一種航空發動機多功能傳裝裝備研究

屈鐵軍

（黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150040）

0 引言

本文探索航空用關鍵部件分解作業裝備的通用結構形式，從而為裝備的設計提出統一的模式。項目的研制開發完成，將推廣應用于航空航天、飛行器維修等領域的生產中。能夠顯著提升航空發動機在裝配、維修、調試、實驗中的生產效率，提高產能，節約資源使用，減輕人員勞動強度，創造很好的經濟效益。更重要的是對相關技術人員的人身安全起到至關重要的保障。對分解作業裝備控制系統的控制軟件的開發，縮短航空用關鍵部件分解作業的周期，成熟之后可以形成具有自主知識產權的用于航空關鍵部件分解作業的專用裝備，減少引進國外裝備的數量，節約寶貴的資金。小型化的組合式可滿足不同型號的航空用關鍵部件分解作業要求，擴大設備的應用范圍。

1 技術路線

1）從研究傳裝裝備應用特點入手，制定總體設計方案；緊跟世界相關技術的發展動態，采用新的控制技術、計算機技術，并進行充分論證，使其更加適合行業需求。

2）在設計過程中，在考慮通用性和行業性并重的基礎上，詳細分析用戶需求，針對我國航空設施建設的實際特點和相關廠家的應用情況，設計出低成本、高可靠性的新型裝備。

3）注重系統的工藝性和經濟性，以利于向產業化方向轉化。充分考慮人機交互的友好性，并留有二次開發的軟件接口。

4）分階段試運行式實驗驗證。利用承擔單位承接的工程項目進行各項階段性成果的嫁接，在現場實際試運行檢驗。

5）在設計中采用優化的設計方法。應用系統工程的理論，注重項目管理，以期達到少投資、多產出的目的。

2 技術方案

結合項目的關鍵點及難點分析，發動機拆裝及載人升降平臺均采用機械電動升降剪叉式結構[1]；剪叉結構具有基高低、結構穩固、升降平臺靈活、升降平穩、操作方便、載重量大等特點。

該傳裝裝備應用于航空領域，以變頻電動機、減速機、電動（氣動）推桿等作為執行機構，由變頻器、PLC、工控機等構成自動控制系統的硬件結構體系，設計了航空發動機多功能傳裝裝備的內外雙層結構[2-3]；采用工裝快卸式工裝盤，且采用圓錐銷定位和螺紋緊固，便于更換不同型號航空發動機，便于維修或裝配；研究開發組態控制軟件，工裝和裝配體之間不發生干涉；研制分體式弧形拆裝零件自動收集裝置[4]，保證拆卸構件安全，防止掉落地面造成意外損失；研制航空發動機部件分解作業裝備雙向機械鎖結構[3，5-6]，任意高度均可防止分解作業裝備意外下降，保證航空發動機安全和作業人員安全，保證裝備穩 定 可靠。設計方案結構圖如圖1所示。

農業農村現代化是“人與自然和諧共生的現代化”的重要組成部分。過去講農業現代化，主要側重發展現代農業，側重農業服務工業、農村服務城市，加劇了農村和城市的“剪刀差”，造成了城鄉二元對立。理論和實踐充分證明，沒有農業農村現代化，整個國家的現代化就不完整、不全面、不穩固。十九大報告將加快推進農村現代化與農業現代化并列，一是強調要高度重視鄉村發展；二是強調鄉村治理亟須系列制度跟進，以此支撐鄉村的文明、穩定和發展；三是對“三農”工作提出更高要求，不僅局限在農業現代化，而且要進一步擴大到農村經濟、政治、文化、社會、生態等各方面。

圖1 設計方案結構圖

3 主要技術特點

1）航空發動機多功能傳裝裝備的升降機構實現了載人操作臺和發動機傳裝平臺的垂直升降運動，并且在升降過程中能做到兩平臺在豎直方向上的準確定位和制動鎖止功能，垂直升降運動系統同時保證了載人操作臺和發動機傳裝臺水平及垂直升降運動平穩可靠。

2）控制系統采用變頻調速，載人操作平臺和發動機傳裝平臺由T型絲杠推桿水平方向推動滑塊，載人升降臺和發動機傳裝平臺由2臺電動機減速機驅動兩側推桿同步或分別升降在任意位置。機械升降系統可進行手動操作，預防系統失靈；控制器采用西門子PLC，采用操作臺本地控制和遙控控制兩種方式，采集并顯示裝備的運行和故障狀態，2個平臺的限位開關都采用2組互為備用，2個平臺都有各自的自鎖解鎖機構，由電動推桿控制，系統具有急停功能，能夠應對緊急情況。

3）雙向機械鎖機構，采用齒條齒塊鎖和齒輪齒條雙向鎖死方式。a.齒條齒塊采用電動推桿或氣動（根據使用需要）控制，布置在設備底部架體上，齒塊和齒輪隨滑塊在水平方向上運動，齒條固定在設備底架上，齒塊與齒條之間有一定間隙以保證兩者不嚙合，設備需要鎖定時由電動推桿或氣動推桿控制齒塊與齒條嚙合鎖死；b.齒輪與齒條嚙合，設備運行時齒輪在齒條上隨齒條正反方向往復運動，齒輪轉動軸上安裝電磁力鎖緊裝置，在設備突然斷電、故障等緊急情況時，自動鎖死齒輪轉動。設備升降開始和升降完成期間隨時鎖定設備，以保證設備運行程中航空發動機的安全和作業人員安全[1-6]。雙向機械所示意圖如圖2所示。

圖2 雙向機械所示意圖

4）采用分體式弧形拆裝零件防掉落自動收集裝置。發動機傳裝平臺與載人操作平臺之間存在空隙，在設備升降停止后，由電動推桿為驅動機構，從載人升降臺底面由圓周向圓心方向伸出弧形收集裝置，遮擋住發動機升降臺與載人升降操作臺之間的空隙，防止拆裝零件意外掉落，保證拆裝構件安全，減少損失。工作任務完成后，分體式弧形拆裝零件防掉落收集裝置自動收回，再進行其他操作[2-3,6]。分體弧形收集裝置如圖3所示。

圖3 分體弧形收集裝置

4 理論計算分析

4.1 載人操作平臺

1）剪刀叉強度校核。材料為Q235A，120×30高強度鋼板，剪刀叉P總=94 kN；由P總=mg得m=94 000 kg，即剪刀叉理論上可以承受的最大質量為94 000 kg，約為9.4 t。滿足設計要求。

2）絲桿推力校核。選用絲桿推力為P=120 kN；行程比L絲桿∶L平臺=1∶3；P總=120×3=40 kN；剪刀叉初始角θ最低=11°；P=22.9 kN。由P=mg得m=2336 kg。其中m自重=736 kg；m載重=1600 kg，滿足設計要求。

3）軸銷的橫向剪切性能校核。材料為45鋼，直徑為30 mm，由τ=Q/A得Q=τ×A=423.9 kN。取安全系數n=3，則Q=141.3 kN，滿足設計要求。

4.2 發動機傳裝平臺

剪刀叉強度校核。剪刀叉采用Q235A，90×30鋼板，剪刀叉P總=70.5 kN。由P總=mg得m=7193.8 kg。剪刀叉理論上可以承受的最大質量為7193.8 kg，約為7.2 t，滿足設計要求。

4.3 絲桿推力校核

選用絲桿推力為P=120 kN；剪刀叉初始角θ最低=20°。剪刀叉的起始舉升力P=94.2×sin 20°=40 kN，約為4 t，滿足設計要求。

4.4 升降平臺偏擺量理論研究分析

升降平臺在受到外部擾動或載荷時，由于支桿套和支桿銷之間間隙的存在，升降平臺會產生偏擺。偏擺量不但增大了升降平臺底部剪叉所受載荷，更嚴重時可能使升降平臺發生傾覆，所以對升降平臺偏擺量進行分析是具有現實意義的。

設定機械升降平臺絲桿、絲桿、銷間的間隙相同且為a；平臺寬度為L；升降層數為n；單層剪叉最大起升高度為h。假設偏擺只發生在升降平臺最下一層剪叉，其余各組剪叉為剛性連接（由載荷所產生的應變不考慮在內）。

最下一層剪叉偏擺角θ計算公式為sin θ=2a/L。反映到升降平臺頂部偏擺量x=2anh/L。

同理可得第二層剪叉擺動反映到升降平臺頂部的偏擺量，故升降平臺偏擺量為：X=2anh/l+2a(n-1)h/l+…+2ah/l=2ah/l[n+(n-1)+…+1] =(2ah/l)(n(n+1)/2)。

圖4 剪叉升降一

本設備內部外升降平臺的最多為2層，假設間隙為最大為0.1 mm（據調研，一般間隙范圍為0.05～0.10 mm），單層剪叉升高按最大假設為1000 mm，升降平臺寬度按最小假設為1000 mm。那么由支桿套和支桿銷之間間隙導致的升降平臺的最大偏擺量X =（2 ×0.1 ×1000÷1000）×（2×3/2）=0.6 mm，遠小于5 mm，滿足使用要求。

圖5 剪叉升降二

5 關鍵技術點（如表1）

表1 關鍵技術點

6 主要技術指標

航空發動機傳裝平臺主要技術指標如表2所示，載人分解作業平臺技術指標如表3所示。

表2 航空發動機傳裝平臺主要技術指標

表3 載人分解作業平臺技術指標

7 結語

該裝備的研究主要用于升降飛機發動機部件和相關操作人員，輔助相關操作人員進行某型號航空發動機的傳裝，減輕操作人員的勞動強度，節約人力資源。將推廣應用于航空航天、飛行器維修等領域的生產中。能夠顯著改提升航空發動機在裝配、維修、調試、實驗中的生產效率。