CN115122069A - 一种航空发动机空间立体化装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

提供一种航空发动机空间立体化装配系统，用于将航空发动机的各单元体组装为整机，该系统包括多层装配层和垂直脉动线，多层装配层设置成具有不同高度，至少部分层的装配层分别用于装配不同单元体；垂直脉动线连通各装配层，用于安装来自各装配层的各单元体；其中，各单元体设置成能够沿垂直脉动线上下移动，以实现位于不同装配层的各单元体之间的垂直对接，并最终组装成整机。上述装配系统能够使航空发动机装配由平面转向空间垂直化立体化装配，简化发动机装配工位器具、降低装配难度、提高装配质量、提高装配效率。还提供一种航空发动机空间立体化装配方法。

Description

一种航空发动机空间立体化装配系统及方法

技术领域

本发明涉及于航空发动机领域，具体涉及航空发动机装配方法领域。

背景技术

航空发动机结构复杂，零件数量、种类繁多，零件加工制造精度高，部件、整机装配难度极大。目前，航空发动机传统的装配方式是基于人工操作为主的平面布局、水平装配生产方式。2011年法国的斯奈克玛公司改变了传统的装配方式，实现了CFM56发动机的水平脉动装配，但仍属于平面布局、水平装配范畴。这种装配方法占地面积大、装配工位器具多、水平脉动线结构复杂、水平装配对中难度大易产生磕碰伤、易于产生多余物。

因此，有必要提出一种航空发动机空间立体化装配方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种航空发动机空间立体化装配系统，能够将发动机安装转为垂直立体化安装，从而简化发动机装配工位器具，降低装配难度，提高装配效率。

为实现上述目的的航空发动机空间立体化装配系统用于将航空发动机的各单元体组装为整机，该系统包括多层装配层和垂直脉动线。多层装配层设置成具有不同高度，至少部分层的所述装配层分别用于装配不同所述单元体；垂直脉动线连通各所述装配层，用于安装来自各所述装配层的各所述单元体；其中，各所述单元体设置成能够沿所述垂直脉动线上下移动，以实现各所述单元体之间的垂直对接，直至组装成所述整机。

在一个或多个实施例中，所述垂直脉动线包括多根立柱和多个第一连接件，所述第一连接件用于连接所述单元体，并能够带动一个或多个所述单元体在所述立柱上移动。

在一个或多个实施例中，该系统还包括多个用于与所述第一连接件连接的装配座，所述装配座包括角接触球轴承，所述角接触球轴承包括内环、外环和位于所述外环和所述内环之间的球轴承，所述内环通过第二连接件与所述单元体连接，所述外环用于与所述第一连接件连接。

在一个或多个实施例中，所述外环通过传动轴承与所述第一连接件连接。

在一个或多个实施例中，所述装配座还包括驱动电机，用于驱动所述装配座带动所述单元体转动。

在一个或多个实施例中，各所述装配层内包括行车，包括夹持部件和行走部件，用于固定并带动所述单元体移动。

在一个或多个实施例中，所述装配座用于与位于最高层的装配层上的单元体连接，所述行车用于与位于非最高层的装配层上的单元体连接。

在一个或多个实施例中，所述第一连接件为挂钩，所述挂钩与所述装配座配套设置，所述挂钩能够沿所述立柱做往返运动，以在下降至最底层所述装配层后返回所述立柱顶端。

在一个或多个实施例中，各所述装配层包括空腔，各所述空腔组成中空装配空间，所述垂直脉动线位于所述中空装配空间内。

在一个或多个实施例中，各所述装配层还包括可移动伸缩底板。

在一个或多个实施例中，所述装配层的高度范围为4~8米。

在一个或多个实施例中，所述装配层为3层或4层。

在一个或多个实施例中，所述单元体包括风扇增压级单元体、核心机单元体、低压涡轮单元体，所述装配层包括由低到高设置的第一装配层、第二装配层、第三装配层和第四装配层，所述风扇增压级单元体在所述第四装配层装配，所述核心机单元体在所述第三装配层装配，所述低压涡轮单元体在所述第二装配层装配，所述第一装配层用于外部结构装配。

本发明的另一个目的是提供一种航空发动机空间立体化装配方法，该方法使用上述航空发动机空间立体化装配系统进行安装，包括以下步骤：将航空发动机单元体独立地在不同层高的装配层内装配完成；将位于上层的装配层的单元体与垂直脉动线连接，并在所述垂直脉动线上移动，由上至下地下落至位于下层装配层；将位于下层的装配层的单元体置于位于上层的装配层的单元体的上方或下方，完成两所述单元体的垂直对中对接；将对接完成的两单元体继续下降，与位于下方的其它述装配层的其它单元体依次对接，直至组成整机。

在一个或多个实施例中，在将位于上层的装配层的单元体下落至位于下层的装配层的所述单元体的下方时，或者位于上层的装配层的单元体与位于下层的装配层的单元体对接时，同时触发位于上层的装配层的另一单元体与所述垂直脉动线的连接，以使所述航空发动机空间立体化装配系统同时装配多台发动机。

上述航空发动机空间立体化装配系统及使用该系统的装配方法通过多层装配层实现单元体在各层的独立装配，并通过设置垂直脉动线，将单元体的水平、分散装配转为垂直脉动装配，使航空发动机装配由平面转向空间立体化装配，从而达到在一定程度上解决传统航空发动机装配过程复杂、装配困难、装配一致性差等问题。同时，可充分利用厂房垂直方向上的空间，减少水平方向空间资源浪费；充分发挥垂直装配发动机零部件自重的天然优势，无需施加额外的装配力即可完成发动机大部件对接安装；充分利用竖直装配在定心、对正、防止精密配合零件磕碰伤等方面的优势，进一步提高装配质量；实现航空发动机整机竖直姿态脉动装配，融合自动化、模块化等技术，挖掘装配过程中的集约点，充分利用站位资源，提高装配效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是传统装配过程示意图。

图2是航空发动机空间立体化装配装置的一个实施例的示意图。

图3是单元体对接时的俯视图。

图4是第一装配层的俯视图。

图5是航空发动机空间立体化装配方法示意图。

图6是核心机主单元体的装配过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

传统航空发动机装配过程可参照图1所示，常使用人工和吊车水平装配相配合的方式。发动机维修台架（Engine Maintenance Stand）2用于支撑和调整风扇模块1，核心机夹具（Core Module Lift Fixture）3夹持固定核心机4，并将其移动至与风扇模块1装配的合适位置。此外还需要多个小车5装载发动机各零件，装配过程较为复杂。

本公开所述的航空发动机空间立体化装配系统及方法即用于解决上述问题，能够将航空发动机装配由平面转向空间立体化装配，由部件、整机集中装配转为单元体分散装配，由水平脉动装配转为垂直脉动装配，从而达到在一定程度上解决传统航空发动机装配过程复杂、装配困难、装配一致性差的问题。

结合图2至图4所示，用于将航空发动机的各单元体组装为整机的航空发动机空间立体化装配系统包括多层装配层10和垂直脉动线20。多层装配层10设置成具有不同高度，至少部分层的装配层分别用于装配不同单元体100。装配层10的层数由具体发动体结构的安装单元体数目决定，如在一些实施例中，装配层10包括3或4层。

例如，单元体100包括风扇增压级单元体、核心机单元体、低压涡轮单元体，装配厂房为4层楼结构，包括四层装配层，分别为由低到高设置的第一装配层101、第二装配层102、第三装配层103和第四装配层104。风扇增压级单元体在第四装配层104装配，核心机单元体在第三装配层103装配，低压涡轮单元体在第二装配层102装配，第一装配层用于外部结构装配，不负责某一单元体的装配对接，但负责整机的外部结构装配。

各单元体装配分布在不同楼层单独的完成。优选的，各层的单元体也可采用垂直脉动装配技术进行装配，可采用C型或U型布局。如图6所示，例如位于第三装配层103的核心机主单元体的装配，核心机主单元体包括压气机单元体41、燃烧室单元体42、高压涡轮单元体43、级间机匣单元体44的装配，上述结构可采用如图6所示的U型布局，依次将各单元体组装完毕。由此，各单元体在各层装配平台上独立的完成，并形成四个站位垂直脉动装配。

垂直脉动线20连通各装配层，用于安装来自各装配层的各单元体100。在一些实施例中，各装配层10包括空腔，采用圈楼中空设计，各空腔组成中空装配空间50，垂直脉动线20位于中空装配空间50内。各单元体100设置成能够沿垂直脉动线20上下移动，以实现各单元体100之间的垂直对接，直至组装成整机。

具体的，如图2所示，中空装配空间50提供各单元体100实现垂直对接的空间。在第四装配层104装配好的风扇增压级单元体由上至下移动，并停在第三装配层103所在高度附近。在第三装配层103，装配好的核心机单元体也位于中空装配空间50内，并位于风扇增压级单元体的上方。此时风扇增压级单元体和核心机单元体能够实现垂直对接。在其他实施例中，也可以由工作人员根据具体安装场景选择将核心机单元体置于风扇增压级的下方。继续的，风扇增压级单元体和核心机单元体对接完成后的整体将继续下降至第二装配层102附近，与第二装配层102装配好的低压涡轮单元体完成再次垂直对接。以此类推，实现多个单元体100的垂直脉动装配，直至完成整机的装配。

为实现升降功能，在一些实施例中，垂直脉动线20包括多根立柱21和多个第一连接件22，第一连接件22用于连接单元体100，并能够带动一个或多个单元体100在立柱21上移动，如采用滚珠丝杆实现第一连接件22在立柱21上的升降。优选的，第一连接件22为挂钩，挂钩在立柱21上能够自由升降至指定高度。

在一些实施例中，第一连接件22通过装配座30实现与单元体100的快速对接。装配座30包括角接触球轴承，角接触球轴承包括内环301、外环302以及位于内环301和外环302之间的球轴承32。内环301用于通过第二连接件31与单元体100连接，外环302用于与第一连接件22连接。上述角接触球轴承的设计能够增加单元体的活动度。

优选的，第一连接件22与外环302为快速连接结构，以提高装配速度。在一些实施例中，外环302还可以通过传动轴承与所述第一连接件22连接，以进一步实现发动机自由升降、旋转、翻转。

装配座30可垂直升降20米，通过诸如角接触球轴承等轴承结构可沿轴线以任意角度旋转，实现对接的灵活性。进一步的，装配座30还包括驱动电机33，通过两套轴承及驱动电机33可实现装配座30翻转±90度，驱动装配座30带动单元体100转动。

如图4所示，在最底部的第一装配层101的装配座30可带有电机结构。由于最底部的第一装配层101接近地面，因此还需要实现发动机整机的运输环节，设置电机33的装配座30能够将对接好的电机翻转，便于实现后续的移动运输环节。

在一些实施例中，单元体100包括辅助转接架，通过辅助转接架上的吊点用于与第二连接件31连接。也即，诸如机匣等发动机结构由辅助转接架辅助支撑，辅助转接架上的吊点通过第二连接件31与角接触球轴承的内环连接。角接触球轴承的外环与第一连接件22连接，并跟随第一连接件22在立柱21上移动。

为了夹持单元体，在一些实施例中，各装配层10内包括行车，行车包括夹持部件和行走部件，用于固定单元体100并带动单元体100移动。例如，利用行车将装配好的单元体移动至各装配层10的空腔处，并通过行车的夹持，使单元体100悬撑在中空装配空间50内，并位于上一层的单元体的上方，以实现与来自上一层单元体的对接。

此外，为便于单元体100在装配层10内的移动，在一些实施例中，各装配层10还包括可移动伸缩底板，可伸缩地板便于装配人员在不同楼层开展装配，同时可以在各个楼层设置装配站架，方便灵活实用。装配层10的高度范围为4~8米，用于提供各单元体100的装配空间。

在一些实施例中，装配座30用于与位于最高层的装配层上的单元体连接，行车用于与位于非最高层的装配层上的单元体连接。第一连接件22为挂钩，挂钩与装配座30配套设置，挂钩能够沿立柱做往返运动，以在下降至最底层装配层后返回立柱顶端。

具体过程可结合图2和图3理解，挂钩与装配座30的外环302连接，并带动与装配座内环301连接的位于顶层装配层的单元体下移。当下移至第三装配层103时，行车夹持位于第三装配层103的单元体，完成与位于顶层的单元体的对接。也即挂钩与装配座30配套应用在位于最顶层的单元体的连接上，以实现装配线的垂直运行。挂钩与装配座还可循环利用，在完成一台发动机整机的装配后，可循环回到立柱21顶端，继续与位于最顶层的另一单元体连接，完成下一台发动机的垂直装配。

上述航空发动机空间立体化装配系统还可采用柔性工装，以满足不同型号发动机装配。例如，挂钩径向位置可以通过插销调整，以适应不同直径发动机的装配座，达到不同型号发动机装配的目的使用。

由上所述，上述系统使得航空发动机装配由水平脉动装配转为垂直脉动装配，由平面转向空间立体化装配，由部件、整机集中装配转为单元体分散装配，提高了空间利用率、节约了土地资源。由水平脉动装配转为垂直脉动装配，从而达到在一定程度上解决传统航空发动机装配过程复杂、装配困难、装配一致性差等问题，充分发挥垂直装配发动机零部件自重的天然优势，无需施加额外的装配力即可完成发动机大部件对接安装。此外，还充分利用竖直装配在定心、对正、防止精密配合零件磕碰伤等方面的优势，使部件、整机集中装配转为单元体分散在不同楼层装配，降低现场管理难度、降低混料、多余物风险，进一步提高装配质量，实现航空发动机整机垂直姿态脉动装配，融合自动化、模块化等技术，挖掘装配过程中的集约点，充分利用站位资源，提高装配效率。

上述航空发动机空间立体化装配系统平台整体结构简单，便于操作、成本低，可实现发动机自由升降、旋转、翻转，为航空发动机装配技术开辟了新思路、新模式。

结合上述对航空发动机空间立体化装配系统的介绍，还可以理解到一种航空发动机空间立体化装配方法，该方法使用上述航空发动机空间立体化装配系统进行安装，具体包括以下步骤。

如图5所示，首先进行S1，将航空发动机单元体独立地在不同层的装配层内装配完成。各层航空发动机各单元体的装配完成时间可以相同，也可以不同，只要满足能够在对接时准备完毕即可。

随后进行S2，将位于上层的装配层10的单元体100与垂直脉动线20连接，并在垂直脉动线20上移动，由上至下地下落至位于下层的装配层10附近。此时位于下层装配层的单元体100由行车夹持，位于中空装配空间50内，位于上层装配层10的单元体100由第一连接件22和装配座30连接，能够在中空装配空间50内上下移动。对接过程中，各单元体能够基本保持水平状态，且轴线基本一致。

随后进行S3，将位于下层的装配层10的单元体100置于位于上层的装配层10的单元体100的上方或下方，完成两所述单元体的垂直对中对接，如将位于第四装配层104的风扇增压级单元体在下，位于第三装配层103的核心机单元体在第三装配层103在上，二者在高度附近的中空装配空间50内实现垂直对接。

随后进行步骤S4，将对接完成的两单元体继续下降，与位于各装配层的各所述单元体依次对接，直至组成整机。也即使组装好的两单元体继续由上至下的移动，与位于各装配层的各单元体依次垂直对接，直至组成整机，使航空发动机装配由水平脉动装配转为垂直脉动装配。

如装配完毕后的风扇增压级单元体和核心机单元体在第一连接件22的带动下继续下降，与第二装配层102的低压涡轮单元体继续垂直对接，完成三个单元体的对接。在本公开所述的实施例中，整机需要三个对接单元，因此需要四层装配层，实现三次对接装配，在最后一层，也即第一装配层101，完成发动机外部结构的装配以及运输环节。

此外，该系统还能实现多台份单元体脉动装配的同步进行。在一些实施例中，在将位于上层的装配层的所述单元体下落至位于下层的装配层的单元体的下方或上方时，或者位于上层的装配层的单元体与位于下层的装配层的单元体对接时，同时触发位于上层的装配层的另一单元体与垂直脉动线的连接，从而在一个航空发动机空间立体化装配系统内实现多台发动机的同时装配。

如使用多组挂钩，能够在将位于上层的装配层的所述单元体下落至位于下层的装配层的下方进行对接时，同时触发位于上层的装配层的另一单元体与所述垂直脉动线的连接，实现多台发动机的同步安装，有效提高安装效率。

具体的，首先，位于立柱21顶端的相对底侧的1号位挂钩接受指令，下行至最顶部的第四装配层104伸缩地板附近，此时第四装配层104已安装好位于该装配层的风扇增压级单元体，用角接触球轴承将承载有风扇增压级单元体与1号挂钩相互连接到位。

随后，承载有风扇增压级单元体的装配座30在挂钩的牵动下，接受指令下行至第三装配层103伸缩地板附近，此时位于第三装配层103的核心机单元体已装配好，并在3楼行车的作用下被吊起。

将风扇增压级单元体下移至核心机单元体下方，从而与核心机单元体完成垂直对接。同时，还可以触发2号位挂钩下行，2号位挂钩重复1号挂钩执行过的动作，也即与另一台位于第四装配层上的风扇增压级单元体连接，并开始下降。

在核心机单元体与风扇增压级单元体和位于第二装配层的低压涡轮单元体对接时，另一台风扇增压级单元体与另一台核心机单元体也在对接，从而实现第二台发动机台份的垂直脉动并行安装。

风扇增压级单元体和核心机单元体对接完成后，1号位挂钩继续执行下降指令，使风扇增压级单元体和核心机单元体下降至第二装配层102上方，与位于第二装配层102的低压涡轮单元体完成三者间的垂直对接。同时，3号位挂钩可重复1号挂钩执行过的动作，也即与第三台风扇增压级单元体连接并开始下降，从而实现第三台发动机整机的垂直脉动并行安装。以此类推，实现多台份脉动装配。

最后1号位挂钩继续执行下降指令至第一装配层101，完成外部结构，形成发动机整机。还可以通过装配座30将该发动机整机翻转至水平状态，用第一装配层101的行车将发动机转移至运输车上，送至试车台，完成单台分脉动安装，挂钩、装配座需可重复利用。

通过上述过程，可以在一个系统内实现多台航空发动机整机的并行安装，进一步提高装配效率。垂直安装能够充分利用竖直装配在定心、对正、防止精密配合零件磕碰伤等方面的优势，进一步提高装配质量。

需要说明的是，上述介绍中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不代表主次，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种航空发动机空间立体化装配系统，用于将航空发动机的各单元体（100）组装为整机，其特征在于，包括：

多层装配层（10），设置成具有不同高度，至少部分层的所述装配层分别用于装配不同单元体（100）；

垂直脉动线（20），连通各所述装配层（10），用于安装来自各所述装配层（10）的各所述单元体（100）；

其中，各所述单元体（100）设置成能够沿所述垂直脉动线（20）上下移动，以实现位于不同装配层的各所述单元体（100）之间的垂直对接，并最终组装成所述整机。

2.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述垂直脉动线（20）包括多根立柱（21）和多个第一连接件（22），所述第一连接件（22）用于连接所述单元体（100），并能够带动一个或多个所述单元体（100）在所述立柱（21）上移动。

3.如权利要求2所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，该系统还包括多个用于与所述第一连接件（22）连接的装配座（30），所述装配座（30）包括角接触球轴承，所述角接触球轴承包括内环（301）、外环（302）和位于所述外环（302）和所述内环（301）之间的球轴承，所述内环（301）通过第二连接件（31）与所述单元体（100）连接，所述外环（302）用于与所述第一连接件（22）连接。

4.如权利要求3所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述外环（302）通过传动轴承与所述第一连接件（22）连接。

5.如权利要求3所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述装配座（30）还包括驱动电机（33），用于驱动所述装配座（30）带动所述单元体（100）转动。

6.如权利要求3所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，各所述装配层（10）内包括行车，所述行车包括夹持部件和行走部件，用于固定并带动所述单元体（100）移动。

7.如权利要求6所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述装配座（30）用于与位于最高层装配层上的单元体连接，所述行车用于与位于非最高层的装配层上的单元体连接。

8.如权利要求3所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述第一连接件（22）为挂钩，所述挂钩与所述装配座（30）配套设置，所述挂钩能够沿所述立柱（21）做往返运动，以在下降至最底层后返回所述立柱（21）顶端。

9.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，各所述装配层（10）包括空腔，各所述空腔组成中空装配空间（50），所述垂直脉动线（20）位于所述中空装配空间（50）内。

10.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，各所述装配层（10）还包括可移动伸缩底板。

11.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述装配层（10）的高度范围为4~8米。

12.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述装配层为3层或4层。

13.如权利要求1所述的航空发动机空间立体化装配系统，其特征在于，所述单元体包括风扇增压级单元体、核心机单元体、低压涡轮单元体，所述装配层包括由低到高设置的第一装配层（101）、第二装配层（102）、第三装配层（103）和第四装配层（104），所述风扇增压级单元体在所述第四装配层（104）装配，所述核心机单元体在所述第三装配层（103）装配，所述低压涡轮单元体在所述第二装配层（102）装配，所述第一装配层用于外部结构装配。

14.一种航空发动机空间立体化装配方法，其特征在于，使用如权利要求1-13任一项所述的航空发动机空间立体化装配系统进行安装，包括以下步骤：

将航空发动机单元体独立地在不同层的装配层内完成装配；

将位于上层的装配层的单元体与垂直脉动线连接，并在所述垂直脉动线上移动，由上至下地下落至下层装配层；

将位于下层的装配层的单元体置于位于上层的装配层的单元体上方或下方，完成两所述单元体的垂直对接；

将对接完成的两单元体继续下降，与位于下方的其它装配层的其它单元体依次对接，直至组成整机。

15.如权利要求14所述的航空发动机空间立体化装配方法，其特征在于，在位于上层的装配层的单元体下落至位于下层的装配层的单元体的下方或上方时，或者位于上层的装配层的单元体与位于下层的装配层的单元体对接时，同时触发位于上层的装配层的另一单元体与所述垂直脉动线的连接，以使所述航空发动机空间立体化装配系统同时装配多台发动机。

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