基于某型發(fā)動(dòng)機(jī)特殊狀態(tài)杠桿的狀態(tài)分析

■ 張國紅 寇德均 韓晨 諶青軍/成都航利（集團(tuán)）實(shí)業(yè)有限公司

加力特殊工作狀態(tài)的功能是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合調(diào)節(jié)器的指令，重調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)的主狀態(tài)和加力狀態(tài)，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)總的燃油消耗量。對于噴口—加力調(diào)節(jié)器來說，在“OP”特殊狀態(tài)時(shí)，油門桿刻度為111.5?～112.5?，加力燃燒室燃油耗量減少，噴管臨界截面積直徑減小6%。

“OP”特殊狀態(tài)工作附件由兩部分組成，一個(gè)是感受油門桿位置的受感部分，一個(gè)是將綜合調(diào)節(jié)器指令變?yōu)闇p小加力供油量的執(zhí)行部分。杠桿處于執(zhí)行部分，主要起到中間傳遞力的作用。當(dāng)綜合調(diào)節(jié)器發(fā)出接通加力特殊工作狀態(tài)的電信號時(shí)，特殊狀態(tài)電磁活門ИМ5通電，關(guān)閉加力供油量重調(diào)活門下腔回油路，使下腔壓力增大，活塞上移，并通過杠桿向左移動(dòng)凸輪軸，使杠桿繞軸作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)氣針右移，輸往波紋管中的氣壓P2''減小，因此擺叉活門左移，造成第五輸油圈定量活門右移，通過平衡架的右移，使通往第二、第一和第五輸油圈的油路關(guān)小，加力燃燒室的供油量減少。

1 工作原理

表1 檢測報(bào)告

2 零件特性分析

針對某型發(fā)動(dòng)機(jī)特殊狀態(tài)杠桿零件表面出現(xiàn)裂紋情況，對杠桿進(jìn)行了材料分析、材料硬度分析和裂紋特性分析。

1） 材料分析

經(jīng)查杠桿無制造圖樣，無法獲取其材料成分，在分析鑒定零件材料成分后，結(jié)論為30СrMnSiA，調(diào)質(zhì)鋼，檢測報(bào)告如表1所示。

根據(jù)零件材料牌號，查《中國航空材料手冊》相關(guān)內(nèi)容，該材料室溫抗剪強(qiáng)度值為715MPa（橫向）。

3） 材料硬度分析

對該零件的開口槽一端進(jìn)行金相試驗(yàn)分析，結(jié)論為：內(nèi)圓滲碳層深0.91mm，心部組織為回火索氏體+殘余奧氏體+碳化物，滲層為回火馬氏體+碳化物，開口槽內(nèi)部為滲碳層，而基體材料硬度為HV0.2：308～315，檢測結(jié)果如圖1所示。

3） 裂紋特性分析

針對該零件磁力探傷裂紋情況（見圖2），為研究裂紋產(chǎn)生原因，在生產(chǎn)現(xiàn)場任意選取了一件因裂紋而報(bào)廢的杠桿，送理化室分析裂紋特性，分析鑒定結(jié)果認(rèn)為探傷發(fā)現(xiàn)的裂紋屬于材料裂紋。

3 受力分析

根據(jù)杠桿（見圖3、圖4）實(shí)際工況條件，進(jìn)行理論受力分析。

1） “OP”特殊狀態(tài)處于非工作狀態(tài)

當(dāng)“OP”特殊狀態(tài)處于非工作狀態(tài)時(shí)，加力供油量重調(diào)活門在復(fù)位彈簧及上下腔油壓的共同作用下處于平衡狀態(tài)，相關(guān)零組件無相對位移，認(rèn)為此時(shí)杠桿不受來自加力供油量重調(diào)活門和滾輪的作用力。

2） “OP”特殊狀態(tài)處于工作狀態(tài)

如果“OP”特殊狀態(tài)啟用，杠桿兩端將受到加力供油量重調(diào)活門和滾輪給予的力。假設(shè)受力作用于杠桿的С、A兩點(diǎn)，且力的方向均垂直于兩端，做緩慢勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5所示，該條件下杠桿所受力矩達(dá)到最大值。

圖1 分析檢測結(jié)果

a. 首先，將杠桿所受力矩向B點(diǎn)簡化，得

計(jì)算得出

Fc為加力供油量重調(diào)活門下腔油液壓強(qiáng)與接觸面積乘積。

b. 經(jīng)查，加力供油量重調(diào)活門（見圖6）上腔油液壓強(qiáng)Pc上為1.1～1.2MPa，取Pc上=1.2 MPa；加力供油量重調(diào)活門下腔油液壓強(qiáng)Pc下為2.009～2.156MPa，取Pc下=2.2MPa；加力供油量重調(diào)活門上腔彈簧工作狀態(tài)向下的彈力為F彈=6N，計(jì)算加力供油量重調(diào)活門所受合力如下。

由圖7可計(jì)算出接觸面積：

S上=π·0.0092=2.54×10-4m2

S下= π·0.0092-π·0.00252=2.34×10-4m2由圖7可計(jì)算出上下腔油壓：

由此得出：

計(jì)算С點(diǎn)的剪切強(qiáng)度，С處的截面如圖8、圖9所示。

計(jì)算得到С處截面面積

Sc=3.77×10-5m2

所以，С處所受剪切強(qiáng)度

計(jì)算A點(diǎn)的剪切強(qiáng)度，A處的截面如圖10、圖11所示。

計(jì)算得到A處剪切面面積

圖2 磁粉線形顯示位置金相

圖3 杠桿

圖4 杠桿尺寸示意圖

圖5 杠桿受力簡圖

圖6 加力供油量重調(diào)活門

圖7 受油壓截面圖

圖8 C處受力面圖

圖9 C處的截面圖

圖10 A處受力面圖

圖11 A處的截面圖

所以，A處所受剪切強(qiáng)度

比較A點(diǎn)和С點(diǎn)處所受剪切強(qiáng)度，32.35MPa＞5.41MPa，即A點(diǎn)處所受剪切強(qiáng)度大于С點(diǎn)處的剪切強(qiáng)度。

結(jié)合查閱《中國航空材料手冊》得到的杠桿材料室溫抗剪強(qiáng)度值715MPa，可以得出32.35MPa＜＜715MPa，即杠桿工作過程中受到的最大剪切強(qiáng)度遠(yuǎn)小于材料允許的剪切應(yīng)力。

4 結(jié)論

通過杠桿的理論受力分析情況可知，零件工作過程中受到的剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料允許的剪切應(yīng)力，即零件的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較大；但當(dāng)零件表面出現(xiàn)裂紋時(shí)，材料的抗剪力呈衰減趨勢。

根據(jù)目前掌握信息，噴口加力調(diào)節(jié)附件僅在大修地面試驗(yàn)器上進(jìn)行“OP”特殊狀態(tài)試驗(yàn)性能參數(shù)調(diào)整時(shí)才使用該零件，故該零件的工作頻率較低。

綜合以上分析，對于磁力探傷發(fā)現(xiàn)的杠桿上存在的材料裂紋，由于是非使用過程中產(chǎn)生，且外場未使用“OP”特殊狀態(tài)，故不影響發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)使用。