大型筒體臥式對接工藝改進及裝備設計應用

王敏，趙崗平，張萍，劉少軍

（山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046012）

0 引言

航天地面設備大型筒體通常由若干功能筒段組成，筒體對接裝配以臥式組裝為主，相鄰各筒段對接面對準象限，導向銷定位后筒段端面以螺栓螺母連接緊固。

傳統的大型筒體臥式對接難度大，需多名操作人員配以吊車、支撐滾輪架、撬棍等協作完成，依賴操作人員經驗反復操作與調姿試裝實現，對接工藝方法及裝備存在著自動化程度低、工作量大、安全性低等不足。

近年來，大型筒體臥式對接技術發展迅速，國內外飛機、導彈、衛星、火箭等航空、航天企業已在行業內開展應用，實現了飛機部件自動化對接、導彈艙段自動對接、航天器大型艙段柔性對接、航天運載器柔性對接裝配[1-4]。

本文基于所研制生產的大型筒體的特點及生產實際情況，對其臥式對接工藝進行改進，設計自動對接裝備并成功應用于產品裝配中。

1 產品特點

基本功能筒段直徑大于2 m，長度為2000～8000 mm，質量小于5 t，端面采用M20×110螺栓連接。

筒段對接具有裝配精度高、防護要求高的特點，對接后主要技術指標為：端面與內筒軸線垂直度不大于0.2/1000 mm，內表面錯邊不大于±0.05 mm。

2 工藝改進設計

通過采用具備調姿功能的移動滾輪架車替代原有固定支撐滾輪架，提高對接的自動化程度，減少人員及吊車占用時間，提高對接效率及安全性，對接工藝流程如下。

1）將移動滾輪架車移至裝配位置，如圖1所示。

圖1 移動滾輪架車準備

2）吊裝兩對接筒段至移動滾輪架車，如圖2所示。

圖2 筒段吊裝至移動滾輪架車

3）通過每組滾輪架車聯動調整筒段移動位置及姿態進行對接，調姿狀態如圖3所示。

圖3 筒段調姿狀態示意圖

4）對接后通過單獨調整2個滾輪架車脫離已對接筒段，進行下一筒段與已對接筒段進行對接。

3 裝備設計

結合產品特點及工藝流程，大型筒體臥式對接裝備設計包含4臺移動滾輪架車、控制系統、測距反饋及安全防護系統等。

圖4 后續筒段對接示意圖

3.1 移動滾輪架車

3.1.1 移動滾輪架車自由度及主要參數如圖5所示，移動滾輪架車滿足筒段對接位置移動及姿態調整要求，具有行走（X向）、平移（Y向）、升降（Z向）、滾輪間距調整（T向）、滾轉（A向）5個自由度，主要參數如表1所示。

圖5 移動滾輪架車自由度示意圖

表1 移動滾輪架車主要參數

3.1.2 底座部分

底座部分主要由底座和轂輪組件構成，伺服電動機連接伺服轉向減速器，減速器為雙軸輸出，分別與兩端車輪軸直聯。車輪外層包膠處理（聚氨 酯），X 向 行程無限制。

3.1.3 水平移動機構

水平移動機構主要由底板、連接支架、絲杠軸、驅動電動機等組成。連接支架一端固定絲杠絲母座，另一端固定底板底面。底板上面和支撐托座等上層部件連接。上層部件支撐在升降座上的Y向移動導軌上。電動機驅動時，驅動絲杠旋轉，連接支架則進行Y向移動，從而帶動底板及上層支撐部件在直線導軌上移動，實現Y向的調整。

3.1.4 升降部件

升降部件主要由升降座、左右側架、蝸輪蝸桿升降機、驅動電動機組成。升降座是Z軸傳動的主要支撐零件，蝸輪蝸桿升降機下端面法蘭固定在底座安裝面上，升降頭固定升降座底面，升降座左右側面各固定兩根直線導軌，左右側架上固定直線導軌滑塊，伺服驅動電動機與升降機直聯，帶動蝸輪蝸桿升降機上升或下降移動，同時，帶動升降座及上層支撐機構沿Z軸導軌作升降運動。

圖6 底座部件結構示意圖

圖7 水平移動機構示意圖

圖8 升降部件結構示意圖

3.1.5 滾輪間距調整部件

滾輪間距調整部件主要由左、右托座、梯形絲杠、絲母座、聯軸器等組成。梯形絲杠把合在托座底面，電動機驅動時，絲杠帶動固定在左右托座底面的絲母座運動，可實現左右托座的同時收攏離散，適應多種不同規格產品的支撐要求。

3.1.6 滾轉功能部件

滾轉功能部件主要由主動滾輪、從動滾輪、減速器、伺服電動機組成。滾輪軸與減速器相連，減速器直聯伺服電動機。主動輪和滾輪軸以鍵固連，從動滾輪和軸之間裝有軸承，減小從動輪滾動摩擦阻力。驅動滾輪時，通過減速器驅動主動軸轉動，帶動主動輪滾動，與滾輪支撐的筒段滾動摩擦，帶動筒段滾轉運動。

3.2 控制系統

控制系統主要由控制器、伺服系統、人機入口、手持移動單元組成，通過人機界面（點動或輸入坐標值）控制器驅動伺服系統帶動電動機的正反轉動，JOG模式，絕對定位，增量定位，通過手持單元控制器驅動伺服系統帶動電動機的正反轉動。

圖9 滾輪間距調整部件結構示意圖

圖10 滾轉功能部件結構示意圖

圖11 控制系統網絡拓撲示意圖

3.3 測距反饋及安全防護系統

測距反饋及安全防護系統由傳感器工裝、位移傳感器、感應工裝組成，防止移動滾輪架運載對接段沿X向移動時因人工操作失誤而導致撞擊。

在基準段和對接段上分散安裝3個監測點，通過3個監測點反饋數值，監控筒段對接情況，直至2個筒段端面貼合，防止意外碰撞發生。

4 結語

基于航天地面設備大型筒體產品特點及對接要求，提出臥式對接改進工藝方案，設計了自動化臥式對接裝備，該裝備能夠適應筒體直徑變化，具備大型筒體臥式對接位置和姿態精確調整所需的行走、平移、升降、間距調整、滾轉功能，滿足航天地面設備大型筒體的對接要求。本文論述的航天地面設備大型筒體臥式對接工藝方法及裝備對于航空、航天等類似結構產品的對接裝配也具有重要的推廣應用價值。