直升機升力系統自動化裝配工藝設計及驗證

胡文騏 周方云

（江西昌河航空工業有限公司，江西 景德鎮 333001）

升力系統是直升機的核心部件，用于改變傳動方向、傳遞發動機功率、產生升力，系統主要包括減速器、自動傾斜器、槳轂、及旋翼，其中主槳轂和自動傾斜器安裝在主減速器上，主旋翼安裝在主槳轂上。通常直升機自動傾斜器與主減速器通過球鉸與主減速器精加工配合面套合的方式連接，而主槳轂與主減速器通過精密齒型花鍵進行連接，裝配精度要求較高。

目前升力系統關鍵部件地面組立通過吊車手工完成裝配，由于部件重量過大，吊裝過程中難以精確、有效控制部件的運動，且吊裝設備精度低，需大量的人工操作，嚴重影響直升機的裝配效率與質量。隨著我國大噸位直升機的研發，單純依靠吊裝方式進行地面裝配的弊端會更加突顯。亟需開展升力系統關鍵部件自動化檢測及精密裝配技術研究，開展相關驗證的工藝設計及驗證，以此提高裝配效率、精度和質量，提升我國直升機裝配的技術水平與能力。

1 研究背景

1.1 現狀

目前直升機升力系統地面組立裝配過程為主減速器固定，通過吊車手工完成自動傾斜器和主槳轂的吊裝和裝配，由于部件重量過大，吊裝過程中難以精確、有效控制部件的運動，且吊裝設備精度低，需大量的人工操作，裝配過程中易出現碰撞導致的部件損傷，嚴重影響直升機的裝配效率與質量。隨著我國大噸位直升機的研發，自動傾斜器、主槳轂的尺寸與重量均會大幅度增加，單純依靠吊裝方式進行地面裝配的弊端會更加突顯，升力系統組成及吊裝安裝現狀如圖1 所示。

圖1 升力系統組成及吊裝安裝現狀

1.2 問題分析

由于現有的直升機升力系統裝配方式為使用吊車進行手工裝配，在以往的生產中多次暴露問題，經統計分析，相關問題可分為以下三類：

1.2.1 裝配易損傷

主槳轂吊裝運動精度差，容易發生碰撞，造成零件損傷。裝配主槳轂時采用簡易吊帶與吊車連接，吊車精度低，裝配過程中難以精確、有效控制主槳轂的運動；同時不具備旋轉功能，特別是在花鍵齒的寬齒配合時，需要旋轉主槳轂對準齒槽，依靠人工控制，力度難以均勻把握，齒輪和齒槽極易發生碰撞，造成零件損壞。

1.2.2 裝配周期長

裝配過程無在線測量手段，只能通過人工觀察進行，多次調整，裝配效率低。主槳轂和自動傾斜器與主減速器裝配過程中，主槳轂和自動傾斜器的位姿全部通過工人的觀察來判讀，無測量手段保證，只能通過反復試裝的方式完成裝配，裝配效率低，周期長。

1.2.3 裝配精度低

主槳轂與主減速器精密齒型花鍵配合精度達到0.1mm，自動傾斜器與主減速器的孔軸配合精度達到0.2mm，均是直升機裝配的關鍵工序。裝配過程無數字化線測量手段，裝配精度低。升力系統關鍵部件裝配過程中，全部依靠人工觀察的方法進行裝配，裝配精度低。裝配過程中只關注配合區的情況，不考慮關鍵部件的整體姿態，裝配精度同樣比較低。

1.3 研究目標

針對直升機升力系統關鍵部件裝配易損傷、生產周期長、精度低等問題，建立全新的自動傾斜器與主減速器、主槳榖與主減速器的地面組立裝配工藝流程，研制一套通用的自動化裝配系統，針對中型、大型直升機設計制造模擬試驗件進行應用驗證，形成直升機升力系統關鍵部件自動化裝配工藝規范，實現直升機升力系統的高效率、高精度、高可靠性裝配。

2 關鍵技術

2.1 直升機升力系統關鍵部件自動化裝配方案設計研究

將直升機升力系統關鍵部件裝配方案規劃工作，圍繞夾持、測量、調整共三個維度開展。梳理、分析并研究公司現有裝配方案在三個維度中各項技術的運用情況；分析直升機升力系統關鍵部件自動化裝配方案在三個維度中各項技術的需求；對比研究現有裝配方案和自動化裝配方案需求間的矛盾，圍繞三個維度開展裝配方案重新規劃工作：

通過對不同機型升力系統關鍵部件的區別分析，結合自動化裝配設備的特點，研究關鍵部件快速上架技術規劃；通過關鍵部件結構分析及測量要求，研究數字化測量技術規劃；通過升力系統關鍵部件配合方式與自動化裝配設備的特點分析，研究關鍵部件自動精確調姿技術規劃，最終建立一套全新的裝配方案。

2.2 面向自動化裝配的工藝設計及優化研究

基于全新設計的裝配方案，從裝配基準選擇、裝配定位方法、裝配協調方法、工藝模型建立、裝配工藝分離面劃分等方面實現對升力系統關鍵部件裝配工藝的重新最優設計。通過分析公司現有裝配工藝技術現狀，研究自動化裝配的工藝需求，通過數字化仿真模擬技術，對比研究現狀和需求，發現問題；針對發現的問題，運用數字化仿真模擬技術，尋求最優解決方案，最終應用到裝配基準選擇、裝配定位協調方法、工藝分離面的優化改進之中，最終形成解決升力系統關鍵部件裝配工藝問題的最優工藝設計。具體技術方案如下：

通過結構特點分析將關鍵部件劃分成主減速器、自動傾斜器和主槳轂三大部件；結合自動化裝配的需求，將關鍵部件進行裝配模型簡化，在全機坐標系下將簡化裝配模型、自動化裝配設備模型、數字化測量模型、夾持工裝模型等與裝配信息結合形成自動化裝配工藝模型；采用窮舉法得到可用的關鍵部件裝配基準，再根據自動化裝配和關鍵部件的結構特點進行分析，優選出裝配基準；根據關鍵部件裝配技術要求，將自動化裝配設備和數字化測量技術應用到裝配中，通過裝配流程仿真得到最優的夾持定位方法、位置及數字化測量協調方法。

2.3 直升機升力系統關鍵部件自動化裝配流程設計研究

充分運用重新設計的升力系統關鍵部件裝配工藝，開展升力系統關鍵部件裝配流程的仿真，從上架流程、裝配流程等方面對升力系統關鍵部件現有裝配流程進行再造。通過仿真公司現有裝配流程，同步研究其與自動化裝配流程的技術差距，運用數字化仿真驗證技術，消除發現的技術差距。運用數字化仿真驗證優化成果，實現對現有裝配流程再造，以滿足升力系統關鍵部件自動化裝配的流程需要，固化相關技術成果。

3 應用驗證

根據自動化裝配工藝設計和仿真的結果，結合關鍵部件自動化裝配設備的運動特點，首先依據對主減速器的定位技術要求，設計裝配過程中主減速器運輸、入位及鎖死等上架流程；其次依據對主槳轂和自動傾斜器的定位技術要求，設計裝配過程中主槳轂和自動傾斜器輸、入位及鎖死等上架流程；最后依據關鍵部件的裝配技術要求，設計主槳轂和自動傾斜器調姿、裝配及下架流程，本項目驗證劃分為：準備工作、產品上架、自動傾斜器裝配、主槳轂裝配、人工作業、產品下架共6 個步驟開展，驗證流程如圖2 所示。

圖2 驗證流程圖

3.1 準備工作

準備工作分為系統準備以及產品準備。系統準備工作首先需要給自動化裝配系統進行供電進行開機自檢；其次完成測量場的建立及標定，保證測量精度滿足驗證工作需要；最后將主減速器平臺、主槳轂定位工裝、自動傾斜器定位工裝分別吊裝入位。主減速器平臺、主槳轂定位工裝、自動傾斜器定位工裝如圖3 所示。

圖3 主減速器平臺、主槳轂定位工裝、自動傾斜器定位工裝

產品準備工作首先將主減速器、主槳轂、自動傾斜器的外包裝分別拆卸，最后將主減速器、主槳轂、自動傾斜器分別安裝至主減速器平臺、主槳轂定位工裝、自動傾斜器定位工裝上。主減速器準備、主槳轂準備、自動傾斜器準備如圖4 所示。

圖4 主減速器準備、主槳轂準備、自動傾斜器準備

3.2 產品上架

產品上架主要工作是將主減速器及其支撐模塊以及自動傾斜器及其夾持工裝吊裝至裝配平臺上，為下一步自動傾斜器裝配做準備。產品上架示意如圖5 所示。

圖5 產品上架示意

3.3 自動傾斜器裝配

自動傾斜器裝配首先需要在主減速器主軸上安裝限位塊，操作系統裝配平臺移動至自動傾斜器夾持位置，裝配平臺上的并聯機構抓取自動傾斜器，裝配平臺移動至主減速器上方的裝配位置，通過孔軸配合測量進行路經計算指導系統將自動傾斜器姿態調整到位最終完成自動傾斜器與主減速器的裝配，裝配完成后將自動傾斜器上的夾持模塊拆卸并撤出裝配平臺，為下一步主槳轂裝配做準備。并聯機構、安裝夾持模塊的自動傾斜器、自動傾斜器裝配如圖6 所示。

圖6 并聯機構、安裝夾持模塊的自動傾斜器、自動傾斜器裝配

3.4 主槳轂裝配

首先將主槳轂夾持模塊與定位模塊連接，主槳轂及其夾持工裝吊裝至裝配平臺，其次操作系統裝配平臺移動至主槳轂夾持位置，裝配平臺上的并聯機構抓取抓取主槳轂，裝配平臺移動至主減速器上方的裝配位置，通過齒形配合測量進行路經計算指導系統將主槳轂姿態調整到位最終完成主槳轂同主減速器主軸的裝配，裝配完成后將主槳轂夾持模塊拆卸并撤出裝配平臺。安裝夾持模塊的主槳轂、主槳轂裝配如圖7 所示。

圖7 安裝夾持模塊的主槳轂、主槳轂裝配

3.5 人工作業及產品下架

通過以上4 個步驟，已經將自動傾斜儀和主槳轂同主減速器進行裝配，還需要手工將變距拉桿組件等附件按要求進行裝配，最終完成主減速器的地面組立，本次直升機升力系統自動裝配工藝設計及驗證工作結束。

結束語

通過本次直升機升力系統自動化裝配技術研究與應用工作，開展了大型直升機自動傾斜器及主槳榖裝配工藝設計以及驗證技術研究，通過自主創新、自主保證，突破核心關鍵技術，制造具有自主知識產權的工藝裝備替代進口設備，并經過工藝仿真及現場應用驗證，形成可用的工藝規范和工藝數據資源庫，支持、引領航空科技工業自主發展、持續發展及技術創新能力，推動全行業工藝技術水平的整體躍升。