；定位裝置用于確定起落架在拆裝車上的放置位置，確保起落架的安全，由定位底座和定位銷組成，以便安裝完成后能夠順利地將拆裝車移開，且組裝時(shí)使得定位更加方便、快捷；調(diào)平調(diào)節(jié)裝置用于確保拆裝車處于水平狀態(tài)，在拆裝車的底座上安裝4套液壓裝置，用水平儀檢驗(yàn)拆裝車是否調(diào)平；上下調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)高度，在拆裝車底座內(nèi)部安裝4套液壓裝置；左右調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)左右微調(diào)，采用小輪在軌道里滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)左右調(diào)節(jié)；前后調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)前后微調(diào)，實(shí)現(xiàn)形式與左右調(diào)節(jié)相同；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置用于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)微調(diào)，由齒輪、齒條、變截面軸、推力軸承和操作桿組成，齒條焊接在第4層上，齒輪安裝到變截面軸上，再通過推力軸承安裝在第5層上，扳動(dòng)操作桿，通過變截面軸和推力軸承帶動(dòng)齒輪在弧形齒條上轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

采用分層設(shè)計(jì)，共由5層組成。由于拆裝時(shí)飛機(jī)被頂起的高度有限，應(yīng)盡量降低拆裝車的高度，故1～4層尺寸逐層減小。通過起落架上的2個(gè)牽引孔進(jìn)行定位，不會(huì)對起落架自身造成損傷，在壓縮裝配工作時(shí)間的同時(shí)，也提高了拆裝工作的可靠性，且拆裝車上定位底座的位置是可調(diào)節(jié)的，具有很強(qiáng)的通用性，可實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)的起落架拆裝。

使用該拆裝車帶輪安裝起落架的安裝工序?yàn)椋?/p>

1）用飛機(jī)維修機(jī)庫的天吊將起落架吊起一定高度；

2）調(diào)整地面上的拆裝車位置，使起落架牽引孔的位置與拆裝車上定位底座的位置重合，將起落架放到拆裝車上，插上定位銷；

3）將拆裝車推到安裝位，準(zhǔn)備安裝；

4）通過調(diào)平調(diào)節(jié)按鈕將拆裝車調(diào)平；

5）利用拆裝車的上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)起落架，使其位置能夠順利安裝到飛機(jī)上；

6）磅緊螺栓；

7）拔出定位銷，按住向下調(diào)節(jié)按鈕，將起落架與拆裝車分離；

8）收回調(diào)平裝置，移走拆裝車，裝配完成。

1.2 拆裝車3D數(shù)字模型

利用CATIA軟件中的Part Design模塊和Assembly Design模塊[3]建立的新型起落架拆裝車的3D數(shù)字模型，如圖1所示。該拆裝車的爆炸圖如圖2所示。

圖1 拆裝車3D數(shù)字模型Fig.1 3D model of dismantle and assemble equipment

圖2 拆裝車爆炸圖Fig.2 Exploded diagram of dismantle and assemble equipment

為更好地對拆裝車進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，利用CATIA軟件的Part Design模塊和Assembly Design模塊[4]建立某型飛機(jī)起落架的3D數(shù)字模型，如圖3所示。

圖3 某型飛機(jī)起落架3D數(shù)字模型Fig.3 3D model of aircraft landing gear

2 拆裝車運(yùn)動(dòng)仿真

數(shù)字樣機(jī)可減少或取消對物理樣機(jī)的依賴，有效提高效率，節(jié)約成本，運(yùn)動(dòng)仿真是數(shù)字樣機(jī)的重要功能之一，具有運(yùn)動(dòng)屬性的數(shù)字樣機(jī)可替代實(shí)物樣機(jī)供設(shè)計(jì)者分析與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的性能和參數(shù)[5]。

2.1 設(shè)置運(yùn)動(dòng)副

運(yùn)用CATIA軟件中的DMU kinematics模塊，根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，在拆裝車上設(shè)置適合的模擬運(yùn)動(dòng)副，所需運(yùn)動(dòng)副如圖4所示[6]。

圖4 拆裝車運(yùn)動(dòng)副Fig.4 Dismantle and assemble equipment joints

2.2 添加驅(qū)動(dòng)命令

添加驅(qū)動(dòng)命令，并設(shè)置接合限制，調(diào)平調(diào)節(jié)的4個(gè)液壓作動(dòng)筒的調(diào)節(jié)限制是0～190 mm，4個(gè)萬向輪的限制是0°～360°，上下調(diào)節(jié)作動(dòng)筒的調(diào)節(jié)限制是0～310 mm，左右調(diào)節(jié)作動(dòng)筒的調(diào)節(jié)限制是-60～60 mm，前后調(diào)節(jié)作動(dòng)筒的調(diào)節(jié)限制是-60～60 mm，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)限制是-10°～10°，再設(shè)置升降機(jī)構(gòu)裝置為固定件[7]，則顯示“可以模擬機(jī)械裝置”，如圖5所示。

圖5 拆裝車運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)建立成功Fig.5 Motion mechanism establishment of eismantle and assemble equipment

2.3 仿真效果

經(jīng)過以上步驟，已可實(shí)現(xiàn)起落架拆裝車的基本運(yùn)動(dòng)仿真，如圖6所示。

CATIA軟件運(yùn)動(dòng)仿真過程中起落架拆裝車上下、左右、前后和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)效果，如圖7所示[8]。為便于對拆裝車進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，使用“DMU一般動(dòng)畫”工具欄中的“模擬”命令生成“模擬.1”.

圖6 拆裝車運(yùn)動(dòng)仿真Fig.6 Kinematic simulation of dismantle and assemble equipment

圖7 仿真運(yùn)動(dòng)效果Fig.7 Kinematic simulation effect

3 拆裝車運(yùn)動(dòng)仿真分析

3.1 動(dòng)態(tài)檢測干涉

運(yùn)用CATIA軟件的DMU kinematics模塊，在“DMU一般動(dòng)畫”→“碰撞模式”工具欄內(nèi)選擇“碰撞檢測停止”，再使用播放器播放拆裝車運(yùn)動(dòng)模擬。若在播放運(yùn)動(dòng)模擬過程中有干涉，則運(yùn)動(dòng)模擬停止，且碰撞區(qū)域的輪廓線突出顯示[4]。用播放器播放拆裝車的運(yùn)動(dòng)模擬，用時(shí)900 s，沒有出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模擬停止，即該拆裝車沒有動(dòng)態(tài)干涉，如圖8所示。

3.2 最短距離測量

由于拆裝時(shí)飛機(jī)被頂起的高度有限，應(yīng)盡量降低拆裝車的高度，故將車輪安裝在拆裝車側(cè)面。拆裝車的車輪是萬向輪，且4個(gè)完全一樣，前面的2個(gè)靠近拆裝車上安裝的拖把，為不影響拖把正常使用，要求車輪與拖把之間的距離大于50 mm。使用“空間分析”工具欄中的“距離和區(qū)域分析”命令測量車輪與拖把之間的最短距離，如圖9所示。由圖9可得，車輪與拖把之間最短距離為82.075 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 動(dòng)態(tài)檢測干涉Fig.8 Dynamic detection of interference

圖9 最小值測量結(jié)果Fig.9 Measurement result of minimum value

4 結(jié)語

1）采用分層設(shè)計(jì)，共5層配合使用來實(shí)現(xiàn)調(diào)平、上下、前后、左右和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)功能，可以快速、準(zhǔn)確地對起落架進(jìn)行調(diào)節(jié)；

2）利用CATIA軟件建立該新型起落架拆裝車的3D數(shù)字模型，通過對模型設(shè)置適合的模擬運(yùn)動(dòng)副，再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，為拆裝車的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)；

3）可將單個(gè)起落架的裝配時(shí)間由原來的1天降至半天，人力可由原來的8人降至3～4人，工作效率提高了4倍。

[1]祝世興，王 朔.B747飛機(jī)大修中的襟翼芯軸裝配工藝改進(jìn)與工裝設(shè)備的數(shù)字化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2012，29（3）：77-81.

[2]楊永剛，祝世興，孔 炯.一種新型起落架拆裝車液壓控制回路設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2013（1）：51-53.

[3]單 巖，謝龍漢.CATIA V5機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：1-64.

[4]魯君尚，張安鵬，王書滿，等.無師自通CATIA V5之裝配設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)渲染[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007：1-228.

[5]劉宏新，宋微微，史玉紅.CATIA數(shù)字樣機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：1-203.

[6]席思文.基于CATIA的麥弗遜懸架運(yùn)動(dòng)仿真分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（7）：114-116.

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[8]程小彪，楊志剛，周振福，等.基于CATIA數(shù)字樣機(jī)技術(shù)的汽車輪胎跳動(dòng)模擬及包絡(luò)間隙檢查分析方法[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，27（2）：13-18.

（責(zé)任編輯：劉智勇）

Design and kinematical analysis of landing gear dismantle and assemble equipment based on CATIA

GUO Jing
（EngineeringTechniques TrainingCenter，CAUC，Tianjin 300300，China）

A set of tooling equipment which can remove and install landing gear has been designed，which can realize the function of multi degree freedom adjustment，making the procedure more convenient.Positioning through two traction holes on the landing gear will not cause damage to the landing gear itself；however，it can shorten the assembly working time and improve the reliability of disassembly and assembly work.The positioning base position is adjustable and has strong commonality，realizing different types of landing gear assembly and disassembly.The 3D digital model of the new dismantle and assemble equipment is built with CATIA.Firstly，the proper joints are added with DMU module，then the kinematic simulation is analyed.The results provide theoretical evidence for the design of new dismantle and assemble equipment.

landing gear；dismantle and assemble equipment；position adjustment；generality；CATIA；kinematic simulation

T245.1；TP391.1

：A

：1674-5590（2015）04-0034-04

2014-12-29；

：2015-01-16

：中國民用航空局科技基金項(xiàng)目（MRHD200914）

郭婧（1986—），女，河北邢臺(tái)人，助教，碩士，研究方向?yàn)轱w機(jī)維修理論與技術(shù).