某型發(fā)動(dòng)機(jī)后吊點(diǎn)三圓同心優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)

■ 關(guān)新宇 朱百寶 宋家瑞/1 沈陽航空航天大學(xué) 南航工程技術(shù)分公司沈陽基地

0 引言

隨著世界航空業(yè)的發(fā)展，民航客機(jī)的設(shè)計(jì)正向大型化模塊化的方向邁進(jìn)，在日益增高的動(dòng)力需求推動(dòng)下，航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)也向大推力、高效能的目標(biāo)迅速發(fā)展。發(fā)動(dòng)機(jī)吊點(diǎn)裝置作為連接發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)機(jī)體的關(guān)鍵部件承受著越來越嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

本文的研究對(duì)象為空客A320 系列飛機(jī)掛裝的V2500-A5 型發(fā)動(dòng)機(jī)的后吊點(diǎn)。在安裝該后吊點(diǎn)時(shí)，需使吊點(diǎn)連桿與低壓渦輪機(jī)匣法蘭邊的兩個(gè)安裝孔三圓同心，剪切銷才能順利插入，工作者必須用手不斷觸摸接觸面以保證同心度，造成工作效率較低。另外，由于后吊點(diǎn)重量較重，安裝時(shí)需使用天吊進(jìn)行吊升，吊升后吊點(diǎn)的位置難以精確控制。為解決以上問題，本文使用Solidworks軟件進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，設(shè)計(jì)了一種專用工裝，經(jīng)驗(yàn)證可確保三圓同心，保證了工作者人身安全，提高了工作效率。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)介紹

V2500 發(fā)動(dòng)機(jī)與吊架前后共有兩處連接（見圖1）。其中，前吊點(diǎn)位于短艙前約1/3 處、吊架前懸臂梁剛結(jié)構(gòu)的端部，以4 個(gè)螺栓螺母連接發(fā)動(dòng)機(jī)和吊架，并以此傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)推力及垂直方向和側(cè)向的載荷到吊架結(jié)構(gòu)。后吊點(diǎn)位于短艙后約1/3 處，由連桿、剪切銷和球形支座等結(jié)構(gòu)組成，通過三根剪切銷將發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪12 點(diǎn)鐘方向安裝邊上的圓孔與三根連桿進(jìn)行連接，并通過4個(gè)螺栓螺母連接到吊架結(jié)構(gòu)上（見圖2）。后吊點(diǎn)傳遞彎扭載荷、垂直方向載荷和側(cè)向載荷到吊架結(jié)構(gòu)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)吊點(diǎn)位置示意圖

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)后吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖

2 吊點(diǎn)安裝過程存在的問題

V2500 發(fā)動(dòng)機(jī)的后吊點(diǎn)作為連接發(fā)動(dòng)機(jī)與吊架的功能性部件，每次更換發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)都需要重新拆裝。由于后吊點(diǎn)重量較重，在拆裝該部件時(shí)需要使用天吊進(jìn)行配合。一般通過人為控制天吊的升降來調(diào)節(jié)高度，將后吊點(diǎn)吊升至合適高度，最終通過剪切銷實(shí)現(xiàn)后吊點(diǎn)連桿與發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪機(jī)匣法蘭邊連接孔的高精度配合安裝。但后吊點(diǎn)垂直位置的控制很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，需要人工校準(zhǔn)后吊點(diǎn)連桿與低壓渦輪機(jī)匣法蘭邊安裝孔，確保這兩個(gè)部件的三個(gè)圓完全同心，剪切銷才能順利穿過。在人工校準(zhǔn)時(shí)，工作者一般會(huì)使用手指觸摸兩個(gè)部件三個(gè)圓的連接處，通過觸摸連接處的交錯(cuò)程度來確定是否同心（見圖3）。該方法存在以下問題：一是工作者工作時(shí)一般佩戴勞保棉布手套，觸摸時(shí)因手套阻隔觸感不靈敏，將花費(fèi)更多時(shí)間用于比較判定，造成時(shí)間浪費(fèi)；二是有些工作者為了提高觸感會(huì)摘下手套用手指觸摸連接處，以便迅速了解三圓的交錯(cuò)狀態(tài)，但由于后吊點(diǎn)重量較重（手冊(cè)中重量為37kg），天吊一旦失控將對(duì)工作者手指造成無法挽回的嚴(yán)重剪切傷害，存在較大安全隱患。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)后吊點(diǎn)安裝圖

由于廠家設(shè)計(jì)中對(duì)后吊點(diǎn)連桿安裝孔和發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪機(jī)匣前后法蘭邊連接孔的三個(gè)圓同心度要求較高，只要同心度不符合要求，剪切銷就不能順利插入。

3 解決方案

針對(duì)該隱患進(jìn)行質(zhì)量改進(jìn)，需要利用軟件對(duì)目標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，因此首先要選定建模軟件。商用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件種類繁多，常用軟件包括Pro/ENGINEER、UG、CATIA、3DS MAX、Solidworks 等，其中Solidworks軟件在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。該軟件可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)其設(shè)想中的各類產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前期、具體設(shè)計(jì)、分析模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。因此，本文選用Solidworks軟件進(jìn)行實(shí)體建模。

建模參數(shù)方面，參考A320 機(jī)型的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)、飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)和其他相關(guān)資料，得到建模原型的一系列結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，對(duì)這些結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后建模。

根據(jù)專用工裝最初的設(shè)計(jì)思路建立模型，該工裝要能將剪切銷固定在工裝前后部之間，工裝后部要設(shè)計(jì)一處凸臺(tái)使剪切銷有充分的軸向力推入三個(gè)圓孔之中，同時(shí)前部設(shè)計(jì)成斜面，保證三圓的端面存在不合適的偏移量時(shí)斜面可以通過自身的徑向力把不合適的偏移量去除，保證三圓同心。最終該工裝的建模以軟銅為材料，由前部圓錐頭和后部加力桿兩部分組成（見圖4），兩者之間通過正螺紋連接。后部加力桿中段有兩層凸臺(tái)，第一層凸臺(tái)的外徑與剪切銷的內(nèi)徑相同，作用是將剪切銷緊緊固定在中央位置，不發(fā)生徑向偏移；第二層凸臺(tái)的外徑與剪切銷的外徑相同，作用是使剪切銷不發(fā)生軸向偏移。前部圓錐頭的凹臺(tái)外徑與后部加力桿第一層凸臺(tái)外徑、剪切銷內(nèi)徑尺寸相同，這樣，前部圓錐頭的凹臺(tái)可以與后部加力桿的第二層凸臺(tái)將剪切銷緊緊夾在中間，形成圓柱體形狀。

圖4 建模專用工裝組裝示意圖

將剪切銷與專用工裝組裝完畢后，工作者只需將前部圓錐頭對(duì)準(zhǔn)低壓渦輪法蘭邊的第一個(gè)圓孔，握緊后部加力桿插入圓孔即可。該工具的前部圓錐頭斜面可在三圓不同心時(shí)將軸向沖擊力轉(zhuǎn)換為垂直于斜面的徑向力，將本不同心的部件通過徑向力推至同心位置，進(jìn)而使剪切銷順利通過低壓渦輪機(jī)匣前后法蘭邊連接孔的兩個(gè)圓和后吊點(diǎn)連桿安裝孔。當(dāng)剪切銷進(jìn)入既定位置后，工作者通過螺紋逆時(shí)針旋動(dòng)專用工裝的前后部分即可使工裝從前后兩個(gè)方向安全退出（見圖5）。

圖5 專用工裝建模操作示意圖

經(jīng)過一系列步驟，成功制作了專用工裝（見圖6）。經(jīng)過多次實(shí)際操作驗(yàn)證，使用該工裝從事此項(xiàng)工作相比人工操作可節(jié)約80%以上的時(shí)間。這種專用工裝替代了工作者使用手指觸摸接觸面以確定共軸同心的傳統(tǒng)方法，不僅能夠保證工作者的人身安全，將外部機(jī)械故障原因隔離到隱患之外，還大大縮減了因同心校正困難剪切銷難以插入而延長(zhǎng)的工作時(shí)間。

圖6 專用工裝實(shí)物圖

4 改進(jìn)措施

專用工裝使用后，工作者反饋了工裝的不足之處。前期設(shè)計(jì)的前部圓錐頭與凸臺(tái)之間角度較尖銳，雖然符合三圓同心對(duì)剪切銷順利插入的尺寸要求，但操作過程中發(fā)現(xiàn)，在端面略微偏移的情況下，因前部圓錐頭角度尖銳，偏移的位置會(huì)與前部圓錐頭斜面尖角相干涉，導(dǎo)致無法順利插入三圓孔。因此，在專用工裝初始設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上將前部圓錐頭與后部凸臺(tái)之間的棱角切削成45°倒角斜面，去除工裝上因機(jī)加工產(chǎn)生的毛刺。使用后表明，經(jīng)過改進(jìn)的工裝更利于裝配。

5 結(jié)束語

在日常維護(hù)中發(fā)動(dòng)機(jī)更換是常規(guī)性的工作，安裝和拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)后吊點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)修理部門經(jīng)常面臨的一項(xiàng)工作，是發(fā)動(dòng)機(jī)修理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。廠家給出的飛機(jī)修理手冊(cè)中對(duì)該環(huán)節(jié)的規(guī)定較簡(jiǎn)略，而實(shí)際生產(chǎn)中存在影響工作者人身安全和工作效率的潛在隱患。本文針對(duì)該問題進(jìn)行了深入研究，提出解決方案，制作了一種專用工裝，該工裝消除了工作中嚴(yán)重影響工作者人身安全的危險(xiǎn)因素，提高了從事該項(xiàng)工作的安全系數(shù)，提升了工作者的工作效率。