一種低高度大行程飛機(jī)托架設(shè)計方案

蘇新偉

（中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧 沈陽 110850）

1 引言

隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，飛機(jī)的更新?lián)Q代速度也在加快，武器裝備迅速的走向電子化、數(shù)字化、智能化、精良化，與飛機(jī)配套的保障設(shè)備也由以前的功能單一的專用設(shè)備，向功能集成的通用設(shè)備方向發(fā)展，以減少保障設(shè)備的種類，滿足飛機(jī)快速機(jī)動的保障需求。地面保障設(shè)備是軍用飛機(jī)維修保障的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對軍用飛機(jī)的作戰(zhàn)效能、維修保障效率和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重大影響[1-4]。

保障設(shè)備按功能分類主要分為九類，分別是：頂支設(shè)備；牽引設(shè)備；拆裝、起吊、運(yùn)輸設(shè)備；系留、防護(hù)設(shè)備；加注充填/排放、清洗設(shè)備；動力源、空調(diào)設(shè)備；測試設(shè)備；接近、輔助設(shè)備；工具[5-6]。飛機(jī)托架屬于頂支類設(shè)備中的一員，作用是支撐飛機(jī)的機(jī)身，飛機(jī)在維修過程中會經(jīng)常用到?，F(xiàn)在根據(jù)飛機(jī)保障需要，需研制一種飛機(jī)托架，該托架要求距離地面的距離非常低，并且要求最高位置教高，經(jīng)過多次測算，傳統(tǒng)的托架設(shè)計形式不能滿足設(shè)計要求，因此必須另辟蹊徑開發(fā)出一種嶄新的托架。介紹了一種新的托架形式，簡稱“人字形支撐”托架，該托架由于采用了與傳統(tǒng)托架不同的上升方式，從而功能滿足了設(shè)計要求。

2 飛機(jī)托架的類型

2.1 常規(guī)飛機(jī)托架

常規(guī)的機(jī)身托架的簡圖，如圖1所示。將飛機(jī)托架分為四部分，與飛機(jī)接觸的托盤、手輪跟絲杠配合以實(shí)現(xiàn)升降功能的升降機(jī)構(gòu)、底座、牽引桿及腳輪組成的行走機(jī)構(gòu)。工作原理：當(dāng)飛機(jī)維修需要用到托架時，拉動牽引桿，將托架放置到合適的位置，然后轉(zhuǎn)動四個地腳，使四個地腳和地面平穩(wěn)接觸，保證托架處于穩(wěn)定的狀態(tài)，再轉(zhuǎn)動左側(cè)的手輪，使托盤的左側(cè)上升，此時托盤處于傾斜狀態(tài)，當(dāng)上升到一定的高度后，再轉(zhuǎn)動右側(cè)的手輪，使托盤的右側(cè)上升，此時托盤逐漸恢復(fù)到水平的狀態(tài)，這樣交替轉(zhuǎn)動左右兩側(cè)的手輪，使托盤上升，當(dāng)托盤快接近飛機(jī)的支撐部位后，需要降低上升速度，最后保證托盤和飛機(jī)的支撐部分貼合到一起，起到對飛機(jī)機(jī)身的支撐作用。該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)造簡單，成本低；缺點(diǎn)是：上升的速度較慢，上升過程沒有刻度指示，不能準(zhǔn)確判斷上升的高度，由于底座采用焊接的形式，運(yùn)輸過程中占有很大的空間，增加了后勤保障的難度，支撐升降的行程受底座高度的制約。托架能上升的最大高度不會超過本身的高度，如圖1所示。絲杠的長度L1，底座的高度L2，絲杠的長度決定了托盤的上升高度，而絲杠的長度又受底座高度的制約，絲杠最長的長度是跟地面接觸，即絲杠的長度L1小于等于L2。當(dāng)需要頂支的飛機(jī)部位較高時，需要增加底座的高度，反之當(dāng)需要頂支的飛機(jī)部位較低時，則降低底座的高度。因此針對不同系列的飛機(jī)，要設(shè)計一系列不同高度的底座，考慮到使用的便利性，再根據(jù)支撐的重量不同，設(shè)計成不同“粗細(xì)”的底座，以滿足不同機(jī)型、不同頂支高度、不同支撐載荷的需求。每一個托架有一個固定的升降范圍，底座高度越高，升降行程越大，通用性越強(qiáng)；底座高度越低，升降行程越小，通用性越差。當(dāng)需要頂支的高度過低時，會超出這種托架的工作范圍。

圖1 傳統(tǒng)飛機(jī)托架結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Conventional Aircraft Bracket

2.2 “人字形”飛機(jī)托架

2.2.1 “人字形”飛機(jī)托架上升原理

現(xiàn)研制了一種新型飛機(jī)，該飛機(jī)需要配套的飛機(jī)托架離地面的最低高度是410mm，最高高度是930mm，經(jīng)過多次模擬演示，采用單獨(dú)的傳統(tǒng)托架不能滿足設(shè)計要求，即便采用各種縮減尺寸的手段滿足了設(shè)計要求，設(shè)計出來的也是一系列不同高度的托架。為了滿足設(shè)計任務(wù)，必需采用完全不同的設(shè)計方案，傳統(tǒng)的托架上升依靠的是螺旋式的上升原理，還有一種上升的方式就是“擠壓上升”式的上升方法，通過擠壓的方法，設(shè)計出來新型托架的上升方式。示意圖，如圖2所示。

圖2 新型飛機(jī)托架上升原理圖Fig.2 New Model Aircraft Bracket Lifting Principle Diagram

左右兩個支桿通過齒形結(jié)構(gòu)嚙合在一起，支桿的頂端跟飛機(jī)托架的托盤鉸接在一起，支桿的底端位于同一個水平面上，同時在底端施加兩個相向的力F1和F2，通過這兩個力的擠壓，支桿的頂端會產(chǎn)生一個向上的移動V，此時托盤就會隨之上升。上升的同時，該機(jī)構(gòu)的重心也在向上移動，當(dāng)上升到一定的高度后，機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性就會變差，為了避免發(fā)生失穩(wěn)，應(yīng)限制它的上升高度，保持該機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)施加在支桿低端的力的方向反向時，支桿頂端就會產(chǎn)生一個向下的移動，此時帶動托盤下降，支桿逐漸由傾斜狀態(tài)向水平狀態(tài)靠近，當(dāng)支桿處于完全水平狀態(tài)時，再施加上升的力，由于這兩個力大小相等，方向相反，就會完全抵消，支桿將不能上升。支桿越趨于水平狀態(tài)，再次讓支桿上升時，需要施加的啟動力越大，因此當(dāng)下降到一定的高度后，應(yīng)限制支桿的行程，避免再次上升時，過大的啟動力[7-10]。由于該機(jī)構(gòu)像一個“人”字，因此簡稱“人字形”飛機(jī)托架。

2.2.2 “人字形”飛機(jī)托架的構(gòu)成

“人字形”飛機(jī)托架的構(gòu)成與傳統(tǒng)的飛機(jī)托架的構(gòu)成相似，主要由四部分構(gòu)成：托盤機(jī)構(gòu)、“人字形”升降機(jī)構(gòu)、底座、行走機(jī)構(gòu)?！叭俗中巍憋w機(jī)托架結(jié)構(gòu)簡圖，如圖3所示。

圖3 “人字形”飛機(jī)托架結(jié)構(gòu)簡圖Fig.3 New Model Aircraft Bracket

傳統(tǒng)托架和“人字形”飛機(jī)托架的區(qū)別如下：在傳統(tǒng)的飛機(jī)托架的托盤的下方增加了兩個可進(jìn)行升降微調(diào)的機(jī)構(gòu)，也就是對傳統(tǒng)托架升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行了微縮設(shè)計，詳細(xì)圖，如圖4所示。通過這個微調(diào)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)托盤面的擺動，保證托盤跟飛機(jī)接觸面更好地貼合在一起?！叭俗中巍憋w機(jī)托架的升降機(jī)構(gòu)主要有以下幾個部分組成：1.扳手2.支撐軸承3.鎖緊螺栓4.推力滑塊5.絲杠6.行走鐵輪7.支臂8.刻度指針。升降扳手的作用是向托架提供升降力的輸入。支撐軸承起到絲杠跟底座之間的連接作用。鎖緊螺栓起到固定托架高度的作用。推力滑塊將絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動的作用，并給支臂底端提供前后移動的力。行走鐵輪的作用是，降低支臂底端跟底座之間的摩擦，便于支臂底端移動。支臂的頂端有齒相互嚙合，如圖4所示。保證支臂作同步運(yùn)動。支臂在升降過程中提供主要的支撐，跟傳統(tǒng)飛機(jī)托架底座的部分結(jié)構(gòu)類似?？潭戎羔槙S著支臂底端作同步移動，可以指示移動的距離，再通過換算就可以知道升降的距離。“人字形”飛機(jī)托架的底座僅僅指長方形的框架結(jié)構(gòu)和四個地腳，為了盡量降低該托架的最低高度，將四個地腳和四個腳輪的位置均放置到框架結(jié)構(gòu)的側(cè)面，以降低托架高度。

圖4 “人字形”飛機(jī)托架托盤部位詳細(xì)圖Fig.4 Tray Details of New Model Aircraft Bracket

圖5 “人字形”飛機(jī)托架詳細(xì)圖Fig.5 Details of Part of New Model Aircraft Bracket

2.2.3 “人字形”飛機(jī)托架的工作原理

拖動牽引桿，將托架放置到合適的位置，放下地腳，將托架支撐平穩(wěn)后，轉(zhuǎn)動扳手，帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠上面的兩個推力滑塊會隨著絲杠的轉(zhuǎn)動，做相對移動，此時托架上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定位置時，擰緊鎖緊螺栓將托架高度固定，然后轉(zhuǎn)動微調(diào)機(jī)構(gòu)，調(diào)整托盤面，使之與飛機(jī)貼合，托架達(dá)到工作狀態(tài)，當(dāng)需要下降時，反向操作。通過讀取標(biāo)尺上的刻度可以知道升降的距離。

3 兩種托架的對比

3.1 升降過程的對比

“人字形”飛機(jī)托架升降行程的大小主要是受支臂長度的制約，而支臂長度又受底座長度的制約，因此該機(jī)構(gòu)的升降行程主要受自身長度的制約，而傳統(tǒng)托架的升降行程主要受自身高度的制約。對于支撐高度較低，行程較大的頂支需求，采用“人字形”飛機(jī)托架有明顯的優(yōu)勢，但是需要支撐較高高度的情況下，采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的飛機(jī)托架優(yōu)勢明顯。因?yàn)橹屋^高高度時，此時“人字形”飛機(jī)托架的底座長度大約需要兩倍于支撐的高度，此時“人字形”飛機(jī)托架就顯得非常笨拙，而傳統(tǒng)托架就顯得輕便。經(jīng)過測算當(dāng)需要頂支的重物在2.5t，高度小于700mm時，不宜采用傳統(tǒng)的托架形式，因?yàn)樵谌绱说偷母叨认?，傳統(tǒng)托架的升降行程非常小，此時宜采用“人字形”飛機(jī)托架，該托架的最低頂支高度可達(dá)到410mm。當(dāng)需要頂支的最低高度為1000mm時，“人字形”飛機(jī)托架的長度將超過2000mm，此時托架跟傳統(tǒng)托架相比就顯得笨重，故此當(dāng)需要高頂支要求時，宜采用傳統(tǒng)托架。

傳統(tǒng)的托架上升時，需要同時或間歇交替轉(zhuǎn)動兩個手輪，帶動絲杠上升。而人字形托架只需要轉(zhuǎn)動扳手就可實(shí)現(xiàn)上升，上升的時間可比傳統(tǒng)托架減少一半。傳統(tǒng)托架的升降高度，不能直接讀數(shù)，只能通過肉眼觀察，憑經(jīng)驗(yàn)確定升降的高度?！叭俗中巍憋w機(jī)托架升降時，會伴隨著推力滑塊移動，帶動刻度指針同步移動，在標(biāo)尺上能方便讀數(shù)，升降高度的多少可以精確控制，并且上升或下降過程中可以帶載荷移動。傳統(tǒng)的托架，由于手輪的大小受到限制，僅憑人力，很難帶載荷上下移動。而“人字形”飛機(jī)托架，利用杠桿原理，隨著扳手長度的增加，可以實(shí)現(xiàn)帶載荷上下移動。

3.2 運(yùn)輸性對比

傳統(tǒng)飛機(jī)托架，整個底座結(jié)構(gòu)都采用焊接形式，運(yùn)輸體積和工作狀態(tài)的體積相差不大，運(yùn)輸時需要占用較大的空間?！叭俗中巍憋w機(jī)托架方便收納，便于運(yùn)輸。其收納圖，如圖6所示。收納后，運(yùn)輸體積可縮小60%。由于運(yùn)輸體積小，升降行程大，極大地降低了飛機(jī)的后勤保障工作。

圖6 “人字形”飛機(jī)托架收納圖Fig.6 Storage State of New Model Aircraft Bracket

4 結(jié)論

飛機(jī)托架是飛機(jī)地面保障設(shè)備中一類重要的頂支類設(shè)備，論述了傳統(tǒng)飛機(jī)托架的特性，由于一種新飛機(jī)的保障需要，傳統(tǒng)的托架形式不能滿足設(shè)計需要，必需提供一種全新的設(shè)計方案，提供了一種低高度、大行程的“人字形”飛機(jī)托架的設(shè)計方案，由于該托架行程大，因此可以有效地降低對托架種類的需求。當(dāng)需要頂支的高度在1000mm以下，采用該新型的“人字形”托架可以很好地發(fā)揮作用，該托架將傳統(tǒng)托架升降高度受自身高度的影響變?yōu)槭荛L度的影響，克服了傳統(tǒng)托架升降機(jī)構(gòu)受高度制約的缺點(diǎn)，同時該托架還具有方便收納，可以帶載荷移動，可實(shí)現(xiàn)升降高度的讀取的特性。該托架設(shè)計方案為此類頂支類設(shè)備的設(shè)計工作提供一種參考。

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