某型飛機(jī)剎車儲(chǔ)壓器故障分析與解決

張 昊，邵 軍

(中國南方航空廣西分公司 飛機(jī)維修廠，南寧530000)

0 背景案例

某日，工作者在執(zhí)行一架波音737-800飛機(jī)航前工作時(shí)，打上A、B系統(tǒng)液壓泵，設(shè)置好停留剎車后，關(guān)閉液壓泵，剎車儲(chǔ)壓器壓力在15秒內(nèi)從3000PSI下降到2600PSI，之后剎車儲(chǔ)壓器壓力基本保持不變；工作者嘗試將液壓打上后關(guān)閉，且不設(shè)置停留剎車，觀察剎車儲(chǔ)壓器壓力基本保持不變；檢查剎車儲(chǔ)壓器預(yù)充壓力在對(duì)應(yīng)的溫度曲線帶內(nèi)。排故過程中，檢查了剎車儲(chǔ)壓器端，確認(rèn)無滲漏；將兩個(gè)剎車腳蹬踩到底并保持，剎車壓力下降率符合手冊(cè)要求；打壓A、B液壓系統(tǒng)，設(shè)置停留剎車，關(guān)斷B系統(tǒng)壓力，剎車儲(chǔ)壓器壓力不下降；脫開剎車計(jì)量活門回油管，打壓后設(shè)置停留剎車，發(fā)現(xiàn)右剎車計(jì)量活門回油處在初始階段有大量液壓油滲出，懷疑右剎車計(jì)量活門存在內(nèi)漏，更換右剎車計(jì)量活門，測試后發(fā)現(xiàn)右剎車計(jì)量活門出口處還是有大量的液壓油滲漏；后通過對(duì)右剎車計(jì)量活門輸入桿端以及剎車控制鋼索的張力調(diào)節(jié)才得以將故障排除。

1 系統(tǒng)組成及其工作原理

波音737-800飛機(jī)剎車系統(tǒng)邏輯原理簡圖如圖1[1]所示，當(dāng)剎車儲(chǔ)壓器通過B液壓系統(tǒng)增壓后，關(guān)閉A、B液壓系統(tǒng)，設(shè)置停留剎車，此時(shí)，為剎車提供液壓的油路流向如圖中粗實(shí)線所示。

剎車儲(chǔ)壓器(圖1中的1)用于在飛機(jī)沒有其他液壓源或者A、B液壓系統(tǒng)輸出壓力不足時(shí)為正常剎車系統(tǒng)或停留剎車提供剎車壓力，并在B液壓系統(tǒng)提供剎車壓力時(shí)可以減少壓力的波動(dòng)[2]。剎車儲(chǔ)壓器系統(tǒng)主要由儲(chǔ)壓器、充氣活門、壓力傳感器、儲(chǔ)壓器壓力表、壓力釋放活門和單向活門等部分組成[2]，如圖2[1]所示。

儲(chǔ)壓器是一個(gè)圓柱形鋼筒，由一個(gè)滑閥將內(nèi)部分成液壓油腔和氮?dú)馇?，容積為4.9L，預(yù)充氮?dú)?000PSI的壓力。其兩端分別連接B液壓系統(tǒng)和氣體管路，氣體管路上接一塊壓力指示表(圖1中的11)，可以直接讀出剎車儲(chǔ)壓器的實(shí)際壓力值；一個(gè)壓力傳感器(圖1中的12)將剎車儲(chǔ)壓器的壓力信號(hào)傳輸?shù)今{駛艙，用于駕駛艙P(yáng)3面板上的剎車壓力表顯示當(dāng)前儲(chǔ)壓器的實(shí)際壓力。

P3面板的剎車壓力表只能指示儲(chǔ)壓器的壓力。正常情況下，如果對(duì)B液壓系統(tǒng)進(jìn)行增壓，B液壓系統(tǒng)將對(duì)儲(chǔ)壓器增壓，剎車系統(tǒng)工作時(shí)由B液壓系統(tǒng)提供壓力，指示的為儲(chǔ)壓器壓力，即液壓B系統(tǒng)的壓力。如果B液壓系統(tǒng)不工作或輸出壓力過低，只有A液壓系統(tǒng)壓力正常，此時(shí)剎車系統(tǒng)將選擇壓力更大的A液壓系統(tǒng)作為備用剎車方式，剎車儲(chǔ)壓器不對(duì)剎車系統(tǒng)提供壓力，此時(shí)的剎車壓力表指示的只是剎車儲(chǔ)壓器壓力，而不是備用剎車系統(tǒng)的壓力。

圖1波音737-800飛機(jī)剎車系統(tǒng)原理簡圖

圖2 剎車儲(chǔ)壓器組成部件(部分)

剎車儲(chǔ)壓器由B液壓系統(tǒng)提供增壓，當(dāng)剎車儲(chǔ)壓器正常增壓到3000±150 PSI后，理論上可以進(jìn)行6次全行程的剎車或保持停留剎車達(dá)8個(gè)小時(shí)。當(dāng)剎車儲(chǔ)壓器的壓力增加大于3500PSI時(shí)，壓力釋放活門打開，避免過大壓力造成對(duì)儲(chǔ)壓器部件的損壞，當(dāng)壓力下降到小于3100PSI時(shí)，壓力釋放活門關(guān)閉[2]。

按照AMM 32-44-00-790-801的要求，通過B液壓系統(tǒng)增壓將剎車儲(chǔ)壓器的壓力增壓至3000±150 PSI并設(shè)置停留剎車等待10分鐘，儲(chǔ)壓器溫度穩(wěn)定后，關(guān)掉B液壓系統(tǒng)，要求由此開始：10分鐘后剎車壓力下降不超過100 PSI，30分鐘后剎車壓力下降不超過300 PSI，1小時(shí)后剎車壓力下降不超過500 PSI，8小時(shí)后剎車壓力應(yīng)最少大于1200 PSI。如果在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)剎車壓力下降超過允許值，則觀察時(shí)間延長至下一個(gè)時(shí)間段，以此類推[2]。

當(dāng)踩下剎車腳蹬并拉起停留剎車手柄時(shí)，停留剎車連桿上的棘爪可以鎖住剎車腳蹬的套管將剎車腳蹬鎖住在剎車位，此時(shí)剎車腳蹬通過剎車控制鋼索作動(dòng)剎車計(jì)量活門(圖1中的4)將B液壓系統(tǒng)的壓力或剎車儲(chǔ)壓器的壓力送到機(jī)輪的剎車裝置。同時(shí)，停留剎車手柄作動(dòng)停留剎車電門將電信號(hào)傳到停留剎車關(guān)斷活門(圖1中的8)，使停留剎車關(guān)斷活門關(guān)閉，如圖3[1]所示，防止剎車壓力由正常防滯活門(圖1中的9)接通回油路，通過停留剎車關(guān)斷活門形成回油，影響剎車效果。

圖3停留剎車電門給信號(hào)使停留剎車關(guān)斷活門關(guān)閉

2 背景案例分析

針對(duì)上述故障案例，因故障隔離手冊(cè)(Fault Isolation Manual，F(xiàn)IM)中給出的排故步驟非常繁瑣耗時(shí)，結(jié)合系統(tǒng)原理手冊(cè)(System Schematics Manual，SSM)和系統(tǒng)描述部分(Systems Description Section，SDS)，通過理清楚系統(tǒng)工作原理，可以先采取以下快速隔離的辦法，先行排除與故障現(xiàn)象無關(guān)的部件：

第一，給A、B液壓系統(tǒng)打壓，設(shè)置好停留剎車，待溫度壓力穩(wěn)定后，關(guān)掉B系統(tǒng)液壓，只留下A系統(tǒng)液壓，如前面原理提到，此時(shí)，B液壓系統(tǒng)不工作，B系統(tǒng)輸出為低壓，由A液壓系統(tǒng)提供壓力，如圖4[1]中的粗實(shí)線，A液壓系統(tǒng)的壓力將推動(dòng)備用剎車選擇活門的滑閥把壓力送到下游的儲(chǔ)壓器隔離活門(圖1中的3)，靠壓力將儲(chǔ)壓器隔離活門的滑閥推往左邊堵住B系統(tǒng)和剎車儲(chǔ)壓器供往下游的油路，B系統(tǒng)和剎車儲(chǔ)壓器的油無法送到剎車計(jì)量活門(圖1中的4)，此時(shí)，B系統(tǒng)和剎車儲(chǔ)壓器不提供剎車壓力，A系統(tǒng)通過備用剎車計(jì)量活門(圖1中的7)提供備用剎車方式。在此情況下，工作者長時(shí)間觀察，未發(fā)現(xiàn)案例所述故障現(xiàn)象再現(xiàn)，剎車儲(chǔ)壓器的壓力沒有出現(xiàn)明顯的下降。由此可以判斷，剎車儲(chǔ)壓器氮?dú)獠糠植淮嬖跐B漏的問題，液壓部分的壓力釋放活門和兩個(gè)單向活門不存在滲漏問題，因此，案例故障可以排除由于剎車儲(chǔ)壓器漏氣和其釋壓活門及兩個(gè)單向活門內(nèi)漏導(dǎo)致剎車壓力下降過快的可能性。

圖4設(shè)置好停留剎車后，只留下A系統(tǒng)供壓

第二，在故障再現(xiàn)的過程中，設(shè)置好停留剎車，關(guān)閉A、B液壓系統(tǒng)，隨著剎車儲(chǔ)壓器的壓力由3000PSI減小到2600PSI，觀察到B系統(tǒng)的液壓油量并沒有減少，A系統(tǒng)的液壓油量也沒有增加，由此可以排除四個(gè)正常/備用剎車往復(fù)活門(圖1中的10)存在滲漏的可能性。因?yàn)槿绻?備用剎車往復(fù)活門存在內(nèi)漏，則設(shè)置好停留剎車后，來自剎車儲(chǔ)壓器提供給剎車組件的液壓油會(huì)經(jīng)由正常/備用剎車往復(fù)活門通過備用剎車防滯活門(見圖5[1]的圓圈標(biāo)識(shí))的回油管回到A系統(tǒng)液壓油箱，由此會(huì)使得A系統(tǒng)液壓油量增加，就是所謂的串油。如圖5所示，淺色線表示壓力供油，深色線表示正常/備用剎車往復(fù)活門存在內(nèi)漏產(chǎn)生的回油。

圖5防滯剎車往復(fù)活門內(nèi)漏會(huì)引起的串油

第三，如前面原理部分所提到，當(dāng)設(shè)置停留剎車后，拉起停留剎車手柄會(huì)帶動(dòng)停留剎車電門給電信號(hào)到停留剎車關(guān)斷活門，讓停留剎車關(guān)斷活門關(guān)閉，防止剎車壓力油經(jīng)正常防滯活門通過停留剎車活門形成回油，回流到B系統(tǒng)液壓油箱。由此可見，如果停留剎車關(guān)斷活門關(guān)不嚴(yán)或者本身存在內(nèi)漏也會(huì)導(dǎo)致設(shè)置停留剎車后，剎車儲(chǔ)壓器的油液回流到B系統(tǒng)油箱，造成剎車儲(chǔ)壓器壓力下降。

另外，工作者嘗試在A、B液壓系統(tǒng)打壓的情況下，人工將左右剎車腳蹬踩到止動(dòng)位，不拉起停留剎車手柄，人工保持剎車10分鐘，此時(shí)因停留剎車手柄沒有作動(dòng)，停留剎車關(guān)斷活門沒有得到電信號(hào)仍然處于打開的狀態(tài)，通過停留剎車關(guān)斷活門的回油路是連通的，但是在這樣的情況下觀察到的剎車儲(chǔ)壓器壓力下降卻明顯小于故障提到的下降速率，滿足手冊(cè)提到的壓力下降要求，由此可以判斷無論停留剎車關(guān)斷活門是否本身存在內(nèi)漏或者關(guān)不嚴(yán)都不是造成案例提到故障現(xiàn)象的原因。

同時(shí)，由圖1可以看到，正常防滯活門(圖1中的9)的回油路通過停留剎車關(guān)斷活門的回油回到B系統(tǒng)液壓油箱，如果某一個(gè)正常防滯活門存在內(nèi)漏，那么在本操作下，會(huì)加速剎車儲(chǔ)壓器供給過來的剎車壓力油通過內(nèi)漏的正常防滯活門由停留剎車關(guān)斷活門回流到B系統(tǒng)液壓油箱，油路如圖6[1]所示，加速剎車儲(chǔ)壓器的壓降，而這與背景案例故障現(xiàn)象不符，因此基本可以排除停留剎車關(guān)斷活門內(nèi)漏或關(guān)不嚴(yán)同時(shí)某個(gè)正常防滯活門存在內(nèi)漏的可能性。

第四，當(dāng)人工踩下剎車腳蹬的過程中，腳蹬會(huì)受到一個(gè)往回的反饋感覺力；此時(shí)，拉起停留剎車手柄，使停留剎車連桿上的機(jī)構(gòu)鎖住剎車腳蹬的套管將剎車腳蹬鎖住在剎車位，此時(shí)松腳，剎車腳蹬會(huì)有一個(gè)小角度的回彈。

從原理上，可以看到，剎車腳蹬通過鋼索連接到正常剎車計(jì)量活門的控制曲柄和輸入桿。從正常剎車計(jì)量活門的原理示意圖可以看到，當(dāng)踩踏腳蹬設(shè)置停留剎車時(shí)，鋼索通過正常剎車計(jì)量活門控制曲柄推動(dòng)輸入桿，使得正常剎車計(jì)量活門的滑閥向右移動(dòng)，以打開供油路并堵住回油路，壓力油往下通過自動(dòng)剎車往復(fù)活門(圖1中的6)供給到剎車組件，如圖7[1]所示。

在正常剎車計(jì)量活門示意圖上，可以看到，在滑閥的右腔有一根反饋油路將右腔與計(jì)量后的剎車壓力油路相連，反饋油路壓力與計(jì)量油路壓力相同，通過反饋油路對(duì)計(jì)量活門的滑閥有一個(gè)向左的力，這個(gè)力和剎車計(jì)量活門本身的回中力一起傳到計(jì)量活門輸入桿，再通過剎車控制鋼索將力傳導(dǎo)到剎車腳蹬，這就是人工踩剎車腳蹬時(shí)所受到的剎車反饋感覺力。設(shè)置停留剎車時(shí)，腳蹬輸入到剎車計(jì)量活門滑閥的操縱力等于剎車計(jì)量活門回中力加上剎車計(jì)量活門下游壓力反饋力。

圖6停留剎車關(guān)斷活門關(guān)不嚴(yán)、內(nèi)漏同時(shí)正常防滯活門內(nèi)漏的情況

圖7 作動(dòng)正常剎車計(jì)量活門

通過以上分析，結(jié)合人工保持腳蹬到剎車止動(dòng)點(diǎn)，剎車儲(chǔ)壓器壓降明顯遠(yuǎn)小于故障所述的情況，可以判斷故障原因可能是設(shè)置停留剎車時(shí)，腳蹬輸入到正常剎車計(jì)量活門的操縱力不足以讓正常剎車計(jì)量活門的滑閥克服剎車反饋感覺力，不能將剎車計(jì)量活門的回油路完全堵死，導(dǎo)致剎車儲(chǔ)壓器供到剎車計(jì)量活門的油液直接在計(jì)量活門內(nèi)部通過回油路直接返回到B系統(tǒng)液壓油箱，從而造成剎車儲(chǔ)壓器壓力快速下降。

隨著剎車儲(chǔ)壓器壓力持續(xù)下降，在沒有其他液壓源的情況下，剎車計(jì)量活門下游的計(jì)量壓力也會(huì)隨之持續(xù)變小，反饋油路壓力持續(xù)變小，而腳蹬通過鋼索作用在剎車計(jì)量活門輸入桿的操縱力是基本不變的，直到剎車計(jì)量活門滑閥左右兩側(cè)的力達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)，剎車計(jì)量活門的滑閥重新將回油路完全堵死，理論上剎車儲(chǔ)壓器的壓力將會(huì)保持在一個(gè)穩(wěn)定值，這正好與案例中實(shí)際剎車儲(chǔ)壓器壓力從3000PSI快速下降到2600PSI后穩(wěn)定不變不謀而合。

可以借用物理受力分析來更形象地解釋這個(gè)推論，如圖8所示，O點(diǎn)表示正常剎車計(jì)量活門滑閥的受力點(diǎn)，F(xiàn)j表示剎車鋼索通過正常剎車計(jì)量活門輸入桿施加給滑閥的力，F(xiàn)n表示正常剎車計(jì)量活門本身的回中力，F(xiàn)f表示正常剎車計(jì)量活門反饋油路施加給滑閥一個(gè)向左的力。

圖8正常剎車計(jì)量活門滑閥受力分析

當(dāng)打壓到3000PSI，設(shè)置好停留剎車，關(guān)閉液壓系統(tǒng)，初始時(shí)候，正常剎車計(jì)量活門滑閥的受力會(huì)有一個(gè)平衡狀態(tài)，即Fj=Fn+Ff，但是，如果Fj相比標(biāo)準(zhǔn)要求過小，不足以讓滑閥將回油路完全堵死，此時(shí)，剎車壓力由回油路直接返回到B系統(tǒng)油箱，即發(fā)生內(nèi)漏，隨著回油的不斷內(nèi)漏，剎車儲(chǔ)壓器可以提供的剎車壓力開始下降，那么剎車計(jì)量活門的計(jì)量壓力就會(huì)隨著下降，從而反饋油路的壓力也隨著下降，即Ff變小，則有Fj>Fn+Ff。

在這樣的情況下，工作者嘗試只踩左側(cè)剎車腳蹬，只作動(dòng)左側(cè)正常剎車計(jì)量活門，經(jīng)過觀察，剎車儲(chǔ)壓器沒有明顯的壓力下降；而只踩右側(cè)剎車腳蹬，只作動(dòng)右側(cè)正常剎車計(jì)量活門時(shí)，觀察到剎車儲(chǔ)壓器有較為明顯的壓力下降，通過脫開右側(cè)正常剎車計(jì)量活門回油管，再設(shè)置停留剎車，此時(shí)發(fā)現(xiàn)在右側(cè)正常剎車計(jì)量活門回油出口處有大量液壓油流出，而當(dāng)剎車壓力下降到2600PSI時(shí)，右側(cè)計(jì)量活門回油口不再有液壓油漏出，剎車壓力也不再下降。

結(jié)合以上分析，正常剎車計(jì)量活門存在本身故障內(nèi)漏的可能性不大，故障原因應(yīng)為右側(cè)剎車腳蹬校裝不當(dāng)，或者鋼索張力不足，或者右側(cè)正常剎車計(jì)量活門輸入桿校裝不當(dāng)造成的。

最后，工作者通過梳理，重新檢查剎車腳蹬套管與停留剎車連桿棘爪間隙，并依手冊(cè)要求調(diào)節(jié)右側(cè)正常剎車計(jì)量活門輸入桿后，將前后校裝銷裝好，發(fā)現(xiàn)右側(cè)剎車控制鋼索張力遠(yuǎn)小于手冊(cè)給定的范圍值。將剎車控制鋼索張力重新調(diào)節(jié)到手冊(cè)給定的范圍，故障得以排除。

到此，前述案例故障的癥結(jié)可以明確：在于剎車控制鋼索的張力下降，不足以提供足夠的剎車操縱力導(dǎo)致設(shè)置停留剎車時(shí)正常剎車計(jì)量活門出現(xiàn)回油泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致剎車儲(chǔ)壓器油液流失，壓力快速下降。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及可靠性建議

經(jīng)查詢機(jī)隊(duì)的維修記錄，本文所描述的故障在整個(gè)機(jī)隊(duì)中并非個(gè)例，但是故障隔離手冊(cè)給出的排故方案非常繁瑣，耗時(shí)且不易于實(shí)施。通過對(duì)系統(tǒng)的梳理，從系統(tǒng)工作原理出發(fā)可以對(duì)非故障件快速排除，通過簡單的測試可以將疑似故障件快速定位，進(jìn)而逐個(gè)排除。所以，在日常維護(hù)中，嚴(yán)格參照故障隔離手冊(cè)的同時(shí)，結(jié)合SDS和SSM，先梳理清楚系統(tǒng)的組成和工作原理，對(duì)排故工作的開展會(huì)起到事半功倍的效果。

同時(shí)，經(jīng)查詢相關(guān)資料，波音曾經(jīng)專門針對(duì)剎車控制鋼索張力下降的問題出過三份服務(wù)信函，分別為2014年02月的737-SL-32-192-A、2017年06月的737-SL-32-201-B、2018年03月的737-SL-32-201-C，主要是由于波音在不同時(shí)期均遭遇了用于制造滿足波音標(biāo)準(zhǔn)要求的1/8英寸控制鋼索的原材料緊缺，當(dāng)時(shí)波音公司不得已采用了與標(biāo)準(zhǔn)件相比表面附著鍍鋅材料含量更高的鋼索作為新一批次出廠飛機(jī)的剎車系統(tǒng)的控制鋼索，而此種表面附著更多鍍鋅材料的鋼索已經(jīng)被驗(yàn)證在飛機(jī)投入使用一段時(shí)間后，鋼索會(huì)變長從而降低鋼索的張力，波音在后續(xù)涉及到的飛機(jī)出廠之前已經(jīng)將相應(yīng)剎車控制鋼索的張力調(diào)節(jié)到比標(biāo)準(zhǔn)值大10%[3-5]。

背景案例涉及到的飛機(jī)恰恰就是在該服務(wù)信函提到的出廠序列號(hào)范圍內(nèi)。因此，建議對(duì)該服務(wù)信函涉及到飛機(jī)的停留剎車壓力保持時(shí)間進(jìn)行測試或者對(duì)剎車控制鋼索張力開展系統(tǒng)性的普查，可以提前做好預(yù)防性維修，避免因突發(fā)故障影響航班的正常運(yùn)行。