加力燃油管路進油管接頭復(fù)位裝置

□ 張曉紅 □ 楊 慶 □ 王 璟

中國航發(fā)動力股份有限公司 西安 710021

1 設(shè)計背景

航空發(fā)動機管路主要用于輸送燃油、潤滑油和空氣等介質(zhì),是發(fā)動機的重要組成部分。根據(jù)美國空軍各業(yè)務(wù)公司的統(tǒng)計,航空發(fā)動機零件發(fā)生故障總數(shù)中,燃油、氣壓和液壓方面的故障占50%～60%,高居航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)故障之首。導(dǎo)管斷裂故障是發(fā)動機上常見的故障之一,管路的結(jié)構(gòu)完整性是整個航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)完整性和可靠性的重要組成部分。其中,燃油管路加工精度高,裝配技術(shù)要求嚴格。要求發(fā)動機零部件產(chǎn)品質(zhì)量必須滿足整機裝配技術(shù)要求,并且必須保證工廠試車和檢驗試車后的產(chǎn)品狀態(tài)依然符合發(fā)動機交付出廠前的產(chǎn)品質(zhì)量要求。實際管路在經(jīng)過試車考核階段后,會存在一定量的變形,這是由于在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速,甚至高載荷的試車環(huán)境下,不同材料、厚度、設(shè)計結(jié)構(gòu),以及不同裝配狀態(tài)下零件產(chǎn)生的膨脹程度不同所導(dǎo)致。加力燃燒室主要由鈑金焊接結(jié)構(gòu)的筒體與機加工焊接的燃油總管裝配組成,在氣動力的作用下,會產(chǎn)生局部變形、磨損,從而影響加力燃油總管在擴散器上的裝配、固定,試車后出現(xiàn)燃油總管進油管接頭下沉,法蘭安裝座卡滯無法拆卸的現(xiàn)象。管接頭變形卡滯反映出存在裝配應(yīng)力,裝配應(yīng)力大是導(dǎo)致導(dǎo)管疲勞裂紋早期萌生的主要原因。因此,必須對進油管接頭進行復(fù)位,恢復(fù)原始設(shè)計位置。為避免燃油總管進油管接頭復(fù)位過程中施力過大和施力過程不均勻?qū)е氯加涂偣芎缚p裂紋或其它部位變形,需要設(shè)計一種復(fù)位裝置,實現(xiàn)進油管接頭復(fù)位,保證裝配質(zhì)量。由此,筆者設(shè)計了加力燃油管路進油管接頭復(fù)位裝置。

2 技術(shù)方案

復(fù)位裝置如圖1所示。根據(jù)法蘭安裝座的形狀,唯一可以使用工具操作的位置是法蘭安裝座內(nèi)側(cè)三處均布的圓錐面。對此,需要設(shè)計復(fù)位裝置,可以穩(wěn)定接觸錐面,向外側(cè)將法蘭安裝座和燃油總管拉到設(shè)計位置。由于法蘭安裝座沒有角向定位的限制,在管接頭未安裝上之前可以繞接頭自由旋轉(zhuǎn),因此法蘭安裝座的角向位置是隨機的,內(nèi)側(cè)的圓錐面沒有固定位置,需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整裝置抱緊法蘭安裝座的位置。加力燃燒室主要由鈑金焊接結(jié)構(gòu)的筒體與機加工焊接的燃油總管裝配組成。機匣上分布有焊接的管路和焊縫,支腳支承機匣的位置需要避讓機匣上的管路焊縫。當法蘭安裝座位置固定時,支腳的位置需要可以靈活調(diào)節(jié),避讓管路焊縫,防止壓壞焊縫。支腳還需要具備自由度,可以根據(jù)機匣表面型面調(diào)整位置。理論上支腳和機匣的接觸是平面和圓錐面的線接觸,這種情況會產(chǎn)生支承不穩(wěn)定和接觸壓強過大,導(dǎo)致機匣表面受損。對此,需要在支腳上增加橡膠墊,利用橡膠受壓變形擴大接觸面積,使線接觸變?yōu)槊娼佑|,提高支腳支撐的穩(wěn)定性,防止硬接觸損傷零件。

▲圖1 復(fù)位裝置

按照技術(shù)方案設(shè)計的復(fù)位裝置由頂塊、卡爪、壓緊螺釘、旋入式螺紋襯套、支座、支桿、支腳、螺母、擰緊螺釘、轉(zhuǎn)銷組成,如圖2所示。

▲圖2 復(fù)位裝置結(jié)構(gòu)

3 操作步驟

將復(fù)位裝置的三個支腳頂住機匣外壁,防止壓空和壓到機匣管路焊縫上。打開卡爪,調(diào)整每個卡爪的位置,使卡爪錐面可以接觸到法蘭安裝座的內(nèi)側(cè)錐面。旋轉(zhuǎn)擰緊螺釘向下運動,頂緊卡爪上部。卡爪錐面向內(nèi)鉤,直到頂?shù)椒ㄌm安裝座的內(nèi)錐面。旋轉(zhuǎn)壓緊螺釘,壓緊螺釘頂緊支座。由于支座無法運動,當旋轉(zhuǎn)擰緊螺釘時,頂塊向上運動,通過轉(zhuǎn)銷拉動卡爪向上運動,緩慢拉動法蘭安裝座和燃油管路向外運動,直到法蘭安裝座移動到設(shè)計位置。保持一段時間后,松開擰緊螺釘,使卡爪脫離法蘭安裝座的內(nèi)錐面。整個裝置完成脫離,實現(xiàn)燃油總管接頭復(fù)位,法蘭安裝座卡滯故障解除,可以順利拆卸。

4 工作原理

復(fù)位裝置工作原理如圖3所示。壓緊螺釘一端使用球面,在螺紋上加工出溝槽,壓緊螺釘通過螺紋連接旋入支座的螺紋孔內(nèi)。螺紋孔后端加工一個尺寸較大的盲孔,壓緊螺釘前端的螺紋進入盲孔后,至溝槽和螺紋脫離。壓緊螺釘和支座靈活相連接,并且不會脫離。這種結(jié)構(gòu)使卡爪位置固定后,可以調(diào)整支腳的位置和角度。三個卡爪分別和法蘭安裝座錐面接觸,通過壓緊螺釘微調(diào)安裝角度,保證壓緊螺釘?shù)氖┝Ψ较蚝瓦M油管的軸線相同。壓緊螺釘通過旋入式螺紋襯套,壓緊支座的盲孔底面。支座受力后,壓力傳導(dǎo)至支腳頂緊機匣。由于支座無法移動,壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)無法前進,反作用力就驅(qū)動頂塊向反方向移動,頂塊帶動卡爪抓取法蘭安裝座向外移動,直到進油管接頭復(fù)位至設(shè)計位置。

▲圖3 復(fù)位裝置工作原理

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 法蘭安裝座抱緊功能設(shè)計

進油管接頭伸出段較短,約5 cm,接頭上帶有活動的法蘭安裝座。安裝座上唯一可以使用工具操作的位置是法蘭安裝座內(nèi)側(cè)三處均布的圓錐面,操作空間小,且可用的著力面積小,可以利用法蘭安裝座接觸面合理設(shè)計抱緊機構(gòu)。

5.2 支腳靈活調(diào)節(jié)功能設(shè)計

對于支腳支承機匣的位置,需要避讓機匣上的管路焊縫。當法蘭安裝座位置固定時,需要支腳靈活調(diào)節(jié)位置,避讓管路焊縫,防止壓壞焊縫。并且支腳設(shè)計具備自由度,可以根據(jù)機匣表面型面調(diào)整位置,直至裝置安裝穩(wěn)定。

5.3 校正結(jié)構(gòu)設(shè)計

調(diào)整抱緊機構(gòu),使卡爪受力均勻,不會出現(xiàn)卡爪工作時脫開的情況?？ㄗΦ倪B接結(jié)構(gòu)校正頂塊的位置,使頂塊沿進油管的軸線方向運動,實現(xiàn)進油管接頭的復(fù)位功能。

6 優(yōu)點

所設(shè)計的復(fù)位裝置具有如下優(yōu)點:

(1) 利用螺紋反作用力使工作過程中施力均勻,避免人工施力不穩(wěn)定,造成零件損傷;

(2) 定位精度高,施力方位準確;

(3) 解決空間狹小、操作困難的問題;

(4) 支腳位置調(diào)節(jié)靈活,支撐穩(wěn)定;

(5) 結(jié)構(gòu)新穎、精巧,質(zhì)量輕,操作方便,使用穩(wěn)定、可靠。

通過應(yīng)用這一復(fù)位裝置,解決了加力燃燒室燃油總管進油管接頭下沉、安裝座卡滯,造成燃油管無法復(fù)位的問題。

7 結(jié)束語

筆者針對航空發(fā)動機鉸接式裝配的加力燃油管路試車后經(jīng)常出現(xiàn)的位置偏離現(xiàn)象,設(shè)計了一種加力燃油管路進油管接頭復(fù)位裝置。通過將這一復(fù)位裝置安裝在加力筒體外部,可以實現(xiàn)燃油管路的位置復(fù)位,縮短拆分復(fù)裝的工藝周期,同時避免通過施加不穩(wěn)定外力對管路焊縫及加力機匣薄壁件的影響。這一復(fù)位裝置可以提高燃油管路的復(fù)位精度,保證發(fā)動機零件裝配質(zhì)量。