飛機(jī)壁板自動(dòng)翻轉(zhuǎn)吊掛的設(shè)計(jì)

□ 朱朝暉

上海上飛飛機(jī)裝備制造有限公司 上海 200231

飛機(jī)壁板自動(dòng)翻轉(zhuǎn)吊掛的設(shè)計(jì)

□ 朱朝暉

上海上飛飛機(jī)裝備制造有限公司 上海 200231

針對(duì)飛機(jī)壁板下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，提出了一種自動(dòng)翻轉(zhuǎn)吊掛的設(shè)計(jì)方案，采用無線裝置控制吊掛的旋轉(zhuǎn)方向和速度，可以完成壁板在下架或裝配過程中翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整作業(yè)。

飛機(jī)壁板 自動(dòng)控制 翻轉(zhuǎn)吊掛

大型裝備制造業(yè)中，裝配工藝水平相對(duì)其它機(jī)加工、焊接、涂裝工藝較為落后。很多大型設(shè)備的總裝過程均依靠人力和行車完成，對(duì)于工件的移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)等裝配過程中的必備步驟，很少有相應(yīng)的設(shè)備去幫助實(shí)現(xiàn)［1］。

在現(xiàn)代飛機(jī)制造的裝配工藝過程中，吊掛的使用越來越廣泛，尤其是在飛機(jī)的部件總裝過程中，吊掛對(duì)大部件的對(duì)接、翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整等工作，起著越來越重要的作用。吊掛的使用減少了大量采用對(duì)接車進(jìn)行對(duì)接飛機(jī)各部件的繁雜環(huán)節(jié)，從而顯著提高了工作效率，降低了工作強(qiáng)度［2］。

圖1（a）所示為某型飛機(jī)地板梁專用吊運(yùn)工裝，功能單一；圖1（b）所示為天津空客總裝DEMAG行車，采用兩臺(tái)并列的吊機(jī)，通過控制飛機(jī)機(jī)身上的4個(gè)吊點(diǎn)，調(diào)整飛機(jī)機(jī)身的姿態(tài)并進(jìn)行微調(diào)和吊運(yùn)。這種形式適用于大部件的調(diào)整和吊運(yùn)，造價(jià)比較高。

然而，在飛機(jī)壁板裝配過程中，為滿足壁板在不同

工位的裝配鉚接需求，需對(duì)壁板進(jìn)行起吊、搬運(yùn)以及各工位調(diào)整等姿態(tài)變化。傳統(tǒng)的吊掛僅能滿足單一功能，對(duì)多姿態(tài)工位的吊掛難以滿足要求。

筆者設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程控制翻轉(zhuǎn)吊掛裝置［3］，它不僅能實(shí)現(xiàn)起吊、運(yùn)輸?shù)裙δ?，還能在起吊過程中，對(duì)產(chǎn)品姿態(tài)進(jìn)行有效地調(diào)整，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)。同時(shí)，因?yàn)椴捎眠h(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可不受空間高度的限制。方案還采用可調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以滿足不同長(zhǎng)度的壁板進(jìn)行有效姿態(tài)調(diào)整。

▲圖1 吊掛工裝

1 結(jié)構(gòu)形式及功能

本翻轉(zhuǎn)吊掛用于飛機(jī)壁板類部件在裝配下架后進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作或安裝時(shí)進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，該吊掛主要有4部分組成：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、框架組件 、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和吊帶，如圖2所示。

1.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用無線遙控方式，由遙控發(fā)射機(jī)、接收機(jī)構(gòu)成，遙控發(fā)射機(jī)有啟/停、正向/反向、快速/慢速和急停功能，將運(yùn)行信號(hào)發(fā)送到接收機(jī)。接收機(jī)配備繼電器輸出控制變頻器的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)置和限制，如圖3所示。

1.2 框架

框架組件由吊索組件和支撐框架構(gòu)成，吊索組件為翻轉(zhuǎn)吊掛的起吊裝置，支撐框架為翻轉(zhuǎn)吊掛承載主體，如圖4所示。吊索組件一端與行車連接，一端與支撐框架連接，支撐框架用于承載遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的安裝，外部行車可以通過吊索組件對(duì)吊掛進(jìn)行吊起或搬運(yùn)。

1.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

如圖5所示，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)軸、滾輪、軸卡、驅(qū)動(dòng)組件、軸承座和聯(lián)軸器。傳動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)組件連接，驅(qū)動(dòng)組件是動(dòng)力傳輸部件，帶動(dòng)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，滾輪通過鍵連接在傳動(dòng)軸上，軸卡限制滾輪軸向移動(dòng)，軸承座支撐傳動(dòng)軸，同時(shí)保證傳動(dòng)軸無阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)，聯(lián)軸器用于連接兩段傳動(dòng)軸，使其保證轉(zhuǎn)速相同。對(duì)于不同的產(chǎn)品部件，產(chǎn)品吊掛點(diǎn)變化時(shí)，可以通過松動(dòng)軸卡改變滾輪的位置，從而使吊帶處于產(chǎn)品的起吊位置。

驅(qū)動(dòng)組件主要由電機(jī)、支座、減速機(jī)、鏈輪、鏈條組成，減速機(jī)與傳動(dòng)軸通過鏈條來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)出的變頻信號(hào)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速，從而改變傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

1.4 吊帶

實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能主要在于滾輪與吊帶之間的連接形式。兩組滾輪與吊帶采用反向相對(duì)纏繞，兩根吊帶的一端分別固定纏繞在兩滾輪的槽口中，吊帶的另一端與產(chǎn)品相連，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，吊帶伸長(zhǎng)或縮短，從而帶動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，如圖6所示。

▲圖2 翻轉(zhuǎn)吊掛裝置

▲圖3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

▲圖4 框架組件

▲圖5 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成圖

▲圖6 吊帶機(jī)構(gòu)

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了便于操作，采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來控制吊掛的翻轉(zhuǎn)。由遙控器發(fā)出控制信號(hào)，接收器收到指令后控制變頻器按要求的模式運(yùn)行，控制電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)及高低速翻轉(zhuǎn)工件，如圖7所示。

▲圖7 系統(tǒng)控制簡(jiǎn)圖

通過控制遙控器上的按鍵可以實(shí)現(xiàn)以下的操作。

（1）采用遙控方式控制，遙控器上帶有啟/停，正向/反向，快速/慢速和急停功能，將運(yùn)行信號(hào)發(fā)送到接收器。

（2）接收器通過控制系統(tǒng)控制變頻器的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向和速度，速度可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)置和限制。

（3）變頻器采用ABB的ACS355系列，采用多段恒速控制。

（4）電機(jī)剎車根據(jù)變頻器啟動(dòng)和停止，同步進(jìn)行。

（5）變頻器會(huì)進(jìn)行電機(jī)故障檢測(cè)，聲光報(bào)警器會(huì)及時(shí)揭示故障信息，提示用戶進(jìn)行檢修。

2.2 框架受力狀態(tài)分析

框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度將直接影響吊掛的翻轉(zhuǎn)功能。吊掛的骨架采用20鋼或Q235-A.F的方管，轉(zhuǎn)軸采用40Cr鋼熱處理。

吊掛的骨架和旋轉(zhuǎn)組件按材料的屈服極限計(jì)算，安全系數(shù)大于2.5。圖8所示為其應(yīng)力和應(yīng)變分析。吊裝時(shí)滾輪的安全工作載荷為M=1 000 kg，g=9.8 m/s2，施加外力=2.5×M=2 500 kg。

從圖8中可以看出，吊掛的變形主要發(fā)生在轉(zhuǎn)軸上，因此選用合金鋼40Cr熱處理作為轉(zhuǎn)軸材料，經(jīng)CATIA有限元分析模塊計(jì)算，材料的性能能夠滿足設(shè)計(jì)要求［4］。

2.3 驅(qū)動(dòng)組件分析

▲圖8 應(yīng)力和應(yīng)變分析

在翻轉(zhuǎn)吊掛中，驅(qū)動(dòng)組件的的功能主要是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)。本吊掛設(shè)計(jì)要求最大翻轉(zhuǎn)速度為8 m/min，速度均勻。滾輪采用電機(jī)控制，電機(jī)電源為380 V，頻率為50 Hz。翻轉(zhuǎn)速度為8 m/min，滾輪半徑R為0.1 m，電源輸入頻率在f1=50 Hz情況下，電機(jī)通過減速器輸出的轉(zhuǎn)速為：n1=22 r/min。

吊掛翻轉(zhuǎn)速度為：

吊掛翻轉(zhuǎn)速度需求為V0=8 m/min。所以，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為：

因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即：

電機(jī)的輸入頻率應(yīng)為：

通過變頻器來控制電機(jī)輸入頻率，可以改變電機(jī)的輸入頻率來控制翻轉(zhuǎn)速度。

2.4 翻轉(zhuǎn)狀態(tài)分析

由于飛機(jī)壁板在下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，翻轉(zhuǎn)吊掛可通過改變吊帶的伸長(zhǎng)或縮短來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如圖9所示，本翻轉(zhuǎn)吊掛可實(shí)現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)角度：0°＜θ＜±180°［5］，此翻轉(zhuǎn)角度能夠滿足產(chǎn)品在下架或裝配過程中的各種姿態(tài)要求。

▲圖9 產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)狀態(tài)

3 總結(jié)

本文所研究的自動(dòng)翻轉(zhuǎn)吊掛為飛機(jī)壁板類部件的吊運(yùn)及翻轉(zhuǎn)提供了一種新思路，該翻轉(zhuǎn)吊掛已經(jīng)投入使用，滿足了飛機(jī)壁板類部件翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整的需求，顯著提高了工作效率，降低工作強(qiáng)度，節(jié)省了廠房空間。

［1］鄭永強(qiáng).焊接變位機(jī)型式與系列的論述［R］.北京：中國(guó)焊接協(xié)會(huì)十五周年紀(jì)念文集，2002.

［2］薄超.談現(xiàn)代飛機(jī)制造的裝配工藝翻轉(zhuǎn)吊掛 ［J］.工業(yè)技術(shù)，2012（24）：109.

［3］郭福萍.翻轉(zhuǎn)吊具［J］.電機(jī)技術(shù)，2011（2）：54-55.

［4］盛選禹.CATIA有限元分析命令詳解與實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］段京燕，王志東.大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)工藝研究［J］.航天制造技術(shù)，2011（2）：55-57.

（編輯 丁 罡）

TH165；TP393

A

1000-4998（2015）06-0063-03

2014年12月