飛機(jī)起落架噴丸強(qiáng)化設(shè)備

宋有軍，魏麗華，吳壽喜，叢艷平

（1.青島海納重工集團(tuán)公司，山東 青島 266032；2.青島開世密封工業(yè)有限公司，山東 青島 266033；3.山東松下電子信息有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

起落架是飛機(jī)實(shí)現(xiàn)起飛著陸功能的主要裝置，作為飛機(jī)安全飛行的關(guān)鍵部件，起落架受力嚴(yán)重、工作環(huán)境惡劣、故障率高。據(jù)統(tǒng)計，由于起落架結(jié)構(gòu)和與起落架有關(guān)的部件導(dǎo)致的事故大約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)破壞事故2/3以上[1]。

由于起落架零件結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜，造成許多應(yīng)力集中點(diǎn)，加之起落架零件材料為30CrMnSiA鋼和30CrMnSiN2A鋼，對應(yīng)力集中較為敏感，在應(yīng)力集中部位容易產(chǎn)生微裂紋和應(yīng)力腐蝕開裂。某種飛機(jī)的起落架斷裂竟占60%～70%，經(jīng)對斷裂零件的斷口進(jìn)行金相分析，認(rèn)為85%以上者屬于疲勞斷裂[2]。

噴丸強(qiáng)化是消除應(yīng)力、提高表面強(qiáng)度、減少疲勞斷裂的非常有效的工藝手段，在航空領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。噴丸強(qiáng)化工藝用金屬或玻璃丸以較高的速度撞擊金屬零件表面，使金屬表面層在超過屈服強(qiáng)度的條件下延伸，從而使金屬圍繞每個彈丸產(chǎn)生塑性流動，形成了表面壓縮壓力，也使金屬表面晶粒的形狀和方向改變，提高表面強(qiáng)度[3]。

本文所述噴丸強(qiáng)化設(shè)備即為飛機(jī)起落架研發(fā)的噴丸強(qiáng)化專用設(shè)備。

1 飛機(jī)起落架零件特點(diǎn)和工藝要求

1.1 飛機(jī)起落架零件特點(diǎn)

起落架零件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、內(nèi)腔是深孔，另外還有一些小孔（最小直徑為φ13mm）。如圖1所示。

圖1 飛機(jī)起落架

1.2 噴丸工藝要求

1）使用S110丸粒，弧高度值0.1 A～0.25 A；

2）使用S230丸粒，弧高度值0.1 A～0.45 A。

2 噴丸強(qiáng)化設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

1）噴丸器：有效容積0.06 m3；數(shù)量2臺。

2）噴槍：小孔旋轉(zhuǎn)噴槍、外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍各1支，小孔旋轉(zhuǎn)噴槍口徑φ4mm、φ8 mm，轉(zhuǎn)速15r/min～150r/min，外壁、深內(nèi)孔噴嘴口徑φ8 mm。

3）壓縮空氣：壓力 0.4mPa～0.6 MPa，1 支噴槍最大空氣消耗量4m3/min。

4）彈丸一次加入量：S110，1000kg；S230，1000kg。

5）提升量：6 t/h。

6）除塵風(fēng)量：5000m3/h。

7）總功率（含除塵）：10.5 kW。

3 噴丸強(qiáng)化設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 主要結(jié)構(gòu)及組成

圖2 飛機(jī)起落架噴丸強(qiáng)化機(jī)布置圖

本設(shè)備主要由噴丸與丸粒處理設(shè)備（包括三種不同功能的噴槍、每種噴槍有一套丸粒流量數(shù)字控制裝置、兩臺自動充料噴丸器、一套丸?；厥张c分選裝置、一套濾筒式除塵系統(tǒng)）、噴槍多軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)臺車、噴丸室、電氣控制等組成。設(shè)備總布置圖如圖2所示。

3.2 工作原理

針對飛機(jī)起落架有深孔和小孔需要噴丸的特點(diǎn)，采用了不同的特殊噴槍、多軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)、CNC控制等。噴丸室頂部設(shè)噴槍多軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)，噴槍可作升降、水平、擺角運(yùn)動，使其成為多功能噴槍，將起落架裝夾在回轉(zhuǎn)臺車上，運(yùn)送和使起落架旋轉(zhuǎn)以接受噴丸，運(yùn)用普通噴槍噴射外表，運(yùn)用深內(nèi)孔噴槍噴射深達(dá)1m以上的內(nèi)孔，運(yùn)用小孔旋轉(zhuǎn)噴槍噴射≥φ13mm小孔。

3.3 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)

3.3.1 外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍和小孔旋轉(zhuǎn)噴槍

采用壓入式噴丸——即噴丸器兩臺，其中一臺噴丸器采用S230彈丸，設(shè)兩支噴槍，一支噴起落架的外壁，另一支噴深內(nèi)孔。另一臺噴丸器采用S110彈丸，設(shè)一支噴槍，接小孔旋轉(zhuǎn)噴槍噴小孔。三支噴槍均由機(jī)械手伺服電機(jī)控制。

1）外壁噴槍

噴射起落架零件外表面時，分解為圓柱面與非圓柱面。

對圓柱面，裝夾時使其繞圓柱面軸線旋轉(zhuǎn)，噴槍作升降運(yùn)動；對非圓柱面，噴槍作水平或升降運(yùn)動，通過擺角運(yùn)動調(diào)整噴射方向。這樣使其外表各個部位達(dá)到均勻的噴射。采用直噴嘴，噴嘴采用復(fù)合耐磨材料，以保證噴嘴的使用壽命。如圖3所示。

圖3 外壁噴槍工作示意圖

2）深內(nèi)孔噴槍

噴射深內(nèi)孔時，裝夾時使其繞深內(nèi)孔軸線旋轉(zhuǎn)，噴頭作升降運(yùn)動、側(cè)向噴射，使深內(nèi)孔達(dá)到均勻的噴射。

為了滿足1100mm的內(nèi)孔噴丸，其一要保證1100mm深度，其二要保證起落架噴丸效果的均勻性，并且不能碰撞起落架內(nèi)腔。設(shè)置一合金鋼材料的加長槍桿，保證剛度；采用復(fù)合耐磨材料雙面反射噴嘴，即保證噴槍噴嘴的使用壽命，又盡可能的降低了槍桿的振動。深內(nèi)孔噴槍如圖4所示。

圖4 深內(nèi)孔噴槍

3）小孔旋轉(zhuǎn)噴槍裝置及結(jié)構(gòu)

對于小孔噴丸，通常多采用噴槍不轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)的工作方式。但對于工件不易或無法繞小孔中心旋轉(zhuǎn)的時候，就要考慮噴槍旋轉(zhuǎn)。本設(shè)備采用了旋轉(zhuǎn)噴槍。小孔旋轉(zhuǎn)噴槍主要由噴槍桿，傳動裝置，減速伺服裝置，傳動箱體，噴管與支承座，拆卸卡具等部分組成。小孔旋轉(zhuǎn)噴槍外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。其特點(diǎn)為：

圖5 小孔旋轉(zhuǎn)噴槍外形與結(jié)構(gòu)圖

①因噴槍中空，且細(xì)長，為保證傳動精度采用同步帶、同步帶輪傳動；

②采用骨架式橡膠油封和密封圈等多道迷宮式密封，同事同時噴槍的傳動箱體采用正壓密封形式來解決它的密封問題。

③因小孔旋轉(zhuǎn)噴槍要整體拆卸，設(shè)計時還要考慮其整體重量，設(shè)置噴槍拆卸專用卡具，有效的解決了噴槍拆卸難的問題。

通過反復(fù)試驗(yàn)，小孔旋轉(zhuǎn)噴槍性能優(yōu)良。

3.3.2 閥閘組合流量控制裝置

為保證每支噴槍噴射量穩(wěn)定，采用美國EI公司生產(chǎn)的電磁流量閥，用數(shù)字控制丸粒流量，在電磁流量閥上方設(shè)有密封丸粒閘門。

這種閥閘組合流量控制裝置有效遏制了噴丸器與噴槍之間的壓差對電磁流量閥流量的影響，加強(qiáng)了流量的穩(wěn)定性，保證精度≤±5%。且控制方便、便于維修。進(jìn)一步保證了起落架噴丸工藝的穩(wěn)定性。閥閘組合流量控制裝置如圖6所示。

圖6 閥閘組合流量控制裝置

4 試驗(yàn)與測試

4.1 小孔旋轉(zhuǎn)噴槍圓跳動精度試驗(yàn)

分別作通電試驗(yàn)，通電和通氣試驗(yàn)，通電、通氣和負(fù)荷試驗(yàn)。

1）使用 φ4×φ8×φ150（mm）噴槍試驗(yàn)，結(jié)果均能保證噴槍圓跳動精度滿足φ13mm小孔的要求。

①工作條件：φ4×φ8×φ150（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速50r/min，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表1）：

表1 試驗(yàn)結(jié)果

2）使用 φ8×φ15×φ300（mm）噴槍試驗(yàn)，結(jié)果均能保證噴槍圓跳動精度滿足φ22mm小孔的要求。

①工作條件：φ8×φ15×φ300（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速50r/min，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表2）。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

4.2 噴丸孤高度值試驗(yàn)

1）外壁噴槍試驗(yàn)

①工作條件：轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速8 r/min，噴嘴到試片距離250mm，噴槍不動，使用S230彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表3）。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

2）深內(nèi)孔噴槍試驗(yàn)

①工作條件

轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速10r/min，噴槍中心到試片距離40mm，噴槍升降120mm，使用S230彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表4）。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

3）小孔旋轉(zhuǎn)噴槍試驗(yàn)

①工作條件

φ8×φ15×φ300（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速 50r/min，噴槍中心到試片距離20mm，噴槍升降120mm，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表5）。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

5 小 結(jié)

此次研制飛機(jī)起落架噴丸強(qiáng)化設(shè)備，無論是從設(shè)計開發(fā)還是生產(chǎn)制造，都經(jīng)過了嚴(yán)格而細(xì)致的策劃和驗(yàn)證，取得了良好效果。交付用戶試用后，我公司對其使用情況進(jìn)行了跟蹤考核：彈丸分選系統(tǒng)、噴丸器、外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍、小孔旋轉(zhuǎn)噴槍運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)協(xié)議和設(shè)計要求。

［1］馬建.起落架結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測技術(shù)研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2010（01）：1.

［2］劉長生.噴丸強(qiáng)化延長起落架壽命［J］.航空制造技術(shù)，1981（04）：20.

［3］楊昭明.先進(jìn)工藝在飛機(jī)起落架制造中的應(yīng)用航空制造技術(shù)［J］.航空制造技術(shù)，2005（06）：102.