輕型民用直升機(jī)載荷補(bǔ)償器連接螺栓磨損故障分析與排除

趙江 呂明月

【摘 ?要】分析了輕型民用直升機(jī)操縱系統(tǒng)尾槳載荷補(bǔ)償器操縱搖臂在使用中產(chǎn)生磨損的原因，提出了改進(jìn)的措施，并在使用中得到了貫徹落實(shí)，保證飛機(jī)的使用安全。

【關(guān)鍵詞】直升機(jī);載荷補(bǔ)償器;操縱搖臂;磨損

Abstract：This paper analyzes the cause the connecting bolt abrasion of some type helicopter'scontrol system’s tail rotor load-compensating servo which occurred during the employment in thearmed forces.The improvement measure，therefore，is bought forward，and is implemented.Consequenfly，it is increased the working life of the control bellerank，and enhanced the Helicopter security.

Key words：compensating servo;control bellcrank;abrasion

1前言

輕型民用直升機(jī)尾槳操縱助力器的功用是幫助飛行員對(duì)直升機(jī)實(shí)施液壓助力操縱。當(dāng)液壓系統(tǒng)失效時(shí)飛行員也可通過載荷補(bǔ)償器對(duì)直升機(jī)實(shí)施人力操縱。載荷補(bǔ)償器的功用是在助力器液壓系統(tǒng)故障時(shí)，自動(dòng)釋放蓄壓器儲(chǔ)存的壓力，幫助腳蹬操縱，以保證在安全速度下實(shí)現(xiàn)人力操縱。[1]

腳蹬操縱過程中載荷補(bǔ)償器工作原理：腳蹬處于中立位置時(shí)，即行程的50%處，載荷補(bǔ)償器產(chǎn)生力的方向通過搖臂轉(zhuǎn)軸，不起助力作用。左腳蹬從中立位置向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，即從行程50%向0%運(yùn)動(dòng)，載荷補(bǔ)償器產(chǎn)生力的方向與腳蹬的運(yùn)動(dòng)方向一致起助力作用。左腳蹬從前極限向中立運(yùn)動(dòng)時(shí)，即從行程0%向50%運(yùn)動(dòng)，載荷補(bǔ)償器產(chǎn)生力的方向與腳蹬的運(yùn)動(dòng)方向相反為阻力。右腳蹬從中立位置向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，即從行程50%向100%運(yùn)動(dòng)，載荷補(bǔ)償器產(chǎn)生力的方向與腳蹬的運(yùn)動(dòng)方向一致起助力作用。右腳蹬從前極限向中立運(yùn)動(dòng)時(shí)，即從行程100%向50%運(yùn)動(dòng)，載荷補(bǔ)償器產(chǎn)生力的方向與腳蹬的運(yùn)動(dòng)方向相反為阻力。[2]

2故障描述

故障區(qū)域位于尾操縱系統(tǒng)尾助力器后方的尾梁內(nèi)，載荷補(bǔ)償器和搖臂均安裝在機(jī)體結(jié)構(gòu)上，載荷補(bǔ)償器與操縱搖臂（材料2A12-T4）連接的螺栓（材料30CrMnSiA）和鋼襯套（材料40CrNiMoA-冷拉+退火）[3]存在磨損情況，連接螺栓磨損約1/4，鋼襯套磨損嚴(yán)重，如圖2所示。

3原因分析

故障區(qū)域傳載受力分析：飛行員蹬踏腳蹬帶動(dòng)尾助力器運(yùn)動(dòng)，搖臂跟隨尾助力器繞著機(jī)身固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，觸發(fā)載荷補(bǔ)償器工作，故障區(qū)連接螺栓和襯套承受持續(xù)載荷2000N，推動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)起到助力作用。通過故障區(qū)分解，發(fā)現(xiàn)搖臂耳片鋼襯套磨損連接螺栓，導(dǎo)致該處結(jié)構(gòu)磨損的主要原因?yàn)椋?/p>

1）該處要求的裝配精度很高，載荷補(bǔ)償器的安裝點(diǎn)A、搖臂的安裝點(diǎn)B以及連接螺栓的安裝點(diǎn)N，這三個(gè)安裝點(diǎn)要保證在同一條線上，而且這條線要在搖臂運(yùn)動(dòng)面內(nèi)，在實(shí)際裝配過程中并未保證在一條直線上，導(dǎo)致N點(diǎn)連接處容易出現(xiàn)磨損。

2）載荷補(bǔ)償器作動(dòng)筒的關(guān)節(jié)軸承，長時(shí)間使用出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，導(dǎo)致載荷補(bǔ)償器提供較大推力時(shí)，搖臂襯套與連接螺栓間存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。搖臂鋼襯套的材料耐磨屬性強(qiáng)于連接螺栓，最終將螺栓磨損嚴(yán)重，這也與故障現(xiàn)象相符合。通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，關(guān)節(jié)軸承確實(shí)存在卡滯現(xiàn)象。

3）通過現(xiàn)場(chǎng)查看，搖臂耳片內(nèi)端面與載荷補(bǔ)償器關(guān)節(jié)軸承斷面間隙較大，導(dǎo)致螺栓承受額外的附加彎矩，導(dǎo)致螺栓局部受載嚴(yán)重。

4改進(jìn)措施

針對(duì)故障原因分析，給出改進(jìn)措施如下：

1）故障區(qū)裝配精度要求較高，盡量減少生產(chǎn)裝配過程中誤差累積，盡量保證載荷補(bǔ)償器的安裝點(diǎn)A、搖臂的安裝點(diǎn)B以及連接螺栓的安裝點(diǎn)N三點(diǎn)在同一直線上。

2）通過檢查發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軸承耐磨層偏薄，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軸承卡滯。所以需要改進(jìn)載荷補(bǔ)償器作動(dòng)筒關(guān)節(jié)軸承，避免發(fā)生卡滯。

3）調(diào)整搖臂材料為鋼材料，將搖臂耳片向內(nèi)增厚0.5毫米，減少螺栓附加彎矩，同時(shí)增強(qiáng)搖臂耳片的強(qiáng)度。

5結(jié)論

載荷補(bǔ)償器為“費(fèi)力結(jié)構(gòu)”，主要功效是尾助力器液壓系統(tǒng)故障時(shí)備份助力系統(tǒng)，為尾助力器液壓系統(tǒng)的安全可靠性及直升機(jī)的飛行品質(zhì)提供了可靠的保證。通過對(duì)載荷補(bǔ)償器故障的機(jī)理分析及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，在測(cè)試運(yùn)行中有效的避免了螺栓摩損現(xiàn)象，后續(xù)飛行再未出現(xiàn)此故障，也為載荷補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周志文，方麗穎，鄧海俠，等.某型直升機(jī)載荷補(bǔ)償器操縱搖臂磨損分析與排除.1673.1220（2010）04-045-03.

[2] 直11型直升機(jī)培訓(xùn)手冊(cè).中航工業(yè)第六O二研究所[Z].1996.

[3] 中國航空材料手冊(cè)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

（作者單位：中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所）