大型筒體臥式對接工藝改進及裝備設(shè)計應(yīng)用

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，筒體對接裝配以臥式組裝為主，相鄰各筒段對接面對準象限，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)驗反復(fù)操作與調(diào)姿試裝實現(xiàn)，對接工藝方法及裝備存在著自動化程度低、工作量大、安全性低等不足。

近年來，大型筒體臥式對接技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)外飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、火箭等航空、航天企業(yè)已在行業(yè)內(nèi)開展應(yīng)用，實現(xiàn)了飛機部件自動化對接、導(dǎo)彈艙段自動對接、航天器大型艙段柔性對接、航天運載器柔性對接裝配[1-4]。

本文基于所研制生產(chǎn)的大型筒體的特點及生產(chǎn)實際情況，對其臥式對接工藝進行改進，設(shè)計自動對接裝備并成功應(yīng)用于產(chǎn)品裝配中。

1 產(chǎn)品特點

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

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

2 工藝改進設(shè)計

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

1）將移動滾輪架車移至裝配位置，如圖1所示。

圖1 移動滾輪架車準備

2）吊裝兩對接筒段至移動滾輪架車，如圖2所示。

圖2 筒段吊裝至移動滾輪架車

3）通過每組滾輪架車聯(lián)動調(diào)整筒段移動位置及姿態(tài)進行對接，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）對接后通過單獨調(diào)整2個滾輪架車脫離已對接筒段，進行下一筒段與已對接筒段進行對接。

3 裝備設(shè)計

結(jié)合產(chǎn)品特點及工藝流程，大型筒體臥式對接裝備設(shè)計包含4臺移動滾輪架車、控制系統(tǒng)、測距反饋及安全防護系統(tǒng)等。

圖4 后續(xù)筒段對接示意圖

3.1 移動滾輪架車

3.1.1 移動滾輪架車自由度及主要參數(shù)如圖5所示，移動滾輪架車滿足筒段對接位置移動及姿態(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個自由度，主要參數(shù)如表1所示。

圖5 移動滾輪架車自由度示意圖

表1 移動滾輪架車主要參數(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，伺服電動機連接伺服轉(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 行程無限制。

3.1.3 水平移動機構(gòu)

水平移動機構(gòu)主要由底板、連接支架、絲杠軸、驅(qū)動電動機等組成。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向移動導(dǎo)軌上。電動機驅(qū)動時，驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，連接支架則進行Y向移動，從而帶動底板及上層支撐部件在直線導(dǎo)軌上移動，實現(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、驅(qū)動電動機組成。升降座是Z軸傳動的主要支撐零件，蝸輪蝸桿升降機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)動電動機與升降機直聯(lián)，帶動蝸輪蝸桿升降機上升或下降移動，同時，帶動升降座及上層支撐機構(gòu)沿Z軸導(dǎo)軌作升降運動。

圖6 底座部件結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 水平移動機構(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，電動機驅(qū)動時，絲杠帶動固定在左右托座底面的絲母座運動，可實現(xiàn)左右托座的同時收攏離散，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滾輪、從動滾輪、減速器、伺服電動機組成。滾輪軸與減速器相連，減速器直聯(lián)伺服電動機。主動輪和滾輪軸以鍵固連，從動滾輪和軸之間裝有軸承，減小從動輪滾動摩擦阻力。驅(qū)動滾輪時，通過減速器驅(qū)動主動軸轉(zhuǎn)動，帶動主動輪滾動，與滾輪支撐的筒段滾動摩擦，帶動筒段滾轉(zhuǎn)運動。

3.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由控制器、伺服系統(tǒng)、人機入口、手持移動單元組成，通過人機界面（點動或輸入坐標值）控制器驅(qū)動伺服系統(tǒng)帶動電動機的正反轉(zhuǎn)動，JOG模式，絕對定位，增量定位，通過手持單元控制器驅(qū)動伺服系統(tǒng)帶動電動機的正反轉(zhuǎn)動。

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)拓撲示意圖

3.3 測距反饋及安全防護系統(tǒng)

測距反饋及安全防護系統(tǒng)由傳感器工裝、位移傳感器、感應(yīng)工裝組成，防止移動滾輪架運載對接段沿X向移動時因人工操作失誤而導(dǎo)致撞擊。

在基準段和對接段上分散安裝3個監(jiān)測點，通過3個監(jiān)測點反饋數(shù)值，監(jiān)控筒段對接情況，直至2個筒段端面貼合，防止意外碰撞發(fā)生。

4 結(jié)語

基于航天地面設(shè)備大型筒體產(chǎn)品特點及對接要求，提出臥式對接改進工藝方案，設(shè)計了自動化臥式對接裝備，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)備大型筒體的對接要求。本文論述的航天地面設(shè)備大型筒體臥式對接工藝方法及裝備對于航空、航天等類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的對接裝配也具有重要的推廣應(yīng)用價值。