發(fā)動機滑油彎管卡箍故障及處理分析

王琦+于曉光+張彤+陳宇+唐學來+邢百軍

摘 要：由于發(fā)動機滑油彎管卡箍的運用范圍大多數(shù)在飛機的發(fā)動機上，因此發(fā)動機滑油彎管卡箍的質(zhì)量直接影響飛機的飛行安全。發(fā)動機滑油彎管卡箍在飛機發(fā)動機上最重要的作用就是襯墊。而帶墊卡箍是一類將飛機中各類管路線連接卡緊或固定在相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上的通用零件，金屬卡箍和襯墊是帶墊卡箍的組成結(jié)構(gòu)。由于帶橡膠襯墊卡箍上普遍都包有橡膠層，橡膠層能夠有效的避免金屬卡箍之間的摩擦碰撞，因此可以有效的防止卡箍磨損管路和電線電纜。然而，由于橡膠材料具有不耐高溫、不耐老化的特點，因此，帶電卡箍普遍使用周期不長。文章主要通過對發(fā)動機滑油系統(tǒng)的組成部分及重要作用、發(fā)動機滑油彎管卡箍故障的試驗、試驗結(jié)果的分析總結(jié)以及提出發(fā)動機滑油彎管卡箍的改進措施四個方面為發(fā)動機滑油彎管卡箍故障及處理分析進行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：帶墊卡箍；試驗；作用及原理分析；改進措施

中圖分類號：V233 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0071-02

前言

發(fā)動機滑油彎管卡箍主要應(yīng)用在飛機的發(fā)動機上，我國現(xiàn)用的軍用飛機卡箍在符合《固定導管的環(huán)形卡箍通用規(guī)范（HB7647-2004）》的前提下，卡箍只具有單獨的類型以及選定的特定材料。而國外飛機卡箍則普遍不具備這一特點，擁有多種類型，且多種規(guī)格的材料，并且在使用與維護過程中具有一定的性能優(yōu)勢。在我國某種型號發(fā)動機帶墊卡箍由于一些特定的原因，經(jīng)常出現(xiàn)卡箍失效的故障，為了尋求這些特定的原因，及時有效的提出最優(yōu)裝配力矩的措施，從而有效的優(yōu)化工藝流程，力求在我國飛行機領(lǐng)域能夠有效避免此類故障的再次發(fā)生。

1 發(fā)動機滑油系統(tǒng)的組成部分及重要作用

1.1 發(fā)動機滑油系統(tǒng)的組成部分

發(fā)動機滑油系統(tǒng)主要由壓力系統(tǒng)、回油系統(tǒng)與通氣系統(tǒng)三個部分所組成的。壓力系統(tǒng)主要負責發(fā)動機的供油，因此，發(fā)動機的壓力系統(tǒng)主要從滑油箱開始到滑油噴嘴而結(jié)束的一個過程。發(fā)動機的回油系統(tǒng)主要從軸承腔開始到滑油箱結(jié)束的一個過程。油氣分離器與各部分的通氣管路構(gòu)成一套完整的發(fā)動機通氣系統(tǒng)。

1.2 發(fā)動機滑油系統(tǒng)的重要作用

發(fā)動機滑油系統(tǒng)具有潤滑、冷卻、清潔、防腐等四個方面的作用。發(fā)動機的相關(guān)運動的零部件表面用一層油膜覆蓋，使金屬與金屬之間不能直接接觸，從而使油膜與油膜相互接觸，有效減小金屬之間的摩擦力，從而減小由于金屬摩擦所帶來的經(jīng)濟損失。發(fā)動機滑油從軸承與其他溫度較高的部件中吸收熱量，從而能夠使散熱器將熱量傳遞給冷卻介質(zhì)，從而達到冷卻的作用?；拖到y(tǒng)的清潔作用主要是帶走軸承與其他部件磨損時所產(chǎn)生的微小顆粒。發(fā)動機在金屬部件表面被具有一定厚度的油膜所覆蓋，避免金屬與空氣直接接觸，從而有效的防止金屬的氧化與腐蝕?；拖到y(tǒng)不僅是發(fā)動機狀態(tài)的載體，而且能夠為其他系統(tǒng)提供工作介質(zhì)。在渦漿發(fā)動機中，由于滑油帶走較多的熱量，因此滑油系統(tǒng)也可以作為防冰系統(tǒng)的熱源。

2 發(fā)動機滑油彎管卡箍故障的試驗

2.1 宏觀觀察

某種型號發(fā)動機的卡箍襯墊經(jīng)常出現(xiàn)襯墊故障事件，通過對帶墊卡箍裝配情況與失效卡箍的外觀進行宏觀的觀察，發(fā)現(xiàn)故障件襯墊雖然保持較好的彈性、柔性且卡箍表面未發(fā)生氧化現(xiàn)象，只是卡箍表面有開裂的情況發(fā)生。我們發(fā)現(xiàn)故障卡箍開裂不是發(fā)生在卡箍襯墊的一端直角處，就是發(fā)生在卡箍襯墊兩端的直角處，開裂的情況普遍沿卡箍的縱向進行擴展。故障卡箍裂紋一般是在卡箍襯墊一端直角處內(nèi)側(cè)，且源區(qū)較粗糙，冶金缺陷現(xiàn)象并未發(fā)生。

2.2 材料符合性檢查

發(fā)動機滑油彎管卡箍主要通過物理化學性能檢測與紅外線光譜檢測兩種檢測途徑對材料的符合性進行有效的比對。由于F275氟橡膠是故障件卡箍所采用的主要材料材質(zhì)，因此我們通過選取F275氟橡膠與故障件卡箍進行一定程度的燃燒，由于F275氟橡膠的燃燒性能與故障件卡箍的燃燒性能基本上完全保持一致，因此可以說明故障卡箍所采用的材料材質(zhì)就是F275氟橡膠。而通過對故障件與庫存件、F275氟橡膠分別進行紅外光譜檢測，我們發(fā)現(xiàn)它們?nèi)叩奈辗逦恢门c強度基本保持一致，因此認定為同一材料，均為F275氟橡膠。

2.3 差熱-熱重實驗

差熱-熱重實驗的實驗條件應(yīng)當滿足升溫速度為每分鐘升高10℃與通高純的氣體流量應(yīng)當滿足每分鐘20ml。剝?nèi)テ浔砻娴腇275氟橡膠的完好的庫存卡箍通過德國耐蝕STA449C綜合熱分析儀進行差熱熱重分析，其分析結(jié)果如下圖1所示：

由圖1可知， 328℃為該型號帶墊卡箍中橡膠分解的一個臨界點。

2.4 耐熱實驗

我們可以選取一批具有良好性能的該型號庫存件卡箍，隨機選擇其中的七個，通過對它們進行特地情景下的耐熱實驗，其耐熱實驗結(jié)果如下表1所示：

實驗結(jié)果表明，在持續(xù)高溫的前提下，庫存卡箍的F275氟橡膠襯墊無論在哪種狀態(tài)下，都能保持完好的性能。

3 試驗結(jié)果分析總結(jié)

根據(jù)裂紋的宏觀觀察與斷口分析得知，卡箍襯墊開裂我們可以判定為金屬卡箍由于過載而引發(fā)的斷裂，并不是由于金屬卡箍通過相互摩擦接觸產(chǎn)生氧化從而引發(fā)的金屬裂紋。

設(shè)計圖紙上要求卡箍的襯墊的材料應(yīng)當為F275氟橡膠，而對故障件采用物理化學性能檢測與紅外線光譜檢測兩種檢測方法均說明故障件材料采用的是F275氟橡膠，符合設(shè)計圖紙的要求。

由于在耐熱實驗中氟橡膠經(jīng)歷高溫295℃仍能保持柔軟的性能，并未由于高溫發(fā)生氧化現(xiàn)象，且具有較強的彈性與柔韌性，因此我們可以得知故障件在使用的過程中的實際溫度應(yīng)當在295℃以下。

4 發(fā)動機滑油彎管卡箍的改進措施

4.1 確定最優(yōu)裝配力矩，優(yōu)化工藝流程

保持力實驗其目的就是為了確定最優(yōu)裝配力矩，從而能夠確保有效的優(yōu)化工藝流程。保持力實驗如下圖2所示：endprint

采取保持力實驗的途徑就是試驗卡箍安裝在和滑油彎管公直徑相等的鋼管上，并且將卡箍用普通的螺栓和螺母進行簡單的固定，實驗時將卡箍兩腳之間的裝入厚度保持在1.6毫米左右，且上下幅度不得超過0.01毫米。將初始的擰緊力矩定為3.4N·m，將P軸向力方向的作用力確定為289N，軸心推動的方向應(yīng)當沿軸向作用力的方向，并且保證其在卡箍內(nèi)滑動彈性墊不能發(fā)生打圈轉(zhuǎn)動情況的發(fā)生，最后慢慢的拉回芯軸。實驗時擰緊力距應(yīng)當在3.4N·m的基礎(chǔ)上，每增加0.1N·m，就應(yīng)當記錄擰緊力矩，直至記錄到不能滑動時的擰緊力矩為止。大量的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不能滑動時的擰緊力矩為4.4N·m，而當前工藝流程中的最大擰緊力矩的規(guī)格為6.0N·m。這種擰緊力矩的不同就是導致發(fā)動機滑油管發(fā)生卡箍故障的主要原因。

4.2 更換發(fā)動機滑油彎管處襯墊材料

在我國當前工藝技術(shù)的前提下，發(fā)動機滑油彎管處的襯墊材料主要有乙丙橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、氟橡膠、氟硅橡膠、聚四氟乙烯六種材質(zhì)。分別取這六種材質(zhì)進行耐熱試驗，通過對卡箍襯墊裝配力矩的6.0N·m與實驗結(jié)果中卡箍襯墊裝配力矩的4.4N·m的狀態(tài)下分別進行試驗。從100℃開始觀察設(shè)置每升高10℃設(shè)置一個觀察點，進行觀察，直至升高至300℃。觀察結(jié)果如下表2所示。

實驗結(jié)果表明，乙丙橡膠適用范圍為120℃以下的發(fā)動機滑油系統(tǒng)的帶墊卡箍，而5860丁腈橡膠的適用范圍較低，只適合在100℃以下使用。氯丁橡膠適用于100℃以下，但在150℃以下能夠間歇使用。F275氟橡膠適用于250℃以下，氟硅橡膠與聚四氟乙烯塑料的適用范圍與F275氟橡膠適用范圍大致相同。而氟硅橡膠與聚四氟乙烯塑料在6.0N·m與4.4N·m與300℃高溫 的前提下，均未產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。因此，在發(fā)動機滑油彎管處材料的選擇上應(yīng)當綜合考慮溫度與裝配力矩兩種因素。

5 結(jié)束語

發(fā)動機滑油彎管處卡箍襯墊是由于高溫過載引發(fā)撕裂，這種撕裂的現(xiàn)象是由于裝配力矩與溫度兩者共同作用所產(chǎn)生的。而卡箍裝配力矩偏大，發(fā)動機滑油彎管處襯墊材料的選用不得當是導致卡箍失效的主要原因。因此避免發(fā)動機滑油彎管卡箍故障應(yīng)當在符合國家工藝標準的前提下，確定最優(yōu)裝配力矩，選擇合適的襯墊材料。

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