分流活門組件制造技術(shù)分析與改進(jìn)

賈軍鋒，王曉平，周　亮，胡愈剛

(中國人民解放軍駐陜飛公司軍事代表室，陜西 漢中 723200)

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分流活門組件制造技術(shù)分析與改進(jìn)

賈軍鋒，王曉平，周亮，胡愈剛

(中國人民解放軍駐陜飛公司軍事代表室，陜西 漢中 723200)

摘要：針對分流活門組件泄漏量超差問題進(jìn)行了深入分析與研究，提出了活門套筒的窗口尺寸、窗口切割方法，研磨余量和研磨膏粒度的制造技術(shù)分析以及改進(jìn)技術(shù)方案。經(jīng)試驗驗證表明，改進(jìn)后的產(chǎn)品能夠有效解決分流活門組件泄漏量超差問題，保證了飛行安全。

關(guān)鍵詞：分流活門組件；泄漏量；切割方法；研磨余量

分流活門組件是飛機(jī)起落架重要部件。在轉(zhuǎn)彎操縱狀態(tài)下，其與前起落架轉(zhuǎn)彎操縱和反饋機(jī)構(gòu)一起，構(gòu)成飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎的機(jī)械-液壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎的隨動控制；在前輪減擺狀態(tài)下，自動接通前輪轉(zhuǎn)彎減擺系統(tǒng)液壓阻尼油路，吸收飛機(jī)前輪擺振能量，對前輪轉(zhuǎn)彎液壓系統(tǒng)進(jìn)行超壓保護(hù)及油液補(bǔ)償。其應(yīng)用于多個型號飛機(jī)起落架上，在對分流活門組件廠內(nèi)軍檢驗收時，發(fā)現(xiàn)分流活門組件泄漏量超差，造成批次不合格，經(jīng)過分析和改進(jìn)后故障排除。

1故障現(xiàn)象及危害

1.1故障現(xiàn)象

在廠內(nèi)軍檢驗驗收過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分流活門組件液壓為28 MPa時，活門中立位置泄漏量>1.5 dm3/min，而指標(biāo)泄漏量≤1 dm3/min；在液壓為11 MPa，分流活門閥芯左、右旋轉(zhuǎn)3°時，分流活門的泄漏量均<5 dm3/min，而指標(biāo)泄漏量均>5 dm3/min。經(jīng)統(tǒng)計分析，活門中立位置各窗口的遮蓋量超差，導(dǎo)致分流活門組件泄漏量超差。

1.2故障危害

當(dāng)分流活門組件泄漏量較小時，分流活門組件的零組件間摩擦力較大，可造成卡滯現(xiàn)象，導(dǎo)致起落架無法操縱；當(dāng)分流活門組件泄漏量較大時，可造成起落架液壓系統(tǒng)功率損失較大，導(dǎo)致起落架轉(zhuǎn)彎動力不足，轉(zhuǎn)彎角速度跟隨性差。嚴(yán)重時，分流活門組件泄漏量較小或較大都會導(dǎo)致起落架轉(zhuǎn)彎失靈，飛機(jī)沖出跑道，造成嚴(yán)重飛行安全事故。

2原因分析

根據(jù)俄羅斯、美國和國內(nèi)北京航天航空大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、601所、603所以及611所等研究機(jī)構(gòu)對分流活門組件相關(guān)工作的研究情況，活門中立位置各窗口的遮蓋量超差主要受分流活門組件套筒窗口尺寸的大小、窗口銳邊的微觀缺陷、零組件同軸度和組件間配合間隙等因素影響。下述針對影響分流活門組件泄漏量超差的因素進(jìn)行分析[1]。

2.1結(jié)構(gòu)特性原理

分流活門組件主要由活門閥芯、活門套筒和外套組成(見圖1)，其主要作用是控制進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動筒內(nèi)液壓油的方向和流量，實現(xiàn)前輪的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，并控制轉(zhuǎn)動速率。分流活門閥芯左端與轉(zhuǎn)彎操縱桿連接，分流活門套筒右端與轉(zhuǎn)彎反饋軸連接。

圖1　分流活門組件結(jié)構(gòu)

當(dāng)分流活門組件處于中立位置時，閥芯和套筒上的油孔(矩形孔)被互相遮蓋，此時轉(zhuǎn)彎作動筒兩腔的進(jìn)回油路被封死，液壓油不能操縱前輪轉(zhuǎn)彎。當(dāng)前輪需要轉(zhuǎn)彎時，駕駛員移動方向舵腳蹬，腳蹬的運(yùn)動通過傳動部分傳給分流活門閥芯，使其轉(zhuǎn)過某一相應(yīng)角度。當(dāng)轉(zhuǎn)動角度大于分流活門的遮蓋量(不靈敏區(qū))時，活門失調(diào)，壓力油開始進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動筒的某一腔，轉(zhuǎn)彎作動筒將轉(zhuǎn)動力矩傳遞給前起落架轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)使機(jī)輪旋轉(zhuǎn)；同時，與轉(zhuǎn)彎反饋軸連接的分流活門套筒，在轉(zhuǎn)彎反饋機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下始終跟隨分流活門閥芯轉(zhuǎn)動。當(dāng)停止轉(zhuǎn)彎(即不再控制分流活門閥芯旋轉(zhuǎn))時，分流活門套筒就會與分流活門閥芯處于原有的相對角度位置，隔斷供油路和回油路，作動筒不再移動，機(jī)輪便停留并被鎖定在某一角度位置。

2.2窗口尺寸的大小和位置對分流活門組件性能的影響

分流活門套筒和閥芯處于相對中立位置時的縱向剖面圖如圖2所示。從圖2可知，分流活門套筒通油窗口尺寸A和閥芯通油窗口尺寸B的大小，決定了活門組件中立位置時遮蓋量M值的大小，而遮蓋量M值是影響分流活門不靈敏區(qū)和流量特性的主要因素。若M值不符合設(shè)計要求，則不能滿足分流活門不靈敏區(qū)為0.5°～1.5°的要求。當(dāng)M值超大，且在活門失調(diào)(偏離不靈敏區(qū))到一定角度時，有可能出現(xiàn)活門的開口量不足的現(xiàn)象，從而不能達(dá)到活門組件的流量特性要求。

圖2　　　分流活門套筒和閥芯處于相對　　　中立位置時的縱向剖面圖

活門套筒和活門閥芯通油窗口位置度的理想狀態(tài)是圖中2的M1、M2、M3和M4值相等，活門的不靈敏區(qū)和活門失調(diào)到一定角度后的流量特性就能達(dá)到理想狀態(tài)。由于機(jī)械加工誤差等原因，活門套筒和閥芯各通油窗口沿圓周方向不能達(dá)到理想的相對位置狀態(tài)，各個M值大小不一?；铋T最小的M值決定了活門不靈敏區(qū)的大小。當(dāng)活門失調(diào)到一定角度時，最大M值處活門的開口量又是最小的，因此，通油窗口的位置誤差，會影響到活門組件的不靈敏區(qū)和流量特性。

2.3窗口形狀對分流活門組件性能的影響

按設(shè)計圖樣要求，理想的通油窗口(見圖3)是規(guī)則的矩形，經(jīng)過活門的流量隨活門開啟量呈線性變化，活門流量特性好。

圖3　理想的通油窗口

4種常見的通油窗口形狀缺陷現(xiàn)象如圖4所示。如果通油窗口形狀誤差較大，出現(xiàn)歪斜、扭曲，矩形孔等缺口，則會減小窗口的有效通油面積，增加流量阻力，造成流量不足，從而影響分流活門組件的性能。

圖4　不理想的通油窗口

從圖4可知，矩形窗口如不能保持銳邊(出現(xiàn)圓角)，就會影響活門組件中立位置的有效遮蓋量(見圖5)，導(dǎo)致活門中立位置的不靈敏區(qū)減小，泄漏量增大。

圖5　矩形窗口銳邊局部放大圖

2.4同軸度對分流活門組件性能的影響

2.4.1零件間同軸度對分流活門組件性能的影響

從圖1可以看出，活門組件工作時，活門閥芯相對于活門套筒需要轉(zhuǎn)動。由于零件間的配合間隙很小，如果零件相關(guān)安裝定位面間的同軸度誤差超出一定范圍，就會導(dǎo)致零件轉(zhuǎn)動卡滯，影響活門組件的正常工作。同軸度誤差會導(dǎo)致活門轉(zhuǎn)動時徑向間隙偏向一邊，在有壓力油通過活門時，液壓油會對活門產(chǎn)生不對稱的徑向壓力，造成活門轉(zhuǎn)動力矩增大甚至卡滯，超出操縱或反饋力矩要求。

2.4.2活門套筒外圓和內(nèi)孔同軸度誤差對分流活門組件性能的影響

活門套筒的矩形孔加工時是通過外圓定位的。在保證定位準(zhǔn)確和加工精度的情況下，矩形孔的對稱中心面與活門套筒外圓的軸線是重合的。如果活門套筒的內(nèi)孔與外圓存在一定的同軸度誤差，則會造成活門套筒內(nèi)孔軸線與矩形孔的對稱中心不重合?；铋T套筒內(nèi)孔配合的活門閥芯上的矩形孔和活門套筒上的矩形孔存在位置度誤差?；铋T套筒外圓與內(nèi)孔同軸度誤差示例圖如圖6所示。從圖6可以看出，當(dāng)活門套筒外圓與內(nèi)孔存在同軸度誤差e時，活門閥芯與活門套筒形成的遮蓋量N1和N2會出現(xiàn)較大的差值，從而影響活門組件的不靈敏區(qū)和開啟特性[2]。

圖6　活門套筒外圓與內(nèi)孔同軸度誤差示例圖

2.5配合間隙對分流活門組件性能的影響

分流活門組件中，外套、活門套筒和活門閥芯之間是通過間隙密封的?；铋T組件間的配合間隙越小，活門的泄漏量就越小，活門的功率損失就越小。但零件加工過程中存在形狀和位置誤差，加工后由于釋放加工應(yīng)力出現(xiàn)微觀變形，以及高、低溫狀態(tài)下零件尺寸發(fā)生微量變化等因素，因此，活門組件間需要合理的配合間隙，保證零件間相對轉(zhuǎn)動靈活平穩(wěn)。從圖1可知，通過理論計算和反復(fù)試驗，活門套筒與外套的配合間隙要求為0.007～0.010 mm，活門閥芯與活門套筒的配合間隙要求為0.006～0.009 mm。間隙超出最小值，則可能導(dǎo)致相對運(yùn)動零件出現(xiàn)卡滯；間隙超出最大值，則可能導(dǎo)致分流活門組件的泄漏量超出設(shè)計要求。

3改進(jìn)措施

3.1活門套筒的窗口尺寸改進(jìn)

根據(jù)技術(shù)文件要求，活門套筒的進(jìn)油口尺寸寬度為(4.23±0.03) mm，回油口尺寸寬度為(3.8±0.03) mm，長度均為5 mm。依據(jù)改進(jìn)方案對新加工6個活門套筒進(jìn)行驗證試驗，油口寬度變化統(tǒng)計表見表1，試驗情況見表2。

表1　油口寬度變化統(tǒng)計表

從表2可知，窗口寬度尺寸縮小后，中立位置泄漏量明顯減少，均處于合格范圍內(nèi)，大部分泄漏量偏上限。但是，不靈敏區(qū)和左、右3°泄漏量均不合格。利用挫修方式修正窗口尺寸，使不靈敏區(qū)和左、右3°泄漏量達(dá)到合格范圍內(nèi)。綜合分析表2中試驗數(shù)據(jù)，窗口寬度尺寸分別改為進(jìn)油口(4.20+0.020) mm、回油口(3.8±0.01) mm，可有效改善分流活門組件泄漏量超差問題。

3.2改進(jìn)窗口切割方法

從表1可知，1號、2號、3號和4號活門套筒的窗口用快走絲切割方式加工，5號和6號活門套筒的窗口用慢走絲切割方式加工?？熳呓z切割方式是一次加工至要求尺寸，表面粗糙度Ra達(dá)1.6 μm，尺寸精度達(dá)0.01 mm。慢走絲切割方式是1次主切，2～3次修切，表面粗糙度Ra為0.8～0.4 μm，尺寸精度達(dá)0.005 mm。慢走絲比快走絲在組件表面粗糙度和窗口位置精度上提高約1倍。對比表2中采取不同切割方式的活門套筒試驗數(shù)據(jù)(尤其是6號活門套筒)，慢走絲切割方式活門套筒中立位泄漏量，左、右3°泄漏量和不靈敏區(qū)均處于合格。表明將切割方式由快走絲改為慢走絲是可行有效地。

3.3改進(jìn)研磨余量和研磨膏粒度

利用慢走絲切割方式新加工5個活門套筒，其窗口寬度尺寸都分別按(4.20+0.02)和(3.8±0.03) mm，試驗情況見表3。5個活門套筒中立位置泄漏量均約為1.5 dm3/min，左、右3°泄漏量基本一致，不靈敏區(qū)幾乎一樣，特性表現(xiàn)基本一致。

表2　6個活門套筒試驗情況統(tǒng)計表

表3　新活門套筒試驗情況

根據(jù)設(shè)計要求，研磨后活門套筒內(nèi)孔尺寸為(10.98+0.018 0) mm，加工后實際內(nèi)孔尺寸見表3，需要進(jìn)行研磨去除多余量。通過加大研磨余量(范圍為0.02～0.03 mm)和將研磨膏粒度由W20改為粒度更小的W10進(jìn)行研磨，進(jìn)行第2次試驗，試驗情況見表4。從表4可以得出，5個活門套筒中立位置泄漏量全部合格，左、右3°泄漏量接近合格，不靈敏區(qū)都偏小，僅1號活門套筒的活門中立位置泄漏量超差0.1 dm3/min，表明改進(jìn)措施切實有效。同時說明，改進(jìn)后的研磨余量和研磨膏粒度可以提高活門套筒窗口銳邊的微觀完整性，改善研磨面的表面粗糙度、各組件同軸度和組件配合間隙[3]。

表4　表3中零件第2次研磨后的試驗情況

4改進(jìn)措施效果綜合驗證

利用改進(jìn)方案重新加工9件活門套筒進(jìn)行試驗，結(jié)果見表5。表5中，1號、2號、5號、6號、7號和8號活門套筒為1次試驗成功，3號、4號和9號活門套筒為對窗口進(jìn)行了2次輕微的修整后試驗成功，最后1～9號活門套筒性能均合格。由此可見，改進(jìn)措施能夠有效解決分流活門組件泄漏量超差問題，從而保證飛行安全。

表5　改進(jìn)方案效果

5結(jié)語

為排除分流活門組件泄漏量超差故障，結(jié)合分流活門組件各個零組件的制造工藝，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性要求，提出如下建議。

1)分流活門組件的活門套筒窗口寬度從進(jìn)油口尺寸為(4.23±0.03) mm、回油口尺寸為(3.8±0.03) mm，改為進(jìn)油口尺寸為(4.20+0.02) mm、回油口尺寸為(3.8±0.01) mm，可以顯著地提高活門套筒遮蓋量，減少中立位置泄漏量。

2)活門窗口切割方式由快走絲改為慢走絲，改善了分流活門組件的表面粗糙度Ra和位置精度。

3)活門套筒內(nèi)孔尺寸的研磨余量范圍加大至0.02～0.03 mm，研磨膏粒度由W20改為粒度更小的W10，能夠有效地消除方孔銳邊的微觀缺陷，改善研磨面的表面粗糙度和間隙密封性。

4)針對改進(jìn)后的分流活門組件，建立了數(shù)學(xué)模型和機(jī)械工程模型，進(jìn)行了理論計算，獲得了最優(yōu)結(jié)構(gòu)模型，并已應(yīng)用于后續(xù)產(chǎn)品上。

5)應(yīng)繼續(xù)對改進(jìn)后的產(chǎn)品泄漏量進(jìn)行跟蹤，加強(qiáng)故障分析研究，提高分流活門組件質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡文琴.機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計分析[J].新技術(shù)新工藝，2015(8):25-27.

[2] 黃本堯，鐘蜀華.某型發(fā)動機(jī)燃調(diào)分流活門設(shè)計[J].航空發(fā)動機(jī)，2007(z1):123-125.

[3] 李培滋，王占林.飛機(jī)液壓傳動與四氟控制：上冊[D].北京：國防工業(yè)出版社，1979.

責(zé)任編輯鄭練

Analysis and Improvement for the Manufacturing Technology on Shunt Valve Component

JIA Junfeng, WANG Xiaoping, ZHOU Liang, HU Yugang

(Military Agent’s Room, PLA Stationed in Shaanxi Aircraft Manufacturing Corporation, Hanzhong 723200, China)

Abstract：The in-depth analysis and research is based on the shunt valve component of oil leakage out-of-tolerance problem. Propose the technical improvement solutions that are the improvement of valve sleeve window size, window cutting method, grinding allowance and grinding paste particle size. Through the experiments, the improved products can effectively reduce the flight safety accident which is caused by the shunt valve component of oil leakage out-of-tolerance.

Key words:shunt valve component, oil leakage, cutting method, grinding allowance

收稿日期：2015-10-27

作者簡介：賈軍鋒(1988-)，男，助理工程師，主要從事機(jī)械液壓產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和質(zhì)量管理等方面的研究。

中圖分類號：TH 137.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A