彭 飛 雷金柱 吳西輝 李燕鵬

紐科倫（新鄉(xiāng)）起重機(jī)有限公司 新鄉(xiāng) 453000

飛機(jī)噴漆機(jī)庫(kù)多采用桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)合飛機(jī)噴漆庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了減輕起重設(shè)備的自重，機(jī)庫(kù)內(nèi)的起重設(shè)備一般為多支點(diǎn)懸掛起重機(jī)。飛機(jī)噴漆設(shè)備是飛機(jī)生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，要求噴漆設(shè)備具有載人平臺(tái)，且平臺(tái)能夠很容易地到達(dá)飛機(jī)表面的任意位置，具有很高的安全性和可靠性。

1 總體方案設(shè)計(jì)

懸掛起重機(jī)由端梁、主梁、小車、維修平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮導(dǎo)柱、工作平臺(tái)等組成。端梁上有行走輪，行走輪掛在噴漆機(jī)庫(kù)的H 形鋼軌道上，行走輪上集成有驅(qū)動(dòng)裝置，可驅(qū)動(dòng)端梁移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的縱向運(yùn)動(dòng)。主梁為箱形梁結(jié)構(gòu)，4 個(gè)端梁連接在主梁上方，小車行走輪掛在主梁下翼緣，維修平臺(tái)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮導(dǎo)柱、工作平臺(tái)等布置在小車上，小車沿主梁方向橫向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)的橫移?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承和減速電機(jī)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)柱各節(jié)內(nèi)筒和外筒配合緊密且可伸縮，通過維修平臺(tái)上的葫蘆起重機(jī)吊起工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工作平臺(tái)的高度變化，伸縮[1]導(dǎo)柱為平臺(tái)提供支撐，保持工作平臺(tái)穩(wěn)定。飛機(jī)噴漆懸掛起重機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。整體設(shè)計(jì)滿足設(shè)備的應(yīng)用需求，可在三維空間內(nèi)安全高效的移動(dòng)。飛機(jī)噴漆懸掛起重機(jī)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

表1 懸掛起重機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 飛機(jī)噴漆懸掛起重機(jī)示意圖

2 小車設(shè)計(jì)

小車的行走機(jī)構(gòu)懸掛在主梁上，通過回轉(zhuǎn)支承連接檢修平臺(tái)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮導(dǎo)柱、工作平臺(tái)均隨小車一起運(yùn)動(dòng)。小車使用4 個(gè)0.75 kW 的三合一減速電機(jī)作為動(dòng)力，在小車上設(shè)置有防跌落機(jī)械裝置，以增加小車的安全性；在小車和主梁末端設(shè)置兩級(jí)限制開關(guān)和彈性緩沖器，一級(jí)限位開關(guān)使系統(tǒng)減速進(jìn)入低速模式，二級(jí)限位開關(guān)使系統(tǒng)停止運(yùn)動(dòng)，如限位開關(guān)出現(xiàn)故障，則由彈性緩沖器吸小車的動(dòng)能。小車結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 小車結(jié)構(gòu)圖

工作平臺(tái)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過小車上的回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)支承支架連接回轉(zhuǎn)支承和小車受力臂，是小車的重要受力部件，對(duì)整機(jī)的安全性有至關(guān)重要的作用。本文對(duì)回轉(zhuǎn)支承支架進(jìn)行應(yīng)力和變形分析，賦予回轉(zhuǎn)支承支架材質(zhì)，固定回轉(zhuǎn)支承支架4 個(gè)支腿接觸面，對(duì)回轉(zhuǎn)支承支架下底面加載力，下底面受力為維修平臺(tái)、伸縮導(dǎo)柱、葫蘆、工作平臺(tái)、載荷等加在一起的重力，綜合安全系數(shù)和沖擊系數(shù)，數(shù)值為185 kN。應(yīng)力分析及變形結(jié)果如圖3 所示，最大應(yīng)力為34.5 MPa，滿足設(shè)備強(qiáng)度要求。

圖3 回轉(zhuǎn)支承支架應(yīng)力分析圖

3 伸縮導(dǎo)柱設(shè)計(jì)分析

伸縮導(dǎo)柱在滿足擺動(dòng)效應(yīng)的前提下盡量減輕質(zhì)量。導(dǎo)柱采用六邊形結(jié)構(gòu)，最大化剛度和截面。伸縮導(dǎo)柱由一個(gè)固定套筒和4 個(gè)移動(dòng)套筒組成，連接維修平臺(tái)的套筒為固定套筒，橫截面最大。當(dāng)葫蘆提升時(shí)，移動(dòng)套筒能夠收縮進(jìn)固定套筒內(nèi)。伸縮套筒內(nèi)安裝雙向同步裝置，使不同的套筒同時(shí)按比例發(fā)生提升或下降運(yùn)動(dòng)。雙向同步裝置能進(jìn)一步提升裝置的安全水平，避免運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生震動(dòng)，提高平臺(tái)工作人員的安全感。伸縮套筒的周向表面為平面，設(shè)有邊孔，以便于同步裝置的檢查和維護(hù)。伸縮套筒外圍安裝障礙物檢測(cè)裝置，一旦檢測(cè)到障礙物，平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和橋架的行走立即停止。套筒外形如圖4 所示。

利用排繩技術(shù)實(shí)現(xiàn)伸縮導(dǎo)柱的同步伸縮，如圖5 所示，G1、G2、G3、G4為 移 動(dòng) 套 筒[2]，G2、G3、G4套 筒上布置滑輪，繞過滑輪的鋼絲繩一端固定在上一級(jí)套筒上，另一端固定在下一級(jí)套筒上。葫蘆提升工作平臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作平臺(tái)帶動(dòng)移動(dòng)套筒G1運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)套筒G1向上運(yùn)動(dòng)，通過鋼絲繩F1和滑輪帶動(dòng)移動(dòng)套筒G2向上運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)套筒G2向上運(yùn)動(dòng)，通過鋼絲繩F2和滑輪帶動(dòng)移動(dòng)套筒G3向上運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)套筒G3向上運(yùn)動(dòng)，通過鋼絲繩F3和滑輪帶動(dòng)移動(dòng)套筒G4向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮導(dǎo)柱的同步伸縮[3]。

圖4 伸縮套筒

圖5 套筒運(yùn)動(dòng)受力分析

對(duì)伸縮套筒內(nèi)的鋼絲繩進(jìn)行受力分析

通過分析可知，移動(dòng)套筒質(zhì)量G4＞G3＞G2＞G1，移動(dòng)套筒G4上的鋼絲繩受力F3最大，所有同步鋼絲繩的受力與G1無(wú)關(guān)，G1的質(zhì)量由提升葫蘆鋼絲繩承受，為了便于制作，所有同步鋼絲繩選取同樣規(guī)格，按照最大受力進(jìn)行選取，由于平臺(tái)載人，鋼絲繩按照A8工作級(jí)別進(jìn)行選取，最終選擇2160 級(jí)別φ11 鋼絲繩，滑輪直徑φ280 mm。

4 工作平臺(tái)設(shè)計(jì)與起升分析

工作平臺(tái)用于載人和噴漆設(shè)備，主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化具有足夠的剛度，減少了結(jié)構(gòu)質(zhì)量，降低了位移慣性。如圖6 所示，工作平臺(tái)邊緣安裝有1.1 m 高的護(hù)欄，可確保人員安全；工作平臺(tái)與伸縮導(dǎo)柱之間也設(shè)有圍欄，防止臺(tái)上的操作人員誤觸伸縮導(dǎo)柱或起吊滑輪和鋼絲繩；工作平臺(tái)周邊安裝特種防撞墊，防撞墊可進(jìn)行變形接觸物體，也具有足夠的剛度，在不接觸物體時(shí)保持結(jié)構(gòu)形狀。平臺(tái)配備電氣探測(cè)元件，探測(cè)到將要碰觸物體時(shí)停止懸掛起重機(jī)的所有動(dòng)作。

圖6 工作平臺(tái)

使用電動(dòng)葫蘆對(duì)工作平臺(tái)和導(dǎo)柱進(jìn)行提升，電動(dòng)葫蘆的受力為

式中：G1、G2、G3、G4為4 個(gè)伸縮套筒的質(zhì)量，M為平臺(tái)質(zhì)量，Z 為載重量。

為保證人員安全，使用兩臺(tái)葫蘆共同提升平臺(tái)，單臺(tái)葫蘆的起升能力大于F，即使其中一臺(tái)出現(xiàn)故障，另一臺(tái)有能力對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行單獨(dú)起升。兩個(gè)吊點(diǎn)共同起吊工作平臺(tái)，對(duì)所吊物的重心進(jìn)行分析。

圖7 空載工作平臺(tái)重心位置

平臺(tái)上有工作人員時(shí)，將所有工作人員及工具看作一個(gè)整體載重Z；當(dāng)Z 在工作平臺(tái)的不同極限位置時(shí)，重心位置如圖8 所示。

圖8 極限載重時(shí)工作平臺(tái)重心位置

有意設(shè)計(jì)所吊重物的重心不與伸縮導(dǎo)柱的圓心重合的優(yōu)點(diǎn)是：1）重心產(chǎn)生的彎矩由伸縮導(dǎo)柱承受，能減少平臺(tái)的晃動(dòng)；2）兩個(gè)吊點(diǎn)布置在平臺(tái)一角，便于使平臺(tái)上工作人員站在平臺(tái)對(duì)角到達(dá)飛機(jī)外部任何位置，特別是便于深入飛機(jī)翅膀下方中心部位；3）重心偏向一個(gè)吊點(diǎn)且仍在兩個(gè)吊點(diǎn)之間，其中一臺(tái)承擔(dān)較輕負(fù)載并充當(dāng)冗余角色，兩個(gè)葫蘆處于不同的負(fù)載狀態(tài)下，兩臺(tái)葫蘆負(fù)載不同，以區(qū)分2 臺(tái)葫蘆的磨損模式和疲勞模式，如果主負(fù)載葫蘆發(fā)生疲勞故障，另一臺(tái)起升的不同負(fù)載可避免其受到同一疲勞故障的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)了飛機(jī)噴漆懸掛起重機(jī)，此設(shè)備能滿足功能要求，對(duì)于提升飛機(jī)噴漆效率具有重要的意義。