芻議飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備的設(shè)計及應(yīng)用

任煥 閆喜強(qiáng) 趙遠(yuǎn)鵬

摘 要 為了解決某型機(jī)飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝的生產(chǎn)需求，在飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝流程及安裝難點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出一種飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備方案，其主要由發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)和發(fā)動機(jī)安裝輔助機(jī)構(gòu)組成，應(yīng)用結(jié)果表明：該飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備可將發(fā)動機(jī)沿6自由度精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)快速、安全、精確的安裝到發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi);安裝效率高，每臺發(fā)動機(jī)平均安裝時間15min。

關(guān)鍵詞 飛機(jī)發(fā)動機(jī);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(jī)發(fā)動機(jī)的安裝是飛機(jī)整機(jī)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(jī)的動力性能，因此飛機(jī)發(fā)動機(jī)的安裝在飛機(jī)裝配中占有較重要的地位。飛機(jī)發(fā)動機(jī)外形為不規(guī)則的圓柱體，表面安裝有大量復(fù)雜管路，如圖1所示[1-3]。發(fā)動機(jī)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(fù)雜管路及機(jī)構(gòu)。因此在發(fā)動機(jī)安裝的過程中極易與發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)的管路、機(jī)構(gòu)、艙內(nèi)壁發(fā)生剮蹭、碰撞，損壞發(fā)動機(jī)[4-5]。飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)吊送到安裝位置，然后對飛機(jī)和發(fā)動機(jī)進(jìn)行連接和固定，該方法適用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)安裝空間較大或飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)升降到飛機(jī)發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，該方法適用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)安裝車將飛機(jī)發(fā)動機(jī)推送到飛機(jī)發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)，從而完成飛機(jī)與發(fā)動機(jī)對接工作，多用于噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。目前對于發(fā)動機(jī)采用插裝安裝的飛機(jī)，其發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)均設(shè)有引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，由引導(dǎo)機(jī)構(gòu)引導(dǎo)發(fā)動機(jī)進(jìn)入發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)，防止發(fā)生碰撞干涉，方便發(fā)動機(jī)的安裝[6-9]。

對于發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)無引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的一般情況，由于插裝安裝時安裝空間較小，很難實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)位置、姿態(tài)的調(diào)整，難以實(shí)現(xiàn)自動化，因此目前國內(nèi)對適用這一情況的發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備的研究較少[10]。針對實(shí)際生產(chǎn)中某型機(jī)發(fā)動機(jī)尺寸為長3.5m，最大直徑1.1m，質(zhì)量約為1噸，發(fā)動機(jī)安裝艙距離地面高度為2.5m，發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)無引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，且需采用插裝安裝，如圖2所示。由于該發(fā)動機(jī)存在體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面存在各種復(fù)雜管路等特點(diǎn)，發(fā)動機(jī)安裝艙安裝空間小，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)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(jī)艙內(nèi)無引導(dǎo)機(jī)構(gòu)的飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備。

1飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝流程

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

2飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝難點(diǎn)分析

飛機(jī)發(fā)動機(jī)具有體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面存在各種復(fù)雜管路等特點(diǎn)，發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)同樣設(shè)有各種機(jī)構(gòu)及管路，留給發(fā)動機(jī)的安裝空間較小，飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝時，位置、姿態(tài)不易控制，使其極易與發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)零部件碰撞干涉;此外，發(fā)動機(jī)安裝節(jié)與安裝艙內(nèi)的發(fā)動機(jī)拉桿之間為間隙配合，發(fā)動機(jī)拉桿繞其頂端鉸鏈旋轉(zhuǎn)至發(fā)動機(jī)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(jī)在一定范圍內(nèi)蠕動或晃動，且不與發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)零部件碰撞干涉，使得發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備。

3插裝安裝裝備設(shè)計

該插裝安裝裝備主要由AGV運(yùn)輸車、剪刀叉升降機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)安裝輔助機(jī)構(gòu)。AGV運(yùn)輸車處于飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝置的最底部，剪刀叉升降機(jī)構(gòu)安裝于AGV運(yùn)輸車兩側(cè)，發(fā)動機(jī)安裝輔助機(jī)構(gòu)安裝于AGV運(yùn)輸車上表面，嵌置于剪刀叉升降機(jī)構(gòu)內(nèi)，發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝于剪刀叉升降機(jī)構(gòu)上，如圖5所示。AGV運(yùn)輸車和剪刀叉升降機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)沿X、Y、Z向移動，進(jìn)行初步定位;發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)沿6自由度微量精確調(diào)整，最終將飛機(jī)發(fā)動機(jī)安全、精確的送至發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi);且發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)具有一定的柔性，可使發(fā)動機(jī)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(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計

插裝安裝裝備中的發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)主要由X向?qū)к墶⒖蚣堋向?qū)к墶⑺欧妱痈住撍鳌⒍ɑ啓C(jī)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(jī)調(diào)整機(jī)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(jī)構(gòu)的長度方向安裝于剪刀叉升降機(jī)構(gòu)上表面，框架橫跨且安裝在X向?qū)к壣希⒖裳豖向?qū)к夁\(yùn)動，兩組平行的Y向?qū)к壏謩e設(shè)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(shè)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\(yùn)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(jī)構(gòu)可沿Z向上下運(yùn)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(jī)構(gòu)運(yùn)動，可使得吊環(huán)上懸掛的飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝難點(diǎn)分析，可知發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)在滿足發(fā)動機(jī)6自由度精確調(diào)整的基礎(chǔ)上，還應(yīng)具有一定的柔性，可使發(fā)動機(jī)在一定范圍內(nèi)蠕動或晃動。發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)與飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)質(zhì)量1噸、工人最大推力200N可知，發(fā)動機(jī)最大蠕動或晃動角度為±1.14°，根據(jù)發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)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(jī)最大蠕動或晃動最大位移為±6～±10mm，滿足發(fā)動機(jī)插裝安裝要求。

3.2 發(fā)動機(jī)安裝輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計

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

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

4應(yīng)用分析

根據(jù)詳細(xì)設(shè)計內(nèi)容，研制了一套飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備，根據(jù)飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝流程分析，其與發(fā)動機(jī)、初步定位區(qū)域、發(fā)動機(jī)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(jī)安裝艙端面之間距離為1.5m。

實(shí)際應(yīng)用時，飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝的具體工藝流程及步驟如下：

（1）將發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備移動到規(guī)定區(qū)域，發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備中的剪刀叉升降機(jī)構(gòu)降低至最低位置，移動發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)放置架至最遠(yuǎn)處，同時升起發(fā)動機(jī)放置架，降下可移動平臺，使發(fā)動機(jī)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(jī)吊裝放置于發(fā)動機(jī)放置架上，發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備攜帶發(fā)動機(jī)移動至初步定位區(qū)域。

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

（4）操作發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備中的AGV運(yùn)輸車、剪刀叉升降機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)動，使發(fā)動機(jī)沿X、Y、Z向移動，初步調(diào)整發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)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(jī)一部分送進(jìn)發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)。

（5）AGV運(yùn)輸車、剪刀叉升降機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動，發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)帶動發(fā)動機(jī)沿發(fā)動機(jī)安裝艙軸線方向移動，將發(fā)動機(jī)安全的送進(jìn)發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)。

（6）通過發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的帶動，控制發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)將發(fā)動機(jī)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(jī)在整個送進(jìn)過程中不與其他部件發(fā)生碰撞、干涉，且最終在發(fā)動機(jī)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(dá)工作平臺上面，對發(fā)動機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行微量的調(diào)整，使得發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)安裝艙之間的連接件精確的裝配固連。

（8）將發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)上的吊環(huán)與發(fā)動機(jī)脫離，沿X向?qū)к壱苿影l(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)至安全位置，然后操作AGV運(yùn)輸車、剪刀叉升降機(jī)構(gòu)協(xié)同運(yùn)動，將發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備與發(fā)動機(jī)完全脫離，完成發(fā)動機(jī)的安裝。

該飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備在整個工藝流程過程中，各個部分運(yùn)行平穩(wěn)順暢，無卡頓現(xiàn)象;飛機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)與發(fā)動機(jī)安裝艙同軸度為±10mm;在發(fā)動機(jī)被送進(jìn)至發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)的過程中，可將發(fā)動機(jī)沿6自由度精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)位姿穩(wěn)定、可控、可調(diào)，送進(jìn)過程安全可靠;發(fā)動機(jī)安裝時可實(shí)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(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備安裝發(fā)動機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝過程設(shè)計了一種含有發(fā)動機(jī)調(diào)整機(jī)構(gòu)的飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備，并進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計和應(yīng)用驗(yàn)證，應(yīng)用結(jié)果表明：該飛機(jī)發(fā)動機(jī)插裝安裝裝備可實(shí)現(xiàn)將飛機(jī)發(fā)動機(jī)快速、安全、精確的安裝到發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi);在發(fā)動機(jī)被送進(jìn)至發(fā)動機(jī)安裝艙內(nèi)的過程中，可將發(fā)動機(jī)沿6自由度精確調(diào)整，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)位姿穩(wěn)定、可控、可調(diào)，送進(jìn)過程安全可靠;發(fā)動機(jī)安裝時可實(shí)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(jī)速度快，效率高，平均安裝每臺發(fā)動機(jī)耗時15min。

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