某型發動機后吊點三圓同心優化裝置設計

■ 關新宇 朱百寶 宋家瑞/1 沈陽航空航天大學 南航工程技術分公司沈陽基地

0 引言

隨著世界航空業的發展，民航客機的設計正向大型化模塊化的方向邁進，在日益增高的動力需求推動下，航空發動機生產設計也向大推力、高效能的目標迅速發展。發動機吊點裝置作為連接發動機和飛機機體的關鍵部件承受著越來越嚴峻的考驗。

本文的研究對象為空客A320 系列飛機掛裝的V2500-A5 型發動機的后吊點。在安裝該后吊點時，需使吊點連桿與低壓渦輪機匣法蘭邊的兩個安裝孔三圓同心，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，由于后吊點重量較重，安裝時需使用天吊進行吊升，吊升后吊點的位置難以精確控制。為解決以上問題，本文使用Solidworks軟件進行簡化建模，設計了一種專用工裝，經驗證可確保三圓同心，保證了工作者人身安全，提高了工作效率。

1 發動機吊點結構介紹

V2500 發動機與吊架前后共有兩處連接（見圖1）。其中，前吊點位于短艙前約1/3 處、吊架前懸臂梁剛結構的端部，以4 個螺栓螺母連接發動機和吊架，并以此傳遞發動機推力及垂直方向和側向的載荷到吊架結構。后吊點位于短艙后約1/3 處，由連桿、剪切銷和球形支座等結構組成，通過三根剪切銷將發動機低壓渦輪12 點鐘方向安裝邊上的圓孔與三根連桿進行連接，并通過4個螺栓螺母連接到吊架結構上（見圖2）。后吊點傳遞彎扭載荷、垂直方向載荷和側向載荷到吊架結構。

圖1 發動機吊點位置示意圖

圖2 發動機后吊點結構及實物圖

2 吊點安裝過程存在的問題

V2500 發動機的后吊點作為連接發動機與吊架的功能性部件，每次更換發動機時都需要重新拆裝。由于后吊點重量較重，在拆裝該部件時需要使用天吊進行配合。一般通過人為控制天吊的升降來調節高度，將后吊點吊升至合適高度，最終通過剪切銷實現后吊點連桿與發動機低壓渦輪機匣法蘭邊連接孔的高精度配合安裝。但后吊點垂直位置的控制很難實現精準操控，需要人工校準后吊點連桿與低壓渦輪機匣法蘭邊安裝孔，確保這兩個部件的三個圓完全同心，剪切銷才能順利穿過。在人工校準時，工作者一般會使用手指觸摸兩個部件三個圓的連接處，通過觸摸連接處的交錯程度來確定是否同心（見圖3）。該方法存在以下問題：一是工作者工作時一般佩戴勞保棉布手套，觸摸時因手套阻隔觸感不靈敏，將花費更多時間用于比較判定，造成時間浪費；二是有些工作者為了提高觸感會摘下手套用手指觸摸連接處，以便迅速了解三圓的交錯狀態，但由于后吊點重量較重（手冊中重量為37kg），天吊一旦失控將對工作者手指造成無法挽回的嚴重剪切傷害，存在較大安全隱患。

圖3 發動機后吊點安裝圖

由于廠家設計中對后吊點連桿安裝孔和發動機低壓渦輪機匣前后法蘭邊連接孔的三個圓同心度要求較高，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

針對該隱患進行質量改進，需要利用軟件對目標進行簡化建模，因此首先要選定建模軟件。商用的計算機輔助設計軟件種類繁多，常用軟件包括Pro/ENGINEER、UG、CATIA、3DS MAX、Solidworks 等，其中Solidworks軟件在工業領域應用最為廣泛。該軟件可以幫助制造廠商設計其設想中的各類產品，并支持從項目前期、具體設計、分析模擬、組裝到維護在內的全部工業設計流程。因此，本文選用Solidworks軟件進行實體建模。

建模參數方面，參考A320 機型的相關結構設計手冊、飛機維護手冊和其他相關資料，得到建模原型的一系列結構尺寸數據，對這些結構尺寸數據進行適當的調整后建模。

根據專用工裝最初的設計思路建立模型，該工裝要能將剪切銷固定在工裝前后部之間，工裝后部要設計一處凸臺使剪切銷有充分的軸向力推入三個圓孔之中，同時前部設計成斜面，保證三圓的端面存在不合適的偏移量時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，第一層凸臺的外徑與剪切銷的內徑相同，作用是將剪切銷緊緊固定在中央位置，不發生徑向偏移；第二層凸臺的外徑與剪切銷的外徑相同，作用是使剪切銷不發生軸向偏移。前部圓錐頭的凹臺外徑與后部加力桿第一層凸臺外徑、剪切銷內徑尺寸相同，這樣，前部圓錐頭的凹臺可以與后部加力桿的第二層凸臺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準低壓渦輪法蘭邊的第一個圓孔，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將軸向沖擊力轉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，進而使剪切銷順利通過低壓渦輪機匣前后法蘭邊連接孔的兩個圓和后吊點連桿安裝孔。當剪切銷進入既定位置后，工作者通過螺紋逆時針旋動專用工裝的前后部分即可使工裝從前后兩個方向安全退出（見圖5）。

圖5 專用工裝建模操作示意圖

經過一系列步驟，成功制作了專用工裝（見圖6）。經過多次實際操作驗證，使用該工裝從事此項工作相比人工操作可節約80%以上的時間。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方法，不僅能夠保證工作者的人身安全，將外部機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的工作時間。

圖6 專用工裝實物圖

4 改進措施

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

5 結束語

在日常維護中發動機更換是常規性的工作，安裝和拆卸發動機后吊點是發動機修理部門經常面臨的一項工作，是發動機修理的重點和難點。廠家給出的飛機修理手冊中對該環節的規定較簡略，而實際生產中存在影響工作者人身安全和工作效率的潛在隱患。本文針對該問題進行了深入研究，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重影響工作者人身安全的危險因素，提高了從事該項工作的安全系數，提升了工作者的工作效率。