一種機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備的研制

趙衛(wèi)軍　高建武

【內(nèi)容摘要】結(jié)合新機(jī)研制需要，分析了飛機(jī)機(jī)翼下架及翻轉(zhuǎn)的難點(diǎn)，簡(jiǎn)述了一種機(jī)翼翻轉(zhuǎn)設(shè)備的研制思路，并闡述了通過理論計(jì)算、三維數(shù)字化動(dòng)態(tài)模擬，解決新機(jī)研制中機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)的技術(shù)難點(diǎn)。該翻轉(zhuǎn)設(shè)備經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用，安全、可靠、翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

關(guān)鍵詞： ?下架及翻轉(zhuǎn) ?空間分析 ? 動(dòng)態(tài)仿真

前言

飛機(jī)部件外廓尺寸大、形狀復(fù)雜、零件及連接件數(shù)量多，制造難度大。其中機(jī)翼是尺寸最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部件之一，是飛機(jī)研制中制造難度最大的部件。一般在總裝對(duì)接之前需要對(duì)每段部件進(jìn)行位置和姿態(tài)的調(diào)整（簡(jiǎn)稱調(diào)姿），使對(duì)接的兩端不僅位置到位，而且姿態(tài)對(duì)齊。機(jī)翼裝配采用垂直裝配方式，即用型架將飛機(jī)機(jī)翼固定在鉛垂平面內(nèi)，而與中央翼對(duì)接時(shí)為水平狀態(tài)。因此，機(jī)翼下架時(shí)必須將其由垂直狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)。

國(guó)產(chǎn)機(jī)型的機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備傳統(tǒng)方案是將機(jī)翼從型架中吊出后，通過調(diào)整手動(dòng)葫蘆起重鏈、使產(chǎn)品慢慢翻轉(zhuǎn)為水平狀態(tài);或通過與固定在地面上的兩個(gè)液壓支柱頂部鉸鏈連接。這些翻轉(zhuǎn)設(shè)備技術(shù)落后，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，機(jī)翼在翻轉(zhuǎn)時(shí)存在死點(diǎn)，晃動(dòng)較大，機(jī)翼翻轉(zhuǎn)過程中存在很大的安全隱患。同時(shí)，機(jī)翼翻轉(zhuǎn)過程中巨大的晃動(dòng)也會(huì)影響機(jī)翼的精度。因此，飛機(jī)機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備傳統(tǒng)方案不適合外形尺寸更大，重量更重的飛機(jī)的機(jī)翼的下架與翻轉(zhuǎn)。

本文改變了飛機(jī)機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備傳統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)了內(nèi)側(cè)、外側(cè)起吊翻轉(zhuǎn)單元，翻轉(zhuǎn)單元的核心部件為升降機(jī)。該方案利用雙吊車對(duì)兩套翻轉(zhuǎn)單元分別起吊，保證機(jī)翼翼盒在翻轉(zhuǎn)過程中重心的穩(wěn)定;通過電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步控制兩個(gè)電機(jī)，使兩套起吊翻轉(zhuǎn)單元在翻轉(zhuǎn)過程中為同步狀態(tài)，完成對(duì)飛機(jī)外翼翼盒的夾持、固定及同步翻轉(zhuǎn)，提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 技術(shù)原理

一種機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備采用雙平面連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)翼翻轉(zhuǎn)，如圖1所示。其中左右兩側(cè)各代表一個(gè)翻轉(zhuǎn)單元，分別吊掛。桿1表示起吊連接梁，桿 2表示固定機(jī)翼的夾持部件，轉(zhuǎn)動(dòng)副3表示電機(jī)驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)，可帶動(dòng)桿4移動(dòng)。在機(jī)翼下架時(shí)，機(jī)翼在裝配型架上呈垂直狀態(tài)。將桿2與機(jī)翼連接后，桿4從轉(zhuǎn)動(dòng)副3的左面逐漸向右下移動(dòng)，使機(jī)翼趨于水平狀態(tài)。在翻轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備與機(jī)翼的合成重心處于不斷變化，采用雙點(diǎn)吊掛，只要合成重心在兩個(gè)吊點(diǎn)之間就可保證重心穩(wěn)定，通過控制兩個(gè)翻轉(zhuǎn)單元同步電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到兩個(gè)翻轉(zhuǎn)單元同步狀態(tài)，保證機(jī)翼在翻轉(zhuǎn)過程中不會(huì)發(fā)生扭曲型變。

2研制要求和目標(biāo)

機(jī)翼在型架上完成裝配后需要將其下架并翻轉(zhuǎn)。具體目標(biāo)如下：

1） 該吊掛應(yīng)易于上架便于安裝;

2） 出架時(shí)應(yīng)避免與型架的碰撞干涉;

3） 將機(jī)翼吊至半空中時(shí)，由立放狀態(tài)（機(jī)翼基準(zhǔn)平面豎直）翻轉(zhuǎn)至平放狀態(tài)（機(jī)翼基準(zhǔn)平面水平）。

3詳細(xì)設(shè)計(jì)

一種機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備由內(nèi)側(cè)起吊翻轉(zhuǎn)單元、外側(cè)起吊翻轉(zhuǎn)單元和電氣控制系統(tǒng)組成。內(nèi)側(cè)、外側(cè)起吊翻轉(zhuǎn)單元結(jié)構(gòu)形式相似，均由吊車連接梁、機(jī)翼夾持部件、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及工藝接頭構(gòu)成;同時(shí)，兩套翻轉(zhuǎn)單元又相互獨(dú)立，分別在不同的位置對(duì)機(jī)翼進(jìn)行夾持和固定。在結(jié)構(gòu)上，內(nèi)外側(cè)起吊同步翻轉(zhuǎn)單元的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸（A軸）、絲杠推力作用點(diǎn)（B軸）、翻轉(zhuǎn)軸（O軸）必須分別同軸，并且三軸與機(jī)翼基準(zhǔn)平面平行。這樣在結(jié)構(gòu)上就可以確保兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在翻轉(zhuǎn)過程中的同步性。

機(jī)翼下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備采用雙吊車起吊，起吊點(diǎn)分別設(shè)置在機(jī)翼的A肋和B肋處。兩吊車分別與內(nèi)外側(cè)起吊同步翻轉(zhuǎn)單元的起吊環(huán)連接。單吊車起吊需要提前確定機(jī)翼與下架與翻轉(zhuǎn)設(shè)備的合成重心，確保吊點(diǎn)在重心的正上方。采用雙吊車起吊不需要調(diào)整重心，翼展方向的重心只要在兩吊鉤之間即可，在機(jī)翼厚度方向上可以通過吊車連接梁上起吊環(huán)螺栓連接孔位置的改變來調(diào)整重心。這使得機(jī)翼起吊和吊運(yùn)平穩(wěn)、安全可靠，可防止機(jī)翼的傾斜、滑落。

3.1吊車連接梁

吊車連接梁為一倒立的L形，由豎桿部分和橫桿部分焊接而成。其豎桿底部通過兩個(gè)銷軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)框架鉸接。一個(gè)軸為可拆卸，平常放置在存放架時(shí)，拆卸下來，吊車連接梁與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)框架可繞另一軸旋轉(zhuǎn)折疊，以節(jié)省存放空間。

3.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)框架

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)框架中部是一個(gè)方形框架，通過A軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鉸接，上部與吊車連接梁的兩個(gè)銷軸鉸接，下部與機(jī)翼夾持部件通過O軸鉸接。

3.3機(jī)翼夾持部件

機(jī)翼夾持部件主要用來固定和夾持機(jī)翼，夾持部件是一個(gè)長(zhǎng)方形半圍框的背后是一個(gè)耳座。耳座與機(jī)翼夾持部件通過O軸鉸接。半圍框的兩開口端通過接頭連接座與上翼面數(shù)控接頭連接，從而形成對(duì)機(jī)翼的牢靠夾持。

3.4翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)、傘齒輪減速器、彈性聯(lián)軸器、升降機(jī)等組成。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置如圖2所示。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)，升降機(jī)推動(dòng)夾持機(jī)翼的圍框翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)角度和速度由行程開關(guān)和光感應(yīng)器控制，由同步器保證兩套機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)角度同步。整個(gè)翻轉(zhuǎn)過程由電氣自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)到位后，自動(dòng)停止。

圖2 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

4詳細(xì)計(jì)算，確定關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

4.1翻轉(zhuǎn)中心位置的確定

在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)前，由設(shè)計(jì)、校對(duì)等多人反復(fù)計(jì)算后，確定翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)中心位置，特別是確定翻轉(zhuǎn)中心（O軸）、機(jī)翼與兩圍框的合成重心（C）與升降機(jī)推力作用點(diǎn)（B軸）的位置關(guān)系，如圖7所示。這三者之間的位置關(guān)系決定吊掛在起吊的狀態(tài)下，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能否將機(jī)翼由立放狀態(tài)翻轉(zhuǎn)至平放狀態(tài)，以及升降機(jī)推力 大小是否變化平穩(wěn)。

4.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力分析及計(jì)算

1） A肋和B肋圍框分別承擔(dān)的負(fù)載，如圖3所示

因?yàn)?/p>

解方程組得 ?、

所以5肋吊掛受力最大，所以僅對(duì)5肋吊掛進(jìn)行校核。