用于拆除和更换主结构件的多梁方法和装置的制作方法

专利名称：用于拆除和更换主结构件的多梁方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及改造客机为货机的改装。更具体地说，涉及当主结构部件被拆除和更换时用于支持改装的飞机而不造成损坏的方法和装置。
目前，航空公司经营者需要更多的能够有效地装运货物的飞机。结果，有些航空公司经营者已经改装客机来有效地装运货物。这样的改装，或称改型，可能是花费时间并且代价昂贵。主结构件，如地板梁，必须被从隔框中拆除更换以适应货物引起的较高的结构负荷。同样，需要将新地板梁定位得非常接近旧地板梁的位置，以便防止在主结构件之一中产生预应力或预载荷的情况。在过去，地板梁是个别的更换。在拆除任何梁之前，存在的地板梁被光学定位以确立其现存剖面。这些数据然后用来定位个别梁。在新地板梁安装之后，安装加强肋，动力驱动单元，座椅导轨，承力点，以及货物搬运系统。这种现有的工艺在旧的地板梁拆除后，允许结构的运动。地板梁高度不同，需要用垫片调整承力点，并且不平的地板梁造成安装加强肋，座椅导轨，以及动力驱动单元的困难。这种工艺需要过量的时间进行地板结构的安装，这部分是由于经常在地板下面的狭窄空间中工作。这种困难降低了质量，常常导致第二次费力的返工。另外，钻屑，工具，以及其它物品落入飞机的下半部时，要找回和去除是费时的。
根据本发明的一个方面，在改型中支撑飞机的举升系统被加以改进以便作用在飞机上的最大弯矩负荷保持的小于一特定极限，以防止部件的预载荷或失准。再者，沿着机身的测量在每个隔框处进行，从主货舱门向前和向后的地板梁均被拆除，新地板的大型预装段被安装。同样在安装中，机身横断面的测量被重复进行，在安装新的前段梁时，如果任何测量量发生改变，大于一预定的量，则使其回到所需要的极限内并保持在其中。
根据本发明，利用一非常特殊大的，独特的C型工具来使一多达二十四个地板梁的二十四梁组件(阵列)通过主货舱门并运到机身的前段进行安装。地板梁拼接件被设计得可以减少通过主货舱门搬入的组件的尺寸。
根据本发明的这些方面以及其它方面，动力驱动单元以及以前以组件安装的地板现在包括这些非常大的组件，因而减少了必须在机身内进行的工作。


图1是将要改装为货机的客机的侧视立面图。
图2是图1的飞机的平面图。
图3是机身前段在载荷条件下的弯矩图。
图4是通过主货舱门将后段升入机身时的机身弯矩图。
图5是新地板梁在后部车间制造的图。
图6到图15是本发明的C型工具的等角投影图。
图16是表示本发明的C型工具的剖面图。
图17表示典型的承力点装置以及加强支撑件。
图18用来移动主地板门组件的C型工具缩尺图。其示出无倾斜旋转。
图19示出了使其通过主货舱门的旋转和倾斜能力。
图20示出了不碰到主货舱门侧面设置地板梁的水平位置。
图21和22示出了C型工具的缩尺侧视图。
图23示出了一承力点装置。
图1是一要改装为货机的飞机10的侧视立面图。一主货舱门12靠近地板梁14(以虚线表示)的中心。一地板梁前组件以16表示。许多举升机18示意性地绘出。
图3示出两套地板梁30，其形成一“组件”32。组件32已装配好，准备在通过主货舱门12进入机身19后安装。门12并没有大到可以手工通过门12将组件32搬入机身而无太大的困难及明显的安全问题(每个梁的重量可能超过1000磅)。由于这个原因，设计了一特殊的C型工具用来协助将组件32搬入机身。加强组件的加强肋设置的在靠近地板梁的中心与另一个类似的组件拼接，在这种情况下每一个组件具有大约二十四个待拼接的梁。
表5和表6是使用二十九个举升机举升过程的数据。
图6示出了一特殊的C型工具50移动一安装到地板梁上的部件构成的组件32。一操纵者控制特殊的C型工具使其就位到正确的区域以吊起地板梁。
表1
表2
图7示出了特殊的万向工具50，其装在吊车上并吊着一多梁组件。C型工具50大体为C型并在其下臂上具有一具有两个旋转轴的万向接头52。一操纵者54具有一手持控制系统以选择性地在两个万向轴上旋转组件及使其移动，以便根据需要将组件移到机身的远端。
图6到图15示出了在操纵者54的控制之下要通过主货舱门进入的组件52的位置。
图13示出了多梁组件的固定点。
图17示出了万向接头和其它固定点的旋转。
图5示出了两套主地板梁。包括新地板梁，加强肋，座椅导轨，动力驱动器，承力点等等。这些均在后部车间制造。
图6是既倾斜又围绕垂直轴旋转的地板梁。
图7是接近最大向上运动。
图8和图9是接近最大旋转运动。
图9-图15是用C型工具进入飞机机身的过程。
图16是包括一万向接头，一气动马达，一C型工具，一绳缆固定器，一加强支撑件，以及一用于移动地板梁组件的地板梁组件。
图18示出了旋转但轻微倾斜的情况，示出了旋转而无倾斜地从C型工具上拆除的情况。
图19示出了当进入主货舱门时需要既旋转有倾斜的情况。
本申请人已开发了一种结构分析程序来确保使用此工艺不导致飞机损坏。
举升工艺如下1)对飞机进行称重并确定重心。2)用解析法将飞机分成壁板，对每块壁板称重并确定重心。这提供飞机全长的重量分布。3)一使用矩分布方法的计算机程序被用来平衡多个举升机输入以及飞机重量分布直到机身弯矩处于预定的可接受值内。4)然后飞机在三个主举升机上举升。其余所需的举升机位于计算步骤3所确定的位置。5)举升机然后同时加载到其适当载荷。6)然后所有的举升机定位锁定并且改装工作(包括拆除地板梁)开始。
在旧方法中，要安装的地板梁在固定到隔框上之前浮置在支撑工具上。另外，一旦固定到隔框上，直到由加强肋固定的相邻的地板梁之后，地板梁才变得稳定。在飞机中走动的人员(机械师，工程师，管理人员等)必须注意其掉落的危险。稳定地建立的组件消除了这些潜在的危险。
使用旧工艺，地板梁被固定到隔框上，然后与地板梁相连的结构必须(座椅导轨，加强肋等)再添加上去。机械师或者躺在地板梁上，或者站在货舱的不平而狭窄的表面上(常常在梯子上)。掉下的零件和工具对于在地板下面工作的机械师是一种危险，也经常损坏飞机结构。这些都是困难的工作环境并且当与地板梁结合时并没有相互准确定位，因此产品的质量低下并且存在大量的返工。在新工艺中，地板梁组件在飞机外部建造。新的工作环境易于机械加工，较为安全，建造中产生的返工减少了大约75％。
在多梁组件建成之前，所有的地板组件逐一地更换。建造和安装地板结构时所遵循的步骤概括如下将飞机举升起。
使用光学采集数据确定板梁的顶端的高度值。
所述光学采集数据被装入计算机程序，此程序计算每个新的地板梁应当如何上下移动和移动多少来保持图纸的平直度要求(有时需要1-3天来接收回馈数据)。
地板梁支撑工具安装在下半部，当新的各地板梁安装时支撑它们。
各别的地板梁被拆除，与之相邻的地板梁留在原位。
注意旧方法中只允许一次拆除一个地板梁。
在旧方法中，采用计算机打出的高度值(步骤3)，机械师计算沿着剩下的相邻的地板梁定位直线边缘所需要的调整垫片厚度，以用于设定新地板梁的高度值。然后新地板梁被固定到隔框上。
然后，在步骤5中留在原位的地板梁被拆除。然后使用刚被安装上的地板梁，以及调整垫片和直线边缘，来定位其余的新地板梁。注意在定位第一组地板梁时的任何误差都会传递到第二组。
加强肋，座椅导轨，动力驱动单元支撑结构，地板，液压导管夹子，承力点，电气固定点之后逐一安装。
然后检查支撑货物搬运系统的地板梁承力点的平直度并且用垫片调整以符合每个图纸要求(如果需要的话)。如果超出图纸要求，则使用另一种处理误差的组织方式。然后安装货物搬运系统。零部件不会容易地滑入就位，有时候就位非常困难。
考察并试验过许多迭代法以及独创性的方法。此方法涉及举升机要求，加工问题，有关一次可拆除或更换的地板梁数目的问题，以及确定最小结构移动的数据。此工艺现在已稳定。用于新方法中的飞机零件与旧方法中的相同，除了根据需要增加地板梁和座椅导轨拼接件以便于组件安装以外。所描述的本方法可用在将客机改装为特定的货机中。除了飞机的后部分不需要改造以外，同样的方法还可用于将客货机改装为特定的货机。
地板梁组件可在飞机到达之前在后部车间中建造，这些地板梁组件包括加强肋，座椅导轨，动力驱动单元支撑结构，承力点(无调整垫片)，以及大多数地板，液压导管夹，以及电气固定点。使用工具定位地板梁与座椅导轨。其余的组件然后安装到地板支座上。
设计用来帮助搬运组件的地板梁和座椅导轨拼接件同样在后部车间中在组件上定位和预先钻孔。组件的尺寸范围从9到24个地板梁。
然后使用旧方法的“增强”版来举升飞机。
支撑工具安放在下半部并且滚子托盘工具与分段44相交放置以允许组件向前移动。
在地板梁的高度值点，隔框之间的距离(横贯飞机)被测量并记录。然后旧地板结构被拆除。
组件的前段通过主货舱门被装入飞机，置于支承工具上，并滚到飞机的前段。组件的后段以相似的方式就位。
地板梁和座椅导轨的拼接件(从步骤3起)被连接以将各个部件连接到一起。
然后利用在下部定位的支撑工具将组件下降到位。在组件相互过渡或与尚未拆除的(以及不需拆除的)地板梁过渡处检查承力点以确认平直度。如果没有达到图纸要求的平直度，则在承力点下增加调整垫片以获得所需的平直度。
测量隔框之间的距离并和步骤5中所测得的距离相比较。在地板梁连接之前，将任何移动超过.01的隔框恢复到其原始位置。
然后将新地板梁连接到隔框上。
这种新工艺比起旧的具有许多优点。这些优点将在以下描述，导致工作场所更安全，产品质量更好，返工更少，并且减少了飞机作业时间。
在旧方法中，要安装的地板梁在固定到隔框上之前浮置在支撑工具上。另外，一旦固定到隔框上，直到由加强肋固定的相邻的地板梁之后，地板梁才变的稳定。在飞机中走动的人员(机械师，工程师，管理人员等)必须注意其掉落的危险。稳定地建造组件消除了这些潜在的危险。
使用旧工艺，地板梁被固定到隔框上，然后与地板梁相连的结构(座椅导轨，加强肋等)再添加上去。机械师或者躺在地板梁上，或者站在货舱的不平而狭窄的表面上(常常在梯子上)。掉下的零件和工具对于在地板下面工作的机械师是一种危险，也经常损坏飞机结构。这些都是困难的工作环境并且当与地板梁结合时并没有相互准确定位，因此产品的质量低下并且存在大量的返工。在新工艺中，地板梁组件在飞机外部建造。新的工作环境易于机械加工，较为安全，建造中产生的返工减少了大约75％。
在旧方法中，建造地板中形成的金属碎屑落入下部隔框，桁条等等周围，清理这些金属碎屑即费时又费力。在新方法中，大多数组件的建造是在飞机以外进行的，清理工作仅是清扫车间的地板而已。
在旧方法中，隔框的移动没有受到监测，在新方法中，采用“提高”的举升，监测以及如果需要时的恢复隔框移动被减至最小。这使得隔框几乎没有预载荷。此外，在旧方法中，隔框趋向于向外移动，这在地板梁上产生边缘空白问题。采用新方法则可以减轻边缘空白问题(但是由于材料蠕变不会消除)。
地板梁的光学数据采集及相随的计算机运行均被取消。同时也消除了进行这些工作的直接成本，消除了厂房因数据采集人员造成的混乱以及相应的1-3天的计算机处理所需的等待时间。再者，机械师也不再需要计算调整垫片厚度以设定地板梁的高度值。
使用新方法，仅在承力点处需要少量的调整垫片来保证平直度要求。在数据上，没有调整垫片超过图纸允许量。
安装货物搬运设备也由于地板结构更平而变得容易。不再需要“锤击”零件就位。由于组件在飞机到达之前就后部车间建造，改装所需的机库时间也减少了大约10天以上。
在飞机到达之前建造组件的能力允许操作中优化地使用人力。在不紧张的时间，人力可送到后部车间建造以后所需的组件。而需要时这些人力返回到飞机旁。
在旧方法只允许一次拆除一根地板梁的场合，多梁法允许一次拆除许多根地板梁。结果，在车间中一次可拆除大段的地板梁结构，节约了时间和劳动力。可以拆除的地板段尺寸仅由实际的操作来限制。
为了完成多梁计划，进行了数项改变。这包括举升，加工，以及工作顺序，这些改变将在以下描述。
为了允许多个地板梁同时拆除，现存的举升机必须增强。附加的吊架以及起吊夹具增加到现存的举升机系统中。现存的用于计算在举升飞机时的机身弯矩的计算机程序被修改以适应附加的举升机。允许的机身弯矩现在保持在一合理值(经验允许在中央翼段上的偏离)。新的举升方法比起旧方法允许较小的机身矩。附图表示了旧的和新的举升系统。飞机举升中所包括的其它细节也包含在内。
为了消除向隔框引入有害的预载荷的可能性，采用了.01的隔框移动偏移的极限。结果，开发了测量和恢复超出.01的移动的方法。
需要工具来支撑组件并在飞机中移动。开发了使得组件在装入机身后移动到其适当位置(也就是说，向前或向后)的滚轮。
设计了一种工具来提起组件以装入飞机。此工具经座椅导轨与组件相连。工具的设计允许组件向其侧面倾斜并其后旋转进入飞机中的位置。要允许二十四根梁的组件安放入机身就需要这种能力。
当安装到多梁组件上的飞机部件与先前逐一安装到飞机上的部件相同时，必须开发地板梁和座椅导轨拼接件以允许组件被安装到飞机上。在安装全部多梁部件时有关的计划被加以改变以允许作为一个组件建造。
需要确定能够通过货舱门装入的组件的尺寸，以便使组件的尺寸优化。制造了一模型其确定二十四地板梁组件可作为一单元(如果地板梁在B.L.O拼接)通过主货舱门装入。结果，在飞机的前段，组件包括从STA.520直到STA.980(二十四根梁)所有的地板梁。在飞机的后段，使用14,9和14根地板梁的三个组件。这些组件跨度从STA.1500到STA.1760,STA.1780到STA.1940，以及STA.1960到STA.2220。注意后段地板梁不在B.L.O.拼接。这允许使用某些现存的地板梁拼接件。
本发明的一个重要的方面是一特殊的“C”型工具，其被利用来将二十四地板梁组件(阵列)通过主货舱门移入机身。此工具主要包括一加强支撑件，一“C”型部分，一万向接头，一气动马达，以及若干滑动重量。
加强支撑件是一桁架状件，设计用来以足够的刚度与地板梁组件连接以防止在装入过程中损坏组件。加强支撑每二十英寸在承力点处和座椅轨道处连接到组件上。
所述“C”型工具是一起吊夹具，设计来支撑地板梁组件和加强支撑的重量。C段的结构必须是这样的，使得组件可以被放置到飞机机身中并且夹具的上部不与飞机的隆起相碰。夹具的垂直部分必须在装入组件时不与机身侧部相碰。“C”型工具由一起重吊车吊起。
“C”型工具和加强支撑件通过一万向接头相互连接。万向接头允许加强支撑件绕水平轴旋转以及从一水平面倾斜到一大约垂直面。
一气动马达被固定到加强支撑件上并且用绳缆连接到“C”型工具的夹具固定件上。当其动作时所述马达转动一缠有绳缆的滚筒。此动作引起加强支撑件和组件从水平位置向垂直位置倾斜。马达反向旋转使得加强支撑件反向运动。
采用一系列的平衡重量使得工具可用于不同的组件尺寸。
所述工具按以下方法使用用起重吊车将工具从工具座上吊起并移动到将要装入飞机的地板梁组件处。
起重吊车将工具降低到组件上并将工具连接到组件上。
针对要起吊的特定组件根据需要调整平衡重量。
起吊组件并倾斜到近似垂直位置。
操作吊车通过主货舱门将组件的前端装入，当组件装入时，调整其方向并向前移动。
一旦进入飞机就将组件倾斜回水平位置并降低到内部搬运系统上。平衡重量然后恢复到其名义位置，加强支撑件从组件上拆除。
重复此过程直到全部组件进入飞机。
本发明不限于上述实施例，本发明包括不背离本发明的精神和范围的所有变化和修改。
权利要求
1．一种改进的举升飞机的方法，包括将飞机按解析法分成各个壁板，对每个壁板求出重量和重心；提供飞机沿长度的重量分布；一计算机程序，其使用矩分布方法，用来平衡多个举升机输入以及飞机重量分布，直到机身弯矩处于预定的可接受水平；然后各举升机同时加载到适当载荷。
2．一种特殊的飞机工具，用于从飞机机身的外部到内部移动大型物品，包括一加强支撑件；一C型工具；一万向接头；以及一气动马达；其中所述加强支撑件和C型工具通过万向接头相互连接。
全文摘要
一种特殊的飞机工具,用于在装卸货物时从飞机机身的外部到内部移动大型物品。所述工具包括:加强支撑件;C型工具;万向接头和气动马达,其中C型部是设计用来支承地板梁组件重量和加强支撑件的起吊夹具。本发明还包括改进的飞机举升方法。
文档编号B64F1/22GK1231979SQ9910461
公开日1999年10月20日 申请日期1999年3月30日 优先权日1998年3月31日
发明者约翰·D·弗兰德, 迈克尔·W·斯旺克, 戴维·B·海姆, 杰克·M·惠特尼, 迈克尔·J·威兰, 阿瑟·W·伯登, 丹尼尔·J·约翰逊, 维尔马·C·凯泽, 布鲁斯·A·查普尔 申请人:波音公司