摘要：航空发动机是一种高度复杂和精密的装配体，外廓尺寸和重量大、工序繁多，在装配过程中需要进行发动机装配姿态调整，以满足操作性从而进行单元体传动组装和外部管路的安装等整机装配任务。整机装配工艺设计时，姿态调整的合理、宜人性设计，以及不同操作功能的发动机整机装配技术对科研生产效率和辅助资源的利用有着重要影响。
关键词：多自由度;垂直升降;俯仰旋转;轴心回转
引言
航空发动机体积大、重量大、结构复杂、安装间隙小，在安装、拆卸过程中其位置和姿态很难实现精确调节。航空发动机的安装方法主要有吊装和托架式安装这两种形式，国外大型飞机普遍采用托架式安装方法。国外发动机的安装采用灵活的多自由度可调安装结构，配合精密的位置测量技术进行飞机发动机高效、高质量安装。发动机已经能够实现全自动化柔性安装，安装技术十分先进。但由于国外技术封锁，很难搜集或学习到与航空发动机相关的设备安装技术资料，使得国内技术开展极其困难，与国外先进发动机的安装方法和安装设备存在不小的差距。国内主要采用吊装方式，用大型吊车将发动机吊送至安装位置，然后对发动机和飞机进行固连，但入位困难，易出现安全隐患，且劳动强度大、安装效率低，安装精度也难保证。综上所述，在对国内外航空发动机的安装流程和安装设备进行调研后，提出一种集航空发动机运输、升降和调姿于一体的发动机安装平台，可实现发动机厂内运输，且安装过程可实现空间多自由度调姿，以满足航空发动机快速精确安装的需求。
1航空发动机的装配工艺
不同的发动机构型状态、设计或维护等技术要求（如测量、试验、检验、运输和存储），决定了不同装配工艺方案、技术应用和工装、设备配置。总体上，因为航空发动机普遍采用单元体设计，也具有相同的维护需求，因而在装配工艺上具有一定共性和联系。从技术角度，发动机装配工作主要划分为3部分内容：平衡、部装和总装。平衡工作具有鲜明的技术特征，对发动机的性能和可靠性产生重要影响。平衡包括所有转动件的静、动平衡，除了部分发动机在试车台上进行的风扇及低涡转子动平衡，一般的平衡工作都是在部装阶段完成的。针对商用大涵道比涡轮风扇发动机，平衡关键技术主要包括带静子机匣的大尺寸转动件动平衡及模拟平衡技术。发动机部装是指维修单元体和主单元体的装配、分解，并包括各类检验和试验。部装的特点是工作量大，发动机装配过程中的绝大多数故检、清洗、维修、平衡、测量和试验工作都在部装阶段完成。针对商用大涵道比涡轮风扇发动机，部装工作关键技术包括：转子组合件的同心度控制技术、单元体内部的转静子间隙和同轴度测量技术、精密流量和密封性检测技术、涡轮导向器喉道面积测量技术、多轴加载状态下的齿轮侧隙及贴合度测量和调整方法、用于狭小空间使用的几何可调精密工装（机器手）设计制造技术等。
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2国内发动机整机装配技术
受固定高度、固定姿态调整等因素影响，与国外相比还有一定差距，具体表现在:(1)发动机回转半径大，受一维俯仰翻转加垂直安装工艺限制，使轴线距地面高度超过2m，较多工序操作人员需二次登高，致使交叉作业、效率低。(2)发动机外部管路、附件多数集中在局部，受一维俯仰翻转加水平安装工艺限制，对附件下置发动机较多工序要钻到发动机下方仰姿完成，操作强度大、安全性差。(3)发动机核心机组装、传装与总装工艺单个姿态动作需借助不同结构资源执行，整机工艺衔接性差。
3多自由度旋转技术设计
3.1设计指导思想
多自由度旋转的发动机整机装配技术研究尚为国内首例，主要有以下特点:多个空间运动自由度旋转高度集成、较高的人机工程效应和融合度要求。在确定技术方案时，主要从中小涵道比发动机外廓尺寸和重量大、近似为一个长圆柱形等结构特点和以人适应环境的传统技术存在缺陷出发，研究一种以装配方法适应人为指导思想，实现“物动人不动”装配环境，让操作者始终在最舒服、安全和效率高的状态进行整机主机单元体的装拆和外部管路安装操作，同时最大幅度的减少装配投资，使发动机整机装配工艺向更高的智能化、数字化方向发展，以保持工艺技术的先进性。
3.2装配平台研制
基于上述技术思路，研制了一种多自由度整机装配旋转装配平台。主体结构主要有垂直升降机构、俯仰翻转机构和轴心旋转机构:垂直升降机构依靠减速驱动垂直滚珠丝杠副旋转，将旋转运动变为竖直方向上的直线运动;俯仰翻转机构依靠对称布置的驱动齿轮带动圆形齿圈回转支承来进行俯仰旋转动作;轴心旋转机构依靠带可调夹持连接装置的C型齿轮导轨结构进行固定和驱动发动机。除此之外装配平台还包括驱动这三个机构动作的驱动系统和控制系统。
3.3地面站姿宜人性设计
为解决传统技术存在的频繁登高与仰姿作业造存在的人员安全隐患和效率低问题，该技术从人素工程和安全性角度为出发，以“物动人不动”使操作者大部分时间直接站在地面上在安全、舒适的姿态下装配作业，依据人机工程的宜人性设计要求站姿手动操作的有利工作高度为1018～1370mm，该技术利用垂直升降技术将发动机夹持件升降至轴线距地面的最低高度为1170mm，从而使总装外部管路安装90%以上、大单元体传装80%～90%的操作实现操作者直接站在地面操作，减少上、下辅助台架时间，大幅提升装配效率和降低了操作过程中的质量与安全隐患。
3.4整机装配工序融合设计
为解决传统技术存在的整机工艺衔接性差问题。利用垂直升降、俯仰翻转和轴心旋转3个空间自由度运动调姿技术，并通过并列式柔性设计将3个运动自由度调姿集成为一个有机整体，3个自由度运动互不干涉且可任意组合，同时利用传感器控制技术对发动机姿态的调整角度实施精确控制，使发动机整机装配工艺更向智能化、数字化方向发展，主要获得以下优势:(1)实现发动机装配工序的有机融合。利用一个平台资源就能满足发动机核心机组装、传装和总装的装配需求，从而确保发动机三大工序间的有效衔接和批量生产节拍的流畅、简化。(2)传感器控制的精确角度调姿技术为与其它技术对接提供了有力条件。
结语
多自由度整机装配技术的研究在国内尚属首次，通过验证可以满足航空发动机在装配过程中对于多个空间姿态的调整需求。经初步统计，使得中小涵道比发动机外部管路安装90%以上、大单元体传装80%～90%的装配作业实现操作者直接站在地面上操作，大幅提升效率和人员安全性。该技术的探索对提高发动机整机装配技术的现代化水平起到了积极的作用。
参考文献
[1]王文斌，等．机械设计手册[M].第三、五卷．北京:机械工业出版社，2004．
[2]周烁，汪俊熙，等．航空发动机整机装配工艺浅析[J].航空制造技术，2014(5)92-96．
[3]王智彪.飞机发动机吊装实训教学[J].西安航空技术高等专科学校学报,2011,29(5):22-23.
[4]周烁,陈静荣,汪俊熙,等.某型航空发动机装配过程虚拟仿真应用[J].机械设计与制造工程,2016,45(2):55-59.
[5]高航,宋强,刘国,等.航空发动机整机数控安装多轴调姿方法及其应用[J].航空制造技术,2017(11):16-21.
[6]郑树奎,吴功平,樊飞.姿控发动机试车台的设计[J].机械设计与制造,2017(1):269-272.
论文作者:齐瑞
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/1
标签：发动机论文; 技术论文; 整机论文; 自由度论文; 航空发动机论文; 工艺论文; 操作论文; 《防护工程》2019年12期论文;