某型飛機空中受油管自動開鎖故障分析

■ 范鑫 劉峰 皮月亮/國營蕪湖機械廠

0 引言

某型飛機空中受油管是一個單獨附件，其收上位置處于機身頭部艙內(nèi)，并由安裝在轉(zhuǎn)接短管上的鉸鏈板遮蓋。飛行時多次出現(xiàn)空中受油管于收上位置自動開鎖的情況，影響飛行作戰(zhàn)訓(xùn)練。地面油泵供壓檢查時發(fā)現(xiàn)，空中受油管收回后，電動液壓開關(guān)斷電瞬間空中受油管從收上位置自動開鎖。

1 工作原理分析

1.1 空中受油管組成

空中受油管（見圖1）主要由受油頭、轉(zhuǎn)接短管、活塞桿、終點電門機構(gòu)、探管殼體、液壓作動筒、法蘭盤短管組成。液壓作動筒安裝在空中受油管的內(nèi)部，并以鉸接方式與活塞桿、法蘭盤短管連接。在液壓作動筒放出和收回期間，由焊在液壓作動筒表面的筋條來支撐液壓作動筒，以防止轉(zhuǎn)向。

圖1 空中受油管組成簡圖

空中受油管液壓收放系統(tǒng)由電動液壓開關(guān)、兩用活門、節(jié)流器以及空中受油管內(nèi)部的液壓作動筒組成（見圖2）。當(dāng)空中受油管控制轉(zhuǎn)換電門在“放出”位置時，液壓系統(tǒng)的高壓液壓油由電動液壓開關(guān)控制流出，經(jīng)兩用活門、節(jié)流器到液壓作動筒下腔，液壓作動筒伸出，帶動空中受油管放出。當(dāng)受油管收放電門放在“收回”位置時，油液反方向流動，液壓動作筒收回，帶動空中受油管收回。

1.2 收上位置鎖工作原理

液壓作動筒下部配置了空中受油管的收上位置鎖（見圖3），由可移動的活塞、矩形彈簧和被固定在作動筒內(nèi)表面上的鋼珠夾圈組成。鋼珠被配置在液壓作動筒活塞末端的環(huán)形孔內(nèi)。當(dāng)收上時，帶鋼珠的活塞環(huán)壓住活塞并且鋼珠卡在鋼珠夾圈的環(huán)形槽內(nèi)，活塞的尾端阻止鋼珠從槽中脫出。

液壓作動筒被鎖在收上位置，當(dāng)傳遞“壓縮彈簧”用的液體壓力時（見圖4），活塞在液體壓力作用下受壓，并使鋼珠脫開，鋼珠便從鋼珠夾圈的槽中脫落，并釋放液壓作動筒，液壓作動筒在工作液體壓力作用下開始向放出方向運動。

1.3 電路控制原理

空中受油管收放系統(tǒng)電路主要附件關(guān)聯(lián)見圖5，當(dāng)把空中受油管控制轉(zhuǎn)換電門置于“放出”位置時，27V電經(jīng)線路加到電動液壓開關(guān)的4號線，控制空中受油管放出。放出位置時電動液壓開關(guān)電源不切斷，始終保持供壓狀態(tài)。

圖2 液壓收放系統(tǒng)原理圖

圖3 收上位置鎖示意圖

圖4 空中受油管收上位置開鎖原理圖

當(dāng)把空中受油管控制轉(zhuǎn)換電門置于“收回”位置時，27V電經(jīng)線路加到油量耗量系統(tǒng)臺架上，油量耗量組合延時2±0.5min后，輸出27V電經(jīng)線路加到液壓電動開關(guān)的3號線，空中受油管被收回，電動液壓開關(guān)延遲30±10s斷電?？罩惺苡凸芊懦龊?s內(nèi)，控制轉(zhuǎn)換電門置于“收回”位置，可不延時收回。

當(dāng)空中受油管在收回位置自動開鎖后，只要空中受油管控制轉(zhuǎn)換電門處于“收回”位置，空中受油管會再次收回，勢必導(dǎo)致空中受油管反復(fù)出現(xiàn)在收上位置自動開鎖、在收回位置上鎖的現(xiàn)象。

2 開鎖原因分析

2.1 開鎖壓力分析

液壓壓力作用在活塞表面，使活塞移動，活塞移動在消除一定空行程后，對矩形彈簧施加載荷，液壓壓力產(chǎn)生的載荷和矩形彈簧的壓縮量成正比。液壓壓力持續(xù)增加，矩形彈簧逐漸被壓縮，矩形彈簧壓縮量滿足開鎖行程后，鋼珠鎖達到開鎖狀態(tài)。實際開鎖行程即是活塞的移動量，活塞移動量由活塞、矩形彈簧、連接器的實際加工尺寸以及矩形彈簧和連接器之間的調(diào)整墊圈尺寸決定。

忽略運動摩擦力不計，則

式中，p為活塞桿表面液壓壓力；G為活塞上的負載；A為活塞的作用面積。

鋼珠鎖配合尺寸簡圖如圖6所示?；钊睆紻為35mm，矩形彈簧材料為65Si2MnWA，最大許用載荷P=117±13kgf，按最大許用載荷上限計算，則p=1.35MPa，按最大許用載荷下限計算，則p=1.08MPa。實際開鎖過程中，因為活塞和連接器之間的摩擦力作用，在矩形彈簧最大壓縮量時，鋼珠鎖的開鎖壓力應(yīng)大于理論計算值。

2.2 回油壓力分析

圖5 空中受油管收放系統(tǒng)主要附件關(guān)聯(lián)圖

圖6 鋼珠鎖配合尺寸簡圖

液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液體流動方向突然改變或停止時，液體流動速度將發(fā)生急劇變化。由于流動液體的慣性和運動部件的慣性，使系統(tǒng)中的壓力在某一瞬間突然急劇上升，形成一個壓力峰值。空中受油管收放系統(tǒng)工作時電動液壓開關(guān)閥口轉(zhuǎn)換、液壓作動筒制動，可能導(dǎo)致液壓作動筒工作腔內(nèi)壓力變化，使空中受油管收放系統(tǒng)局部回油壓力高于正常系統(tǒng)回油壓力。對空中受油管運動速度、回油壓力變化進行分析。

活塞桿推出的平均速度為

活塞桿收回的平均速度為

以上公式中，q1、q2為輸入流量（m2/s）；D為無桿腔活塞直徑（m）；d為有桿腔活塞直徑（m）；ηcv為液壓腔容積效率，當(dāng)有密封件密封時，泄漏量很小，可近似取1。

節(jié)流器流量為8.0～10.0L/min，即活塞桿推出的輸入流量；D=35mm、d=27mm，忽略運動摩擦力不計，理論計算活塞桿推出的平均速度=138.7～173.3mm/s；活塞桿行程700mm，空中受油管放出時間為4～5s。實際測試空中受油管放出時間為4～6s，與理論計算基本一致。

活塞桿收回流量等于系統(tǒng)工作流量，約為20～30L/min，活塞桿收回的平均速度為856.1～1284.2mm/s；空中受油管收回時間為0.6～0.8s。實際測試空中受油管收回時間為4～6s，遠大于理論計算值?？罩惺苡凸苁栈貢r間大于理論計算值，應(yīng)是空中受油管收回時的摩擦力以及回油管路流阻較大導(dǎo)致。當(dāng)液壓開關(guān)電源斷開后，液壓作動筒放出腔、收回腔通過液壓電磁開關(guān)與回油系統(tǒng)相通，此時液壓作動筒收回腔的高液壓壓力會經(jīng)過電磁開關(guān)進入放出腔，導(dǎo)致放出腔壓力瞬間上升，如果放出腔回油流阻較大，將導(dǎo)致放出腔壓力釋放緩慢。

3 壓力測試試驗

地面油泵壓力為28MPa，分別向電動液壓開關(guān)3號線、4號線提供27V電壓，接通電動液壓開關(guān)負載1、負載2，放出、收回空中受油管。利用由傳感器、采集器、分析軟件組成的瞬時壓力測量系統(tǒng)，測量空中受油管不同工況下收放系統(tǒng)管路壓的瞬時壓力值，生成壓力曲線（見圖7、圖8）。

對瞬時壓力測試數(shù)據(jù)進行分析：受油管放出過程中，液壓作動筒放出腔壓力與地面油泵供給的壓力一致，液壓作動筒收回腔和系統(tǒng)回油壓力相近，沒有明顯上升。受油管放出位置上鎖后，對電動液壓開關(guān)斷電，收回腔壓力沒有變化。在空中受油管收回過程中，液壓作動筒收回腔壓力略低于地面油泵供給的壓力，放出腔由回油系統(tǒng)壓力上升至11MPa左右。當(dāng)空中受油管在收回位置上鎖后，收回腔壓力上升至地面泵供給最大壓力，放出腔壓力下降至系統(tǒng)回油壓力。但當(dāng)電動液壓開關(guān)斷電瞬間，放出腔壓力出現(xiàn)瞬間上升現(xiàn)象，壓力值達到0.78～1.78MPa，高于正常系統(tǒng)回油壓力值0.3～0.5MPa，部分試驗采集數(shù)據(jù)也接近或高于鋼珠鎖理論開鎖壓力1.08～1.35MPa，導(dǎo)致空中受油管偶爾出現(xiàn)自收上位置自動開鎖故障。

圖7 收放試驗過程壓力曲線

圖8 電磁開關(guān)斷開瞬間壓力曲線

4 結(jié)論

空中受油管在收回位置時電動液壓開關(guān)斷電，液壓作動筒收回腔、放出腔與系統(tǒng)回油相通，收回腔的高壓力通向放出腔，導(dǎo)致液壓作動筒放出腔壓力瞬間上升，上升壓力值高于鋼珠鎖的開鎖壓力，當(dāng)壓力上升維持的時間達到收上位置鋼珠開鎖條件時，空中受油管收上位置鋼珠鎖即被解鎖，出現(xiàn)自動開鎖現(xiàn)象。因此，需提高鋼珠鎖開鎖壓力，設(shè)置鋼珠鎖最小開鎖壓力值并有一定的安全裕度，以保證空中受油管收上位置上鎖的可靠性，降低自動開鎖故障率。