王敏，趙崗平，張萍，劉少軍

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046012）

0 引言

航天地面設(shè)備大型筒體通常由若干功能筒段組成，筒體對(duì)接裝配以臥式組裝為主，相鄰各筒段對(duì)接面對(duì)準(zhǔn)象限，導(dǎo)向銷定位后筒段端面以螺栓螺母連接緊固。

傳統(tǒng)的大型筒體臥式對(duì)接難度大，需多名操作人員配以吊車、支撐滾輪架、撬棍等協(xié)作完成，依賴操作人員經(jīng)驗(yàn)反復(fù)操作與調(diào)姿試裝實(shí)現(xiàn)，對(duì)接工藝方法及裝備存在著自動(dòng)化程度低、工作量大、安全性低等不足。

近年來(lái)，大型筒體臥式對(duì)接技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)外飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭等航空、航天企業(yè)已在行業(yè)內(nèi)開(kāi)展應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)部件自動(dòng)化對(duì)接、導(dǎo)彈艙段自動(dòng)對(duì)接、航天器大型艙段柔性對(duì)接、航天運(yùn)載器柔性對(duì)接裝配[1-4]。

本文基于所研制生產(chǎn)的大型筒體的特點(diǎn)及生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)其臥式對(duì)接工藝進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)自動(dòng)對(duì)接裝備并成功應(yīng)用于產(chǎn)品裝配中。

1 產(chǎn)品特點(diǎn)

基本功能筒段直徑大于2 m，長(zhǎng)度為2000～8000 mm，質(zhì)量小于5 t，端面采用M20×110螺栓連接。

筒段對(duì)接具有裝配精度高、防護(hù)要求高的特點(diǎn)，對(duì)接后主要技術(shù)指標(biāo)為：端面與內(nèi)筒軸線垂直度不大于0.2/1000 mm，內(nèi)表面錯(cuò)邊不大于±0.05 mm。

2 工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過(guò)采用具備調(diào)姿功能的移動(dòng)滾輪架車替代原有固定支撐滾輪架，提高對(duì)接的自動(dòng)化程度，減少人員及吊車占用時(shí)間，提高對(duì)接效率及安全性，對(duì)接工藝流程如下。

1）將移動(dòng)滾輪架車移至裝配位置，如圖1所示。

圖1 移動(dòng)滾輪架車準(zhǔn)備

2）吊裝兩對(duì)接筒段至移動(dòng)滾輪架車，如圖2所示。

圖2 筒段吊裝至移動(dòng)滾輪架車

3）通過(guò)每組滾輪架車聯(lián)動(dòng)調(diào)整筒段移動(dòng)位置及姿態(tài)進(jìn)行對(duì)接，調(diào)姿狀態(tài)如圖3所示。

圖3 筒段調(diào)姿狀態(tài)示意圖

4）對(duì)接后通過(guò)單獨(dú)調(diào)整2個(gè)滾輪架車脫離已對(duì)接筒段，進(jìn)行下一筒段與已對(duì)接筒段進(jìn)行對(duì)接。

3 裝備設(shè)計(jì)

結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)及工藝流程，大型筒體臥式對(duì)接裝備設(shè)計(jì)包含4臺(tái)移動(dòng)滾輪架車、控制系統(tǒng)、測(cè)距反饋及安全防護(hù)系統(tǒng)等。

圖4 后續(xù)筒段對(duì)接示意圖

3.1 移動(dòng)滾輪架車

3.1.1 移動(dòng)滾輪架車自由度及主要參數(shù)如圖5所示，移動(dòng)滾輪架車滿足筒段對(duì)接位置移動(dòng)及姿態(tài)調(diào)整要求，具有行走（X向）、平移（Y向）、升降（Z向）、滾輪間距調(diào)整（T向）、滾轉(zhuǎn)（A向）5個(gè)自由度，主要參數(shù)如表1所示。

圖5 移動(dòng)滾輪架車自由度示意圖

表1 移動(dòng)滾輪架車主要參數(shù)

3.1.2 底座部分

底座部分主要由底座和轂輪組件構(gòu)成，伺服電動(dòng)機(jī)連接伺服轉(zhuǎn)向減速器，減速器為雙軸輸出，分別與兩端車輪軸直聯(lián)。車輪外層包膠處理（聚氨 酯），X 向 行程無(wú)限制。

3.1.3 水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)

水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由底板、連接支架、絲杠軸、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等組成。連接支架一端固定絲杠絲母座，另一端固定底板底面。底板上面和支撐托座等上層部件連接。上層部件支撐在升降座上的Y向移動(dòng)導(dǎo)軌上。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，連接支架則進(jìn)行Y向移動(dòng)，從而帶動(dòng)底板及上層支撐部件在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y向的調(diào)整。

3.1.4 升降部件

升降部件主要由升降座、左右側(cè)架、蝸輪蝸桿升降機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組成。升降座是Z軸傳動(dòng)的主要支撐零件，蝸輪蝸桿升降機(jī)下端面法蘭固定在底座安裝面上，升降頭固定升降座底面，升降座左右側(cè)面各固定兩根直線導(dǎo)軌，左右側(cè)架上固定直線導(dǎo)軌滑塊，伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與升降機(jī)直聯(lián)，帶動(dòng)蝸輪蝸桿升降機(jī)上升或下降移動(dòng)，同時(shí)，帶動(dòng)升降座及上層支撐機(jī)構(gòu)沿Z軸導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。

圖6 底座部件結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

圖8 升降部件結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.5 滾輪間距調(diào)整部件

滾輪間距調(diào)整部件主要由左、右托座、梯形絲杠、絲母座、聯(lián)軸器等組成。梯形絲杠把合在托座底面，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，絲杠帶動(dòng)固定在左右托座底面的絲母座運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)左右托座的同時(shí)收攏離散，適應(yīng)多種不同規(guī)格產(chǎn)品的支撐要求。

3.1.6 滾轉(zhuǎn)功能部件

滾轉(zhuǎn)功能部件主要由主動(dòng)滾輪、從動(dòng)滾輪、減速器、伺服電動(dòng)機(jī)組成。滾輪軸與減速器相連，減速器直聯(lián)伺服電動(dòng)機(jī)。主動(dòng)輪和滾輪軸以鍵固連，從動(dòng)滾輪和軸之間裝有軸承，減小從動(dòng)輪滾動(dòng)摩擦阻力。驅(qū)動(dòng)滾輪時(shí)，通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)主動(dòng)輪滾動(dòng)，與滾輪支撐的筒段滾動(dòng)摩擦，帶動(dòng)筒段滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由控制器、伺服系統(tǒng)、人機(jī)入口、手持移動(dòng)單元組成，通過(guò)人機(jī)界面（點(diǎn)動(dòng)或輸入坐標(biāo)值）控制器驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，JOG模式，絕對(duì)定位，增量定位，通過(guò)手持單元控制器驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖9 滾輪間距調(diào)整部件結(jié)構(gòu)示意圖

圖10 滾轉(zhuǎn)功能部件結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

3.3 測(cè)距反饋及安全防護(hù)系統(tǒng)

測(cè)距反饋及安全防護(hù)系統(tǒng)由傳感器工裝、位移傳感器、感應(yīng)工裝組成，防止移動(dòng)滾輪架運(yùn)載對(duì)接段沿X向移動(dòng)時(shí)因人工操作失誤而導(dǎo)致撞擊。

在基準(zhǔn)段和對(duì)接段上分散安裝3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)反饋數(shù)值，監(jiān)控筒段對(duì)接情況，直至2個(gè)筒段端面貼合，防止意外碰撞發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

基于航天地面設(shè)備大型筒體產(chǎn)品特點(diǎn)及對(duì)接要求，提出臥式對(duì)接改進(jìn)工藝方案，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化臥式對(duì)接裝備，該裝備能夠適應(yīng)筒體直徑變化，具備大型筒體臥式對(duì)接位置和姿態(tài)精確調(diào)整所需的行走、平移、升降、間距調(diào)整、滾轉(zhuǎn)功能，滿足航天地面設(shè)備大型筒體的對(duì)接要求。本文論述的航天地面設(shè)備大型筒體臥式對(duì)接工藝方法及裝備對(duì)于航空、航天等類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的對(duì)接裝配也具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。