作動(dòng)筒非指令開鎖典型故障分析

代龍　金磊　李欣怡　劉政宏

摘要：某型機(jī)作動(dòng)筒在未進(jìn)行指令操縱時(shí)，出現(xiàn)作動(dòng)筒意外開鎖，導(dǎo)致艙門空中打開故障現(xiàn)象，本文通過對(duì)作動(dòng)筒開鎖控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確故障發(fā)生機(jī)理。

Abstract： The actuating cylinder of a certain type machine is opened accidentally without instruction， which causes the malfunction of the door to be opened in the air. This paper analyzes the actuator unlocking control system to clarify the mechanism of fault occurrence.

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng);作動(dòng)筒;鎖機(jī)構(gòu)

Key words： hydraulic system;actuating cylinder;lock mechanism

中圖分類號(hào)：TG580.23+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）28-0253-03

0? 引言

某型機(jī)作動(dòng)筒通過活塞桿耳座與艙門拉桿相連，作動(dòng)筒內(nèi)部采用鋼球鎖機(jī)構(gòu)，用于保證艙門在收起位置時(shí)鎖定位置。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)有三套打開裝置，確保作動(dòng)筒在特定工況下完成打開任務(wù)。但在使用過程中出現(xiàn)作動(dòng)筒非指令控制艙門打開故障，直接影響飛行任務(wù)無正常完成。

1? 作動(dòng)筒操縱形式介紹

機(jī)上作動(dòng)筒的操縱形式分三種：正常打開關(guān)閉、備用打開關(guān)閉、應(yīng)急打開。

正常打開關(guān)閉由主液壓系統(tǒng)供壓，通過電氣控制系統(tǒng)，接通電磁開工作，壓力油經(jīng)電磁開關(guān)控制作動(dòng)筒打開或關(guān)閉。

備用打開關(guān)閉由剎車液壓系統(tǒng)供壓，通過電氣控制系統(tǒng)，接通電磁開關(guān)工作，壓力油經(jīng)電磁開關(guān)控制作動(dòng)筒關(guān)閉炸彈艙門;接通備用電磁鐵工作，在電磁鐵拉力作用下，通過應(yīng)急開鎖裝置使作動(dòng)筒打開。

當(dāng)正常控制、備用控制系統(tǒng)失效時(shí)，接通應(yīng)急打開開關(guān)，接通應(yīng)急電磁鐵，在電磁鐵拉力作用下，通過應(yīng)急開鎖裝置使作動(dòng)筒打開。

作動(dòng)筒操縱工作原理框圖見圖1。

2? 故障樹（FAT）分析

作動(dòng)筒非指令開鎖造成的艙門意外打開，根據(jù)作動(dòng)筒機(jī)上的工作原理，通過故障樹分析（FAT），作動(dòng)筒非指令性開鎖的故障原因：一是作動(dòng)筒鋼球鎖故障;二是作動(dòng)筒內(nèi)漏或系統(tǒng)內(nèi)漏;三是電氣控制系統(tǒng)異常。作動(dòng)筒非指令性開鎖的故障樹見圖2。

通過機(jī)上測試及幾起故障發(fā)生后作動(dòng)筒分解情況，作動(dòng)筒非指令打開主要原因?yàn)橄到y(tǒng)反壓及作動(dòng)筒鋼球鎖機(jī)構(gòu)碎裂導(dǎo)致，因此排除故障主要工作圍繞系統(tǒng)改進(jìn)及作動(dòng)筒鋼球鎖進(jìn)行。

3? 作動(dòng)筒鋼球鎖故障分析及措施

3.1 系統(tǒng)反壓導(dǎo)致鋼球鎖打開

3.1.1 故障模式

飛機(jī)在起飛線解除靜剎車狀態(tài)時(shí)，出現(xiàn)彈艙門異常打開的故障。但在起飛后，機(jī)組再次將艙門關(guān)閉，在當(dāng)次的整個(gè)飛行過程中，未再發(fā)生重復(fù)性的異常打開故障。

3.1.2 機(jī)理分析

通過對(duì)作動(dòng)筒供壓系統(tǒng)加裝壓力傳感器，測試試飛測試數(shù)據(jù)，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，靜剎車電磁開關(guān)回中剎車回油管路中的確存在1MPa左右的高壓，經(jīng)分析當(dāng)飛機(jī)在起飛線上解除靜剎車時(shí)，此壓力是由于解除靜剎車時(shí)系統(tǒng)回油沖擊所致。液壓系統(tǒng)在瞬時(shí)啟動(dòng)、停機(jī)、變速或換向，由于流動(dòng)液體和運(yùn)動(dòng)部件具有慣性，流動(dòng)液體和運(yùn)動(dòng)部件的機(jī)械能瞬時(shí)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的壓力能，在系統(tǒng)內(nèi)會(huì)形成很高的瞬時(shí)峰值壓力，即液壓沖擊，液壓沖擊會(huì)使液壓系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性下降。由于電磁開關(guān)高壓控制腔瞬間通回油，在系統(tǒng)回油管路中積聚短時(shí)高壓作用在分流活門式分配裝置的備用關(guān)閉回油口上，推動(dòng)分流活門式分配裝置閥芯移動(dòng)，將作動(dòng)筒打開油路接通，作動(dòng)筒開鎖腔產(chǎn)生1MPa的壓力，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)筒鋼球鎖打開，從而導(dǎo)致艙門打開。

3.1.3 改進(jìn)方案

由于液壓系統(tǒng)的不同，液壓執(zhí)行元件的控制性能要求不同，所采取的防止液壓沖擊的措施也有多種方式。針對(duì)具體的液壓回路和工況對(duì)液壓元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，也可在液壓回路中增加各類輔助液壓元件等。因此在系統(tǒng)管路中采取增加單向活門的措施，阻斷靜剎車電磁開關(guān)回中產(chǎn)生的回油壓力，進(jìn)行飛行起落的驗(yàn)證，彈艙門收放系統(tǒng)工作正常。回油壓力對(duì)作動(dòng)筒沖擊及改進(jìn)后系統(tǒng)原理圖具體如圖3所示。

■

3.2 鋼球鎖機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致不能上鎖

鋼球鎖為一種常見的液壓鎖結(jié)構(gòu)，包括開鎖腔和工作腔，主要由帶鋼球的活塞、漲圈、襯筒組成。上鎖時(shí)，向工作腔加壓，壓力推動(dòng)帶鋼球的活塞移動(dòng)，頂起襯筒，鋼球進(jìn)入漲圈內(nèi)部，襯筒復(fù)位，活塞上鎖;開鎖時(shí)，向開鎖腔加壓，同時(shí)活塞加負(fù)載，壓力頂起襯筒，鋼球和活塞在負(fù)載的帶動(dòng)下脫離漲圈，活塞向工作腔移動(dòng)，開鎖腔泄壓，襯筒復(fù)位，結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。

為使鋼珠工作可靠，鎖圈和圈應(yīng)有足夠的硬度。一般要求鎖圈和錐形圈的表面硬度達(dá)到HRC=60～64。

3.2.1 故障模式

故障發(fā)生時(shí)機(jī)為飛行過程中，在無任何操縱的情況下，彈艙門突然打開，對(duì)機(jī)上供電設(shè)備進(jìn)行檢查，其功能正常。進(jìn)行地面功能檢查時(shí)故障復(fù)現(xiàn)，隨后對(duì)作動(dòng)筒進(jìn)行分解檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部襯筒碎裂。作動(dòng)筒內(nèi)部襯筒是保證鋼球鎖機(jī)構(gòu)上鎖、開鎖狀態(tài)的重要部件。襯筒碎裂后無法保證鋼球鎖機(jī)構(gòu)處于上鎖狀態(tài)，致使功能失效。襯筒斷口及摩擦痕跡如圖5、圖6所示。

3.2.2 機(jī)理分析

3.2.2.1 理論強(qiáng)度分析

襯筒材料為T10A，為提高在工作區(qū)域20mm～25mm進(jìn)行淬火，熱處理硬度為HRc60～63.3，作動(dòng)筒上鎖時(shí)，襯筒承受外部載荷，活塞受到拉桿的拉力，鋼珠受到接觸面上的壓力和摩擦力。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式及受力分析，對(duì)襯筒建立局部有限元模型，襯筒上受到鋼珠的壓力為10189N，摩擦力為1528N，將其施加到襯筒有限元模型上進(jìn)行計(jì)算，襯筒上的應(yīng)力云圖見圖7。襯筒最大應(yīng)力為1700.0MPa，則剩余強(qiáng)度系數(shù)：■，襯筒滿足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。所以設(shè)計(jì)上滿足使用要求。

3.2.2.2 理化分析結(jié)果

對(duì)斷口進(jìn)行理化分析，斷口形貌為沿晶斷裂，判定襯筒為脆性斷裂。主要產(chǎn)生的原因?yàn)闊崽幚磉^程中，對(duì)溫度、加熱時(shí)間控制不足，所產(chǎn)生的馬氏體組織進(jìn)金相檢查組織較為粗大，等級(jí)為10級(jí)，斷口馬氏體組織形式如圖8所示。

3.2.3 改進(jìn)方案

根據(jù)靜強(qiáng)度計(jì)算及故障件的理化分析結(jié)果，襯筒經(jīng)高頻淬火后產(chǎn)生的馬氏體組織形式，高頻淬火溫度及保溫時(shí)間對(duì)零件組織形式有較大影響，如果組織形式過于粗大，會(huì)造成零件脆性增加，在上鎖過程的沖擊載荷以及上鎖后負(fù)載，鋼球?qū)σr筒產(chǎn)生作用力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)襯筒碎裂的故障模式。

通過對(duì)未發(fā)生故障的襯筒進(jìn)行抽樣，基本馬氏體等級(jí)在7級(jí)以下的均未發(fā)生故障模式，對(duì)工藝熱處理加工進(jìn)行把控，找到最優(yōu)的控制參數(shù)，提高熱處理質(zhì)量，保證產(chǎn)品性能。

4? 結(jié)論

對(duì)于作動(dòng)筒非指令開鎖工作，通過系統(tǒng)改進(jìn)，消除系統(tǒng)反向壓力對(duì)作動(dòng)筒功能的影響，并在熱處理過程中提供工藝控制，保證產(chǎn)品受力性能，以此解決故障現(xiàn)象。

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