某直升機(jī)液壓系統(tǒng)原理與典型故障分析

樂(lè)淑玲 李蒙江 曹 帥 楊 俊

（航空工業(yè)昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 前言

液壓系統(tǒng)至今依然是科學(xué)研究的熱點(diǎn)，隨著科技的不斷革新，該系統(tǒng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。液壓傳動(dòng)技術(shù)在1939年開(kāi)始應(yīng)用于航空業(yè)， 至今已有近80 a的歷史。液壓傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、功率重量比大、體積小、輸出力大和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。目前液壓傳動(dòng)仍然廣泛應(yīng)用于直升機(jī)，成為現(xiàn)代直升機(jī)的重要系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的預(yù)定功能，機(jī)上配置了各種不同的系統(tǒng)：操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、防冰防雨、電源系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等，其中液壓系統(tǒng)是關(guān)鍵系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)的工作情況直接與飛行安全密切相關(guān)。近年來(lái)，我國(guó)的工程機(jī)械取得了蓬勃的發(fā)展，其中，液壓傳動(dòng)技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。而且，隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，它已經(jīng)成為機(jī)械等行業(yè)不可缺少的重要技術(shù)。飛機(jī)的液壓系統(tǒng)在各類(lèi)機(jī)械的液壓系統(tǒng)中是最先進(jìn)的，技術(shù)要求也要高于其他的機(jī)械類(lèi)。所以液壓系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)提升飛機(jī)的性能起到了重要的作用[1]。

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的概率約占全機(jī)發(fā)生故障總數(shù)的40%，在等級(jí)嚴(yán)重的事故中，約有15%～20%是由液壓系統(tǒng)故障引起的。引起液壓故障的原因可能是多方面的，發(fā)生了故障往往不易找出具體原因，所以維修人員對(duì)液壓系統(tǒng)故障的預(yù)防、判斷和排除的能力非常重要[2]。

該文是在理解液壓系統(tǒng)組成和基本工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)日常液壓系統(tǒng)的故障進(jìn)行定位分析，為后續(xù)解決類(lèi)似問(wèn)題節(jié)省了排故時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)組成

一套完整的液壓系統(tǒng)由5個(gè)部分組成，包括動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，液壓系統(tǒng)中的油泵向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。執(zhí)行元件的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?？刂圃锤鞣N液壓閥）在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位和油溫計(jì)等。液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能力的工作介質(zhì)。

直升機(jī)液壓系統(tǒng)的主要作用是給操縱系統(tǒng)提供能源，通過(guò)3臺(tái)主助力器和1臺(tái)尾助力器操縱主旋翼和尾旋翼，進(jìn)而達(dá)到直升機(jī)的飛行控制和姿態(tài)控制的目的。此外，液壓系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)直升機(jī)旋翼剎車(chē)、機(jī)輪剎車(chē)、旋翼折疊、起落架收放和絞車(chē)吊放等輔助功能。某型直升機(jī)液壓系統(tǒng)主要接口為旋翼驅(qū)動(dòng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)、顯示和記錄以及旋翼飛行操縱系統(tǒng)，其接口如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)接口圖

該文重點(diǎn)介紹了該型直升機(jī)液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)組件、控制系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)組件

1.1.1 液壓源組件

液壓源組件主要包括油箱、齒輪泵和系統(tǒng)歧管組件（歧管和附件組成，其附件有液壓油濾、二位二通電磁閥、 液壓傳感器和壓力調(diào)節(jié)閥）。

1.1.2 安全系統(tǒng)組件

3套安全系統(tǒng)組件分別安裝在3套主助力器上，隨主助力器上下運(yùn)動(dòng)，每套安全系統(tǒng)組件包括單向閥、蓄壓器及二位二通電磁閥附件。

1.1.3 尾槳載荷補(bǔ)償器

載荷補(bǔ)償器與尾助力器并聯(lián)，安裝在尾助力器附近，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，載荷補(bǔ)償器可以降低腳蹬操縱載荷，該系統(tǒng)包括安全閥、蓄壓器、單向閥和二位二通電磁閥。

1.1.4 地面試驗(yàn)歧管組件

在發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，通過(guò)該組件與液壓油車(chē)相連，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查或試驗(yàn)，其中包括支架、歧管以及附件（單向閥、增壓快卸自封閥和吸油快卸自封閥）。

1.2 控制系統(tǒng)

1.2.1 “液壓”開(kāi)關(guān)（液壓切斷開(kāi)關(guān)）

“液壓”開(kāi)關(guān)為二位開(kāi)關(guān)，安裝在正駕駛總距桿上，用于控制安全系統(tǒng)組件的3個(gè)二位二通電磁閥來(lái)同時(shí)釋放安全系統(tǒng)組件中3個(gè)蓄壓器的壓力。

“供壓”位：二位二通電磁閥斷電，液壓系統(tǒng)正常供壓。

“斷壓”位：當(dāng)飛行前檢查，啟動(dòng)應(yīng)急程序時(shí)，將開(kāi)關(guān)置于“斷壓”位。此時(shí)，二位二通電磁閥通電，3個(gè)安全歧管中蓄壓器同時(shí)卸壓，但是載荷補(bǔ)償器中的蓄壓器仍然起作用。

1.2.2“ 液壓試驗(yàn)”按鈕

“液壓試驗(yàn)”按鈕位于中央操縱臺(tái)綜顯/系統(tǒng)開(kāi)關(guān)板上?？刂葡到y(tǒng)歧管組件的二位二通電磁閥和載荷補(bǔ)償器上的二位二通電磁閥，用于試驗(yàn)液壓蓄壓器和釋放載荷補(bǔ)償器的壓力。

按壓“液壓試驗(yàn)”按鈕，二位二通電磁閥通電，當(dāng)飛行前檢查，啟動(dòng)應(yīng)急程序時(shí)，將按鈕按下，打開(kāi)控制系統(tǒng)歧管組件的電磁閥，釋放液壓系統(tǒng)壓力。它還可以打開(kāi)控制載荷補(bǔ)償器上的電磁閥，釋放載荷補(bǔ)償器的壓力。此時(shí)3個(gè)安全歧管中的蓄壓器仍有壓力。

松開(kāi)“液壓試驗(yàn)”按鈕，按鈕自動(dòng)復(fù)位，二位二通電磁閥斷電，液壓系統(tǒng)恢復(fù)正常供壓。

1.3 監(jiān)視系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)通過(guò)告警信號(hào)燈面板上的紅色“液壓低”警告燈、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示器和語(yǔ)音報(bào)警裝置顯示系統(tǒng)故障。

2 工作原理

2.1 正常工作

發(fā)動(dòng)機(jī)工作前，液壓系統(tǒng)無(wú)壓力，“液壓低”警告燈亮，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示器上顯示閃爍 “HYDR”，語(yǔ)音警告發(fā)出“液壓壓力低”報(bào)警。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，當(dāng)旋翼運(yùn)轉(zhuǎn)后，主減速器通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)齒輪泵工作，液壓泵從液壓油箱吸油。油液經(jīng)液壓油濾過(guò)濾，壓力調(diào)節(jié)閥保持系統(tǒng)正常的工作壓力為4 MPa。當(dāng)壓力達(dá)到3.8 MPa時(shí)，“液壓低”警告燈滅，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示器告警信息消失，語(yǔ)音報(bào)警裝置停止報(bào)警。壓力油液分為2路：一路到安全系統(tǒng)組件，并且為主助力器提供液壓能量。另一路經(jīng)三通接頭又分為2路：其中一路到載荷補(bǔ)償器，另外一路為尾助力器提供液壓能量，如圖2所示。

圖2 正常工作原理圖

2.2 應(yīng)急工作

液壓油泄漏和泵傳動(dòng)皮帶損壞等原因，造成了系統(tǒng)壓力降低，當(dāng)壓力降到2.4 MPa時(shí)“液壓低”警告燈亮，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示器上顯示閃爍的“HYDR”，語(yǔ)音報(bào)警裝置發(fā)出“液壓壓力低”報(bào)警，通知駕駛員準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入無(wú)液壓助力操縱。

此時(shí)蓄壓器繼續(xù)為主助力器供壓，駕駛員應(yīng)在蓄壓器壓力完全釋放完之前平穩(wěn)地減小總距并將空速調(diào)整到Vytj（調(diào)節(jié)速度）。

當(dāng)直升機(jī)空速達(dá)到Vytj（調(diào)節(jié)速度）時(shí)，轉(zhuǎn)為無(wú)液壓助力操縱，此時(shí)駕駛員須將正駕駛總距桿上的“液壓”開(kāi)關(guān)置于“斷壓”位，接通安全系統(tǒng)組件上的電磁閥，同時(shí)釋放安全系統(tǒng)組件中3個(gè)蓄壓器的壓力，降低操縱線上的機(jī)械載荷，將“液壓”開(kāi)關(guān)置于“斷壓”位后，可將右電氣開(kāi)關(guān)板上的“語(yǔ)音警報(bào)器”開(kāi)關(guān)置于“關(guān)”位。

3 故障及分析

3.1 故障1：“液壓低”告警

故障現(xiàn)象：地面開(kāi)車(chē)時(shí)，“液壓低”警告燈亮，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示器上顯示閃爍的“HYDR”，語(yǔ)音報(bào)警裝置發(fā)出“液壓壓力低”報(bào)警。

根據(jù)液壓系統(tǒng)工作原理，當(dāng)系統(tǒng)液壓壓力低于2.4 MPa時(shí)，主減速器上的“液壓壓力開(kāi)關(guān)”接收到信號(hào)，再將信號(hào)發(fā)送到語(yǔ)音告警器，語(yǔ)音告警發(fā)出“液壓壓力低”的警告，同時(shí)將“液壓低”信號(hào)傳輸給告警控制燈盒。

“液壓低”告警的原因可能是液壓系統(tǒng)泄漏、液壓泵驅(qū)動(dòng)皮帶松弛（大于正常范圍102 mm～103 mm），電磁閥故障、液壓泵故障、液壓壓力傳感器故障和液壓壓力電氣線路故障。確定故障原因需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，從易到難，依次排查。具體排故思路如圖3所示。

圖3 排故路線圖

根據(jù)排故思路進(jìn)行以下4點(diǎn)地面檢查：1）檢查液壓油箱的油位，結(jié)果為油位正常。2）檢查液壓泵驅(qū)動(dòng)皮帶松弛情況，結(jié)果為正常。3）地面檢查周期變距操縱，結(jié)果為電磁閥和液壓泵工作正常。4）導(dǎo)通液壓壓力傳感器1、3針腳，結(jié)果為處于常通狀態(tài)，與技術(shù)要求不符。

通過(guò)上述檢查，最終故障點(diǎn)定位于液壓壓力傳感器，更換該部件，地面開(kāi)車(chē)檢查故障消失。

3.2 故障2：按壓“液壓試驗(yàn)”按鈕后，駕駛員感覺(jué)操縱桿推向一邊

故障現(xiàn)象：地面開(kāi)車(chē)按壓“液壓試驗(yàn)”周期變距桿向右倒桿。

該故障的原因可能為蓄壓器壓力不足、電磁閥線路故障、蓄壓器故障和電磁閥故障。排故工作應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐一排除，定位分析。具體排故思路如圖4所示。

圖4 排故路線圖

根據(jù)排故思路，進(jìn)行以下2項(xiàng)工作：1）利用蓄壓器充氣工裝給蓄壓器充氣，地面檢查周期變距操縱情況，結(jié)果：故障未消失。2）根據(jù)電磁閥線路控制圖，檢查液壓試驗(yàn)電磁閥（29 C）與右側(cè)橫滾液壓電磁閥（27 C）線路，分離插頭（30 C））到2個(gè)電磁閥的A針腳均不通，將其線號(hào)（CH7K20-30C-J、CHCH2K20-30C-F）與圖紙進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)兩者線路接反。如圖5所示。

圖5 電磁閥線路圖

通過(guò)上述檢查，最終故障點(diǎn)定位于液壓試驗(yàn)電磁閥與右側(cè)橫滾液壓電磁閥線路故障，按圖紙要求恢復(fù)相關(guān)接線，地面開(kāi)車(chē)檢查正常。

3.3 故障3 ：周期駕駛桿向右推桿載荷明顯

故障現(xiàn)象：開(kāi)車(chē)前連接液壓試驗(yàn)器，檢查操縱系統(tǒng)正常。地面開(kāi)車(chē)時(shí)，做液壓切斷功能檢查，將“液壓”開(kāi)關(guān)置于“斷壓”位后，周期駕駛桿向右推桿載荷明顯。

該故障是因?yàn)樾顗浩鲏毫Σ蛔銓?dǎo)致電磁閥線路故障和安全系統(tǒng)組件（蓄壓器/電磁閥/單向閥）故障。排故工作應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐一排除，定位分析。具體排故思路如圖6所示。

圖6 排故路線圖

根據(jù)故障現(xiàn)象及工作原理，進(jìn)行以下3項(xiàng)工作：1）利用蓄壓器充氣工裝給蓄壓器充氣，地面檢查周期變距桿操縱情況正常，開(kāi)車(chē)檢查故障未消失。2）根據(jù)電磁閥線路控制圖，如圖7所示，將右側(cè)橫滾液壓電磁閥（27C）導(dǎo)通到液壓控制開(kāi)關(guān)23C的線路，無(wú)異常。3）更換安全系統(tǒng)組件，地面開(kāi)車(chē)檢查，故障消失。

圖7 電磁閥線路圖

在日常維護(hù)的過(guò)程中，除了提升液壓系統(tǒng)排故水平外，還應(yīng)注重液壓系統(tǒng)的操作方法和注意事項(xiàng)，只有各方面都做到位，才能從根本上降低液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。以下為液壓系統(tǒng)的使用操作方法和注意事項(xiàng)。

操作方法包括以下3種：1）拆卸后，應(yīng)堵住零件以及軟/硬管的孔口，避免污染。小心安放硬管，防止變形。2）裝配前確認(rèn)裝配面清潔無(wú)污物，剪斷并報(bào)廢保險(xiǎn)絲，報(bào)廢密封圈，新裝的密封圈在15號(hào)航空液壓油中浸泡至少24 h。3）安裝導(dǎo)管時(shí)，用15號(hào)航空液壓油潤(rùn)滑外套螺母的螺紋，用手?jǐn)Q外套螺母直至感覺(jué)到導(dǎo)管錐套與接頭的內(nèi)錐面接觸為止，從這個(gè)位置開(kāi)始，用扳手扳緊約1/6圈。

注意事項(xiàng)包括以下4項(xiàng)：1）為了防止污染液壓系統(tǒng)，工作場(chǎng)所、所有工具及材料都必須保持絕對(duì)清潔，以便系統(tǒng)能隨時(shí)工作。2）系統(tǒng)零部件在拆卸前須釋放液壓壓力并斷開(kāi)全機(jī)電源。3）系統(tǒng)零部件安裝后進(jìn)行管路排氣，例如，拆裝液壓泵必須進(jìn)行盤(pán)槳排氣。4）須按維護(hù)要求定期更換液壓油濾，更換液壓油。

4 結(jié)語(yǔ)

在直升機(jī)日常維護(hù)中，液壓系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響了直升機(jī)的試飛效率和試飛安全。為了保證在后續(xù)的試飛過(guò)程中，快速排除故障，及時(shí)恢復(fù)直升機(jī)性能，提高試飛生產(chǎn)效率，保障試飛安全。應(yīng)充分了解液壓系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成和電氣控制等知識(shí)點(diǎn)，并將其應(yīng)用在實(shí)際排故過(guò)程中。在日常排故中，應(yīng)先對(duì)故障相關(guān)系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行深入分析，理清排故思路，然后根據(jù)故障現(xiàn)象判斷故障涉及的線路及成品件，再對(duì)具體模塊進(jìn)行分析，最終定位故障源。有的放矢，避免不必要的拆裝更換，縮短排故周期，提高試飛效率。