飛機噴漆懸掛起重機的設計

彭 飛 雷金柱 吳西輝 李燕鵬

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

飛機噴漆機庫多采用桁架結構，結合飛機噴漆庫的鋼結構特點，為了減輕起重設備的自重，機庫內的起重設備一般為多支點懸掛起重機。飛機噴漆設備是飛機生產線上的重要設備，要求噴漆設備具有載人平臺，且平臺能夠很容易地到達飛機表面的任意位置，具有很高的安全性和可靠性。

1 總體方案設計

懸掛起重機由端梁、主梁、小車、維修平臺、回轉機構、伸縮導柱、工作平臺等組成。端梁上有行走輪，行走輪掛在噴漆機庫的H 形鋼軌道上，行走輪上集成有驅動裝置，可驅動端梁移動，實現整機的縱向運動。主梁為箱形梁結構，4 個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、回轉機構、伸縮導柱、工作平臺等布置在小車上，小車沿主梁方向橫向運動，實現工作平臺的橫移。回轉機構由回轉支承和減速電機構成，實現工作平臺的回轉運動。導柱各節(jié)內筒和外筒配合緊密且可伸縮，通過維修平臺上的葫蘆起重機吊起工作平臺，實現工作平臺的高度變化，伸縮[1]導柱為平臺提供支撐，保持工作平臺穩(wěn)定。飛機噴漆懸掛起重機的設計參數如表1 所示。整體設計滿足設備的應用需求，可在三維空間內安全高效的移動。飛機噴漆懸掛起重機的整體結構如圖1 所示。

表1 懸掛起重機設計參數

圖1 飛機噴漆懸掛起重機示意圖

2 小車設計

小車的行走機構懸掛在主梁上，通過回轉支承連接檢修平臺，回轉機構、伸縮導柱、工作平臺均隨小車一起運動。小車使用4 個0.75 kW 的三合一減速電機作為動力，在小車上設置有防跌落機械裝置，以增加小車的安全性；在小車和主梁末端設置兩級限制開關和彈性緩沖器，一級限位開關使系統(tǒng)減速進入低速模式，二級限位開關使系統(tǒng)停止運動，如限位開關出現故障，則由彈性緩沖器吸小車的動能。小車結構如圖2 所示。

圖2 小車結構圖

工作平臺的回轉動作通過小車上的回轉支承和回轉減速電機實現，回轉支承支架連接回轉支承和小車受力臂，是小車的重要受力部件，對整機的安全性有至關重要的作用。本文對回轉支承支架進行應力和變形分析，賦予回轉支承支架材質，固定回轉支承支架4 個支腿接觸面，對回轉支承支架下底面加載力，下底面受力為維修平臺、伸縮導柱、葫蘆、工作平臺、載荷等加在一起的重力，綜合安全系數和沖擊系數，數值為185 kN。應力分析及變形結果如圖3 所示，最大應力為34.5 MPa，滿足設備強度要求。

圖3 回轉支承支架應力分析圖

3 伸縮導柱設計分析

伸縮導柱在滿足擺動效應的前提下盡量減輕質量。導柱采用六邊形結構，最大化剛度和截面。伸縮導柱由一個固定套筒和4 個移動套筒組成，連接維修平臺的套筒為固定套筒，橫截面最大。當葫蘆提升時，移動套筒能夠收縮進固定套筒內。伸縮套筒內安裝雙向同步裝置，使不同的套筒同時按比例發(fā)生提升或下降運動。雙向同步裝置能進一步提升裝置的安全水平，避免運動過程中發(fā)生震動，提高平臺工作人員的安全感。伸縮套筒的周向表面為平面，設有邊孔，以便于同步裝置的檢查和維護。伸縮套筒外圍安裝障礙物檢測裝置，一旦檢測到障礙物，平臺的運動和橋架的行走立即停止。套筒外形如圖4 所示。

利用排繩技術實現伸縮導柱的同步伸縮，如圖5 所示，G1、G2、G3、G4為 移 動 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套筒上，另一端固定在下一級套筒上。葫蘆提升工作平臺向上運動時，工作平臺帶動移動套筒G1運動，移動套筒G1向上運動，通過鋼絲繩F1和滑輪帶動移動套筒G2向上運動，移動套筒G2向上運動，通過鋼絲繩F2和滑輪帶動移動套筒G3向上運動，移動套筒G3向上運動，通過鋼絲繩F3和滑輪帶動移動套筒G4向上運動，實現伸縮導柱的同步伸縮[3]。

圖4 伸縮套筒

圖5 套筒運動受力分析

對伸縮套筒內的鋼絲繩進行受力分析

通過分析可知，移動套筒質量G4＞G3＞G2＞G1，移動套筒G4上的鋼絲繩受力F3最大，所有同步鋼絲繩的受力與G1無關，G1的質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，按照最大受力進行選取，由于平臺載人，鋼絲繩按照A8工作級別進行選取，最終選擇2160 級別φ11 鋼絲繩，滑輪直徑φ280 mm。

4 工作平臺設計與起升分析

工作平臺用于載人和噴漆設備，主結構設計經過優(yōu)化具有足夠的剛度，減少了結構質量，降低了位移慣性。如圖6 所示，工作平臺邊緣安裝有1.1 m 高的護欄，可確保人員安全；工作平臺與伸縮導柱之間也設有圍欄，防止臺上的操作人員誤觸伸縮導柱或起吊滑輪和鋼絲繩；工作平臺周邊安裝特種防撞墊，防撞墊可進行變形接觸物體，也具有足夠的剛度，在不接觸物體時保持結構形狀。平臺配備電氣探測元件，探測到將要碰觸物體時停止懸掛起重機的所有動作。

圖6 工作平臺

使用電動葫蘆對工作平臺和導柱進行提升，電動葫蘆的受力為

式中：G1、G2、G3、G4為4 個伸縮套筒的質量，M為平臺質量，Z 為載重量。

為保證人員安全，使用兩臺葫蘆共同提升平臺，單臺葫蘆的起升能力大于F，即使其中一臺出現故障，另一臺有能力對工作平臺進行單獨起升。兩個吊點共同起吊工作平臺，對所吊物的重心進行分析。

圖7 空載工作平臺重心位置

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

圖8 極限載重時工作平臺重心位置

有意設計所吊重物的重心不與伸縮導柱的圓心重合的優(yōu)點是：1）重心產生的彎矩由伸縮導柱承受，能減少平臺的晃動；2）兩個吊點布置在平臺一角，便于使平臺上工作人員站在平臺對角到達飛機外部任何位置，特別是便于深入飛機翅膀下方中心部位；3）重心偏向一個吊點且仍在兩個吊點之間，其中一臺承擔較輕負載并充當冗余角色，兩個葫蘆處于不同的負載狀態(tài)下，兩臺葫蘆負載不同，以區(qū)分2 臺葫蘆的磨損模式和疲勞模式，如果主負載葫蘆發(fā)生疲勞故障，另一臺起升的不同負載可避免其受到同一疲勞故障的影響。

5 結語

綜合現場情況，設計了飛機噴漆懸掛起重機，此設備能滿足功能要求，對于提升飛機噴漆效率具有重要的意義。