飛機(jī)千斤頂?shù)陌l(fā)展探究

張 勇

（上海航空機(jī)械有限公司，上海 201314）

千斤頂作為一種高效的頂升設(shè)備，廣泛應(yīng)用于煤礦、橋梁、車輛和航空等領(lǐng)域。無論是客機(jī)、殲擊機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)、無人機(jī)還是直升機(jī)，在進(jìn)行總裝、測(cè)試、維護(hù)和維修時(shí)，都需要使用千斤頂將飛機(jī)頂起至一定高度后方可開展水平測(cè)量、起落架收放和更換機(jī)輪等某些特定項(xiàng)目的作業(yè)工作。

飛機(jī)千斤頂是航空地面保障的重要設(shè)備，國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂從上世紀(jì)中后期發(fā)展至今，已有半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程，技術(shù)已達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品同等水平。但受客戶保障設(shè)備清單的制約，無論是波音還是空客，民用客機(jī)使用的飛機(jī)千斤頂幾乎均為國(guó)外品牌。隨著近幾年國(guó)內(nèi)民用航空產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，ARJ21 和C919 等型號(hào)飛機(jī)的順利研制，國(guó)內(nèi)航空地面保障設(shè)備行業(yè)將迎來全新的契機(jī)，將更快、更好地推動(dòng)飛機(jī)千斤頂技術(shù)的發(fā)展。

1 飛機(jī)千斤頂?shù)姆诸惻c應(yīng)用

1.1 傳動(dòng)方式分類

根據(jù)傳動(dòng)類型的不同，可分為機(jī)械傳動(dòng)千斤頂和液壓傳動(dòng)千斤頂[1]，飛機(jī)千斤頂同樣可分為這兩類。其中機(jī)械傳動(dòng)千斤頂主要采用絲杠結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)螺母實(shí)現(xiàn)絲桿的上升或下降，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性高，但其頂升載荷較小，主要應(yīng)用于自身重量較小的飛機(jī)。

飛機(jī)液壓千斤頂具有頂升載荷大、行程范圍大和使用方便等特點(diǎn)，在各類飛機(jī)上廣泛應(yīng)用，額定載荷從一噸至幾十噸均有應(yīng)用，是目前飛機(jī)千斤頂普遍采用的結(jié)構(gòu)。飛機(jī)液壓千斤頂根據(jù)液壓源的輸出方式還可分為手動(dòng)液壓千斤頂、電動(dòng)液壓千斤頂和氣動(dòng)液壓千斤頂三類。

1.2 結(jié)構(gòu)形式分類

美國(guó)軍用規(guī)范MIL-J-26149E-1988《飛機(jī)維修用液壓千斤頂通用規(guī)范》中規(guī)定，千斤頂應(yīng)為軸式、懸臂式、獨(dú)腳架式或三腳架式[2]。其中軸式和懸臂式千斤頂主要用于頂起飛機(jī)機(jī)輪，以便于更換飛機(jī)輪胎；獨(dú)腳架式千斤頂一般在大型飛機(jī)頂起后輔助支撐機(jī)頭或機(jī)尾，防止飛機(jī)在三點(diǎn)支撐的情況下翹起；三腳架式千斤頂主要用于頂起機(jī)頭、機(jī)翼或機(jī)尾，是飛機(jī)千斤頂?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)形式。

由于懸臂式和獨(dú)腳架式千斤頂應(yīng)用較少，國(guó)內(nèi)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)HB 7791-2005《飛機(jī)千斤頂類型、基本參數(shù)和技術(shù)要求》中規(guī)定，千斤頂按結(jié)構(gòu)分為兩類：Ⅰ類：三腳架式，Ⅱ類：柱式[3]。柱式千斤頂和軸式千斤頂雖然叫法存在差異，但是所表述的千斤頂結(jié)構(gòu)形式相同。三腳架式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖1 所示，柱式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

圖1 三腳架式千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 柱式千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 液壓原理分類

飛機(jī)液壓千斤頂根據(jù)液壓原理不同，主要可分為單油路和雙油路兩種形式。典型的單油路千斤頂主要由手搖泵、油濾、單向閥、作動(dòng)筒、截止閥、安全閥和油箱等零部件組成，液壓原理如圖3 所示。單油路結(jié)構(gòu)在飛機(jī)液壓千斤頂領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是目前最為普遍的方式，HB 3468-1984《5 噸飛機(jī)液壓千斤頂》和HB 4012-1987《10噸飛機(jī)液壓千斤頂》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的飛機(jī)液壓千斤頂采用的都是該原理。

圖3 單油路飛機(jī)液壓千斤頂?shù)湫鸵簤涸韴D

HB 4537-1991《十噸液壓機(jī)輪千斤頂》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了一種雙油路手動(dòng)軸式千斤頂[4]，該千斤頂主要由手搖泵、油濾、單向活門、安全閥、換向閥（二位四通閥）、截止閥、阻尼閥、作動(dòng)筒及活塞桿和油箱等零部件組成，典型的液壓原理如圖4 所示。

圖4 雙油路飛機(jī)液壓千斤頂?shù)湫鸵簤涸韴D

單油路和雙油路千斤頂?shù)闹饕獏^(qū)別在于單油路千斤頂活塞桿下端為油腔，上端與大氣相通。下降時(shí)，活塞桿應(yīng)能在不大于20 公斤外力作用下，降至最低位置[5-6]。而雙油路千斤頂活塞桿上下端均為油腔，通過換向閥切換活塞桿的上升或下降油路。下降時(shí)，在有載荷的情況下，靠外力下降；脫離載荷后，可搖動(dòng)手搖泵使活塞桿強(qiáng)制下降。

2 國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂?shù)陌l(fā)展歷史與現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷史

航空地面保障設(shè)備是為飛機(jī)生產(chǎn)、維護(hù)和維修提供基礎(chǔ)保障的產(chǎn)品，其發(fā)展和我國(guó)航空事業(yè)的建設(shè)水平密切相關(guān)。殲-5 是我軍仿制的蘇聯(lián)米格-17 埃夫型飛機(jī)，也是我國(guó)生產(chǎn)的第一型噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，它的試制成功，標(biāo)志著我國(guó)的航空工業(yè)跨入了噴氣時(shí)代[7]。該機(jī)于1954 年10月開始研制，于1956 年7 月首飛成功。60 年代研制和生產(chǎn)的主要有強(qiáng)-5、殲-6、殲-7、殲-8 和轟-6 等型號(hào)飛機(jī)。國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂?shù)陌l(fā)展也是從這個(gè)時(shí)期開始的，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的年代，各種產(chǎn)品的生產(chǎn)都由國(guó)家統(tǒng)一安排，飛機(jī)千斤頂也由指定廠家生產(chǎn)，如80 年代中小型飛機(jī)用的5 噸飛機(jī)液壓千斤頂由原航空工業(yè)部三〇三五廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)，大、中型飛機(jī)用的10 噸飛機(jī)液壓千斤頂由原航空工業(yè)部一六四廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)。

天然氣是清潔高效、綠色環(huán)保的能源資源，加快發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)有利于提高人民生活品質(zhì)和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，滿足人民日益增長(zhǎng)的對(duì)優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需要。為破除目前中國(guó)天然氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)各自為政的狀況以及其他制約天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的體制機(jī)制，國(guó)家先后出臺(tái)了《關(guān)于深化石油天然氣體制改革的若干意見》和《關(guān)于加快推進(jìn)天然氣利用的意見》，要求改革油氣管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制，完善油氣管網(wǎng)公平接入機(jī)制。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

上世紀(jì)八十年代，在航空工業(yè)三〇一所的組織下，航空工業(yè)部門制定了大量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括飛機(jī)千斤頂?shù)南嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要有原航空工業(yè)部三〇三五廠負(fù)責(zé)起草的HB 3468-1984《5 噸飛機(jī)液壓千斤頂》和HB 4537-1991《十噸液壓機(jī)輪千斤頂》，以及航空工業(yè)部一六四廠負(fù)責(zé)起草的HB 4012-1987《10 噸飛機(jī)液壓千斤頂》等標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)附錄中還提供了生產(chǎn)圖樣和使用維護(hù)說明書等技術(shù)資料。

這次標(biāo)準(zhǔn)的編制和實(shí)施工作對(duì)國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂行業(yè)產(chǎn)生了重大影響，將原航空工業(yè)部三〇三五廠和一六四廠的技術(shù)文件公開化，其他企業(yè)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)附帶的生產(chǎn)圖樣就能直接組織同型號(hào)千斤頂?shù)纳a(chǎn)，這也是在此之后出現(xiàn)大批飛機(jī)千斤頂生產(chǎn)企業(yè)的原因之一。

由中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院和中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所負(fù)責(zé)起草的HB 7791-2005《飛機(jī)千斤頂類型、基本參數(shù)和技術(shù)要求》是目前國(guó)內(nèi)最新的飛機(jī)千斤頂標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飛機(jī)千斤頂?shù)念愋?、基本尺寸和性能要求等進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)規(guī)范國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂?shù)纳a(chǎn)和發(fā)展起到了較為顯著的作用。

2.3 通用化

在HB 3468-1984《5 噸飛機(jī)液壓千斤頂》和HB 4012-1987《10 噸飛機(jī)液壓千斤頂》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)兩種噸位的千斤頂最低高度、最大高度、液壓行程和穩(wěn)定圓直徑等參數(shù)有詳細(xì)的規(guī)定，形成了系列化的產(chǎn)品，具有較好的通用性。比如FT-9707 系列千斤頂主體相同，通過更換三腳架能夠適用于強(qiáng)-5、殲-6、殲-7 和殲-8 系列飛機(jī)。

然而，現(xiàn)有的軍用三代機(jī)、四代機(jī)和民用飛機(jī)用的千斤頂呈現(xiàn)出產(chǎn)品通用性差的特點(diǎn)。主要原因有兩點(diǎn)：一是現(xiàn)代飛機(jī)的技術(shù)發(fā)展快，不同型號(hào)飛機(jī)的氣動(dòng)外形和結(jié)構(gòu)差異較大，導(dǎo)致飛機(jī)用千斤頂?shù)幕緟?shù)差異大；二是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)后缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，各飛機(jī)設(shè)計(jì)單位之間、飛機(jī)設(shè)計(jì)單位和地面保障設(shè)備供應(yīng)商之間都缺少整體的規(guī)劃和溝通。

2.4 技術(shù)現(xiàn)狀

受到停機(jī)坪和機(jī)庫(kù)內(nèi)電源和氣源等保障條件限制，電動(dòng)液壓千斤頂和氣動(dòng)液壓千斤頂使用還不是很方便，如采用拖線準(zhǔn)備電源等工作會(huì)大幅增加千斤頂使用的工作量。另外，在起重量、最小高度和最大高度等參數(shù)相同的情況下，電動(dòng)液壓千斤頂和氣動(dòng)液壓千斤頂?shù)某杀疽惨仁謩?dòng)液壓千斤頂高。因此，目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂仍以手動(dòng)液壓結(jié)構(gòu)為主。

但在飛機(jī)制造和維修車間，由于千斤頂?shù)氖褂妙l率高，電動(dòng)液壓千斤頂和氣動(dòng)液壓千斤頂頂升效率高和勞動(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)能夠得到較好的發(fā)揮，因此已有一部分電動(dòng)液壓千斤頂和氣動(dòng)液壓千斤頂投入使用。還有極少部分使用了電動(dòng)同步升降千斤頂，以提高飛機(jī)上升和下降的平衡。

3 國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂?shù)陌l(fā)展設(shè)想

各種結(jié)構(gòu)類型的千斤頂會(huì)繼續(xù)共存，并根據(jù)不同用戶的需求定制。傳統(tǒng)手動(dòng)液壓千斤頂不會(huì)消失，而千斤頂?shù)淖詣?dòng)化水平和需求數(shù)量會(huì)越來越高，并最終發(fā)展為智能飛機(jī)千斤頂。

3.1 同步升降千斤頂

同步升降千斤頂一般由一臺(tái)機(jī)身千斤頂、兩臺(tái)機(jī)翼千斤頂和一套控制系統(tǒng)組成，通過位移傳感器實(shí)時(shí)反饋三臺(tái)千斤頂?shù)纳仙叨龋?jīng)軟件解算后，由控制系統(tǒng)給出指令，通過電機(jī)和電磁閥等控制調(diào)節(jié)每臺(tái)千斤頂?shù)囊簤毫髁?，?shí)現(xiàn)三臺(tái)千斤頂同步升降的功能。

千斤頂采用三腳架式結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能模塊劃分主要由支撐功能、頂升功能、液壓動(dòng)力和移動(dòng)搬運(yùn)四大功能模塊組成，功能模塊框圖如圖5 所示，功能區(qū)域劃分如圖6所示。同步升降千斤頂主要通過對(duì)液壓動(dòng)力模塊的控制，完成頂升功能模塊的升降同步性，實(shí)現(xiàn)了千斤頂升降的自動(dòng)化控制，是發(fā)展智能飛機(jī)千斤頂?shù)幕A(chǔ)。

圖5 千斤頂功能模塊框圖

圖6 機(jī)身/機(jī)翼千斤頂功能模塊劃分圖

手動(dòng)液壓千斤頂?shù)氖謸u泵手柄力一般略小于250N，整個(gè)頂升過程需要十分鐘左右，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，同步升降千斤頂?shù)氖褂媚軌蛉〈肆Υ虮霉ぷ?，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。且三臺(tái)千斤頂?shù)耐叫愿?，能夠保證飛機(jī)的平穩(wěn)上升，避免了由于飛機(jī)傾斜使千斤頂產(chǎn)生側(cè)向力的情況，能夠提高飛機(jī)升降過程的安全性。因此，在飛機(jī)總裝車間等工作條件較好的場(chǎng)所，同步升降千斤頂?shù)氖褂脮?huì)逐步得到推廣。

3.2 智能飛機(jī)千斤頂

智能飛機(jī)千斤頂是一種全自動(dòng)的千斤頂，在同步升降千斤頂?shù)淖詣?dòng)化基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)移動(dòng)搬運(yùn)模塊和支撐功能模塊的自動(dòng)化。移動(dòng)輪可選用麥克納姆輪，實(shí)現(xiàn)千斤頂360°全方位自主行走；支撐腳可改為電動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)或液壓升降控制，實(shí)現(xiàn)支撐腳的自動(dòng)升降控制。通過在千斤頂上增加水平傳感器和接近傳感器等感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工位間的自動(dòng)行走、對(duì)接和自動(dòng)調(diào)平等功能。通過增加無線接收和發(fā)射裝置，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)千斤頂與主控制系統(tǒng)的信息傳遞功能。

智能飛機(jī)千斤頂是實(shí)現(xiàn)無人化頂升飛機(jī)的設(shè)備，使用時(shí)只需要輸入工位、機(jī)型等信息，智能飛機(jī)千斤頂將根據(jù)預(yù)設(shè)的指令完成自主移動(dòng)、接口對(duì)接和同步頂升等功能。通過與其他自動(dòng)化、智能化設(shè)備的配合，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)車間的自動(dòng)化控制，徹底解放人類的體力勞動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)千斤頂?shù)陌l(fā)展伴隨著國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從上世紀(jì)50 年代起步，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的應(yīng)用，已形成了成熟的結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)，保障了飛機(jī)裝配、維護(hù)和維修等工作的開展。隨著國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)和整體科技水平的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)飛機(jī)千斤頂?shù)氖袌?chǎng)需求將日益增加，自動(dòng)化的程度將不斷提高，有助于降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。