大型筒体卧式对接工艺改进及装备设计应用

王敏，赵岗平，张萍，刘少军

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046012）

0 引言

航天地面设备大型筒体通常由若干功能筒段组成，筒体对接装配以卧式组装为主，相邻各筒段对接面对准象限，导向销定位后筒段端面以螺栓螺母连接紧固。

传统的大型筒体卧式对接难度大，需多名操作人员配以吊车、支撑滚轮架、撬棍等协作完成，依赖操作人员经验反复操作与调姿试装实现，对接工艺方法及装备存在着自动化程度低、工作量大、安全性低等不足。

近年来，大型筒体卧式对接技术发展迅速，国内外飞机、导弹、卫星、火箭等航空、航天企业已在行业内开展应用，实现了飞机部件自动化对接、导弹舱段自动对接、航天器大型舱段柔性对接、航天运载器柔性对接装配[1-4]。

本文基于所研制生产的大型筒体的特点及生产实际情况，对其卧式对接工艺进行改进，设计自动对接装备并成功应用于产品装配中。

1 产品特点

基本功能筒段直径大于2 m，长度为2000～8000 mm，质量小于5 t，端面采用M20×110螺栓连接。

筒段对接具有装配精度高、防护要求高的特点，对接后主要技术指标为：端面与内筒轴线垂直度不大于0.2/1000 mm，内表面错边不大于±0.05 mm。

2 工艺改进设计

通过采用具备调姿功能的移动滚轮架车替代原有固定支撑滚轮架，提高对接的自动化程度，减少人员及吊车占用时间，提高对接效率及安全性，对接工艺流程如下。

1）将移动滚轮架车移至装配位置，如图1所示。

图1 移动滚轮架车准备

2）吊装两对接筒段至移动滚轮架车，如图2所示。

图2 筒段吊装至移动滚轮架车

3）通过每组滚轮架车联动调整筒段移动位置及姿态进行对接，调姿状态如图3所示。

图3 筒段调姿状态示意图

4）对接后通过单独调整2个滚轮架车脱离已对接筒段，进行下一筒段与已对接筒段进行对接。

3 装备设计

结合产品特点及工艺流程，大型筒体卧式对接装备设计包含4台移动滚轮架车、控制系统、测距反馈及安全防护系统等。

图4 后续筒段对接示意图

3.1 移动滚轮架车

3.1.1 移动滚轮架车自由度及主要参数如图5所示，移动滚轮架车满足筒段对接位置移动及姿态调整要求，具有行走（X向）、平移（Y向）、升降（Z向）、滚轮间距调整（T向）、滚转（A向）5个自由度，主要参数如表1所示。

图5 移动滚轮架车自由度示意图

表1 移动滚轮架车主要参数

3.1.2 底座部分

底座部分主要由底座和毂轮组件构成，伺服电动机连接伺服转向减速器，减速器为双轴输出，分别与两端车轮轴直联。车轮外层包胶处理（聚氨 酯），X 向 行程无限制。

3.1.3 水平移动机构

水平移动机构主要由底板、连接支架、丝杠轴、驱动电动机等组成。连接支架一端固定丝杠丝母座，另一端固定底板底面。底板上面和支撑托座等上层部件连接。上层部件支撑在升降座上的Y向移动导轨上。电动机驱动时，驱动丝杠旋转，连接支架则进行Y向移动，从而带动底板及上层支撑部件在直线导轨上移动，实现Y向的调整。

3.1.4 升降部件

升降部件主要由升降座、左右侧架、蜗轮蜗杆升降机、驱动电动机组成。升降座是Z轴传动的主要支撑零件，蜗轮蜗杆升降机下端面法兰固定在底座安装面上，升降头固定升降座底面，升降座左右侧面各固定两根直线导轨，左右侧架上固定直线导轨滑块，伺服驱动电动机与升降机直联，带动蜗轮蜗杆升降机上升或下降移动，同时，带动升降座及上层支撑机构沿Z轴导轨作升降运动。

图6 底座部件结构示意图

图7 水平移动机构示意图

图8 升降部件结构示意图

3.1.5 滚轮间距调整部件

滚轮间距调整部件主要由左、右托座、梯形丝杠、丝母座、联轴器等组成。梯形丝杠把合在托座底面，电动机驱动时，丝杠带动固定在左右托座底面的丝母座运动，可实现左右托座的同时收拢离散，适应多种不同规格产品的支撑要求。

3.1.6 滚转功能部件

滚转功能部件主要由主动滚轮、从动滚轮、减速器、伺服电动机组成。滚轮轴与减速器相连，减速器直联伺服电动机。主动轮和滚轮轴以键固连，从动滚轮和轴之间装有轴承，减小从动轮滚动摩擦阻力。驱动滚轮时，通过减速器驱动主动轴转动，带动主动轮滚动，与滚轮支撑的筒段滚动摩擦，带动筒段滚转运动。

3.2 控制系统

控制系统主要由控制器、伺服系统、人机入口、手持移动单元组成，通过人机界面（点动或输入坐标值）控制器驱动伺服系统带动电动机的正反转动，JOG模式，绝对定位，增量定位，通过手持单元控制器驱动伺服系统带动电动机的正反转动。

图9 滚轮间距调整部件结构示意图

图10 滚转功能部件结构示意图

图11 控制系统网络拓扑示意图

3.3 测距反馈及安全防护系统

测距反馈及安全防护系统由传感器工装、位移传感器、感应工装组成，防止移动滚轮架运载对接段沿X向移动时因人工操作失误而导致撞击。

在基准段和对接段上分散安装3个监测点，通过3个监测点反馈数值，监控筒段对接情况，直至2个筒段端面贴合，防止意外碰撞发生。

4 结语

基于航天地面设备大型筒体产品特点及对接要求，提出卧式对接改进工艺方案，设计了自动化卧式对接装备，该装备能够适应筒体直径变化，具备大型筒体卧式对接位置和姿态精确调整所需的行走、平移、升降、间距调整、滚转功能，满足航天地面设备大型筒体的对接要求。本文论述的航天地面设备大型筒体卧式对接工艺方法及装备对于航空、航天等类似结构产品的对接装配也具有重要的推广应用价值。