Способ сборки поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета
METHOD FOR ASSEMBLING A TURNTABLE FOR A TEST FACILITY FOR AN ACCIDENT-RESISTANT FUEL SYSTEM OF A HELICOPTER

Изобретение относится к созданию испытательной техники для стендовых наземных испытаний топливной системы летательных аппаратов, в частности, вертолетов.
При проведении стендовых испытаний решаются следующие основные задачи: проверка и получение характеристик в соответствии с техническим заданием, проверка работоспособности в специальных и экстремальных условиях работы (при имитации возможных отказов и аварийных ситуаций, в том числе при воздействиях, превосходящих по параметрам условий эксплуатации), проверка работоспособности и надежности при неблагоприятных условиях эксплуатации, настройка агрегатов для проведения дальнейших работ на двигателе, подтверждение надежности и ресурса оборудования, сертификация систем и агрегатов.
Сборка (монтаж) испытательных установок для испытания систем летательных аппаратов представляет собой совокупность технологических процессов и операций с применением соответствующих технических средств, инструмента, приспособлений и технологического оборудования, в результате выполнения которых элементы монтируемой системы занимают относительно друг друга строго определенное положение и соединяются способами, предусмотренными конструкцией системы. Обычно монтажные работы выполняются в следующей последовательности: монтаж механического оборудования и приборов, прокладка элементов трубопроводных систем, прокладка жгутов кабельной сети оборудования. По месту проведения основные виды монтажных работ различают внестендовые (верстачные) работы и стендовые работы (О.В. Ломовской, А.А. Шаров, Ю.А. Вашуков; Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм, ун-т им. С.П. Королева. С. 7-8).
Монтаж механизмов и другого оборудования осуществляется, как правило, по установочным отверстиям, имеющимся на предварительно установленных и выверенных кронштейнах и плитах. Если отдельные элементы оборудования плотно скомпонованы, то они предварительно собираются на отдельных панелях вне изделия. Панелированный монтаж осуществляется на специальных рабочих местах и поэтому значительно снижает трудоемкость агрегатной сборки. В процессе монтажа периодически контролируются технические характеристики оборудования, инструмента, контрольных и измерительных средств, смонтированные системы проходят выходной автоматизированный контроль в условиях, приближающихся к эксплуатационным, и тренировку для приработки отдельных элементов конструкции.
Однако известный способ сборки с применением болтового соединения по ранее выполненным установочным отверстиям не может гарантировать его точность из-за недостаточной пространственной жесткости силовой конструкции и погрешностей, возникающих при предварительном выполнении установочных отверстий.
Кроме того, не всегда в распоряжении имеется оборудование достаточной грузоподъемности (например, при необходимости монтажа оборудования в уже существующем помещении с ранее установленной в этом помещении кран-балкой с уже имеющейся грузоподъемностью), что делает невозможным монтаж пространственной конструкции в указанных условиях по причине ее большого веса и габаритов.
Проблемой, на которую направлено изобретение, является разработка технологии монтажа сборки поворотной платформы испытательной установки, применимой к авариестойкой топливной системе вертолета, имеющей элементы с большими габаритами и весом, с соблюдением строгой ориентации положения каждого элемента конструкции.
Техническим результатом изобретения является упрощение процесса монтажа платформы испытательной установки с одновременным повышением надежности и точности сборки пространственной силовой конструкции.
Поставленная проблема и заявленный технический результат достигаются тем, что способ сборки поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета заключается в формировании модулей секционно-пространственной конструкции и осуществлении монтажа каждого модуля конструкции поэтапно. На каждом этапе сборки модулей проводят контроль взаимного положения элементов модуля. Каждый узел соединения двух и более элементов оснащают двумя и более парами стыковочных пластин, одну из которых закрепляют методом сварки на элементе, а другую - на месте его установки в составе поворотной платформы. Стыковочные пластины на первом этапе сборки сначала соединяют друг с другом болтовым соединением. Монтаж опорного основания для поворотных рам начинают с создания модуля каркаса в виде решетки, положение которого строго выверено на фундаменте. Дополнительно осуществляют контроль за взаимной перпендикулярностью и горизонтальностью элементов каркаса. На каждой продольной стороне каркаса закрепляют стыковочные пластины для монтажа на них стыковочных пластин стоек и раскосов. В узле соединения раскосов со стойкой устанавливают тройник. Для сборки внутренней и внешней поворотных рам первоначально на внешней раме закрепляют пальцы на двух продольных стенках, а на внутренней раме пальцы закрепляют на поперечных стенках, после чего стенки каждой поворотной рамы с закрепленными на них пальцами выставляют на технологических стойках в положение, при котором их верхние поверхности расположены в одной горизонтальной плоскости, а оси пальцев - на одной прямой. Затем приваривают к торцам поперечных стенок внутренней поворотной рамы и к торцам продольных стенок внешней поворотной рамы стыковочные пластины, а к ним болтовым соединением прикрепляют стыковочные пластины смежных продольных стенок соответствующей рамы для дальнейшей стыковки к ним концов соответствующей смежной продольной стенки, после чего выставляют собранные стенки рам в положение, при котором верхние поверхности всех стенок расположены в горизонтальной плоскости и закрепляют стыковочные пластины всех стенок электросваркой. Для финишной сборки модулей секционно-пространственной конструкции поворотной платформы на каждом пальце продольных стенок внешней поворотной рамы монтируют соответственный подшипниковый узел, после чего продольные стенки с подшипниковыми узлами устанавливают и закрепляют каждую на соответственном тройнике, а сами стенки с помощью технологических тяг, фиксируют в горизонтальном положении на опорном основании. Затем на каждом пальце внутренней поворотной рамы устанавливают втулки и монтируют внутреннюю раму на поперечных стенках внешней рамы. После монтажа и фиксации поворотных рам устанавливают компоненты системы приводов рам.
Монтаж внешней поворотной рамы на опорном основании может быть также осуществлен поэтапно, при этом первоначально на одном тройнике опорного основания закрепляют продольную стенку с установленным на палец подшипниковым узлом, фиксируют продольную стенку технологическими тягами к опорному основанию, после чего, на поперечных стенках внутренней поворотной рамы закрепляют поперечные стенки внешней поворотной рамы, переносят собранную секцию к продольной стенке внешней поворотной рамы и, с помощью стыковочных пластин, осуществляют монтаж двух поперечных стенок внешней поворотной рамы к закрепленной на тройнике ее продольной стенке с последующей фиксацией собранной секции технологическими тягами к опорному основанию. Затем, на втором тройнике опорного основания устанавливают и закрепляют вторую продольную стенку внешней поворотной рамы, скрепляют ее с помощью стыковочных пластин с ее поперечными стенками и также фиксируют технологическими тягами.
Стойку основания выводят в вертикальное положение для ее пространственной ориентации с помощью технологических тяг, связанных одним концом со стойкой основания, а другим - с балками каркаса.
Контроль за положением продольных осей пальцев поворотных рам осуществляют с помощью лазерного луча оптического прибора, установленного во внутренних полостях пальцев и на нивелировочных пластинах, расположенных на верхних поверхностях стенок рам. Таким образом, соосное положение пальцев каждой из поворотных рам и позиционирование пальцев на соответствующих рамах обеспечивает перпендикулярность осей вращения рам и их расположение в одной плоскости, влияющих на достоверность результатов при проведении стендовых испытаний топливной системы вертолета.
Прямоугольность взаимного расположения сторон осуществляют путем замера расстояния по диагонали между заостренными штифтами, установленными на нивелировочных пластинах.
Контроль за горизонтальностью верхних плоскостей продольных и поперечных стенок внутренней и внешней поворотных рам осуществляют с помощью лазерного луча оптического прибора, установленного на нивелировочных пластинах, расположенных на верхних поверхностях стенок поворотных рам.
Осуществление контроля за взаимным расположением элементов модуля каркаса опорного основания поворотной платформы необходимо как для сохранения требуемой прочности конструкции поворотной платформы, так и для повышения устойчивости поворотной платформы на опорной поверхности. Кроме этого, правильное положение осей вращения рам повышает достоверность результатов, полученных при испытании топливной системы на испытательной установке.
Подгонку положения верхних поверхностей по горизонтали, выявление наличия зазоров в узлах стыковки и их устранение осуществляют с помощью прокладок.
При монтаже внешней и внутренней поворотных рам в углах соединения балок продольных и поперечных стенок для корректировки их геометрических размеров между стыковочными пластинами приваривают вставки.
Проведение контроля положения по горизонтали верхних поверхностей элементов секционно-пространственной конструкции требуется для точного формирования поворотной платформы с дальнейшим соблюдением горизонтального расположения объекта испытания, что повышает степень достоверности результатов испытаний. Дальнейший процесс монтажа поворотной платформы в целом выполняется поэтапно, относительно небольшими по габаритам и весу компонентами поворотных рам.
Поэтапный монтаж каждого модуля конструкции обеспечивает простоту процесса сборки и позволяет проводить сборку с использованием маломощных подъемных средств в условиях относительно небольшого помещения, в котором планируется проведение испытаний. Несмотря на то, что габариты поворотной платформы составляют более 7,5 м в длину и до 5,5 м в ширину, при суммарном весе конструкции более 12,5 тонн (из них 4,5 тонны приходится на долю поворотных рам), сборку всей поворотной платформы возможно провести непосредственно в цеху, используя относительно маломощное (грузоподъемностью до 2000 кг) подъемное оборудование или погрузчики.
Наличие двух стыковочных пластин в каждом узле соединения элементов рам, одну из которых закрепляют в месте установки элемента, а другую - на торце элемента, обеспечивает прочную связь элементов конструкции. Кроме того, предварительная установка стыковочных пластин на отдельном элементе конструкции позволяет более точно определить взаимное положение элементов рам, облегчая процесс сборки и повышая при этом точность монтажа, что в свою очередь оказывает положительное влияние на прочность и надежность конструкции поворотной платформы в процессе проведения испытания.
Соединение стыковочных пластин на первом этапе сборки болтовым соединением необходимо для выявления наличия зазоров между элементами, корректировки углов наклона и других нежелательных факторов, а в целом - заданного в технической документации требуемого взаимного положения компонентов поворотной платформы. Все операции по корректировке положения отдельных элементов или модуля проще выполнить на этапе, когда болтовое соединение можно разобрать и подкорректировать взаимное положение компонентов поворотной платформы теми или иными существующими методами. После корректировки взаимного положения модулей конструкции происходит выполнение неразъемных соединений методом сварки
Дополнительным преимуществом данного способа сборки является тот факт, что, используя этот способ, можно собирать аналогичные поворотные платформы испытательной установки в помещениях с относительно небольшой высотой потолка.
Способ иллюстрируется следующими чертежами, где, на фиг. 1 - представлен каркас основания поворотной платформы испытательной установки; на фиг. 2 - каркас со стойками и технологическими тягами; на фиг. 3 - установка на стойках тройника; на фиг. 4 - установка раскосов и подкосов; на фиг. 5 - поперечная стенка внутренней поворотной рамы с установленным на ней пальцем; на фиг. 6 - сборка внутренней рамы; на фиг. 7 - фиксирование геометрических размеров внутренней поворотной рамы с помощью вставки; на фиг. 8 - общий вид внешней поворотной рамы; на фиг. 9 - часть внутренней поворотной рамы и поперечная стенка внешней рамы; на фиг. 10 - взаимное положение подшипникового узла и длинной стенки внешней поворотной рамы перед их соединением; на фиг. 11 - взаимное положение продольной стенки внешней рамы и подшипникового узла после их соединения; на фиг. 12 - закрепление подшипникового узла с продольной стенкой внешней рамы на тройнике; на фиг. 13 - фиксация продольной стенки внешней поворотной рамы на стойке основания; на фиг. 14 - собранный модуль внутренней поворотной рамы с поперечными стенками внешней поворотной рамы; на фиг. 15 - фиксация поворотных рам технологическими тягами на опорном основании после монтажа поворотной платформы; на фиг. 16 - схема замера расстояния между торцами внутренних колец подшипников подшипниковых узлов; на фиг. 17 - схема замера расстояния между торцами внутренних колец подшипников подшипниковых узлов с увеличенным изображением подшипников; на фиг. 18 - схема замера расстояния между торцами втулок; на фиг. 19 - схема замера расстояния между торцами втулок с увеличенным изображением втулок.
Сборку испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета осуществляют следующим образом.
Перед началом монтажа секционно-пространственной конструкции поворотной платформы выполняют предварительные работы, которые включают выбор в цеху сборки ровной установочной поверхности с отклонением от горизонтали не более 10 мм на контрольной длине 25 метров в любом направлении по габаритам не меньше, чем габариты каркаса опорного основания 1 (фиг. 1). Обозначают на установочной поверхности продольную и поперечную оси каркаса основания 1 и выполняют обмеры с целью определения фактического положения элементов крепления основания к установочной поверхности. Устанавливают, в соответствии с технической документацией, элементы крепления основания 1 к установочной поверхности и закрепляют каркас основания 1 к указанной поверхности. При этом отклонение от взаимоперпендикулярного положения осей каркаса опорного основания 1 не должно превышать одного углового градуса.
Устанавливают на собранный каркас опорного основания 1 стыковочные пластины 2 стоек 3, стыковочные пластины 2 раскосов 6 и подкосов 7, закрепляют их болтами. Затяжка болтов при выполнении данной операции выполняется от руки. Устанавливают на прикрепленные стыковочные пластины 2 стойки 3 (фиг. 2) и, посредством технологических тяг 4, выводят их в положение, при котором верхние торцевые поверхности стоек 3 будут горизонтальны (отклонение от горизонтали не должно превышать тридцати секунд в любом направлении). Выполняют приварку стоек 3 к стыковочным пластинам 2. После чего удаляют технологические тяги 4.
Устанавливают на стойки 3 тройники 5 (фиг. 3). Затем устанавливают и прикрепляют к тройникам 5 стыковочные пластины для раскосов 6 (фиг. 4) и подкосов 7 и закрепляют их болтами. Затяжка болтов при выполнении данной операции выполняется от руки. Совмещают раскосы 6 и подкосы 7 с их стыковочными пластинами и выполняют их приварку друг к другу. Снимают болты и производят контроль на отсутствие зазоров, которые могут возникнуть в результате поводок после сварки в стыках между раскосами 6, стойками 3 и тройником 5. В случае обнаружения зазоров устраняют их специальными пластинами и затягивают болтовые соединения.
Выполняют контроль положения верхних поверхностей тройников 5. Отклонение поверхностей от горизонтального положения не должно превышать одного градуса в любом направлении. В случае выхода величины отклонения за пределы допуска выполняют корректировку положения тройника 5 посредством установки регулировочных прокладок с выполнением повторного контроля.
Перед установкой поворотных рам на собранное опорное основание 1 выполняют их предварительную сборку на технологической площадке. При сборке внутренней поворотной рамы сначала проводят сборку поперечных стенок 9 (см. фиг. 5) с установкой на них пальцев 10. Далее выполняют сборку продольных стенок, на первом этапе элементы крепления объекта испытаний не устанавливают.
Устанавливают на собранные поперечные стенки 9 стыковочные пластины 11 продольных стенок 12 и закрепляют их болтами (см. фиг. 6). Затяжку болтов при выполнении данной операции выполнять от руки.
Устанавливают собранные поперечные 9 и продольные стенки 12 на специальный стапель в такое взаимное положение, при котором продольные оси пальцев 10 будут находиться на одной оси, верхние поверхности верхних балок 12 продольных стенок и верхние поверхности верхних балок поперечных стенок 9 будут находиться в горизонтальных плоскостях, а пластины нижних балок продольных и поперечных стенок будут находиться друг против друга.
Прихватывают концы верхних балок продольных стенок 12 к их ранее установленным стыковочным пластинам 11. После чего снимают продольные стенки 12 с прихваченными к ним стыковочными пластинами 11 со стапеля, для чего выполняют разборку выполненных ранее болтовых соединений, и выполняют окончательную сборку продольных стенок.
Вновь устанавливают собранные продольные стенки 12 на стапель, устанавливают на пластины нижних балок 14 поперечных и продольных стенок стыковочные пластины 13 вставок 15 и закрепляют их болтами (см. фиг. 7). Прихватывают концы вставок 15 к стыковочным пластинам 13. После чего снимают вставки 15 со стыковочными пластинами 13 со стапеля, выполняют их окончательную сборку и окончательно закрепляют вставки 15 между нижними балками 14 стенок внутренней поворотной рамы.
На верхние и нижние балки приваривают элементы крепления объекта испытаний (на фиг. не показано).
На первом этапе сборки внешней поворотной рамы отдельно выполняют сборку поперечных и продольных стенок (см. фиг. 8).
На поперечные стенки 16 устанавливают стыковочные пластины 17 продольных стенок 18 и закрепляют их болтами. Затяжка болтов при выполнении данной операции выполняется от руки. Собранные поперечные стенки 16 внешней рамы посредством подшипниковых узлов 19 устанавливают на пальцы 10 внутренней поворотной рамы (см. фиг. 9). Поперечные стенки 16 внешней поворотной рамы устанавливают в такое положение, при котором их верхние поверхности горизонтальны и параллельны верхним поверхностям стенок 9 и 12 внутренней поворотной рамы. Такое взаимное положение фиксируется приспособлением 20.
Устанавливают продольные стенки 18 на стапель в такое взаимное положение при котором оси их пальцев 21 находятся на одной оси. Затем выверяют верхние поверхности балок продольных стенок 18 по горизонту. Прихватывают концы балок продольных стенок 18 к их стыковочным пластинам 17. После чего снимают продольные стенки 18 с прихваченными к ним стыковочными пластинами 17 со стапеля, для чего выполняют разборку выполненных ранее болтовых соединений, и выполняют окончательную сборку продольных стенок.
Монтаж внутренней и внешней поворотных рам на основании выполняют в следующей последовательности.
Устанавливают на палец 21 одной из продольных стенок 18 внешней поворотной рамы регулировочную втулку и закрепляют ее с помощью технологического приспособления на пальце 21 (на фиг. не показано). Посредством кран-балки поднимают продольную стенку 18 и переносят ее в такое положение, при котором ось пальца 21 совпадает с осью подшипника в подшипниковом узле 22 (фиг. 10-11). Заводят свободный конец пальца 21 внутрь подшипникового узла 22, снимают установленное технологическое приспособление, после чего продолжают движение пальца 21 внутрь подшипникового узла 22 до упора регулировочной втулки в подшипник и производят фиксацию продольной стенки 18 относительно подшипникового узла 22 боковыми тягами 23, верхней тягой 24 (фиг. 12) и фиксирующим стаканом (на фиг. не показан). Затем устанавливают полученный модуль на тройник 5 (фиг. 13) и фиксируют положение продольной стенки 18 путем ее соединения технологическими тягами 25 с основанием. На пальцы 10 внутренней поворотной рамы устанавливают втулки и снятые со стапеля поперечные стенки 16 внешней поворотной рамы (фиг. 14), приводят поперечные стенки 16 внешней и внутренней поворотных рам в положение, при котором они будут параллельны друг другу, и посредством технологического приспособления 20 закрепляют их во взаимнонеподвижное положение.
Для упрощения процесса монтажа внутренней и внешней поворотных рам предварительно определяют расстояние между торцами внутренних колец 26 подшипников подшипниковых узлов (фиг. 16 и 17), после чего определяют расстояние между торцами втулок 27 (фиг. 18 и 19), а затем осуществляют корректировку расстояния между торцами втулок 27, соответствующего расстоянию между торцами внутренних колец 26 подшипников, путем или торцевания втулок 27, или установкой дополнительных регулировочных колец (на фиг. не показаны).
Посредством кран-балки поднимают собранный модуль и переносят его в положение, при котором поперечные стенки 18 внешней поворотной рамы расположены оппозитно соответствующим стыковочным пластинам 17 ранее установленной на основание продольной стенки 18, касаются их и выполняют соединение между собой болтами и гайками. После этого фиксируют положение указанной подсборки путем ее соединения технологическими тягами 25 с опорным основанием. Затем устанавливают на тройник 15 вторую продольную стенку 18 внешней поворотной рамы, предварительно соединив болтами свободные концы поперечных стенок 16 внешней поворотной рамы, и вновь фиксируют продольную стенку 18 к основанию технологическими тягами 25 (фиг. 15).
После выполнения всех описанных действий по сборке, монтажу и фиксации подвижных рам приступают к установке компонентов системы приводов рам.
За счет поэтапного монтажа секционно-пространственной конструкции поворотной платформы сам процесс сборки значительно упрощается, при этом за счет того, что сборку осуществляют секционными модулями, каждый из которых собирают отдельно, собранная поворотная платформа обладает высокой жесткостью. За счет узлов крепления, соединенных и выверенных с помощью оптических приборов, обеспечивается не только эффективное восприятие действующих нагрузок от функциональной оснастки поворотной платформы или работающего оборудования, закрепленного на поворотной раме, но и обеспечивается достоверность результатов стендовых испытаний. Заявленный способ сборки позволяет осуществлять формирование горизонтальных поверхностей модулей, и обеспечивать расположение осей подшипниковых узлов модульного крепления во взаимно перпендикулярном положении и их расположение в одной плоскости, что также повышает достоверность результатов при проведении испытаний топливной системы вертолета. Поэтапное выполнение сборки поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета позволяет производить сборку с использованием простого подъемного оборудования, например, кран-балки или погрузчика.
Заявляемый способ является прогрессивным, а его практическое использование создает положительный эффект, который заключается в возможности применения слабомощных подъемных устройств для монтажа тяжелых компонентов.
В настоящее время способ сборки поворотной платформы испытательной установки авариестойкой топливной системы вертолета находится на стадии подготовки к применению.