□ 朱朝暉

上海上飛飛機裝備制造有限公司 上海 200231

飛機壁板自動翻轉(zhuǎn)吊掛的設(shè)計

□ 朱朝暉

上海上飛飛機裝備制造有限公司 上海 200231

針對飛機壁板下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，提出了一種自動翻轉(zhuǎn)吊掛的設(shè)計方案，采用無線裝置控制吊掛的旋轉(zhuǎn)方向和速度，可以完成壁板在下架或裝配過程中翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整作業(yè)。

飛機壁板 自動控制 翻轉(zhuǎn)吊掛

大型裝備制造業(yè)中，裝配工藝水平相對其它機加工、焊接、涂裝工藝較為落后。很多大型設(shè)備的總裝過程均依靠人力和行車完成，對于工件的移動、翻轉(zhuǎn)等裝配過程中的必備步驟，很少有相應(yīng)的設(shè)備去幫助實現(xiàn)［1］。

在現(xiàn)代飛機制造的裝配工藝過程中，吊掛的使用越來越廣泛，尤其是在飛機的部件總裝過程中，吊掛對大部件的對接、翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整等工作，起著越來越重要的作用。吊掛的使用減少了大量采用對接車進行對接飛機各部件的繁雜環(huán)節(jié)，從而顯著提高了工作效率，降低了工作強度［2］。

圖1（a）所示為某型飛機地板梁專用吊運工裝，功能單一；圖1（b）所示為天津空客總裝DEMAG行車，采用兩臺并列的吊機，通過控制飛機機身上的4個吊點，調(diào)整飛機機身的姿態(tài)并進行微調(diào)和吊運。這種形式適用于大部件的調(diào)整和吊運，造價比較高。

然而，在飛機壁板裝配過程中，為滿足壁板在不同

工位的裝配鉚接需求，需對壁板進行起吊、搬運以及各工位調(diào)整等姿態(tài)變化。傳統(tǒng)的吊掛僅能滿足單一功能，對多姿態(tài)工位的吊掛難以滿足要求。

筆者設(shè)計了一種遠(yuǎn)程控制翻轉(zhuǎn)吊掛裝置［3］，它不僅能實現(xiàn)起吊、運輸?shù)裙δ?，還能在起吊過程中，對產(chǎn)品姿態(tài)進行有效地調(diào)整，實現(xiàn)產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)。同時，因為采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可不受空間高度的限制。方案還采用可調(diào)節(jié)機構(gòu)，可以滿足不同長度的壁板進行有效姿態(tài)調(diào)整。

▲圖1 吊掛工裝

1 結(jié)構(gòu)形式及功能

本翻轉(zhuǎn)吊掛用于飛機壁板類部件在裝配下架后進行翻轉(zhuǎn)操作或安裝時進行姿態(tài)調(diào)整，該吊掛主要有4部分組成：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、框架組件 、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和吊帶，如圖2所示。

1.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用無線遙控方式，由遙控發(fā)射機、接收機構(gòu)成，遙控發(fā)射機有啟/停、正向/反向、快速/慢速和急停功能，將運行信號發(fā)送到接收機。接收機配備繼電器輸出控制變頻器的啟動、運轉(zhuǎn)方向和運轉(zhuǎn)速度，運轉(zhuǎn)速度可以根據(jù)用戶要求進行設(shè)置和限制，如圖3所示。

1.2 框架

框架組件由吊索組件和支撐框架構(gòu)成，吊索組件為翻轉(zhuǎn)吊掛的起吊裝置，支撐框架為翻轉(zhuǎn)吊掛承載主體，如圖4所示。吊索組件一端與行車連接，一端與支撐框架連接，支撐框架用于承載遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的安裝，外部行車可以通過吊索組件對吊掛進行吊起或搬運。

1.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

如圖5所示，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括傳動軸、滾輪、軸卡、驅(qū)動組件、軸承座和聯(lián)軸器。傳動軸與驅(qū)動組件連接，驅(qū)動組件是動力傳輸部件，帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)，滾輪通過鍵連接在傳動軸上，軸卡限制滾輪軸向移動，軸承座支撐傳動軸，同時保證傳動軸無阻礙轉(zhuǎn)動，聯(lián)軸器用于連接兩段傳動軸，使其保證轉(zhuǎn)速相同。對于不同的產(chǎn)品部件，產(chǎn)品吊掛點變化時，可以通過松動軸卡改變滾輪的位置，從而使吊帶處于產(chǎn)品的起吊位置。

驅(qū)動組件主要由電機、支座、減速機、鏈輪、鏈條組成，減速機與傳動軸通過鏈條來實現(xiàn)傳動，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)出的變頻信號改變電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速，從而改變傳動軸的轉(zhuǎn)動方向。

1.4 吊帶

實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能主要在于滾輪與吊帶之間的連接形式。兩組滾輪與吊帶采用反向相對纏繞，兩根吊帶的一端分別固定纏繞在兩滾輪的槽口中，吊帶的另一端與產(chǎn)品相連，滾輪轉(zhuǎn)動時，吊帶伸長或縮短，從而帶動產(chǎn)品進行翻轉(zhuǎn)，如圖6所示。

▲圖2 翻轉(zhuǎn)吊掛裝置

▲圖3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)簡圖

▲圖4 框架組件

▲圖5 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成圖

▲圖6 吊帶機構(gòu)

2 設(shè)計分析

2.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計

為了便于操作，采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來控制吊掛的翻轉(zhuǎn)。由遙控器發(fā)出控制信號，接收器收到指令后控制變頻器按要求的模式運行，控制電機進行正反轉(zhuǎn)及高低速翻轉(zhuǎn)工件，如圖7所示。

▲圖7 系統(tǒng)控制簡圖

通過控制遙控器上的按鍵可以實現(xiàn)以下的操作。

（1）采用遙控方式控制，遙控器上帶有啟/停，正向/反向，快速/慢速和急停功能，將運行信號發(fā)送到接收器。

（2）接收器通過控制系統(tǒng)控制變頻器的啟動、運轉(zhuǎn)方向和速度，速度可以根據(jù)用戶要求進行設(shè)置和限制。

（3）變頻器采用ABB的ACS355系列，采用多段恒速控制。

（4）電機剎車根據(jù)變頻器啟動和停止，同步進行。

（5）變頻器會進行電機故障檢測，聲光報警器會及時揭示故障信息，提示用戶進行檢修。

2.2 框架受力狀態(tài)分析

框架結(jié)構(gòu)強度將直接影響吊掛的翻轉(zhuǎn)功能。吊掛的骨架采用20鋼或Q235-A.F的方管，轉(zhuǎn)軸采用40Cr鋼熱處理。

吊掛的骨架和旋轉(zhuǎn)組件按材料的屈服極限計算，安全系數(shù)大于2.5。圖8所示為其應(yīng)力和應(yīng)變分析。吊裝時滾輪的安全工作載荷為M=1 000 kg，g=9.8 m/s2，施加外力=2.5×M=2 500 kg。

從圖8中可以看出，吊掛的變形主要發(fā)生在轉(zhuǎn)軸上，因此選用合金鋼40Cr熱處理作為轉(zhuǎn)軸材料，經(jīng)CATIA有限元分析模塊計算，材料的性能能夠滿足設(shè)計要求［4］。

2.3 驅(qū)動組件分析

▲圖8 應(yīng)力和應(yīng)變分析

在翻轉(zhuǎn)吊掛中，驅(qū)動組件的的功能主要是驅(qū)動產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)。本吊掛設(shè)計要求最大翻轉(zhuǎn)速度為8 m/min，速度均勻。滾輪采用電機控制，電機電源為380 V，頻率為50 Hz。翻轉(zhuǎn)速度為8 m/min，滾輪半徑R為0.1 m，電源輸入頻率在f1=50 Hz情況下，電機通過減速器輸出的轉(zhuǎn)速為：n1=22 r/min。

吊掛翻轉(zhuǎn)速度為：

吊掛翻轉(zhuǎn)速度需求為V0=8 m/min。所以，傳動軸的轉(zhuǎn)速為：

因為電機轉(zhuǎn)速與輸入頻率成正比，即：

電機的輸入頻率應(yīng)為：

通過變頻器來控制電機輸入頻率，可以改變電機的輸入頻率來控制翻轉(zhuǎn)速度。

2.4 翻轉(zhuǎn)狀態(tài)分析

由于飛機壁板在下架或裝配中需要不同的姿態(tài)，翻轉(zhuǎn)吊掛可通過改變吊帶的伸長或縮短來實現(xiàn)產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。如圖9所示，本翻轉(zhuǎn)吊掛可實現(xiàn)的翻轉(zhuǎn)角度：0°＜θ＜±180°［5］，此翻轉(zhuǎn)角度能夠滿足產(chǎn)品在下架或裝配過程中的各種姿態(tài)要求。

▲圖9 產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)狀態(tài)

3 總結(jié)

本文所研究的自動翻轉(zhuǎn)吊掛為飛機壁板類部件的吊運及翻轉(zhuǎn)提供了一種新思路，該翻轉(zhuǎn)吊掛已經(jīng)投入使用，滿足了飛機壁板類部件翻轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整的需求，顯著提高了工作效率，降低工作強度，節(jié)省了廠房空間。

［1］鄭永強.焊接變位機型式與系列的論述［R］.北京：中國焊接協(xié)會十五周年紀(jì)念文集，2002.

［2］薄超.談現(xiàn)代飛機制造的裝配工藝翻轉(zhuǎn)吊掛 ［J］.工業(yè)技術(shù)，2012（24）：109.

［3］郭福萍.翻轉(zhuǎn)吊具［J］.電機技術(shù)，2011（2）：54-55.

［4］盛選禹.CATIA有限元分析命令詳解與實例［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［5］段京燕，王志東.大推力氫氧發(fā)動機翻轉(zhuǎn)工藝研究［J］.航天制造技術(shù)，2011（2）：55-57.

（編輯 丁 罡）

TH165；TP393

A

1000-4998（2015）06-0063-03

2014年12月