托架式核心機(jī)裝配工藝性研究

金少博 王鐵楠 王歡

摘 要：從小批生產(chǎn)到發(fā)動機(jī)定型，某型發(fā)動機(jī)的核心機(jī)裝配一直是在翻轉(zhuǎn)裝配車上完成的。該裝配車雖然可以完成整臺發(fā)動機(jī)全部裝配工作，但裝配車較高，裝配架的空間有限，給裝配過程帶來很多困難，也增加了裝配周期。通過本項(xiàng)目研究，對托架式核心機(jī)裝配進(jìn)行了可行性分析，從而將發(fā)動機(jī)核心機(jī)裝配移至地面托架上進(jìn)行，在原有的裝配規(guī)程基礎(chǔ)上，結(jié)合地面托架裝配的特點(diǎn)，制定了新的工藝方案，設(shè)計(jì)了核心機(jī)支撐臺和吊具兩套工位器具，并經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證證明其完全可行，實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)單獨(dú)裝配。

關(guān)鍵詞：某型發(fā)動機(jī)；翻轉(zhuǎn)裝配車；托架式裝配；工藝方案

中圖分類號：V232 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

某型發(fā)動機(jī)是由數(shù)以千計(jì)的零件以及由這些零件組成的組件、部件、單元體和成品件、附件構(gòu)成。某型發(fā)動機(jī)核心機(jī)裝配是發(fā)動機(jī)制造過程中的后期工序，在整個(gè)生產(chǎn)過程中占有十分重要的地位。裝配過程不僅是對零件的制造質(zhì)量和部件、組件、成品件、附件裝配質(zhì)量的驗(yàn)證過程，而且裝配質(zhì)量直接影響到發(fā)動機(jī)的性能（推力、耗油、溫度、流量）、壽命及工作可靠性，裝配過程不清潔和操作不文明不僅會引起發(fā)動機(jī)的提前失效，而且會導(dǎo)致嚴(yán)重的飛行安全事故。裝配過程中的勞動量也較大，裝配平均工作量約占發(fā)動機(jī)制造工作量的30%，可見裝配過程的質(zhì)量和效率直接影響發(fā)動機(jī)的質(zhì)量和效率。

在某型發(fā)動機(jī)大規(guī)模批產(chǎn)階段，提高發(fā)動機(jī)裝配效率具有十分重要的意義。對于三代機(jī)及雙涵道發(fā)動機(jī)來說，大部分發(fā)動機(jī)在設(shè)計(jì)上采用單元體設(shè)計(jì)，因此，很多國家及生產(chǎn)單位均采用單元體裝配方法，即將發(fā)動機(jī)裝配成獨(dú)立的小單元體或?qū)⒑诵臋C(jī)裝配成大的單元體，這樣不僅提高了發(fā)動機(jī)的互換性，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。

從小批生產(chǎn)到發(fā)動機(jī)定型，某型發(fā)動機(jī)的核心機(jī)裝配一直是在翻轉(zhuǎn)裝配車上完成的，該裝配車可以完成整臺發(fā)動機(jī)的全部裝配工作，但由于裝配車較高，操作者在進(jìn)行核心機(jī)裝配時(shí)，需要反復(fù)上、下車拿取機(jī)件，同時(shí)裝配架的空間有限，裝配過程中部分操作無法同時(shí)進(jìn)行，增加了整機(jī)裝配周期。鑒于此，決定對某型發(fā)動機(jī)的核心機(jī)裝配開展專題研究工作。

1 托架式核心機(jī)裝配的可行性分析

某型發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)為單元體結(jié)構(gòu)，核心機(jī)包括中介機(jī)匣組合件、中央齒輪箱組件、高壓壓氣機(jī)、主燃燒室聯(lián)合單元體、高壓渦輪轉(zhuǎn)子平衡組件，這些部件均為單元體結(jié)構(gòu)。

要實(shí)現(xiàn)在托架裝配車上將核心機(jī)全部裝配完成，與翻轉(zhuǎn)裝配車的裝配路線和工藝方法相比，其區(qū)別在于高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與中介機(jī)匣組合件內(nèi)的中央齒輪箱組件組裝時(shí)，由于托架裝配車高度較低且不能翻轉(zhuǎn)，無法實(shí)現(xiàn)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的連接螺母按照最終限力要求擰緊，這樣容易導(dǎo)致高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子裝配不到位，即在軸向上后移或裝配到位后在后續(xù)的裝配過程中高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向后移動現(xiàn)象，這將影響到高壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)靜子軸、徑向間隙，高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片緣板與高壓導(dǎo)向器內(nèi)環(huán)的軸向間隙，高壓渦輪葉片葉尖與高渦導(dǎo)向器間的間隙。鑒于托架上和翻轉(zhuǎn)裝配車上核心機(jī)裝配的區(qū)別及其存在的影響，我們從此結(jié)構(gòu)、裝配過程、測量上和試驗(yàn)上進(jìn)行分析，分析高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的連接螺母未按照最終限力要求擰緊，是否能使高壓轉(zhuǎn)子裝配不到位或發(fā)生向后移動現(xiàn)象，致使高壓、高渦間隙不合格。

1.1 從結(jié)構(gòu)上分析

高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前軸頸與中央齒輪箱組件主動錐齒輪內(nèi)徑R1處配合F4為過盈；高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前軸頸與中央齒輪箱組件主動錐齒輪內(nèi)徑R2處配合F3為過盈。高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前支點(diǎn)支承在中央錐齒輪組件內(nèi)，而高壓前軸頸與主動弧齒錐齒輪內(nèi)徑為過盈配合，如果裝配到位，高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子不易發(fā)生軸向上的移動。

1.2 從裝配過程上分析

高壓轉(zhuǎn)子裝配時(shí)，先測量高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子前軸頸端面到凸肩的尺寸T值，中央齒輪箱組件上主動錐齒輪前端到NO.3密封跑道組件內(nèi)端面的尺寸N值，計(jì)算M計(jì)=T-N。然后加熱主動錐齒輪內(nèi)孔，再將高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子緩慢垂直落入中介機(jī)匣組合件內(nèi)的主動錐齒輪內(nèi)孔中，用30t拔具軸向拉動高壓轉(zhuǎn)子，最后測量高壓前軸頸至主動錐齒輪端面尺寸M實(shí)際值，與計(jì)算值M計(jì)比較，使M實(shí)=M計(jì)±0.02mm，合格后用手?jǐn)Q緊連接螺母。這種尺寸校驗(yàn)的方法，能保證高壓轉(zhuǎn)子裝配到位。

在托架上進(jìn)行核心機(jī)的全部裝配過程中，中介機(jī)匣組合件落到核心機(jī)支撐臺上用螺栓固定，高壓轉(zhuǎn)子在裝配到位后始終垂直落在中介機(jī)匣上，托架不能翻轉(zhuǎn)，待核心機(jī)裝配完成后，裝上核心機(jī)吊具，將核心機(jī)垂直吊裝到發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)裝配車上固定。所以，在托架式核心機(jī)的整個(gè)裝配過程中，如果高壓轉(zhuǎn)子裝配到位后，在后續(xù)的裝配過程中，高壓轉(zhuǎn)子不會發(fā)生向后移動的現(xiàn)象。

1.3 從測量上分析

高壓壓氣機(jī)部分的所有軸、徑向間隙測量要求向前排除轉(zhuǎn)子軸向活動量，而在托架裝配車上進(jìn)行核心機(jī)裝配時(shí)，高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子垂直落在中介機(jī)匣組合件上，為此在托架裝配車上測量間隙滿足設(shè)計(jì)要求，與翻轉(zhuǎn)裝配車上相同。

2 工藝方案

針對托架上裝配核心機(jī)的裝配高度低、不能翻轉(zhuǎn)、裝配空間比較自由等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了核心機(jī)支撐臺，進(jìn)行核心機(jī)裝配，設(shè)計(jì)了核心機(jī)吊具將核心機(jī)從支撐臺移至翻轉(zhuǎn)裝配車上。

核心機(jī)支撐臺是由一個(gè)支撐臺和兩個(gè)站架構(gòu)成，支撐臺用于核心機(jī)的全部裝配，高度800mm，帶有活動腳輪，方便移動，還有可調(diào)整的固定地腳，用于水平調(diào)整和固定作用。兩個(gè)站架操作者可根據(jù)操作高度靈活使用。

核心機(jī)吊具由機(jī)匣支撐座、無外環(huán)圓柱滾子軸承、心軸、螺母等構(gòu)成，機(jī)匣支撐座與燃燒室機(jī)匣用螺釘連接，滾子軸承與高渦轉(zhuǎn)子上的軸承外環(huán)配合構(gòu)成高壓轉(zhuǎn)子后支點(diǎn)，心軸穿過核心機(jī)，前端用螺母固定。這樣可將核心機(jī)垂直吊起移動，而不影響核心機(jī)的裝配狀態(tài)。

在支撐臺上進(jìn)行核心機(jī)裝配的工藝路線是以高壓壓氣機(jī)裝配工藝，傳動裝配工藝為基礎(chǔ)，稍加改動而成。

3 試驗(yàn)及效果

按照前述工藝方案在核心機(jī)支撐臺上完成了核心機(jī)的裝配，測量的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)靜子軸徑向間隙。測量數(shù)值全部合格，說明高壓轉(zhuǎn)子已經(jīng)裝配到位。用核心機(jī)吊具，將核心機(jī)吊裝到發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)裝配車上并固定，分下高壓大螺母，復(fù)測尺寸M實(shí)，3臺發(fā)動機(jī)M實(shí)均在M計(jì)±0.02mm范圍內(nèi)。裝上鎖環(huán)和高壓大螺母，按要求擰緊高壓大螺母，復(fù)測高渦相對于高壓九級盤盤心跳動值，均已經(jīng)合格交付。試驗(yàn)結(jié)果表明，托架式核心機(jī)裝配的工藝方案具有可操作性，兩套工裝也完全適用，可實(shí)現(xiàn)托架式核心機(jī)的裝配，此裝配方式給操作帶來很大的便利，縮短了發(fā)動機(jī)的裝配周期，提高了裝配效率。

4 存在問題

從托架式核心機(jī)裝配過程中，發(fā)現(xiàn)支撐臺底部空間過小，不便于操作者進(jìn)行高壓轉(zhuǎn)子前軸頸和主動錐齒輪部分的操作，所以有必要對其改進(jìn)，使操作者能夠更方便的操作。

結(jié)論

通過此次研究，分析出托架式核心機(jī)裝配中高壓連接螺母未按照最終要求力矩?cái)Q緊，不影響高壓轉(zhuǎn)子裝配，從而將發(fā)動機(jī)核心機(jī)裝配移至地面托架上進(jìn)行，編制了新的工藝方案，設(shè)計(jì)了兩套新的工裝，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證其具有可操作性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)單獨(dú)裝配。托架式核心機(jī)裝配降低裝配高度，降低操作者勞動強(qiáng)度和操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提升裝配效率。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)承┡_份發(fā)動機(jī)的不完全統(tǒng)計(jì)，核心機(jī)裝配時(shí)間每臺大約縮短2h，如果熟練托架裝配、生產(chǎn)安排緊湊，整機(jī)裝配周期也可大幅度地縮短。

參考文獻(xiàn)

[1]廉筱純，吳虎.航空發(fā)動機(jī)原理[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2005.

[2]劉長福.航空發(fā)動機(jī)構(gòu)造[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.

[3]謝壽生.蘇二七型飛機(jī)AL31加力渦扇發(fā)動機(jī)[M].陜西：空軍工程學(xué)院，1998.