基于V2500發動機風扇葉片保持盤的磅緊邏輯輔助設計

李翔宇 朱百寶 宋家瑞 關新宇

0 引言

民用航空采用的渦扇發動機風扇葉片是發動機運轉過程中的關鍵性部件，風扇葉片轉子的主要作用是為發動機產生推力，渦扇發動機80%以上的推力直接由排出外涵道的氣體提供。風扇轉子部件是高速旋轉部件，每分鐘轉速高達5000轉以上，在如此高轉速下，部件輕微偏心這種不平衡量就會被無限放大，甚至可能對發動機正常運行造成極大地影響。如果高速旋轉部件在高旋轉狀態時處于不平衡狀態，這種不平衡所引起的機械振動就會變得更加明顯。同時在某種情況下，還可能出現疲勞斷裂的風險，會導致不平衡的轉子部件的壽命急劇縮短。除此以外，震動和搖擺，不僅會產生噪聲，還會降低部件的可靠性。風扇葉片保持盤作為固定風扇葉片的核心部件，維護手冊（AMM）中明確給出固定螺栓的磅緊邏輯順序，以便最大程度上保證其同心度，降低整個轉子軸震動。該邏輯復雜、繁瑣、單調，稍不留神就會出現錯磅、漏磅的情況發生，這樣會導致風險很大，給一線工作者帶來很大工作壓力，工作者也試圖采取相關輔助方法降低工作難度，提高可靠性，但是效果均不理想。對于旋轉類部件，如果不嚴格執行相關磅緊程序很可能會出現保持盤無法均勻緊密貼合的現象，進而影響到發動機的整體運轉平衡，導致飛機中央電子監控系統（ECAM，Electronic entralized Aircraft Monitor）N1震動參數上浮。

1 現階段行業內施工方法存在的問題

根據維修手冊要求，風扇葉片保持盤磅緊邏輯要以保持盤的1號位螺栓為基準，在邏輯圖上數出其孔位，然后在實物上數出真實孔位，才能相應完成一個螺栓的磅緊工作。36顆固定螺栓，需要查找72次，若按手冊要求需磅緊兩遍，需要完成144次的查找才能完成該項工作。該保持盤由36顆固定螺栓周向、等距分配，并且每個螺栓型號一致（如圖1所示），保持盤上也未有定位標識，查找起來困難相對較大，另外由于其規律性不強，操作困難，導致工作者易出現煩躁情緒，進而出現違章操作，無法保證施工質量，為以后埋下安全隱患。然而該隱患又不是立即顯現，只有積累到一定程度才會突然暴露，進而帶來災難性的后果。目前較為先進的是輔助指示法，該方法將工卡上的力矩邏輯放大后與實物契合，在一定程度上大大提高工作效率，降低反復查找帶來的錯誤幾率，初期收到不錯的反饋。但是隨著時間的積累，該輔助指引方式的弊端顯現，尤其在光線不足的情況下，工作者使用起來仍比較困難，繁瑣、復雜再一次消耗了工作者的耐心。

2基于AMM手冊施工標準完成磅緊邏輯輔助設計

針對磅緊邏輯，結合電子式指示控制，設計輔助儀，輔助維修人員在安裝發動機葉片保持盤時，完全符合AMM手冊給出的螺栓磅緊順序，從根本上解決了維修人員在從事該工作時出現的牽扯人員精力較大、工作效率低下、誤磅、漏磅、主動違章的情況。同時此輔助儀還可以極大程度提升工作者在從事此項工作時的工作效率，結合電子指示信號，杜絕了工作者在磅緊螺栓過程中產生的磅緊順序混淆、誤磅、漏磅等問題。

在滿足AMM手冊相關要求的基礎前提下，基于FOD相關要求，設計制造周向緊固件邏輯磅緊輔助儀。

通過此邏輯磅緊輔助儀，將工作者從傳統順次邏輯磅緊螺栓的繁瑣工作方式中解放出來，將模糊抽象的螺栓邏輯圖信息轉換為簡單、清晰、精確的指示信號，有效減輕工作任務負擔（如圖2所示）。

通過前期數據統計分析，單架次飛機完成此項工作大概需要174.25min。顯然按照手冊以傳統工作方式施工，工作時間過長。通過初步計算，緊固件邏輯磅緊輔助儀可縮短工作時間85%以上。緊固件邏輯磅緊輔助儀可實現精準定位，將由于人為因素造成的錯磅、漏磅等因素降到最低，有效提高工作質量和工作效率。

2.1降低外界環境對工作者產生的不利影響

進氣道尺寸狹窄及帶余熱的發動機尾氣反流等外界環境因素難以改變，因此只能通過縮短工作時間來將外界環境帶來的不利影響因素降到最低，保證工作者的生理狀態、心理狀態和工作質量維持在合理水平線以上。

2.2輔助磅緊儀邏輯控制電路的選定

經系列測算，最終確定由邏輯芯片完成此邏輯的控制最為理想。其原理概括為磅緊1號孔位時，KS1控制電8門處在B2位，將L1顯示燈接通，此刻提示工作者需磅緊1號位螺栓。當磅緊1號位螺栓完成后，工作者進行確認并按壓確認電門KS1，KS1將撥至B1位置，激活反饋電路輸出信號至控制器，對下一個位置指示燈L2輸出信號，使指示燈L2點亮，提示工作者下一個磅緊螺栓的邏輯位置。以此類推，將剩余 34個螺栓通過該圖電路中的顯示燈點亮順序進行磅緊，如圖3所示。

2.3控制電門與指示燈選擇

考慮到工作實際環境和工作者習慣，以及防止誤操作、價格等多方面因素，在控制電門的選用時，優先選擇了搖臂雙控電門。為了凸顯在視覺上的增強作用，通過比對采用了5～12V電壓的LED發光二極管。考慮到后期便于維護以及電壓的可靠性，優先采用了南孚9V電壓的電池塊，如圖4所示。

2.4 殼體材料的選用與設計

風扇葉片保持盤是合金材質，根據現行的工作標準，是不允許采用金屬材質部件與其相接觸。故經多次選材最終決定采用復合纖維板，這種材料有很好的韌性和可塑性，加工難度相對較小。在發動機轉動區域工作，最基本的原則是零部件越少越好，包裹性越完整越可靠。最終制作一個全方位密封環，將電路與其他元件均放于環的空腔內，如圖5所示。

后期經過驗證與分析， 又在貼合面上加了一層軟質涂層，不僅可以起到保護部件的作用，同時增加與部件的摩擦力，使磅緊儀不需任何固定方式，僅僅依靠摩擦力就能很好地固定在部件上，如圖6所示。

3 效果驗證

通過實際驗證，輔助磅緊儀能從根本上解決由于操作困難導致的違章操作，在保證安全的前提下，提高生產效能，保證維修質量。通過36臺次發動機風扇葉片保持盤磅緊測試（完成72次磅緊），統計出針對風扇葉片保持盤磅緊這一工作步驟的各項參數。

項目組在進行效果驗證的過程中選取了20臺次的發動機進行了效果驗證，得出圖7的數據，可以看出在使用輔助儀前該項工作所耗費的工時大多在3個小時以上，而在使用輔助儀之后明顯大幅度降低了工作者的工作時間，提高了工作效率。

圖8為使用了輔助儀一段時間后與按照之前的工作方法產生漏磅、錯磅的次數的數據對比，明顯可以看出基本上杜絕了工作者在磅緊螺栓過程中產生漏磅、錯磅等容易出現安全隱患的事件發生。

在效果驗證階段小組以“4M1E”作為驗證模型，從“人、機、料、法、環”五個方面入手，在四大因素中，人是最重要的因素，不論是設備的操作、檢修、保養、還是驗收把關，以及作業方法的遵守和改進，都需依靠工作者的智慧和積極性。因此驗證階段重點關注了工作者在使用輔助儀前后所耗費的時間、操作的方便性、工作質量是否可靠以及工作者的意愿。

加強工作者的技能訓練，讓工作者充分理解此項工作的質量標準和作業標準，按要求進行充分訓練，進行個別而具體的指導。同時要提高工作者的質量意識、加強對自己作業質量的控制、提高對自己工作重要性的認識、加強全面質量管理思想和方法的宣傳教育。

設備的管理是除了盡早發現設備運轉不良并分析其原因，采取適當的改進措施。而且還要進行預防性維護，以防患于未然。輔助儀經過驗證可得出結論：能夠完好地固定在風扇葉片保持盤上，并且不會對保持盤造成損傷。

在施工方法方面，輔助儀從根本上改變了原有的磅緊螺栓人工計數方法，將工作者從繁瑣、復雜的磅緊程序中解放出來。能將更多的精力投入到風扇葉片組件的裝配中，進而保證了整體維修工作的質量與安全。從機械可靠性角度分析，電子式輔助磅緊輔助設備出現差錯及故障的概率極低，較工作者人工計數可靠性得到極大提升，更好地杜絕了由于工作者操作計數不當造成的錯磅、漏磅問題。從輔助儀制作材料角度分析，輔助儀外殼采用包容性較強的復合材料，其強度、硬度遠低于風扇保持盤的合金材料，極大程度上保證了維修部件的安全性。

從標準施工層面來說，輔助磅緊儀在滿足AMM手冊對于標準施工要求的基礎上，化繁為簡，使工作者從心理角度更愿意接受保持盤的邏輯磅緊要求，避免了由于畏難心理導致的違章施工，有利于依法維修意識的構建與落實。

從工作環境角度分析，光線不足、空間狹窄本就增加了此項維修工作的可操作性，輔助磅緊儀采用紅色發光二極管，在昏暗的工作環境下有效增加了工作者的視覺辨識度，使工作者能將更多的精力投入到螺栓的磅緊過程中。同時，磅緊工作周期的有效縮短，更易使工作者能夠以更高的工作熱情，保質保量地完成此項工作。

4總結

目前民航在翼飛機或各領域內的高轉速部件都需采用此邏輯磅緊方式保證裝配質量。此磅緊邏輯都是廠家經過測試和檢驗給出的最標準、最有效、最可靠的工作步驟，而不是簡簡單單如基本技能所講——對角磅緊后順序磅緊。在實際工作中，絕對不能僅僅因為操作繁瑣、內心焦躁而違背或偏離手冊中給出的操作程序，而應該開發自己的先進工具，使工作更加方便、簡潔。隨著科技的發展與進步，未來還會有更多先進的工藝走進實際工作中，因此要緊隨科學技術發展和民航安全發展的客觀需求，時刻保持學習的姿態，時刻糾正工作中的不足與差異。本質上，本次項目最重要的成果是提出了一種理念，即時刻要思考改變不適合的工作模式，盡最大努力依靠科學技術改變自身的工作方法。