芻議飛機發(fā)動機插裝安裝裝備的設計及應用

任煥 閆喜強 趙遠鵬

摘 要 為了解決某型機飛機發(fā)動機插裝安裝的生產(chǎn)需求，在飛機發(fā)動機插裝安裝流程及安裝難點分析的基礎上，提出一種飛機發(fā)動機插裝安裝裝備方案，其主要由發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)和發(fā)動機安裝輔助機構(gòu)組成，應用結(jié)果表明：該飛機發(fā)動機插裝安裝裝備可將發(fā)動機沿6自由度精確調(diào)整，實現(xiàn)飛機發(fā)動機快速、安全、精確的安裝到發(fā)動機安裝艙內(nèi);安裝效率高，每臺發(fā)動機平均安裝時間15min。

關(guān)鍵詞 飛機發(fā)動機;插裝;安裝裝備;位姿調(diào)整

Design and Application of Aircraft engine Plug-in installation equipment

Ren Huan， Yan Xiqiang， Zhao Yuanpeng

Department of Manufacturing Engineering， avic xian aircraft industry（group） company ltd.， Xian Shanxi 710089，China

Abstract In order to solve the production demand of a certain type of aircraft engine plug-in installation，based on the analysis of the process and difficulties of aircraft engine plug-in installation， a scheme of aircraft engine plug-in installation equipment is proposed，the engine installiation equipment is composed of engine adjustment mechanism and engine installation auxiliary mechanism.The application results show that the engine can be accurately adjusted along 6 degrees of freedom， and the engine can be quickly， safely and accurately installed in the engine installation cabin by the engine plug-in installiation equipment; the installation efficiency is high， and the average installation time of each engine is 15 minutes.

Key words Aircraft engine; Plug-in installation; Installation equipment; Position and attitude adjustment

引言

飛機發(fā)動機的安裝是飛機整機裝配的最后一個環(huán)節(jié)，其安裝質(zhì)量將直接影響整個飛機的動力性能，因此飛機發(fā)動機的安裝在飛機裝配中占有較重要的地位。飛機發(fā)動機外形為不規(guī)則的圓柱體，表面安裝有大量復雜管路，如圖1所示[1-3]。發(fā)動機安裝艙為一個內(nèi)徑類圓形的柱狀構(gòu)造，其內(nèi)同樣安裝有各種復雜管路及機構(gòu)。因此在發(fā)動機安裝的過程中極易與發(fā)動機安裝艙內(nèi)的管路、機構(gòu)、艙內(nèi)壁發(fā)生剮蹭、碰撞，損壞發(fā)動機[4-5]。飛機發(fā)動機常見的安裝方法，主要有吊裝安裝、托裝安裝和插裝安裝三種安裝方法。吊裝的安裝方法是采用大型吊車將飛機發(fā)動機吊送到安裝位置，然后對飛機和發(fā)動機進行連接和固定，該方法適用于飛機發(fā)動機安裝空間較大或飛機發(fā)動機艙為上開口方式情況;托裝的安裝方法是采用具有升降功能和支撐功能的安裝托架或者車將發(fā)動機升降到飛機發(fā)動機艙內(nèi)，該方法適用于飛機發(fā)動機艙為下開口的方式;插裝的安裝方法是采用具有水平移動功能的發(fā)動機安裝車將飛機發(fā)動機推送到飛機發(fā)動機安裝艙內(nèi)，從而完成飛機與發(fā)動機對接工作，多用于噴氣式戰(zhàn)斗機。目前對于發(fā)動機采用插裝安裝的飛機，其發(fā)動機安裝艙內(nèi)均設有引導機構(gòu)，由引導機構(gòu)引導發(fā)動機進入發(fā)動機安裝艙內(nèi)，防止發(fā)生碰撞干涉，方便發(fā)動機的安裝[6-9]。

對于發(fā)動機安裝艙內(nèi)無引導機構(gòu)的一般情況，由于插裝安裝時安裝空間較小，很難實現(xiàn)發(fā)動機位置、姿態(tài)的調(diào)整，難以實現(xiàn)自動化，因此目前國內(nèi)對適用這一情況的發(fā)動機插裝安裝裝備的研究較少[10]。針對實際生產(chǎn)中某型機發(fā)動機尺寸為長3.5m，最大直徑1.1m，質(zhì)量約為1噸，發(fā)動機安裝艙距離地面高度為2.5m，發(fā)動機安裝艙內(nèi)無引導機構(gòu)，且需采用插裝安裝，如圖2所示。由于該發(fā)動機存在體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復雜、表面存在各種復雜管路等特點，發(fā)動機安裝艙安裝空間小，導致發(fā)動機插裝安裝過程中位姿調(diào)整、控制較為困難，因此，為了滿足生產(chǎn)需要，亟待研究一種適用于發(fā)動機艙內(nèi)無引導機構(gòu)的飛機發(fā)動機插裝安裝裝備。

1飛機發(fā)動機插裝安裝流程

飛機發(fā)動機由運輸車運輸至發(fā)動機安裝艙附近，使用發(fā)動機吊掛將發(fā)動機吊至發(fā)動機插裝安裝裝備上，發(fā)動機插裝安裝裝備攜載發(fā)動機進行初步定位，將發(fā)動機升高至與發(fā)動機安裝艙等高位置，且發(fā)動機軸線與動機安裝艙軸線基本一致，操作發(fā)動機插裝安裝裝備將發(fā)動機逆航向進給至安裝艙內(nèi)安裝位置，微量調(diào)整發(fā)動機姿態(tài)，將發(fā)動機安裝節(jié)與安裝艙內(nèi)的發(fā)動機拉桿連接固定，撤離發(fā)動機插裝安裝裝備，如圖3所示。

2飛機發(fā)動機插裝安裝難點分析

飛機發(fā)動機具有體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復雜、表面存在各種復雜管路等特點，發(fā)動機安裝艙內(nèi)同樣設有各種機構(gòu)及管路，留給發(fā)動機的安裝空間較小，飛機發(fā)動機插裝安裝時，位置、姿態(tài)不易控制，使其極易與發(fā)動機安裝艙內(nèi)零部件碰撞干涉;此外，發(fā)動機安裝節(jié)與安裝艙內(nèi)的發(fā)動機拉桿之間為間隙配合，發(fā)動機拉桿繞其頂端鉸鏈旋轉(zhuǎn)至發(fā)動機安裝節(jié)處與其連接固定，工人現(xiàn)場手動安裝，為使其安裝順利，安裝時需使發(fā)動機在一定范圍內(nèi)蠕動或晃動，且不與發(fā)動機安裝艙內(nèi)零部件碰撞干涉，使得發(fā)動機插裝安裝較為困難，如圖4所示。因此，為了滿足生產(chǎn)需要，亟待研究一種飛機發(fā)動機插裝安裝裝備。

3插裝安裝裝備設計

該插裝安裝裝備主要由AGV運輸車、剪刀叉升降機構(gòu)、發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)、發(fā)動機安裝輔助機構(gòu)。AGV運輸車處于飛機發(fā)動機插裝安裝裝置的最底部，剪刀叉升降機構(gòu)安裝于AGV運輸車兩側(cè)，發(fā)動機安裝輔助機構(gòu)安裝于AGV運輸車上表面，嵌置于剪刀叉升降機構(gòu)內(nèi)，發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)安裝于剪刀叉升降機構(gòu)上，如圖5所示。AGV運輸車和剪刀叉升降機構(gòu)可實現(xiàn)飛機發(fā)動機沿X、Y、Z向移動，進行初步定位;發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)可實現(xiàn)飛機發(fā)動機沿6自由度微量精確調(diào)整，最終將飛機發(fā)動機安全、精確的送至發(fā)動機安裝艙內(nèi);且發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)具有一定的柔性，可使發(fā)動機在較小范圍內(nèi)蠕動或晃動，便于工人手動快速安裝。

3.1 發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)設計

插裝安裝裝備中的發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)主要由X向?qū)к?、框架、Y向?qū)к?、伺服電動缸、鋼索、定滑輪機構(gòu)、關(guān)節(jié)軸承、前移動板、后移動板、吊環(huán)、控制系統(tǒng)組成，具體結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)的框架為龍門桁架結(jié)構(gòu)，兩條平行的X向?qū)к壯丶舻恫嫔禉C構(gòu)的長度方向安裝于剪刀叉升降機構(gòu)上表面，框架橫跨且安裝在X向?qū)к壣?，并可沿X向?qū)к夁\動，兩組平行的Y向?qū)к壏謩e設置在框架頂部前后端面上，前后端面的Y向?qū)к壣戏謩e設有前移動板和后移動板，伺服電動缸分別安裝在前、后移動板上，并可沿Y向?qū)к夁\動，關(guān)節(jié)軸承安裝在前端面的伺服電動缸伸出的軸端上，吊環(huán)與關(guān)節(jié)軸承連接并可繞關(guān)節(jié)軸承自由旋轉(zhuǎn)，鋼索、吊環(huán)安裝在后端面的伺服電動缸伸出的軸端上，吊環(huán)通過定滑輪機構(gòu)可沿Z向上下運動，如圖6所示;通過控制系統(tǒng)控制X、Y、Z方向上的驅(qū)動機構(gòu)運動，可使得吊環(huán)上懸掛的飛機發(fā)動機沿X、Y、Z方向精確移動，以及繞X、Y、Z軸精確轉(zhuǎn)動。

根據(jù)對飛機發(fā)動機插裝安裝難點分析，可知發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)在滿足發(fā)動機6自由度精確調(diào)整的基礎上，還應具有一定的柔性，可使發(fā)動機在一定范圍內(nèi)蠕動或晃動。發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)與飛機發(fā)動機之間的連接均為柔性連接，一處為剛性桿、關(guān)節(jié)軸承連接，兩處為鋼索、吊環(huán)連接。根據(jù)發(fā)動機質(zhì)量1噸、工人最大推力200N可知，發(fā)動機最大蠕動或晃動角度為±1.14°，根據(jù)發(fā)動機與發(fā)動機安裝艙之間最小間隙，確定剛性桿、鋼索的伸出長度為300～500mm，發(fā)動機最大蠕動或晃動最大位移為±6～±10mm，滿足發(fā)動機插裝安裝要求。

3.2 發(fā)動機安裝輔助機構(gòu)設計

插裝安裝裝備中的發(fā)動機安裝輔助機構(gòu)主要由發(fā)動機放置架、工作平臺組成，如圖5所示。工作平臺放置于AGV運輸車臺面上，為發(fā)動機裝配人員提供工作空間;發(fā)動機放置架安裝于AGV運輸車上并位于工作平臺中間，承托、放置飛機發(fā)動機。

發(fā)動機放置架包括支撐座、支撐立柱、升降系統(tǒng)，如圖7所示。升降系統(tǒng)固定在AGV運輸車上，每個支撐立柱與升降系統(tǒng)的升降模塊連接，支撐座位于支撐立柱頂端，在升降系統(tǒng)的帶動下，支撐座和支撐立柱可沿升降模塊Z向上下移動，發(fā)動機放置在支承座上。

工作平臺包括固定平臺、可移動平臺、工作臺滑輪機構(gòu)、鋼索、爬梯、護欄，如圖8所示。固定平臺安裝于AGV運輸車上部，位于發(fā)動機放置架與剪刀叉升降機構(gòu)之間，爬梯固定于固定平臺側(cè)面，護欄固定于固定平臺上，工作臺滑輪機構(gòu)固定于固定平臺側(cè)面，可移動平臺處于發(fā)動機放置架內(nèi)部，通過工作臺滑輪機構(gòu)、鋼索與發(fā)動機放置架的支撐立柱連接，發(fā)動機放置架上下移動可帶動可移動平臺反向移動。

4應用分析

根據(jù)詳細設計內(nèi)容，研制了一套飛機發(fā)動機插裝安裝裝備，根據(jù)飛機發(fā)動機插裝安裝流程分析，其與發(fā)動機、初步定位區(qū)域、發(fā)動機安裝艙的相對位置關(guān)系如圖9所示，初步定位區(qū)域與發(fā)動機安裝艙端面之間距離為1.5m。

實際應用時，飛機發(fā)動機插裝安裝的具體工藝流程及步驟如下：

（1）將發(fā)動機插裝安裝裝備移動到規(guī)定區(qū)域，發(fā)動機插裝安裝裝備中的剪刀叉升降機構(gòu)降低至最低位置，移動發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)遠離發(fā)動機放置架至最遠處，同時升起發(fā)動機放置架，降下可移動平臺，使發(fā)動機插裝安裝裝備處于初始狀態(tài)。

（2）通過廠房吊車將發(fā)動機吊裝放置于發(fā)動機放置架上，發(fā)動機插裝安裝裝備攜帶發(fā)動機移動至初步定位區(qū)域。

（3）移動發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)至發(fā)動機正上方位置，并將發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)上的吊環(huán)與發(fā)動機連接，操作剪刀叉升降機構(gòu)，使發(fā)動機上升至理論安裝高度，移動發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)回到初始位置，同時降下發(fā)動機放置架，升起可移動平臺，使發(fā)動機插裝安裝裝備處于預裝配狀態(tài)。

（4）操作發(fā)動機插裝安裝裝備中的AGV運輸車、剪刀叉升降機構(gòu)協(xié)同運動，使發(fā)動機沿X、Y、Z向移動，初步調(diào)整發(fā)動機與發(fā)動機安裝艙的相對位置，在保證安全距離大于50mm的情況下，將發(fā)動機一部分送進發(fā)動機安裝艙內(nèi)。

（5）AGV運輸車、剪刀叉升降機構(gòu)停止運動，發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)帶動發(fā)動機沿發(fā)動機安裝艙軸線方向移動，將發(fā)動機安全的送進發(fā)動機安裝艙內(nèi)。

（6）通過發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)控制系統(tǒng)和驅(qū)動機構(gòu)的帶動，控制發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)將發(fā)動機沿X、Y、Z向微量精確移動，以及繞X、Y、Z軸微量精確轉(zhuǎn)動，使發(fā)動機在整個送進過程中不與其他部件發(fā)生碰撞、干涉，且最終在發(fā)動機安裝艙內(nèi)處于正確的安裝姿態(tài)。

（7）工作人員通過爬梯到達工作平臺上面，對發(fā)動機的姿態(tài)進行微量的調(diào)整，使得發(fā)動機與發(fā)動機安裝艙之間的連接件精確的裝配固連。

（8）將發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)上的吊環(huán)與發(fā)動機脫離，沿X向?qū)к壱苿影l(fā)動機調(diào)整機構(gòu)至安全位置，然后操作AGV運輸車、剪刀叉升降機構(gòu)協(xié)同運動，將發(fā)動機插裝安裝裝備與發(fā)動機完全脫離，完成發(fā)動機的安裝。

該飛機發(fā)動機插裝安裝裝備在整個工藝流程過程中，各個部分運行平穩(wěn)順暢，無卡頓現(xiàn)象;飛機發(fā)動機插裝安裝裝備初步定位速度快，總用時較短，約3min;初步定位精度高，發(fā)動機與發(fā)動機安裝艙同軸度為±10mm;在發(fā)動機被送進至發(fā)動機安裝艙內(nèi)的過程中，可將發(fā)動機沿6自由度精確調(diào)整，實現(xiàn)發(fā)動機位姿穩(wěn)定、可控、可調(diào)，送進過程安全可靠;發(fā)動機安裝時可實現(xiàn)較小范圍的蠕動或晃動，蠕動或晃動角度為±1.14°，最大位移為±6～±10mm，工人安裝順利，安裝精度滿足要求;飛機發(fā)動機插裝安裝裝備安裝發(fā)動機速度快，效率高，平均為每臺15min。

5結(jié)束語

本研究針對某型機發(fā)動機插裝安裝過程設計了一種含有發(fā)動機調(diào)整機構(gòu)的飛機發(fā)動機插裝安裝裝備，并進行了詳細設計和應用驗證，應用結(jié)果表明：該飛機發(fā)動機插裝安裝裝備可實現(xiàn)將飛機發(fā)動機快速、安全、精確的安裝到發(fā)動機安裝艙內(nèi);在發(fā)動機被送進至發(fā)動機安裝艙內(nèi)的過程中，可將發(fā)動機沿6自由度精確調(diào)整，實現(xiàn)發(fā)動機位姿穩(wěn)定、可控、可調(diào)，送進過程安全可靠;發(fā)動機安裝時可實現(xiàn)較小范圍的蠕動或晃動，蠕動或晃動角度為±1.14°，最大位移為±6～±10mm，便于工人快速、精確安裝;該裝備安裝發(fā)動機速度快，效率高，平均安裝每臺發(fā)動機耗時15min。

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