李翔宇 朱百寶 宋家瑞 關(guān)新宇

0 引言

民用航空采用的渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的關(guān)鍵性部件，風(fēng)扇葉片轉(zhuǎn)子的主要作用是為發(fā)動機(jī)產(chǎn)生推力，渦扇發(fā)動機(jī)80%以上的推力直接由排出外涵道的氣體提供。風(fēng)扇轉(zhuǎn)子部件是高速旋轉(zhuǎn)部件，每分鐘轉(zhuǎn)速高達(dá)5000轉(zhuǎn)以上，在如此高轉(zhuǎn)速下，部件輕微偏心這種不平衡量就會被無限放大，甚至可能對發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行造成極大地影響。如果高速旋轉(zhuǎn)部件在高旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時處于不平衡狀態(tài)，這種不平衡所引起的機(jī)械振動就會變得更加明顯。同時在某種情況下，還可能出現(xiàn)疲勞斷裂的風(fēng)險，會導(dǎo)致不平衡的轉(zhuǎn)子部件的壽命急劇縮短。除此以外，震動和搖擺，不僅會產(chǎn)生噪聲，還會降低部件的可靠性。風(fēng)扇葉片保持盤作為固定風(fēng)扇葉片的核心部件，維護(hù)手冊（AMM）中明確給出固定螺栓的磅緊邏輯順序，以便最大程度上保證其同心度，降低整個轉(zhuǎn)子軸震動。該邏輯復(fù)雜、繁瑣、單調(diào)，稍不留神就會出現(xiàn)錯磅、漏磅的情況發(fā)生，這樣會導(dǎo)致風(fēng)險很大，給一線工作者帶來很大工作壓力，工作者也試圖采取相關(guān)輔助方法降低工作難度，提高可靠性，但是效果均不理想。對于旋轉(zhuǎn)類部件，如果不嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)磅緊程序很可能會出現(xiàn)保持盤無法均勻緊密貼合的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到發(fā)動機(jī)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，導(dǎo)致飛機(jī)中央電子監(jiān)控系統(tǒng)（ECAM，Electronic entralized Aircraft Monitor）N1震動參數(shù)上浮。

1 現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)施工方法存在的問題

根據(jù)維修手冊要求，風(fēng)扇葉片保持盤磅緊邏輯要以保持盤的1號位螺栓為基準(zhǔn)，在邏輯圖上數(shù)出其孔位，然后在實物上數(shù)出真實孔位，才能相應(yīng)完成一個螺栓的磅緊工作。36顆固定螺栓，需要查找72次，若按手冊要求需磅緊兩遍，需要完成144次的查找才能完成該項工作。該保持盤由36顆固定螺栓周向、等距分配，并且每個螺栓型號一致（如圖1所示），保持盤上也未有定位標(biāo)識，查找起來困難相對較大，另外由于其規(guī)律性不強(qiáng)，操作困難，導(dǎo)致工作者易出現(xiàn)煩躁情緒，進(jìn)而出現(xiàn)違章操作，無法保證施工質(zhì)量，為以后埋下安全隱患。然而該隱患又不是立即顯現(xiàn)，只有積累到一定程度才會突然暴露，進(jìn)而帶來災(zāi)難性的后果。目前較為先進(jìn)的是輔助指示法，該方法將工卡上的力矩邏輯放大后與實物契合，在一定程度上大大提高工作效率，降低反復(fù)查找?guī)淼腻e誤幾率，初期收到不錯的反饋。但是隨著時間的積累，該輔助指引方式的弊端顯現(xiàn)，尤其在光線不足的情況下，工作者使用起來仍比較困難，繁瑣、復(fù)雜再一次消耗了工作者的耐心。

2基于AMM手冊施工標(biāo)準(zhǔn)完成磅緊邏輯輔助設(shè)計

針對磅緊邏輯，結(jié)合電子式指示控制，設(shè)計輔助儀，輔助維修人員在安裝發(fā)動機(jī)葉片保持盤時，完全符合AMM手冊給出的螺栓磅緊順序，從根本上解決了維修人員在從事該工作時出現(xiàn)的牽扯人員精力較大、工作效率低下、誤磅、漏磅、主動違章的情況。同時此輔助儀還可以極大程度提升工作者在從事此項工作時的工作效率，結(jié)合電子指示信號，杜絕了工作者在磅緊螺栓過程中產(chǎn)生的磅緊順序混淆、誤磅、漏磅等問題。

在滿足AMM手冊相關(guān)要求的基礎(chǔ)前提下，基于FOD相關(guān)要求，設(shè)計制造周向緊固件邏輯磅緊輔助儀。

通過此邏輯磅緊輔助儀，將工作者從傳統(tǒng)順次邏輯磅緊螺栓的繁瑣工作方式中解放出來，將模糊抽象的螺栓邏輯圖信息轉(zhuǎn)換為簡單、清晰、精確的指示信號，有效減輕工作任務(wù)負(fù)擔(dān)（如圖2所示）。

通過前期數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，單架次飛機(jī)完成此項工作大概需要174.25min。顯然按照手冊以傳統(tǒng)工作方式施工，工作時間過長。通過初步計算，緊固件邏輯磅緊輔助儀可縮短工作時間85%以上。緊固件邏輯磅緊輔助儀可實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，將由于人為因素造成的錯磅、漏磅等因素降到最低，有效提高工作質(zhì)量和工作效率。

2.1降低外界環(huán)境對工作者產(chǎn)生的不利影響

進(jìn)氣道尺寸狹窄及帶余熱的發(fā)動機(jī)尾氣反流等外界環(huán)境因素難以改變，因此只能通過縮短工作時間來將外界環(huán)境帶來的不利影響因素降到最低，保證工作者的生理狀態(tài)、心理狀態(tài)和工作質(zhì)量維持在合理水平線以上。

2.2輔助磅緊儀邏輯控制電路的選定

經(jīng)系列測算，最終確定由邏輯芯片完成此邏輯的控制最為理想。其原理概括為磅緊1號孔位時，KS1控制電8門處在B2位，將L1顯示燈接通，此刻提示工作者需磅緊1號位螺栓。當(dāng)磅緊1號位螺栓完成后，工作者進(jìn)行確認(rèn)并按壓確認(rèn)電門KS1，KS1將撥至B1位置，激活反饋電路輸出信號至控制器，對下一個位置指示燈L2輸出信號，使指示燈L2點(diǎn)亮，提示工作者下一個磅緊螺栓的邏輯位置。以此類推，將剩余 34個螺栓通過該圖電路中的顯示燈點(diǎn)亮順序進(jìn)行磅緊，如圖3所示。

2.3控制電門與指示燈選擇

考慮到工作實際環(huán)境和工作者習(xí)慣，以及防止誤操作、價格等多方面因素，在控制電門的選用時，優(yōu)先選擇了搖臂雙控電門。為了凸顯在視覺上的增強(qiáng)作用，通過比對采用了5～12V電壓的LED發(fā)光二極管?？紤]到后期便于維護(hù)以及電壓的可靠性，優(yōu)先采用了南孚9V電壓的電池塊，如圖4所示。

2.4 殼體材料的選用與設(shè)計

風(fēng)扇葉片保持盤是合金材質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)行的工作標(biāo)準(zhǔn)，是不允許采用金屬材質(zhì)部件與其相接觸。故經(jīng)多次選材最終決定采用復(fù)合纖維板，這種材料有很好的韌性和可塑性，加工難度相對較小。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動區(qū)域工作，最基本的原則是零部件越少越好，包裹性越完整越可靠。最終制作一個全方位密封環(huán)，將電路與其他元件均放于環(huán)的空腔內(nèi)，如圖5所示。

后期經(jīng)過驗證與分析， 又在貼合面上加了一層軟質(zhì)涂層，不僅可以起到保護(hù)部件的作用，同時增加與部件的摩擦力，使磅緊儀不需任何固定方式，僅僅依靠摩擦力就能很好地固定在部件上，如圖6所示。

3 效果驗證

通過實際驗證，輔助磅緊儀能從根本上解決由于操作困難導(dǎo)致的違章操作，在保證安全的前提下，提高生產(chǎn)效能，保證維修質(zhì)量。通過36臺次發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片保持盤磅緊測試（完成72次磅緊），統(tǒng)計出針對風(fēng)扇葉片保持盤磅緊這一工作步驟的各項參數(shù)。

項目組在進(jìn)行效果驗證的過程中選取了20臺次的發(fā)動機(jī)進(jìn)行了效果驗證，得出圖7的數(shù)據(jù)，可以看出在使用輔助儀前該項工作所耗費(fèi)的工時大多在3個小時以上，而在使用輔助儀之后明顯大幅度降低了工作者的工作時間，提高了工作效率。

圖8為使用了輔助儀一段時間后與按照之前的工作方法產(chǎn)生漏磅、錯磅的次數(shù)的數(shù)據(jù)對比，明顯可以看出基本上杜絕了工作者在磅緊螺栓過程中產(chǎn)生漏磅、錯磅等容易出現(xiàn)安全隱患的事件發(fā)生。

在效果驗證階段小組以“4M1E”作為驗證模型，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個方面入手，在四大因素中，人是最重要的因素，不論是設(shè)備的操作、檢修、保養(yǎng)、還是驗收把關(guān)，以及作業(yè)方法的遵守和改進(jìn)，都需依靠工作者的智慧和積極性。因此驗證階段重點(diǎn)關(guān)注了工作者在使用輔助儀前后所耗費(fèi)的時間、操作的方便性、工作質(zhì)量是否可靠以及工作者的意愿。

加強(qiáng)工作者的技能訓(xùn)練，讓工作者充分理解此項工作的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按要求進(jìn)行充分訓(xùn)練，進(jìn)行個別而具體的指導(dǎo)。同時要提高工作者的質(zhì)量意識、加強(qiáng)對自己作業(yè)質(zhì)量的控制、提高對自己工作重要性的認(rèn)識、加強(qiáng)全面質(zhì)量管理思想和方法的宣傳教育。

設(shè)備的管理是除了盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不良并分析其原因，采取適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施。而且還要進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，以防患于未然。輔助儀經(jīng)過驗證可得出結(jié)論：能夠完好地固定在風(fēng)扇葉片保持盤上，并且不會對保持盤造成損傷。

在施工方法方面，輔助儀從根本上改變了原有的磅緊螺栓人工計數(shù)方法，將工作者從繁瑣、復(fù)雜的磅緊程序中解放出來。能將更多的精力投入到風(fēng)扇葉片組件的裝配中，進(jìn)而保證了整體維修工作的質(zhì)量與安全。從機(jī)械可靠性角度分析，電子式輔助磅緊輔助設(shè)備出現(xiàn)差錯及故障的概率極低，較工作者人工計數(shù)可靠性得到極大提升，更好地杜絕了由于工作者操作計數(shù)不當(dāng)造成的錯磅、漏磅問題。從輔助儀制作材料角度分析，輔助儀外殼采用包容性較強(qiáng)的復(fù)合材料，其強(qiáng)度、硬度遠(yuǎn)低于風(fēng)扇保持盤的合金材料，極大程度上保證了維修部件的安全性。

從標(biāo)準(zhǔn)施工層面來說，輔助磅緊儀在滿足AMM手冊對于標(biāo)準(zhǔn)施工要求的基礎(chǔ)上，化繁為簡，使工作者從心理角度更愿意接受保持盤的邏輯磅緊要求，避免了由于畏難心理導(dǎo)致的違章施工，有利于依法維修意識的構(gòu)建與落實。

從工作環(huán)境角度分析，光線不足、空間狹窄本就增加了此項維修工作的可操作性，輔助磅緊儀采用紅色發(fā)光二極管，在昏暗的工作環(huán)境下有效增加了工作者的視覺辨識度，使工作者能將更多的精力投入到螺栓的磅緊過程中。同時，磅緊工作周期的有效縮短，更易使工作者能夠以更高的工作熱情，保質(zhì)保量地完成此項工作。

4總結(jié)

目前民航在翼飛機(jī)或各領(lǐng)域內(nèi)的高轉(zhuǎn)速部件都需采用此邏輯磅緊方式保證裝配質(zhì)量。此磅緊邏輯都是廠家經(jīng)過測試和檢驗給出的最標(biāo)準(zhǔn)、最有效、最可靠的工作步驟，而不是簡簡單單如基本技能所講——對角磅緊后順序磅緊。在實際工作中，絕對不能僅僅因為操作繁瑣、內(nèi)心焦躁而違背或偏離手冊中給出的操作程序，而應(yīng)該開發(fā)自己的先進(jìn)工具，使工作更加方便、簡潔。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，未來還會有更多先進(jìn)的工藝走進(jìn)實際工作中，因此要緊隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展和民航安全發(fā)展的客觀需求，時刻保持學(xué)習(xí)的姿態(tài)，時刻糾正工作中的不足與差異。本質(zhì)上，本次項目最重要的成果是提出了一種理念，即時刻要思考改變不適合的工作模式，盡最大努力依靠科學(xué)技術(shù)改變自身的工作方法。