CN112059598B - 一种螺栓拆装装置及拆装方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺栓拆装装置及螺栓拆装方式，装置包括多个电动拆装旋转块及一伸缩杆，伸缩杆一端安装有沿伸缩杆径向伸展的扩展架，电动拆装旋转块安装在扩展架外端，操作时，先使扩展架处于收紧状态，通过伸缩杆将螺栓拆装装置深入狭长空间内，沿伸缩杆径向伸展扩展架，使每个电动拆装旋转块与待拆装螺栓定位对准并套住待拆装螺栓的栓头，通过控制电动拆装旋转块实现多个螺栓的同步拆装操作，完成拆装，将扩展架收缩复位并退出狭长空间，本发明通过伞骨结构实现在发动机罩内的狭小空间里对扩展架进行收缩与扩展，降低了螺栓拆装工作的难度，提高了机械化作业水平，同时实现了对螺栓的批量拆装配。

Description

一种螺栓拆装装置及拆装方式

技术领域

本发明涉及航空发动机装配领域，尤其涉及一种适用于狭长空间内的螺栓拆装装置及拆装方式。

背景技术

航空发动机装配是飞机制造过程中的关键性步骤，其装配性能的好坏直接影响航空发动机整机性能与运行稳定性等。而航空发动机制造过程中的装配成本与装配工作量所占比重较大，其中成本占了40%左右，工作量则占全机制造工作量的50%以上。航空发动机装配涉及发动机内各级压气机之间的连接，各级压气机主要通过盘与盘进行连接，其低压压气机和高压压气机的每级盘之间螺栓连接多达24颗。因此，在航空发动机制造生产中如何优化级盘间螺栓拆装方式、缩短装配周期、保证装配质量已成为航空发动机装配领域的关键问题。

现有航空发动机仓内每级盘之间连接用螺栓的安装大部分采用的是扭矩扳手和人工拧紧方式，由于发动机内的仓与仓之间的轴向间隔比较大，安装空间比较狭小，人力安装或拆装这些螺栓的时候，操作者的手很难伸到螺栓处，且操作者视线无法时刻观察到螺栓的安装情况，使用扳手等工具则更加困难，现有拆装方式对操作者手臂长度、操作经验等要求很高。另一方面，人工装配费时费力效率很低，平均每人一天最多实现2~3个盘的连接，且人工装配螺栓容易导致螺栓均载性不一致、装配质量不稳定和制造成本高等问题。

为提高螺栓拆装效率与质量，可以选择引入机械臂等自动化螺栓锁紧装置，但不同型号的航空发动机的螺栓型号存在一定的差异，如何能够满足多种尺寸航空发动机在生产过程中仓盘之间的螺栓连接装配，解决传统装配中大量使用专用工装、人工装配导致的装配质量不稳定和制造成本高等问题，寻求效率高、可靠性好、柔性自动化装配等航空发动机螺栓装配工艺已然成为当今社会发展前沿的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于狭长空间内的螺栓拆装装置及拆装方式，该拆装装置及拆装方式可较好的应用于航空发动机仓盘螺栓的安装与拆卸，以降低工作难度，提高发动机仓盘安装的工作效率。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种螺栓拆装装置，包括多个电动拆装旋转块，其还包括一伸缩杆，所述伸缩杆一端安装有沿所述伸缩杆径向伸展的扩展架，所述电动拆装旋转块安装在所述扩展架外端。

较佳的，所述扩展架绕所述伸缩杆轴线电控自转。

较佳的，所述电动拆装旋转块可拆卸的安装在所述扩展架外端。

较佳的，所述扩展架为伞骨结构，所述伞骨结构包括滑动套接在伸缩杆上的导向块和径向伸展的多条伸缩骨，所述伸缩骨内端均匀的铰接在所述导向块上，所述伸缩骨外端安装有所述电动拆装旋转块。

较佳的，所述导向块通过电机控制在所述伸缩杆上滑动。

较佳的，所述伸缩杆包括两根相互套接的外管和内管，所述外管和内管之间设有限制其周向相对转动的限位模块，所述内管内壁设有螺纹，所述内管内还同轴设有控制伸缩的梯形丝杆。

较佳的，所述梯形丝杆螺纹凹槽和所述内管内壁的所述螺纹的凹槽对应，之间设有滚珠。

较佳的，所述内管和所述外管间设有轴向分布的限位开关。

采用上述螺栓拆装装置的一种螺栓拆装方式，其包括以下步骤：

步骤一：确定待拆装螺栓型号及分布，选择合适的电动拆装旋转块3安装在扩展架2末端，并将螺栓拆装装置安装到机械臂上，安装螺栓时先将螺栓吸附在电动拆装旋转块上；

步骤二：复位螺栓拆装装置，使扩展架处于收紧状态，通过伸缩杆将螺栓拆装装置深入狭长空间内；

步骤三：沿所述伸缩杆径向伸展所述扩展架，使每个电动拆装旋转块与待拆装螺栓位置对准，安装螺栓时将螺栓尾部插入螺栓孔，拆除螺栓时将电动拆装旋转块套住待拆螺栓的栓头；

步骤四：通过控制电动拆装旋转块实现多个螺栓的同步拆装操作；

步骤五：完成拆装，将扩展架收缩复位并退出狭长空间。

采用上述方案后，由于本发明通过伞骨结构实现在发动机罩内的狭小空间里对扩展架进行收缩与扩展，降低了螺栓拆装工作的难度，提高了机械化作业水平，进一步，通过机电自动化控制，可实现对螺栓的批量拆装配，提高螺栓拆装的标准化水平，进而提高螺栓安装质量，更好的实现了螺栓受力均衡的目的。

附图说明

图1是本发明立体图；

图2是本发明伸缩杆内部结构图；

图3是本发明图1部分结构A放大图；

图4是本发明电动拆装旋转块剖面图；

图5是本发明电动拆装旋转块俯视图及部分结构内部构造图；

图6是本发明电动拆装旋转块侧面视图；

图7是本发明扩展架收缩状态示意图；

图8是本发明扩展架伸展状态示意图；

图9是本发明图8部分结构B放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种螺栓拆装装置，如图1-9所示，为本发明的较佳实施例，如图1、图7和图8所示，本实施例中为了适应狭长空间91内的螺栓拆装的需求，设计一伸缩杆1，而为了同时满足多个螺栓的拆装操作，该螺栓拆装装置包括多个电动拆装旋转块3，电动拆装旋转块3是螺栓电动锁紧领域常规技术，其一般通过设置电机驱动与螺栓栓头形状相符的拆装旋转块转动，由电动拆装旋转块3带动螺栓栓头绕螺栓轴线转动，进而实现螺栓锁紧，电动拆装旋转块3的具体实现及结构在此不做细致赘述。多个电动拆装旋转块3则安装在伸缩杆1的一端，进一步，伸缩杆1一端安装有沿伸缩杆1径向伸展的扩展架2，电动拆装旋转块3则安装在扩展架2外端。还包括控制机构（图中未标识），控制机构信号连接伸缩杆1、扩展架2以及电动拆装旋转块3，通过控制相应电机实现对上述结构的操作控制。操作时，可先将扩展架2收起，使螺栓拆装装置整体呈现出细长造型，待伸缩杆1深入狭长的航空发动机仓内后，抵达待锁紧螺栓处，扩展架2伸展开，各电动拆装旋转块3与各螺栓相互嵌套后，电动拆装旋转块3在电机驱动下开始转动，实现对多个螺栓的一次锁紧，如图7和图8所示。

具体的，如图2所示，伸缩杆1包括两根相互套接的外管11和内管12，外管11和内管12之间设有限制其周向相对转动的限位模块，限位模块可以是内管12外壁上与轴向平行的导向凹槽13和外管内壁上与导向凹槽13配合的导向凸台14，本实施例仅设一条导向凹槽13，而为了减小导向凹槽13与导向凸台14间摩擦力，外管内壁上的导向凸台14为与导向凹槽13配合的线状排列的多个圆形凸点。内管内壁设有螺纹121，内管12内还同轴设有控制内管12伸缩的梯形丝杆15，梯形丝杆15螺纹凹槽151和内管内壁的螺纹121的凹槽对应，之间设有滚珠16，梯形丝杆15绕其轴线转动会驱动内管12移动，由于内管12与外管11间设有限制其相对转动的限位模块，梯形丝杆15的转动会转化为内管12与外管11间沿轴向的相对运动，即通过控制梯形丝杆15的正旋与反旋，即可实现伸缩杆1的伸缩操作。梯形丝杆15的转动通过伸缩电机17实现，伸缩电机17可直接固定在梯形丝杆15一端，其基座固定在外管底部，也可以通过减速齿轮机构18与梯形丝杆15一端连接，通过伸缩电机17输出的检测，可明确内管12伸出的精准长度，即扩展架2的精准位置。更进一步，为避免内管12与外管11间发生无限制相对分开，可以在内管12与外管11间设有轴向分布的限位开关19，限位开关可以是固定在内管12表面导向凹槽13内的压力传感器，压力传感器设置在内管12收缩方向末端，当内管12在梯形丝杆15驱动下伸出时，压力传感器随内管12向内管伸出方向移动，当压力传感器触碰到导向凸台时，压力传感器获得信号并指示梯形丝杆停止转动，实现对驱动梯形丝杆15转动的电机的保护，同理，在外管12内部下端同样可设置导向凸台，并设置与该导向凸台配合的压力传感器，实现对另一方向的限位控制。

如图1所示，伸缩杆1伸出的一端连接有扩展架2，扩展架2安装在内管12端部且扩展架2绕伸缩杆轴线电控自转，即扩展架2在电机控制下可绕伸缩杆轴线进行一定角度的旋转。为了加强结构间连接强度，往往在连接处设计有较多的螺栓需要一一旋紧，比如，本实施例中发动机仓盘连接处即设有25个螺栓待拆装。螺栓数量较多时，可能存在扩展架2末端与所有各螺栓孔适配较为困难的问题，为克服该问题，可对螺栓进行分组拆装，具体的，一般螺栓都是均匀分布在连接处，就本实施例而言，连接处设有25个螺栓，则选择带有5个分支的扩展架2，将25个螺栓分成五组进行拆装，单次拆装只要对准5个螺栓孔，完成一组螺栓拆装后，通过转动扩展架2一定角度，即可对准下一组的5个螺栓孔，重复上述过程完成全部螺栓的拆装。扩展架2的电控自转通过轴接电机10实现，本实施例设计可安装在机械臂9上进行螺栓拆装操作，机械臂9为自动化控制的常规设备，在此不做赘述，机械臂9与伸缩杆1之间可通过轴接电机10实现转动连接，轴接电机10固定安装在机械臂9操作端，轴接电机10的输出轴则固定安装在伸缩杆1下端且输出轴与伸缩杆1同轴分布，具体的，轴接电机10与外管间固定连接，通过启动轴接电机10，实现伸缩杆1带动扩展架2绕伸缩杆1轴线自转，进而实现发动机罩内螺栓的分组拆装。

为实现扩展架2的稳定伸缩，扩展架2可以为伞骨结构，伞骨结构包括滑动套接在伸缩杆1上的导向块21和径向伸展的多条伸缩骨22，本实施例中每根伸缩骨22均由多根连杆拼接形成，伞骨结构为机械设计领域常见设计，具体结构在此不做赘述，本实施例所采用伸缩骨22可以是CN201910370912.0、CN201710223560.7等专利申请中每条伞骨的部分或全部，伸缩骨22内端均匀的铰接在导向块21上，如图3所示，本实施例导向块21为短管结构，短管套接在伸缩杆1上，短管中部向外膨大形成铰接环211，各伸缩骨22的铰接点均匀分布在铰接环211上，导向块21上下移动时，由于伞骨多根连杆的相互作用，伸缩骨22末端会径向伸缩。导向块21通过电机控制在伸缩杆1上滑动，具体的，短管结构的上下端分别设有凸起的拉耳222，上端的拉耳222绑有扩展牵拉绳23，下端的拉耳222绑有收缩牵拉绳24，扩展牵拉绳23和收缩牵拉绳24的另一端分别绑接在伸缩杆1上端的扩展电机25和伸缩杆1下端的收缩电机26上，通过扩展电机25与伸缩电机26的配合，实现收缩牵拉绳24与扩展牵拉绳23的释放与回收，进而带动导向块21上下迁移，实现扩展架2的伸缩操作。

伸缩骨22外端即扩展架2外端安装有电动拆装旋转块3，进一步，电动拆装旋转块3可拆卸的安装在扩展架2外端，应用时可通过拆换不同型号的电动拆装旋转块3以满足不同螺栓的应用需求。具体拆换时，可在伸缩骨22外端设置通用接口，如图4-6所示，本实施例中通用接口为一端与拆装电机31固定连接的连接块32，拆装电机31固定在伸缩骨22外端，其输出轴固定在连接块32一端，拆装电机信号连接控制器由其控制拆装电机的启闭。连接块32异于连接拆装电机31的另一端设有五边形的适配口33，适配口33内壁上分布有卡接洞331，每一面内壁中心均分布有一个卡接洞331，五个内壁共五个卡接洞331，对应的电动拆装旋转块3一端是与螺栓头适配的螺栓孔34，螺栓孔34内设有用于吸附螺栓的磁吸机构341，另一端是与适配口33适应的安装柱35，安装柱35为五棱柱，且每个侧面上均设有一个与卡接洞331适配的卡接件36，该卡接件36为一端连接有圆球361的复位弹簧362，每个侧面上均开设有安装洞363，复位弹簧362异于连接圆球361的另一端固定在安装洞363内部，安装电动拆装旋转块3时直接将其安装柱35插入适配口33内，由于圆球361卡接在卡接洞331内，可保证电动拆装旋转块3不会轻易脱落。进一步，安装柱35与适配口33内壁间还可以安装有压力传感器37，旋紧螺栓时可实时反馈二者间压力状况，采用拆装电机驱动电动拆装旋转块3并基于对适配口内压力的检测，可实现对称位置螺栓的同时拧紧，在保证拧紧质量的前提下提高了螺栓拧紧效率。

采用上述螺栓拆装装置，通过以下拆装方式，实现狭长空间内的螺栓拆装操作，如图7-9所示，具体的包括以下步骤：

步骤一：确定待拆装螺栓型号及分布，选择合适的电动拆装旋转块3安装在扩展架2末端，并将螺栓拆装装置安装到机械臂上，安装螺栓时先将螺栓吸附在电动拆装旋转块上；

步骤二：复位螺栓拆装装置，使扩展架2处于收紧状态，通过伸缩杆1将螺栓拆装装置深入狭长空间内；

步骤三：沿所述伸缩杆1径向伸展所述扩展架2，使每个电动拆装旋转块3与待拆装螺栓位置对准，安装螺栓时将螺栓尾部插入螺栓孔，拆除螺栓时将电动拆装旋转块套住待拆螺栓的栓头；

步骤四：通过控制电动拆装旋转块3实现多个螺栓的同步拆装操作；

步骤五：完成拆装，将扩展架2收缩复位并退出狭长空间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (7)

1.一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述螺栓拆装装置包括多个电动拆装旋转块，还包括一伸缩杆，所述伸缩杆一端安装有沿所述伸缩杆径向伸展的扩展架，所述电动拆装旋转块安装在所述扩展架外端；所述扩展架为伞骨结构，所述伞骨结构包括滑动套接在伸缩杆上的导向块和径向伸展的多条伸缩骨，所述伸缩骨内端均匀的铰接在所述导向块上，所述伸缩骨外端安装有所述电动拆装旋转块，所述的伸缩骨由多根连杆拼接形成；

所述螺栓拆装方式包括以下步骤：

步骤一：确定待拆装螺栓型号及分布，选择合适的电动拆装旋转块安装在扩展架末端，并将螺栓拆装装置安装到机械臂上，安装螺栓时先将螺栓吸附在电动拆装旋转块上；

步骤二：复位螺栓拆装装置，使扩展架处于收紧状态，通过伸缩杆将螺栓拆装装置深入狭长空间内；

步骤三：沿所述伸缩杆径向伸展所述扩展架，使每个电动拆装旋转块与待拆装螺栓位置对准，安装螺栓时将螺栓尾部插入螺栓孔，拆除螺栓时将电动拆装旋转块套住待拆螺栓的栓头；

步骤四：通过控制电动拆装旋转块实现多个螺栓的同步拆装操作；

步骤五：完成拆装，将扩展架收缩复位并退出狭长空间。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述扩展架绕所述伸缩杆轴线电控自转。

3.根据权利要求1所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述电动拆装旋转块可拆卸的安装在所述扩展架外端。

4.根据权利要求1所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述导向块通过电机控制在所述伸缩杆上滑动。

5.根据权利要求1所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述伸缩杆包括两根相互套接的外管和内管，所述外管和内管之间设有限制其周向相对转动的限位模块，所述内管内壁设有螺纹，所述内管内还同轴设有控制伸缩的梯形丝杆。

6.根据权利要求5所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述梯形丝杆螺纹凹槽和所述内管内壁的所述螺纹的凹槽对应，之间设有滚珠。

7.根据权利要求5所述的一种螺栓拆装装置的螺栓拆装方式，其特征在于：所述内管和所述外管间设有轴向分布的限位开关。

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