大型商用航空发动机整机装配厂房起重设备配置方案

时间:2016-1-26 16:21:00 来源:中国塔机网 添加人:admin

  起重设备是航空发动机装配厂的重要工艺设备,不仅承担重要工艺操作任务,涉及工作安全性,而且成本高,与生产柔性、产能效率等总体制造指标密切相关。对于大型商用航空发动机(LCAE)整机装配厂房建设,起重设备配置必须全面满足厂房工艺布局和发动机装配工艺技术要求,并充分考虑后期发展需要及调整柔性13.由于起重设备技术内容丰富,涉及因素众多,相当―部分装配厂房,尤其是科研单位,都经历过一次甚至多次的技术改造或设备升级补充34. LCAE整机装配厂房工艺布局厂房工艺布局主要包括功能区定义(功能区数量、面积和位置),设备设施的配置以及物流方案设计。工艺布局设计必须基于生产大纲和工艺组织形式定位,并充分考虑工艺方案、工艺设备―12―需求,同时兼顾配套能力建设情况、土建约束、EHS等相关标准规范。从国内外的各类LCAE整机装配厂房的工艺布局情况看,其具有以下共同点:与小涵道军用航空发动机装配厂房相比,LCAE整机装配厂房的各功能区面积较大,一般在500~1000m2.主通道宽度在4m以上,主厂房一般为单层多连跨排架柱结构形式,柱网多为24m(跨度)X(柱距)。厂房总建筑面积15000~30000m2.主厂房功能区一般包括装配/分解区、仓储区、故检区、维修区、清洗区和试验区。辅助厂房包括办公生活区和生产配套区,如动力间、空调机房等。

  装配/分解区是主厂房的核心功能区,包括部装区和总装区。其中部装区包括主单元体装配/分解工段、平衡工段。总装区包括整机装配、整机分解工段。

  为提高转动件的运输效率,平衡工段位于部装区的中心位置;为方便发动机总体装配,部装区的外部附件工段和风扇装配分解工段与总装区相邻,将风扇装配分解工段与总装区合并。

  由于设备调整、产能提升或工艺分工变化等因素,绝大多数厂房都经历过多次的工艺布局调整、改进。

  LCAE整机装配厂房起重设备需求在厂房工艺布局设计中,完成功能区定义和主要工艺设备布置后,可以进行起重设备需求论证,并开展配置方案的初步设计工作。对于LCAE整机装配厂房,起重设备主要功能是上部运输和辅助装配/分解,如大组件安装、对接及姿态调整,起吊高度一般在8m以上。例如,垂直装配低压涡轮单元体,在功能配置方面,般要求无级变速、防跌落及双葫芦配置(主要用于低压涡轮单元体在水平和垂直状态之间的姿态调整)。

  在厂房内的绝大多数功能区都需设置起重设备。在主厂房核心功能区一装配/分解区,起重设备主要用于工段内发动机结构件/工装的运输、姿态调整,并配合部分组件、单元体完成装配分解操作。针对LCAE发动机结构尺寸大及整机质量~8t的特点,并考虑吊具和夹具质量,总装区起重设备起重量一般为10t以上,部装区起重设备起重量一般为5t以上。在部装区中的平衡工段,起重设备主要满足转子件的运输、平衡工装安装以及转子在平衡机摆架上的安装及拆解需求。

  主厂房非核心功能区包括仓储区、故检区、维修区、清洗区、试验区。故检区、维修区、清洗区、试验区的起重设备的功用主要是工件运输,并满足功能区内的工艺设备使用和维护需求,如发动机结构件和设备之间的安装或连接、设备配件更换等。随着近年来垂直升降立体库、智能货柜以及轻型或重型货架的广泛应用,仓储区已经很少使用传统起重设备。相对装配区,非核心功能区的起重设备数量需求少,工作范围有限,吊运点和吊运路径都比较明确,主要吊运对象是发动机零部件,所以起重设备吨位较小。

  在主厂房的物流接口区域,如卸货区和试车台连接通道,也有起重设备配置需求。在卸货区,需要将发动机结构件、工装或配套物料从运输车辆转移至地面运输车,采用悬臂起重设备较合适。

  叉车+托盘(料斗)可作为备选方案,但其需要较大的工作空间,操作程序较为复杂。在研制和小批量生产阶段,大多数航空发动机制造单位的装配主厂房与试车台的发动机运输一般采用地面运输车。而对于大批量,装配主厂房与试车台之间连接通道可以采用单轨起重设备运送整机,与试车台准备间的单轨起重设备无缝衔接。

  3航空发动机制造相关起重设备技术当前航空发动机制造现场应用多的是标准桥式起重机,般为单梁结构。主梁多采用工字型截面或箱形梁,有地面和空中两种操控形式。

  其中,标准悬挂式起重机可以直接安装于现有厂房屋顶结构上,无需牛腿支撑。相对单梁结构,双梁标准桥式起重机可实现更大的载重量、跨度和起吊高度。

  近年来,为满足当代装备制造业的柔性发展需求,各类轻型组合式起重机研发成果显著,应用愈发广泛。相对标准桥式起重机,轻型组合式起重机的主要优点:使用预制的模组化设计结构,组装、拆卸和改造非常方便。

  非常适合承担频繁的常规质量(500kg以下)和常规尺寸(大外廓尺寸在1m以下)的组、部件输送和吊装工作。

  由于模块式组装,广泛使用冷轧的特种空心型材,因而起重系统自重轻,对安装的地基要求低,如组合式起重机的框架支撑系统可以安装在任何普通15cm厚的钢筋混凝土地面上。

  起重系统几何尺寸小,适用于复杂、狭小空间内的作业,在非规则的工作区域内安装、拓展方便。

  种类繁多,功能特点更为鲜明,满足专用技术需求。如新型组合式起重机可以设计为侧向(小车行走方向)悬伸式和伸缩式,使工作范围超过两个导轨中间区域;新型的智能辅助提升装置可使操作人员轻松地控制吊装对象姿态和运动,实现吊装对象在接近悬浮状态下的精准定位和对接。通过与起重设备供应商的技术交流以及资料相对传统的标准起重机,轻型组合式起重收集、整理,汇总航空发动机制造相关的起重设机的成本和维护费用显著降低。备技术信息如表1所示。

  表1航空发动机制造的相关起重设备技术信息结构形式功能特点关键技术参数标准起重机桥式刚性大,稳定性好,满足大跨度厂房、大起重量需求。工作范围广,盲区小。起升和小车都可以为双速或变频调速配置。

  国外某型单梁桥式起重机大跨度为30m,起重量10t,起重机运行速度高40m/min,小车运行悬挂式速度30m/min,起升速度高12.5m/min.手控电门含专门点动按钮,点动小步长2mm.单框架支撑从简单的手动控制的直线轨道到多分支的半自动或全自动控制的环形轨道,通过采用悬挂的单轨式起重机起重量一般小于500kg,轨轨悬挂直轨、弯轨、道岔和转向盘等不同部件的集成和组合实现导轨的任意走向。

  道吊挂点间的距离不大于5m.梁框架支撑新型梁式组合起重机可以设计为侧向(小车行走方向)悬伸式和伸缩式。大悬伸或伸缩可达到轨道中心线以外2.5m.框架支撑的单梁式起重机主梁长度一般小于10m,起重量小于2 000kg;悬挂的单梁式起重机的主梁长度一般小于8m,起重量小于500kg.轻式悬挂型组合式起旋立柱式占地面积和空间小,起重臂可以实现起重量一般小于500kg,回转角度可选为180°、臂墙壁式360°旋转,作业半径大,自重轻。

  270°、360°,旋臂长度一般在5m以内。

  重机移动式门机由小型的组合式门架和电动葫芦组成。门架配置滑轮及锁紧装置,可随意移动和固定,无固定轨道。适合小尺寸结构件修理和安装。

  拆卸、再组装非常方便。

  起重量一般小于1000kg.堆垛式由双梁悬挂起重机和一个专用堆垛小车组成。适用于单元货物、料斗和散货托盘的输送、分拣、存储和存取。

  起重量一般小于500kg. LCAE整机装配厂房起重设备配置4.1LCAE整机装配厂房起重设备配置方案国内传统航空发动机装配厂房的起重设备配置比较简单,起重设备种类局限于电动单/双梁桥式或悬挂起重机、悬臂起重机和单轨起重机。桥式或悬挂起重机主要应用于发动机总装配、部件或单元体工段内部,以及上述工段之间的运输;悬臂起重机主要应用于工作量较小的试验台、专用设备工位;单轨起重机主要应用于洗涤间、无损检测间。传统的起重设备选型的主要依据:起重量、起升高度、工作范围、工作速度以及工作级别。通过对LCAE整机装配厂房起重设备需求的―14―初步分析,核心功能区内起重设备配置是重点内容,也是工艺布置设计中的难点。本文对核心区内平衡、部装和总装工段的起重设备配置方案进行了阐述分析。

  平衡工段的吊运安装和物料输送一般靠标准梁式起重机+地面运输车配合完成。与其他非核心区类似,平衡区的起重机主要满足各类平衡设备、高速叶尖磨床设备的使用需求,如转子件的运输、平衡工装安装以及转子在平衡机摆架上的安装及拆解。考虑到LCAE转子组合件一般采用卧式平衡,直径小于2m,包含工装的总质量小于2t,所以通常选配若干标准梁式起重机实现平衡工作区全覆盖,起重量5t以下,起升高度5m左起重运输机械2013(12)右;为实现的转动件安装,设置起重机的小车走向与平衡设备或高速叶尖磨床的主轴方向垂直;考虑转动件的姿态调整需求,般平衡区起重机采用双葫芦配置。

  根据成熟的LCAE装配工艺分析,部装区内的主单元体吊装运输工作需求远低于主单元体内部的单元体、组部件吊运需求;吊运工作量和强度在一个工段内的分布也不均匀,按照大工件质量配置的标准桥式起重机可以在工作区域内完全覆盖所有吊运需求,但在技术和经济上较浪费。另外,标准桥式起重机的吊索长度较长,侧摆明显,不利用中等尺寸及质量的组部件精准对接和安装。因而,国内外许多先进装备制造厂房内部都采用了标准桥式起重机和轻型组合式起重系统搭配的应用模式,如、鉴于部装区各工段的工艺布置较类似,以工位器具、单元体装配平台为主,且设备配置较少,本文以典型的高压压气机(HPC)工段为例,说明部装区的起重设备配置方案。典型HPC工段分为装配区和分解区,装配/分解区又分为转子和静子两部分。工作平台为精密转台,以该精密转台为基准,完成HPC的终装配或初始分解,如所示。起重设备配置为标准桥式起重机和2列轻型组合式起重系统。标准桥式起重机承担HPC单元体在工作平台上以及工段之间的吊运、姿态调整工作,并兼顾其他相邻工段的大型结构件吊运。

  两列轻型组合式起重系统采用框架支撑式,位于标准桥式起重机下方,分别完成转、静子装配区和分解区内的组部件吊运并配合安装或检测。具有侧向悬伸或伸缩的组合梁式起重系统可以完成该区域与HPC单元体工作平台之间的结构件运输,使用专用地面运输车、移动门式起重机、旋臂起重机也可以完成上述工作。

  在总装区,需要完成3个主单元体的对接,形成主机后再进行外部结构安装。传统工艺方法是采用标准桥式起重机借助手动扶正、调整来完成主单元体的对接、安装,然后依靠若干的立柱式工装支撑主机。工人借助移动式台架站在发动机外围进行外部结构(如管路、附件等)安装和检验工作。现代LCAE的结构配合精度逐渐提高,如转、静子径向间隙(直径)达到0.5mm以下。外部结构安装的工作量大,劳动强度高,若采用传统的标准桥式起重机加手动调整的安装方法很难满足先进LCAE的装配精度和批量生产效率的要求。另外,与大多数工序并行的部装区有明显区别,绝大多数的总装工序是串行的。所以,近年来,国际上许多LCAE大修厂已经采用基于框架支撑的单轨上部运输系统,建设了总装流水线,也称为“脉动装配线”。该流水线将起重设备和传统的装配架高度集成,实现了主单元体的半自动对接以及整机的垂直升降和纵向运输。当前,国外许多设备供应商还针对上述“脉动装配线”进行深度开发,如增加整机姿态控制功能,使发动机整体绕转子轴线旋转或在水平面摆转。

  总之,总装区内起重设备和专用工艺装备的集成发展,满足了LCAE的自动化制造、精益生产的需求,也开辟了特种起重设备新的发展方向。

  4.2配置方案设计流程起重设备选配涉及大量技术信息,也需考虑众多非技术因素,如成本限制、产能和型号规划、EHS的专项要求等。所以,建立科学的技术决策流程是开展上述工作的重要前提。针对LCAE整机装配厂房的起重设备配置,本文提出3个阶段的方案设计流程,如、所示。

  起重设备配置的初步及详细设计流程提出了方案设计流程,为相关厂房建设的起重设备选型和技改方案设计提供。值得关注的是,LCAE发动机的科研装配、批量生产装配和大修装配在厂房工艺布局、工艺方法、产能目标、工艺设备配置等方面都有定区别。因此,3类厂房的起重设备需求和配置方法应各有不同,需后期进行深入、详细的分析及实践摸索。

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