航空發(fā)動機(jī)吊具技術(shù)分析

滿達(dá)　王歆童　張海幸　劉超超

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動機(jī)吊具 吊具設(shè)計 吊具負(fù)載試驗 吊具使用及維護(hù)

中圖分類號： V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0071-03

航空發(fā)動機(jī)吊具是航空領(lǐng)域中航空發(fā)動機(jī)與試車臺組裝拆卸過程中使用的專業(yè)設(shè)備。由于社會發(fā)展、科技進(jìn)步和軍事儲備水平的提升，國內(nèi)航空事業(yè)快速發(fā)展，各型號的飛機(jī)種類不斷擴(kuò)大，航空發(fā)動機(jī)的型號和種類也在不斷增加，各試驗臺對發(fā)動機(jī)吊具的需求也日益劇增。

吊具設(shè)計應(yīng)滿足被吊物吊裝要求，如質(zhì)量要求、重心要求等，同時還應(yīng)保證起吊工作的安全性和設(shè)計時應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度［1］。對于航空發(fā)動機(jī)吊具，還需開展出廠前必要的檢驗及負(fù)載試驗，確保航空發(fā)動機(jī)吊具工作的可靠性。

航空發(fā)動機(jī)吊具已成為航空發(fā)動機(jī)試驗中配套設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，發(fā)動機(jī)吊具的設(shè)計、檢驗、操作、維護(hù)以及保養(yǎng)就顯得格外重要。本文將從航空發(fā)動機(jī)吊具設(shè)計技術(shù)、負(fù)載試驗、吊具檢驗方法、使用及保養(yǎng)維護(hù)方法進(jìn)行介紹。

1 航空發(fā)動機(jī)吊具設(shè)計技術(shù)

1.1 航空發(fā)動機(jī)吊具組成

根據(jù)航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)特點和吊具設(shè)計要求，為方便加工、安裝等工藝性，吊具通常采用模塊化設(shè)計。主要由主梁組合件、吊掛、絲杠傳動機(jī)構(gòu)、吊繩吊點組件和其他附件組成，吊具結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

該型吊具具有以下優(yōu)點：（1）采用連續(xù)調(diào)節(jié)式可調(diào)吊掛點，保證重心精確調(diào)節(jié)的需要；（2）采用組合式吊繩吊點結(jié)構(gòu)，可以針對不同型號快速組合，并保留一定對未來新型號發(fā)動機(jī)的拓展能力；（3）具有良好的型號適應(yīng)能力和經(jīng)濟(jì)效益，可以推廣應(yīng)用于試車臺、外場等，提高外場工裝通用性和維護(hù)便利性。

同時在設(shè)計航空發(fā)動機(jī)吊具時，還應(yīng)充分考慮材料的力學(xué)性能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡可能減少航空發(fā)動機(jī)吊具主承力結(jié)構(gòu)部件數(shù)量，減少連接點，從而減少集中應(yīng)力的發(fā)生。

1.2 航空發(fā)動機(jī)吊具關(guān)鍵部件設(shè)計

在設(shè)計航空發(fā)動機(jī)吊具時，根據(jù)不同種型號航空發(fā)動機(jī)質(zhì)量、重心、前后吊點相對位置，到主安裝平面距離計算吊具跨距范圍及質(zhì)心位置和發(fā)動機(jī)吊點形式，以確定吊具形式。

為滿足航空發(fā)動機(jī)吊點最大跨距長度的要求，同時具備較強(qiáng)承載能力，主梁組合件由槽鋼組合件及加強(qiáng)板焊接而成，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。為適應(yīng)不同型號發(fā)動機(jī)吊點跨距要求，主梁兩端預(yù)留若干吊繩安裝孔，用以滿足不同跨距長度要求。

為精確調(diào)節(jié)吊具吊掛點位置，使其與航空發(fā)動機(jī)質(zhì)心重合，吊掛位置應(yīng)能實現(xiàn)無級可調(diào)。吊具采用絲杠傳動機(jī)構(gòu)達(dá)到無級可調(diào)，吊掛可沿主梁自由連續(xù)移動，并可在任意位置固定，滿足航空發(fā)動機(jī)質(zhì)心位置要求。吊掛結(jié)構(gòu)如圖3 所示，吊掛設(shè)計支座結(jié)構(gòu)，通過搖轉(zhuǎn)螺桿，驅(qū)動支座沿主梁方向運動。輪軸兩端安裝有滑動軸承，可減少移動過程中的摩擦阻力。

吊具在承載狀態(tài)時，螺桿將隨主梁產(chǎn)生輕微彈性變形，使螺桿卡死，容易損壞吊具。為避免此種情況的發(fā)生，在支座中心設(shè)計有一個帶螺紋孔的調(diào)節(jié)塊，與螺桿通過螺紋配合。調(diào)節(jié)塊在支座中可以上下自由移動。支座-螺紋調(diào)節(jié)塊結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

設(shè)計發(fā)動機(jī)吊具時還應(yīng)考慮以下方面：（1）吊掛的連接應(yīng)穩(wěn)定牢靠；（2）吊掛接口的設(shè)計應(yīng)不影響發(fā)動機(jī)與吊掛前后安裝節(jié)的正常連接；（3）吊具接口部件的尺寸精度要求須與發(fā)動機(jī)吊點匹配，避免吊具工裝安裝使用時對發(fā)動機(jī)吊點造成損傷。

1.3 航空發(fā)動機(jī)吊具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

通過材料力學(xué)的計算方法和有限元建模分析方法，模擬發(fā)動機(jī)在吊裝過程中的邊界條件下，危險吊點的負(fù)載情況、約束情況等［2-5］。同時負(fù)載應(yīng)考慮發(fā)動機(jī)本體的重量，并依據(jù)重心數(shù)據(jù)，從而將負(fù)載分配至各個吊點。

1.3.1 主梁結(jié)合件強(qiáng)度校核

吊裝工作狀態(tài)下，主梁組合件作為主要的承力梁結(jié)構(gòu)，必須對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于負(fù)載發(fā)動機(jī)不同，吊具吊點位置根據(jù)其重心位置確定。主梁組合件截面示意圖如圖5 所示。

吊裝時，將主梁組合件簡化為一個吊具鉤掛連接件部分固定，兩側(cè)端點受力的懸臂梁。利用懸臂梁的理論計算公式計算其名義最大彎曲應(yīng)力。

主梁組合件受力分析，主梁起吊時，吊具應(yīng)保持緩慢、勻速、水平上升。根據(jù)垂直方向力平衡計算可得，吊繩吊點組合件兩端垂直方向起吊的合力應(yīng)等于發(fā)動機(jī)重力，方向相反；根據(jù)吊具力矩平衡計算可得，吊繩吊點組合件兩端施加的彎矩相等，方向相反。

2 航空發(fā)動機(jī)吊具檢驗方法

對航空發(fā)動機(jī)吊具進(jìn)行目視檢查，要求吊具不允許缺件，功能完整，標(biāo)識清楚，各轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動靈活，無卡滯現(xiàn)象。各連接部件的連接方向正確，連接件所用的螺栓、螺母、銷釘?shù)葢?yīng)牢固可靠并鎖緊。吊具使用過程中應(yīng)保證所有的裝配件、零部件不產(chǎn)生松動。

吊具所有焊縫均為連續(xù)焊縫，焊前除油、除銹，焊接后清除焊渣，焊縫修光、修平，進(jìn)行X 光檢查，消除焊接應(yīng)力并進(jìn)行驗收。

絲杠、螺紋、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、輪軸等活動部位，裝配時應(yīng)涂潤滑脂或潤滑劑。一般用ZL7-2 潤滑脂或HL-20 機(jī)械油。

除卸扣和鋼絲繩外，其余零組件表面進(jìn)行防銹處理。在裝配過程中，碰傷的漆層必須進(jìn)行補(bǔ)涂。

3 航空發(fā)動機(jī)吊具負(fù)載試驗

吊具進(jìn)行負(fù)載試驗是檢驗吊具是否存在變形、折斷等剛度、強(qiáng)度不足的必要試驗［6］。試驗載荷為200%額定載荷，靜載荷試驗的時間不少于3 min。試驗后結(jié)構(gòu)件不應(yīng)產(chǎn)生永久變形，對焊縫進(jìn)行著色檢查，鋼絲繩不應(yīng)產(chǎn)生斷股、斷絲等現(xiàn)象；接頭不應(yīng)有松動；在卸載之后，吊具仍應(yīng)具備所有的設(shè)計功能。負(fù)載試驗后提供試驗報告，試驗報告應(yīng)提供足夠的數(shù)據(jù)，以便確認(rèn)吊具與所規(guī)定的性能是否一致。試驗數(shù)據(jù)應(yīng)包括試驗日期、時間、大氣條件以及與性能有關(guān)的數(shù)據(jù)。

4 航空發(fā)動機(jī)吊具的使用及保養(yǎng)維護(hù)方法

使用前檢查確認(rèn)吊具的吊掛位置位于發(fā)動機(jī)重心位置。用吊車將吊具吊裝到發(fā)動機(jī)上，輕微點動升起吊車，使鋼絲繩承受一定預(yù)緊力，目視檢查吊起時吊具水平。若吊具向一端傾斜，應(yīng)緩慢落下吊車，調(diào)整吊具的吊掛位置，直至升起吊車時，吊具處于水平狀態(tài)，此時吊掛位置與發(fā)動機(jī)重心位置重合。當(dāng)發(fā)動機(jī)安裝到位并固定牢固后，才可從發(fā)動機(jī)吊點拆卸吊具。吊具在使用過程中，嚴(yán)禁在吊運發(fā)動機(jī)狀態(tài)下調(diào)整吊掛位置。

發(fā)動機(jī)吊具保養(yǎng)一般需要涂抹潤滑油或油脂。鋼絲繩要涂抹潤滑油，特別是鋼絲繩的彎曲處，要定期用油脂潤滑減速器、滾珠絲杠、軸承。吊具須存儲在專門位置，并擺放整齊。

每次使用之前檢查各螺母是否松動，吊梁是否變形。定期對主要的承力銷軸進(jìn)行無損探傷檢查，不允許有變形、裂紋、螺紋倒牙、脫扣等情形。對于存在焊接結(jié)構(gòu)的工裝，不允許焊縫出現(xiàn)裂紋、缺損、掉渣等情況。

5 結(jié)語

通過對航空發(fā)動機(jī)吊具的技術(shù)研究，總結(jié)了發(fā)動機(jī)吊具設(shè)計技術(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核、驗證技術(shù)、實施要求、使用及保養(yǎng)維護(hù)方法等方面，為相關(guān)設(shè)計和驗證工作提供參考，對后期開展航空發(fā)動機(jī)吊具設(shè)計及應(yīng)用提供了參考和技術(shù)積累，具有重要的指導(dǎo)意義。