CN109590726A - 一种超大直径筒段壳体的装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天部件装配技术领域，具体公开了一种超大直径筒段壳体的装配方法，包括以下步骤：1)组装前端框和后端框；2)组装梁与接头；3)薄蒙皮壁板自动钻铆；4)在铆接型架下定位；5)在铆接型架上定位；6)机器人自动钻铆；7)外壳下架；8)井字梁定位；9)外壳二次上架；10)在铆接型架上二次定位；11)自动钻铰孔螺接；12)壳体下架。本发明方法能够实现快速、省力的装配流程，突破了国内首个近10m直径火箭的装配工艺难点，解决了大直径壳段含井字梁、捆绑支座、多块壁板的装配工艺。

Description

一种超大直径筒段壳体的装配方法

技术领域

本发明属于航天部件装配技术领域，具体涉及一种超大直径筒段壳体的装配方法。

背景技术

重型运载火箭一级后过渡段位于一级尾段上方，理论直径Φ9500mm，高度5000mm，其功能是：

(1)承受火箭在发射台竖立时的自重；

(2)为一子级发动机提供安装结构，传递并扩散发动机推力载荷；

(3)为助推器提供主捆绑结构，传递并扩散捆绑助推器产生的集中力。

一级后过渡段的功能决定产品结构由筒段壳体、井字梁和捆绑支座等组成，一级后过渡段是重型运载火箭的重要承力部段，其上有铆钉五万多颗、螺钉一万多颗，装配工艺的优劣直接影响到产品的装配精度和装配效率。

与CZ-3A系列和CZ-5相比，重型运载火箭一级后过渡段具有直径大、长度长、桁梁数量多、桁梁尺寸大等特点，同时铆钉、螺钉数量成倍增加。装配工艺方法与现行工艺差别较大，因此需对超大直径筒段壳体的工艺流程进行研究，实现该超大直径产品的精确装配及快速钻铆，为重型运载其他部段的铆接或螺接装配提供经验，奠定良好的工艺基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超大直径筒段壳体的装配方法，实现精确装配及快速钻铆。

本发明的技术方案如下：

一种超大直径筒段壳体的装配方法，所述的超大直径筒段壳体包括前端框、后端框、中间框、井字梁、捆绑支座、薄蒙皮壁板、厚蒙皮壁板；采用铆接型架来进行装配，在所述的铆接型架上标注有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，与超大直径筒段壳体的外壳象限对应，包括以下步骤：

1)组装前端框和后端框

分别在铆接型架的型架上盖上组装前端框和后端框，并分别在前端框和后端框上打对接孔；

2)组装梁与接头

将厚蒙皮壁板上的副梁和大梁分别与桁梁大接头或桁梁接头相连；

3)薄蒙皮壁板自动钻铆

在铆接型架上，将桁条和薄蒙皮铆接在一起，组成薄蒙皮壁板；

4)在铆接型架下定位

在铆接型架下，将副梁与厚蒙皮初步固定在一起；

5)在铆接型架上定位

在铆接型架上，将薄蒙皮和厚蒙皮与后端框相连，再将前端框与薄蒙皮和厚蒙皮相连，然后将中间框与薄蒙皮和厚蒙皮相连，并在薄蒙皮和厚蒙皮搭接处设置对接桁；

在处于Ⅱ、Ⅳ象限中的厚蒙皮上固定大梁，并将大梁的顶端与前端框相连，用箍带箍紧薄蒙皮和厚蒙皮；

最后在对接桁处打定位钉紧固；

6)机器人自动钻铆

采用双机器人方案进行自动钻铆，在铆接型架的内部和外部各设置一个机器人，外部机器人能够实现手工钻铆铆枪功能，内部机器人能够实现顶铁功能，两个机器人配合作业，完成自动钻铆；

双机器人配合自动钻铆的范围包括：副梁与厚蒙皮自动钻铆、对接桁自动钻铆、桁条与前端框和后端框自动钻铆；

外部机器人单独自动钻铰孔包括：对处于Ⅱ、Ⅳ象限中厚蒙皮上的大梁自动钻铰孔，并在机器人钻铰孔后手工螺接；

7)外壳下架

将外壳吊装下架，并在架下补铆接或螺接在型架上难操作的铆钉或螺钉；

8)井字梁定位

将井字梁按象限布置在铆接型架上；

9)外壳二次上架

将外壳与型架上盖相连，然后通过吊装型架上盖将外壳套装至井字梁外侧，外部机器人自动钻铰外壳与井字梁的连接孔，螺接外壳与井字梁；

10)在铆接型架上二次定位

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，根据高度尺寸和周向位置定位四个捆绑支座，然后在前端框与捆绑支座之间定位大梁，大梁的底端与捆绑支座贴紧；

11)自动钻铰孔螺接

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，用外部机器人自动钻铰大梁上的孔，并手工螺接；钻铰捆绑支座与厚蒙皮和井字梁的连接孔，螺接捆绑支座与外壳；

12)壳体下架

吊装外壳连同井字梁下架，完成装配。

所述的超大直径筒段壳体的直径能达到9500mm，高度能达到5000mm。

所要装配的厚蒙皮的厚度≥3mm，薄蒙皮的厚度为1～2mm。

步骤2)，将一个桁梁大接头与两个副梁相连，其他的副梁和大梁分别与桁梁接头相连。

步骤3)，采用壁板自动钻铆设备进行钻铆，四块薄蒙皮壁板可并行作业，减少铆接型架占用时间，提高装配效率。

步骤5)，利用后端框上的对接孔将后端框与铆接型架的型架底座相连，将铆接型架的型架上盖吊装至铆接型架的型架底座上并固定，将前端框与型架上盖用定位螺栓把紧，以实现在铆接型架上进行定位。

步骤6)，通过调整所述内部机器人在内部机器人支座的高度，以及外部机器人在外部机器人支座上的高度，以满足超大直径筒段壳体整个高度上的自动钻铆。

步骤7)，在将外壳吊装下架之前，先拆除铆接型架与前端框和后端框的定位螺栓，吊下型架上盖。

步骤8)，在将井字梁按象限布置在铆接型架上之前，先拆除铆接型架的外立柱，吊出内部机器人，再拆除铆接型架的中心立柱，为井字梁腾出空间。

步骤10)，在所述大梁的底端与捆绑支座之间有间隙的地方通过增加垫片紧固。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明装配方法突破了国内首个近10m直径火箭的装配工艺难点，解决了大直径壳段含井字梁、捆绑支座、多块壁板的装配工艺。

(2)本发明装配方法为铆钉五万多颗、螺钉一万多颗壳段产品提供了能够提高产品装配效率和质量一致性的工艺方法。

(3)本发明方法能够实现快速、省力的装配流程。

(4)本发明方法为我国运载火箭其他部段的研究奠定了技术基础，为同类结构件的装配提供了可行性依据和装配技术参考，有效地支撑了我国重型运载火箭的研制和生产，为我国未来登月、火星取样返回和外行星探测任务具提供技术支撑，对促进我国航天事业的发展具有实际重要意义。

附图说明

图1为超大直径筒段壳体结构示意图；

图2为超大直径筒段壳体壁板组合示意图；

图3为厚蒙皮壁板组成结构示意图；

图4为薄蒙皮壁板组成结构示意图；

图5为前端框结构示意图；

图6为后端框结构示意图；

图7为壁板自动钻铆示意图；

图8为双机器人自动钻铆铆接型架结构示意图；

图9为超大直径筒段壳体装配工艺流程图。

图中：1-后端框；2-捆绑支座；3-厚蒙皮壁板；4-薄蒙皮壁板；5-井字梁；6-前端框；7-中间框；8-副梁；9-大梁；10-厚蒙皮；11-桁梁接头；12-桁梁大接头；13-桁条；14-薄蒙皮；15-端框环；16-端框连接板；17-壁板自动钻铆设备；18-型架上盖；19-中心立柱；20-外立柱；21-型架底座；22-内部机器人；23-外部机器人；24-外部机器人支座；25-内部机器人支座。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

重型运载火箭一级后过渡段是一种超大直径筒段壳体，其理论直径能达到9500mm，高度能达到5000mm，结构如附图1所示，包括一个前端框6、一个后端框1、三个中间框7、一个井字梁5、四个捆绑支座2、四块薄蒙皮壁板4、四块厚蒙皮壁板3。

如图2所示，所述的四块薄蒙皮壁板4和四块厚蒙皮壁板3间隔布置，围成圆筒形状，在圆筒形状的顶端设有前端框6，底端设有后端框1，中间均匀布置三个中间框7，形成超大直径筒段壳体的外壳。所述的前端框6、后端框1和中间框7同轴且直径相等。在外壳的内部设有井字梁5，由井字梁5将外壳分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限。在所述的Ⅰ、Ⅲ象限内分别布置两个捆绑支座2，捆绑支座2与对应象限中的厚蒙皮壁板3相连。

如图3所示，所述的厚蒙皮壁板3由厚蒙皮10、大梁9、副梁8、桁梁接头11以及桁梁大接头12组成。所述的厚蒙皮10的厚度≥3mm。所述的大梁9和副梁8通过桁梁接头11和桁梁大接头12相连，大梁9和副梁8分别固定在厚蒙皮10上。

如图4所示，所述的薄蒙皮壁板4由薄蒙皮14和桁条13组成，薄蒙皮14的厚度为1～2mm。所述的桁条13固定在薄蒙皮14上。

在所述薄蒙皮壁板4和厚蒙皮壁板3搭接处布置桁条13，作为对接桁。

如图5所示，所述的前端框6由端框环15、桁梁大接头12和端框连接板16装配组成。如图6所示，所述的后端框1由端框环15和端框连接板16装配组成。

所述薄蒙皮壁板4的顶端与前端框6固定连接，薄蒙皮壁板4的底端与后端框1固定连接；厚蒙皮壁板3的顶端与前端框6固定连接，厚蒙皮壁板3的底端与后端框1固定连接。所述的井字梁5与厚蒙皮壁板3的内壁相连，捆绑支座2与厚蒙皮壁板3上的大梁9相连。

一种超大直径筒段壳体的装配方法，采用铆接型架来进行装配，在所述的铆接型架上标注有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，与超大直径筒段壳体的外壳象限对应。如图9所示，方法包括以下步骤：

(1)组装前端框6和后端框1

分别在铆接型架的型架上盖18上组装前端框6和后端框1，并分别在前端框6和后端框1上打对接孔，用于与后段壳体对接。

(2)组装梁与接头

将一个桁梁大接头12与两个副梁8相连，其他的副梁8和大梁9分别与桁梁接头11相连。

(3)薄蒙皮壁板4自动钻铆

如图7所示，在铆接型架上，采用壁板自动钻铆设备17，将桁条13和薄蒙皮14铆接在一起，组成薄蒙皮壁板4。自动钻铆相比手工操作铆接，产品质量的一致性提高，且四块薄蒙皮壁板4可并行作业，减少铆接型架占用时间，提高装配效率。

(4)在铆接型架下定位

在铆接型架下，将副梁8与厚蒙皮10初步固定在一起。

(5)在铆接型架上定位

通过后端框1上的对接孔，将后端框1与铆接型架的型架底座21相连，然后将薄蒙皮14和厚蒙皮10与后端框1相连，将前端框6与薄蒙皮14和厚蒙皮10相连；

将铆接型架的型架上盖18吊装至铆接型架的型架底座21上并固定，将前端框6与型架上盖18用定位螺栓把紧，然后将中间框7与薄蒙皮14和厚蒙皮10相连，在薄蒙皮14和厚蒙皮10搭接处设置对接桁；在处于Ⅱ、Ⅳ象限中的厚蒙皮10上固定大梁9，并将大梁9的顶端与前端框6相连，用箍带箍紧薄蒙皮14和厚蒙皮10；最后在对接桁处打定位钉紧固。

(6)机器人自动钻铆

如图8所示，采用双机器人方案进行自动钻铆。在铆接型架的内部和外部各设置一个机器人，外部机器人23能够实现手工钻铆铆枪功能，内部机器人22能够实现顶铁功能，两个机器人配合作业，完成自动钻铆。其中，内部机器人22可在内部机器人支座25上调整高度，外部机器人23可在外部机器人支座24上调整高度，以满足超大直径筒段壳体整个高度上的自动钻铆。

双机器人配合自动钻铆的范围包括：副梁8与厚蒙皮10自动钻铆、对接桁自动钻铆、桁条13与前端框6和后端框1自动钻铆。

外部机器人23单独自动钻铰孔包括：对处于Ⅱ、Ⅳ象限中厚蒙皮10上的大梁9自动钻铰孔，并在机器人钻铰孔后手工螺接。

(7)外壳下架

拆除铆接型架与前端框6和后端框1的定位螺栓，吊下型架上盖18，将外壳吊装下架，并在架下补铆接或螺接在型架上难操作的铆钉或螺钉。

(8)井字梁5定位

拆除铆接型架的外立柱20后吊出内部机器人22，再拆除中心立柱19，为井字梁5腾出空间，然后将井字梁5按象限布置在铆接型架上。

(9)外壳二次上架

将外壳与型架上盖18相连，然后通过吊装型架上盖18将外壳套装至井字梁5外侧，外部机器人23自动钻铰外壳与井字梁5的连接孔，螺接外壳与井字梁5。由于外壳是铝合金的铆接装配，刚性稍差，而型架上盖18为钢件，刚性好，在上架前先吊装型架上盖18与外壳连接，能够保证外壳整体形位尺寸。

(10)在铆接型架上二次定位

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，根据高度尺寸和周向位置定位四个捆绑支座2，然后在前端框6与捆绑支座2之间定位大梁9，大梁9的底端与捆绑支座2贴紧，有间隙的地方通过增加垫片紧固。

(11)自动钻铰孔螺接

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，用外部机器人23自动钻铰大梁9上的孔，并手工螺接；钻铰捆绑支座2与厚蒙皮10和井字梁5的连接孔，螺接捆绑支座2与外壳。

(12)壳体下架

吊装外壳连同井字梁5下架，完成装配。

Claims (10)

1.一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：所述的超大直径筒段壳体包括前端框(6)、后端框(1)、中间框(7)、井字梁(5)、捆绑支座(2)、薄蒙皮壁板(4)、厚蒙皮壁板(3)；采用铆接型架来进行装配，在所述的铆接型架上标注有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个象限，与超大直径筒段壳体的外壳象限对应，包括以下步骤：

1)组装前端框(6)和后端框(1)

分别在铆接型架的型架上盖(18)上组装前端框(6)和后端框(1)，并分别在前端框(6)和后端框(1)上打对接孔；

2)组装梁与接头

将厚蒙皮壁板(3)上的副梁(8)和大梁(9)分别与桁梁大接头(12)或桁梁接头(11)相连；

3)薄蒙皮壁板(4)自动钻铆

在铆接型架上，将桁条(13)和薄蒙皮(14)铆接在一起，组成薄蒙皮壁板(4)；

4)在铆接型架下定位

在铆接型架下，将副梁(8)与厚蒙皮(10)初步固定在一起；

5)在铆接型架上定位

在铆接型架上，将薄蒙皮(14)和厚蒙皮(10)与后端框(1)相连，再将前端框(6)与薄蒙皮(14)和厚蒙皮(10)相连，然后将中间框(7)与薄蒙皮(14)和厚蒙皮(10)相连，并在薄蒙皮(14)和厚蒙皮(10)搭接处设置对接桁；

在处于Ⅱ、Ⅳ象限中的厚蒙皮(10)上固定大梁(9)，并将大梁(9)的顶端与前端框(6)相连，用箍带箍紧薄蒙皮(14)和厚蒙皮(10)；

最后在对接桁处打定位钉紧固；

6)机器人自动钻铆

采用双机器人方案进行自动钻铆，在铆接型架的内部和外部各设置一个机器人，外部机器人(23)能够实现手工钻铆铆枪功能，内部机器人(22)能够实现顶铁功能，两个机器人配合作业，完成自动钻铆；

双机器人配合自动钻铆的范围包括：副梁(8)与厚蒙皮(10)自动钻铆、对接桁自动钻铆、桁条(13)与前端框(6)和后端框(1)自动钻铆；

外部机器人(23)单独自动钻铰孔包括：对处于Ⅱ、Ⅳ象限中厚蒙皮(10)上的大梁(9)自动钻铰孔，并在机器人钻铰孔后手工螺接；

7)外壳下架

将外壳吊装下架，并在架下补铆接或螺接在型架上难操作的铆钉或螺钉；

8)井字梁(5)定位

将井字梁(5)按象限布置在铆接型架上；

9)外壳二次上架

将外壳与型架上盖(18)相连，然后通过吊装型架上盖(18)将外壳套装至井字梁(5)外侧，外部机器人(23)自动钻铰外壳与井字梁(5)的连接孔，螺接外壳与井字梁(5)；

10)在铆接型架上二次定位

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，根据高度尺寸和周向位置定位四个捆绑支座(2)，然后在前端框(6)与捆绑支座(2)之间定位大梁(9)，大梁(9)的底端与捆绑支座(2)贴紧；

11)自动钻铰孔螺接

在铆接型架的Ⅰ、Ⅲ象限内，用外部机器人(23)自动钻铰大梁(9)上的孔，并手工螺接；钻铰捆绑支座(2)与厚蒙皮(10)和井字梁(5)的连接孔，螺接捆绑支座(2)与外壳；

12)壳体下架

吊装外壳连同井字梁(5)下架，完成装配。

2.如权利要求1所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：所述的超大直径筒段壳体的直径能达到9500mm，高度能达到5000mm。

3.如权利要求2所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：所要装配的厚蒙皮(10)的厚度≥3mm，薄蒙皮(14)的厚度为1～2mm。

4.如权利要求3所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤2)，将一个桁梁大接头(12)与两个副梁(8)相连，其他的副梁(8)和大梁(9)分别与桁梁接头(11)相连。

5.如权利要求4所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤3)，采用壁板自动钻铆设备(17)进行钻铆，四块薄蒙皮壁板(4)可并行作业，减少铆接型架占用时间，提高装配效率。

6.如权利要求5所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤5)，利用后端框(1)上的对接孔将后端框(1)与铆接型架的型架底座(21)相连，将铆接型架的型架上盖(18)吊装至铆接型架的型架底座(21)上并固定，将前端框(6)与型架上盖(18)用定位螺栓把紧，以实现在铆接型架上进行定位。

7.如权利要求6所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤6)，通过调整所述内部机器人(22)在内部机器人支座(25)的高度，以及外部机器人(23)在外部机器人支座(24)上的高度，以满足超大直径筒段壳体整个高度上的自动钻铆。

8.如权利要求7所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤7)，在将外壳吊装下架之前，先拆除铆接型架与前端框(6)和后端框(1)的定位螺栓，吊下型架上盖(18)。

9.如权利要求8所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤8)，在将井字梁(5)按象限布置在铆接型架上之前，先拆除铆接型架的外立柱(20)，吊出内部机器人(22)，再拆除铆接型架的中心立柱(19)，为井字梁(5)腾出空间。

10.如权利要求9所述的一种超大直径筒段壳体的装配方法，其特征在于：步骤10)，在所述大梁(9)的底端与捆绑支座(2)之间有间隙的地方通过增加垫片紧固。