飛機壁板自動翻轉吊掛的設計

□ 朱朝暉

上海上飛飛機裝備制造有限公司 上海 200231

飛機壁板自動翻轉吊掛的設計

□ 朱朝暉

上海上飛飛機裝備制造有限公司 上海 200231

針對飛機壁板下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，提出了一種自動翻轉吊掛的設計方案，采用無線裝置控制吊掛的旋轉方向和速度，可以完成壁板在下架或裝配過程中翻轉及姿態(tài)調整作業(yè)。

飛機壁板 自動控制 翻轉吊掛

大型裝備制造業(yè)中，裝配工藝水平相對其它機加工、焊接、涂裝工藝較為落后。很多大型設備的總裝過程均依靠人力和行車完成，對于工件的移動、翻轉等裝配過程中的必備步驟，很少有相應的設備去幫助實現(xiàn)［1］。

在現(xiàn)代飛機制造的裝配工藝過程中，吊掛的使用越來越廣泛，尤其是在飛機的部件總裝過程中，吊掛對大部件的對接、翻轉及姿態(tài)調整等工作，起著越來越重要的作用。吊掛的使用減少了大量采用對接車進行對接飛機各部件的繁雜環(huán)節(jié)，從而顯著提高了工作效率，降低了工作強度［2］。

圖1（a）所示為某型飛機地板梁專用吊運工裝，功能單一；圖1（b）所示為天津空客總裝DEMAG行車，采用兩臺并列的吊機，通過控制飛機機身上的4個吊點，調整飛機機身的姿態(tài)并進行微調和吊運。這種形式適用于大部件的調整和吊運，造價比較高。

然而，在飛機壁板裝配過程中，為滿足壁板在不同

工位的裝配鉚接需求，需對壁板進行起吊、搬運以及各工位調整等姿態(tài)變化。傳統(tǒng)的吊掛僅能滿足單一功能，對多姿態(tài)工位的吊掛難以滿足要求。

筆者設計了一種遠程控制翻轉吊掛裝置［3］，它不僅能實現(xiàn)起吊、運輸?shù)裙δ?，還能在起吊過程中，對產(chǎn)品姿態(tài)進行有效地調整，實現(xiàn)產(chǎn)品翻轉。同時，因為采用遠程控制系統(tǒng)，可不受空間高度的限制。方案還采用可調節(jié)機構，可以滿足不同長度的壁板進行有效姿態(tài)調整。

▲圖1 吊掛工裝

1 結構形式及功能

本翻轉吊掛用于飛機壁板類部件在裝配下架后進行翻轉操作或安裝時進行姿態(tài)調整，該吊掛主要有4部分組成：遠程控制系統(tǒng)、框架組件 、旋轉機構和吊帶，如圖2所示。

1.1 遠程控制系統(tǒng)

遠程控制系統(tǒng)采用無線遙控方式，由遙控發(fā)射機、接收機構成，遙控發(fā)射機有啟/停、正向/反向、快速/慢速和急停功能，將運行信號發(fā)送到接收機。接收機配備繼電器輸出控制變頻器的啟動、運轉方向和運轉速度，運轉速度可以根據(jù)用戶要求進行設置和限制，如圖3所示。

1.2 框架

框架組件由吊索組件和支撐框架構成，吊索組件為翻轉吊掛的起吊裝置，支撐框架為翻轉吊掛承載主體，如圖4所示。吊索組件一端與行車連接，一端與支撐框架連接，支撐框架用于承載遠程控制系統(tǒng)和旋轉機構的安裝，外部行車可以通過吊索組件對吊掛進行吊起或搬運。

1.3 旋轉機構

如圖5所示，旋轉機構包括傳動軸、滾輪、軸卡、驅動組件、軸承座和聯(lián)軸器。傳動軸與驅動組件連接，驅動組件是動力傳輸部件，帶動傳動軸旋轉，滾輪通過鍵連接在傳動軸上，軸卡限制滾輪軸向移動，軸承座支撐傳動軸，同時保證傳動軸無阻礙轉動，聯(lián)軸器用于連接兩段傳動軸，使其保證轉速相同。對于不同的產(chǎn)品部件，產(chǎn)品吊掛點變化時，可以通過松動軸卡改變滾輪的位置，從而使吊帶處于產(chǎn)品的起吊位置。

驅動組件主要由電機、支座、減速機、鏈輪、鏈條組成，減速機與傳動軸通過鏈條來實現(xiàn)傳動，遠程控制系統(tǒng)發(fā)出的變頻信號改變電機的轉動方向和轉速，從而改變傳動軸的轉動方向。

1.4 吊帶

實現(xiàn)翻轉功能主要在于滾輪與吊帶之間的連接形式。兩組滾輪與吊帶采用反向相對纏繞，兩根吊帶的一端分別固定纏繞在兩滾輪的槽口中，吊帶的另一端與產(chǎn)品相連，滾輪轉動時，吊帶伸長或縮短，從而帶動產(chǎn)品進行翻轉，如圖6所示。

▲圖2 翻轉吊掛裝置

▲圖3 遠程控制系統(tǒng)簡圖

▲圖4 框架組件

▲圖5 旋轉機構組成圖

▲圖6 吊帶機構

2 設計分析

2.1 遠程控制系統(tǒng)設計

為了便于操作，采用遠程控制系統(tǒng)來控制吊掛的翻轉。由遙控器發(fā)出控制信號，接收器收到指令后控制變頻器按要求的模式運行，控制電機進行正反轉及高低速翻轉工件，如圖7所示。

▲圖7 系統(tǒng)控制簡圖

通過控制遙控器上的按鍵可以實現(xiàn)以下的操作。

（1）采用遙控方式控制，遙控器上帶有啟/停，正向/反向，快速/慢速和急停功能，將運行信號發(fā)送到接收器。

（2）接收器通過控制系統(tǒng)控制變頻器的啟動、運轉方向和速度，速度可以根據(jù)用戶要求進行設置和限制。

（3）變頻器采用ABB的ACS355系列，采用多段恒速控制。

（4）電機剎車根據(jù)變頻器啟動和停止，同步進行。

（5）變頻器會進行電機故障檢測，聲光報警器會及時揭示故障信息，提示用戶進行檢修。

2.2 框架受力狀態(tài)分析

框架結構強度將直接影響吊掛的翻轉功能。吊掛的骨架采用20鋼或Q235-A.F的方管，轉軸采用40Cr鋼熱處理。

吊掛的骨架和旋轉組件按材料的屈服極限計算，安全系數(shù)大于2.5。圖8所示為其應力和應變分析。吊裝時滾輪的安全工作載荷為M=1 000 kg，g=9.8 m/s2，施加外力=2.5×M=2 500 kg。

從圖8中可以看出，吊掛的變形主要發(fā)生在轉軸上，因此選用合金鋼40Cr熱處理作為轉軸材料，經(jīng)CATIA有限元分析模塊計算，材料的性能能夠滿足設計要求［4］。

2.3 驅動組件分析

▲圖8 應力和應變分析

在翻轉吊掛中，驅動組件的的功能主要是驅動產(chǎn)品的翻轉。本吊掛設計要求最大翻轉速度為8 m/min，速度均勻。滾輪采用電機控制，電機電源為380 V，頻率為50 Hz。翻轉速度為8 m/min，滾輪半徑R為0.1 m，電源輸入頻率在f1=50 Hz情況下，電機通過減速器輸出的轉速為：n1=22 r/min。

吊掛翻轉速度為：

吊掛翻轉速度需求為V0=8 m/min。所以，傳動軸的轉速為：

因為電機轉速與輸入頻率成正比，即：

電機的輸入頻率應為：

通過變頻器來控制電機輸入頻率，可以改變電機的輸入頻率來控制翻轉速度。

2.4 翻轉狀態(tài)分析

由于飛機壁板在下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，翻轉吊掛可通過改變吊帶的伸長或縮短來實現(xiàn)產(chǎn)品的翻轉狀態(tài)。如圖9所示，本翻轉吊掛可實現(xiàn)的翻轉角度：0°＜θ＜±180°［5］，此翻轉角度能夠滿足產(chǎn)品在下架或裝配過程中的各種姿態(tài)要求。

▲圖9 產(chǎn)品翻轉狀態(tài)

3 總結

本文所研究的自動翻轉吊掛為飛機壁板類部件的吊運及翻轉提供了一種新思路，該翻轉吊掛已經(jīng)投入使用，滿足了飛機壁板類部件翻轉及姿態(tài)調整的需求，顯著提高了工作效率，降低工作強度，節(jié)省了廠房空間。

［1］鄭永強.焊接變位機型式與系列的論述［R］.北京：中國焊接協(xié)會十五周年紀念文集，2002.

［2］薄超.談現(xiàn)代飛機制造的裝配工藝翻轉吊掛 ［J］.工業(yè)技術，2012（24）：109.

［3］郭福萍.翻轉吊具［J］.電機技術，2011（2）：54-55.

［4］盛選禹.CATIA有限元分析命令詳解與實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［5］段京燕，王志東.大推力氫氧發(fā)動機翻轉工藝研究［J］.航天制造技術，2011（2）：55-57.

（編輯 丁 罡）

TH165；TP393

A

1000-4998（2015）06-0063-03

2014年12月