胡文騏 周方云

（江西昌河航空工業(yè)有限公司，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

升力系統(tǒng)是直升機(jī)的核心部件，用于改變傳動(dòng)方向、傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)功率、產(chǎn)生升力，系統(tǒng)主要包括減速器、自動(dòng)傾斜器、槳轂、及旋翼，其中主槳轂和自動(dòng)傾斜器安裝在主減速器上，主旋翼安裝在主槳轂上。通常直升機(jī)自動(dòng)傾斜器與主減速器通過(guò)球鉸與主減速器精加工配合面套合的方式連接，而主槳轂與主減速器通過(guò)精密齒型花鍵進(jìn)行連接，裝配精度要求較高。

目前升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件地面組立通過(guò)吊車(chē)手工完成裝配，由于部件重量過(guò)大，吊裝過(guò)程中難以精確、有效控制部件的運(yùn)動(dòng)，且吊裝設(shè)備精度低，需大量的人工操作，嚴(yán)重影響直升機(jī)的裝配效率與質(zhì)量。隨著我國(guó)大噸位直升機(jī)的研發(fā)，單純依靠吊裝方式進(jìn)行地面裝配的弊端會(huì)更加突顯。亟需開(kāi)展升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化檢測(cè)及精密裝配技術(shù)研究，開(kāi)展相關(guān)驗(yàn)證的工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，以此提高裝配效率、精度和質(zhì)量，提升我國(guó)直升機(jī)裝配的技術(shù)水平與能力。

1 研究背景

1.1 現(xiàn)狀

目前直升機(jī)升力系統(tǒng)地面組立裝配過(guò)程為主減速器固定，通過(guò)吊車(chē)手工完成自動(dòng)傾斜器和主槳轂的吊裝和裝配，由于部件重量過(guò)大，吊裝過(guò)程中難以精確、有效控制部件的運(yùn)動(dòng)，且吊裝設(shè)備精度低，需大量的人工操作，裝配過(guò)程中易出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致的部件損傷，嚴(yán)重影響直升機(jī)的裝配效率與質(zhì)量。隨著我國(guó)大噸位直升機(jī)的研發(fā)，自動(dòng)傾斜器、主槳轂的尺寸與重量均會(huì)大幅度增加，單純依靠吊裝方式進(jìn)行地面裝配的弊端會(huì)更加突顯，升力系統(tǒng)組成及吊裝安裝現(xiàn)狀如圖1 所示。

圖1 升力系統(tǒng)組成及吊裝安裝現(xiàn)狀

1.2 問(wèn)題分析

由于現(xiàn)有的直升機(jī)升力系統(tǒng)裝配方式為使用吊車(chē)進(jìn)行手工裝配，在以往的生產(chǎn)中多次暴露問(wèn)題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，相關(guān)問(wèn)題可分為以下三類(lèi)：

1.2.1 裝配易損傷

主槳轂吊裝運(yùn)動(dòng)精度差，容易發(fā)生碰撞，造成零件損傷。裝配主槳轂時(shí)采用簡(jiǎn)易吊帶與吊車(chē)連接，吊車(chē)精度低，裝配過(guò)程中難以精確、有效控制主槳轂的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)不具備旋轉(zhuǎn)功能，特別是在花鍵齒的寬齒配合時(shí)，需要旋轉(zhuǎn)主槳轂對(duì)準(zhǔn)齒槽，依靠人工控制，力度難以均勻把握，齒輪和齒槽極易發(fā)生碰撞，造成零件損壞。

1.2.2 裝配周期長(zhǎng)

裝配過(guò)程無(wú)在線(xiàn)測(cè)量手段，只能通過(guò)人工觀察進(jìn)行，多次調(diào)整，裝配效率低。主槳轂和自動(dòng)傾斜器與主減速器裝配過(guò)程中，主槳轂和自動(dòng)傾斜器的位姿全部通過(guò)工人的觀察來(lái)判讀，無(wú)測(cè)量手段保證，只能通過(guò)反復(fù)試裝的方式完成裝配，裝配效率低，周期長(zhǎng)。

1.2.3 裝配精度低

主槳轂與主減速器精密齒型花鍵配合精度達(dá)到0.1mm，自動(dòng)傾斜器與主減速器的孔軸配合精度達(dá)到0.2mm，均是直升機(jī)裝配的關(guān)鍵工序。裝配過(guò)程無(wú)數(shù)字化線(xiàn)測(cè)量手段，裝配精度低。升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配過(guò)程中，全部依靠人工觀察的方法進(jìn)行裝配，裝配精度低。裝配過(guò)程中只關(guān)注配合區(qū)的情況，不考慮關(guān)鍵部件的整體姿態(tài)，裝配精度同樣比較低。

1.3 研究目標(biāo)

針對(duì)直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配易損傷、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、精度低等問(wèn)題，建立全新的自動(dòng)傾斜器與主減速器、主槳榖與主減速器的地面組立裝配工藝流程，研制一套通用的自動(dòng)化裝配系統(tǒng)，針對(duì)中型、大型直升機(jī)設(shè)計(jì)制造模擬試驗(yàn)件進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，形成直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配工藝規(guī)范，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)升力系統(tǒng)的高效率、高精度、高可靠性裝配。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配方案設(shè)計(jì)研究

將直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配方案規(guī)劃工作，圍繞夾持、測(cè)量、調(diào)整共三個(gè)維度開(kāi)展。梳理、分析并研究公司現(xiàn)有裝配方案在三個(gè)維度中各項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用情況；分析直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配方案在三個(gè)維度中各項(xiàng)技術(shù)的需求；對(duì)比研究現(xiàn)有裝配方案和自動(dòng)化裝配方案需求間的矛盾，圍繞三個(gè)維度開(kāi)展裝配方案重新規(guī)劃工作：

通過(guò)對(duì)不同機(jī)型升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件的區(qū)別分析，結(jié)合自動(dòng)化裝配設(shè)備的特點(diǎn)，研究關(guān)鍵部件快速上架技術(shù)規(guī)劃；通過(guò)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)分析及測(cè)量要求，研究數(shù)字化測(cè)量技術(shù)規(guī)劃；通過(guò)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件配合方式與自動(dòng)化裝配設(shè)備的特點(diǎn)分析，研究關(guān)鍵部件自動(dòng)精確調(diào)姿技術(shù)規(guī)劃，最終建立一套全新的裝配方案。

2.2 面向自動(dòng)化裝配的工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

基于全新設(shè)計(jì)的裝配方案，從裝配基準(zhǔn)選擇、裝配定位方法、裝配協(xié)調(diào)方法、工藝模型建立、裝配工藝分離面劃分等方面實(shí)現(xiàn)對(duì)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配工藝的重新最優(yōu)設(shè)計(jì)。通過(guò)分析公司現(xiàn)有裝配工藝技術(shù)現(xiàn)狀，研究自動(dòng)化裝配的工藝需求，通過(guò)數(shù)字化仿真模擬技術(shù)，對(duì)比研究現(xiàn)狀和需求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，運(yùn)用數(shù)字化仿真模擬技術(shù)，尋求最優(yōu)解決方案，最終應(yīng)用到裝配基準(zhǔn)選擇、裝配定位協(xié)調(diào)方法、工藝分離面的優(yōu)化改進(jìn)之中，最終形成解決升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配工藝問(wèn)題的最優(yōu)工藝設(shè)計(jì)。具體技術(shù)方案如下：

通過(guò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析將關(guān)鍵部件劃分成主減速器、自動(dòng)傾斜器和主槳轂三大部件；結(jié)合自動(dòng)化裝配的需求，將關(guān)鍵部件進(jìn)行裝配模型簡(jiǎn)化，在全機(jī)坐標(biāo)系下將簡(jiǎn)化裝配模型、自動(dòng)化裝配設(shè)備模型、數(shù)字化測(cè)量模型、夾持工裝模型等與裝配信息結(jié)合形成自動(dòng)化裝配工藝模型；采用窮舉法得到可用的關(guān)鍵部件裝配基準(zhǔn)，再根據(jù)自動(dòng)化裝配和關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，優(yōu)選出裝配基準(zhǔn)；根據(jù)關(guān)鍵部件裝配技術(shù)要求，將自動(dòng)化裝配設(shè)備和數(shù)字化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用到裝配中，通過(guò)裝配流程仿真得到最優(yōu)的夾持定位方法、位置及數(shù)字化測(cè)量協(xié)調(diào)方法。

2.3 直升機(jī)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配流程設(shè)計(jì)研究

充分運(yùn)用重新設(shè)計(jì)的升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配工藝，開(kāi)展升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件裝配流程的仿真，從上架流程、裝配流程等方面對(duì)升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件現(xiàn)有裝配流程進(jìn)行再造。通過(guò)仿真公司現(xiàn)有裝配流程，同步研究其與自動(dòng)化裝配流程的技術(shù)差距，運(yùn)用數(shù)字化仿真驗(yàn)證技術(shù)，消除發(fā)現(xiàn)的技術(shù)差距。運(yùn)用數(shù)字化仿真驗(yàn)證優(yōu)化成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有裝配流程再造，以滿(mǎn)足升力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配的流程需要，固化相關(guān)技術(shù)成果。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

根據(jù)自動(dòng)化裝配工藝設(shè)計(jì)和仿真的結(jié)果，結(jié)合關(guān)鍵部件自動(dòng)化裝配設(shè)備的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，首先依據(jù)對(duì)主減速器的定位技術(shù)要求，設(shè)計(jì)裝配過(guò)程中主減速器運(yùn)輸、入位及鎖死等上架流程；其次依據(jù)對(duì)主槳轂和自動(dòng)傾斜器的定位技術(shù)要求，設(shè)計(jì)裝配過(guò)程中主槳轂和自動(dòng)傾斜器輸、入位及鎖死等上架流程；最后依據(jù)關(guān)鍵部件的裝配技術(shù)要求，設(shè)計(jì)主槳轂和自動(dòng)傾斜器調(diào)姿、裝配及下架流程，本項(xiàng)目驗(yàn)證劃分為：準(zhǔn)備工作、產(chǎn)品上架、自動(dòng)傾斜器裝配、主槳轂裝配、人工作業(yè)、產(chǎn)品下架共6 個(gè)步驟開(kāi)展，驗(yàn)證流程如圖2 所示。

圖2 驗(yàn)證流程圖

3.1 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作分為系統(tǒng)準(zhǔn)備以及產(chǎn)品準(zhǔn)備。系統(tǒng)準(zhǔn)備工作首先需要給自動(dòng)化裝配系統(tǒng)進(jìn)行供電進(jìn)行開(kāi)機(jī)自檢；其次完成測(cè)量場(chǎng)的建立及標(biāo)定，保證測(cè)量精度滿(mǎn)足驗(yàn)證工作需要；最后將主減速器平臺(tái)、主槳轂定位工裝、自動(dòng)傾斜器定位工裝分別吊裝入位。主減速器平臺(tái)、主槳轂定位工裝、自動(dòng)傾斜器定位工裝如圖3 所示。

圖3 主減速器平臺(tái)、主槳轂定位工裝、自動(dòng)傾斜器定位工裝

產(chǎn)品準(zhǔn)備工作首先將主減速器、主槳轂、自動(dòng)傾斜器的外包裝分別拆卸，最后將主減速器、主槳轂、自動(dòng)傾斜器分別安裝至主減速器平臺(tái)、主槳轂定位工裝、自動(dòng)傾斜器定位工裝上。主減速器準(zhǔn)備、主槳轂準(zhǔn)備、自動(dòng)傾斜器準(zhǔn)備如圖4 所示。

圖4 主減速器準(zhǔn)備、主槳轂準(zhǔn)備、自動(dòng)傾斜器準(zhǔn)備

3.2 產(chǎn)品上架

產(chǎn)品上架主要工作是將主減速器及其支撐模塊以及自動(dòng)傾斜器及其夾持工裝吊裝至裝配平臺(tái)上，為下一步自動(dòng)傾斜器裝配做準(zhǔn)備。產(chǎn)品上架示意如圖5 所示。

圖5 產(chǎn)品上架示意

3.3 自動(dòng)傾斜器裝配

自動(dòng)傾斜器裝配首先需要在主減速器主軸上安裝限位塊，操作系統(tǒng)裝配平臺(tái)移動(dòng)至自動(dòng)傾斜器夾持位置，裝配平臺(tái)上的并聯(lián)機(jī)構(gòu)抓取自動(dòng)傾斜器，裝配平臺(tái)移動(dòng)至主減速器上方的裝配位置，通過(guò)孔軸配合測(cè)量進(jìn)行路經(jīng)計(jì)算指導(dǎo)系統(tǒng)將自動(dòng)傾斜器姿態(tài)調(diào)整到位最終完成自動(dòng)傾斜器與主減速器的裝配，裝配完成后將自動(dòng)傾斜器上的夾持模塊拆卸并撤出裝配平臺(tái)，為下一步主槳轂裝配做準(zhǔn)備。并聯(lián)機(jī)構(gòu)、安裝夾持模塊的自動(dòng)傾斜器、自動(dòng)傾斜器裝配如圖6 所示。

圖6 并聯(lián)機(jī)構(gòu)、安裝夾持模塊的自動(dòng)傾斜器、自動(dòng)傾斜器裝配

3.4 主槳轂裝配

首先將主槳轂夾持模塊與定位模塊連接，主槳轂及其夾持工裝吊裝至裝配平臺(tái)，其次操作系統(tǒng)裝配平臺(tái)移動(dòng)至主槳轂夾持位置，裝配平臺(tái)上的并聯(lián)機(jī)構(gòu)抓取抓取主槳轂，裝配平臺(tái)移動(dòng)至主減速器上方的裝配位置，通過(guò)齒形配合測(cè)量進(jìn)行路經(jīng)計(jì)算指導(dǎo)系統(tǒng)將主槳轂姿態(tài)調(diào)整到位最終完成主槳轂同主減速器主軸的裝配，裝配完成后將主槳轂夾持模塊拆卸并撤出裝配平臺(tái)。安裝夾持模塊的主槳轂、主槳轂裝配如圖7 所示。

圖7 安裝夾持模塊的主槳轂、主槳轂裝配

3.5 人工作業(yè)及產(chǎn)品下架

通過(guò)以上4 個(gè)步驟，已經(jīng)將自動(dòng)傾斜儀和主槳轂同主減速器進(jìn)行裝配，還需要手工將變距拉桿組件等附件按要求進(jìn)行裝配，最終完成主減速器的地面組立，本次直升機(jī)升力系統(tǒng)自動(dòng)裝配工藝設(shè)計(jì)及驗(yàn)證工作結(jié)束。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次直升機(jī)升力系統(tǒng)自動(dòng)化裝配技術(shù)研究與應(yīng)用工作，開(kāi)展了大型直升機(jī)自動(dòng)傾斜器及主槳榖裝配工藝設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證技術(shù)研究，通過(guò)自主創(chuàng)新、自主保證，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，制造具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝裝備替代進(jìn)口設(shè)備，并經(jīng)過(guò)工藝仿真及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證，形成可用的工藝規(guī)范和工藝數(shù)據(jù)資源庫(kù)，支持、引領(lǐng)航空科技工業(yè)自主發(fā)展、持續(xù)發(fā)展及技術(shù)創(chuàng)新能力，推動(dòng)全行業(yè)工藝技術(shù)水平的整體躍升。