某型掛彈鉤滾輪裂紋原因分析及預(yù)防

鐘創(chuàng)新 楊玉民 陳紅敏 張瑞敏

摘要：某型飛機(jī)掛彈鉤是彈射多型炸彈和其他外掛物的投放設(shè)備，在使用維護(hù)中內(nèi)部滾輪曾出現(xiàn)裂紋故障。本文對(duì)故障進(jìn)行了原理分析，找出故障原因，并制定了預(yù)防措施，提升了交付用戶裝備的使用完好性。

關(guān)鍵詞：掛彈鉤滾輪；裂紋；故障分析；預(yù)防措施

Keywords：hook roller；crack；fault analysis；prevention measure

1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)掛架大檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)一掛架掛彈鉤釋放搖臂上的滾輪存在穿透性裂紋，如圖1所示。

2 掛彈鉤原理

掛架在懸掛外掛物前，掛鉤處于開鎖狀態(tài)，如圖2所示。懸掛外掛物時(shí)，前后吊耳同時(shí)進(jìn)入殼體槽口內(nèi)，外掛物上升使吊耳推動(dòng)掛鉤的鼻狀端，前后掛鉤分別以順時(shí)針、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)前后拉桿，使轉(zhuǎn)接搖臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，釋放搖臂在復(fù)位彈簧作用下向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)釋放搖臂上的滾輪與轉(zhuǎn)接搖臂的搭接部位搭接時(shí)，掛彈鉤鎖閉，如圖3所示。點(diǎn)燃拋放彈后，高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞頂釋放搖臂順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪克服轉(zhuǎn)接搖臂弧形尖部阻力，在外掛物重力和掛彈鉤彈射力作用下，前后掛鉤打開，投下外掛物。

掛彈鉤處于開鎖狀態(tài)時(shí)，滾輪與轉(zhuǎn)接搖臂接觸圓弧面接觸。掛彈鉤鎖閉時(shí)，轉(zhuǎn)接搖臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滾輪沿轉(zhuǎn)接搖臂接觸圓弧面滾動(dòng)。掛彈鉤鎖閉后，滾輪越過轉(zhuǎn)接搖臂弧形尖部，進(jìn)入轉(zhuǎn)接搖臂的鎖閉凹槽內(nèi)，滾輪的作用是支撐和增加上（開）鎖的靈活性。

3 原因分析與故障定位

3.1 原因分析

1）機(jī)理分析

對(duì)滾輪裂紋進(jìn)行分析，導(dǎo)致滾輪裂紋的原因有三種：制造缺陷、外力突變產(chǎn)生或疲勞裂紋。

檢查滾輪制造的符合性。據(jù)圖樣，滾輪材料為3Cr13，抗拉強(qiáng)度σb=1375±100MPa。測(cè)量滾輪外形尺寸符合制造圖樣要求。檢查滾輪在釋放搖臂的滾輪軸上能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，無卡滯現(xiàn)象，符合滾輪裝配要求。從問題滾輪表面可看出，除穿透性裂紋外還存在多處微小裂紋和壓痕。因此，不排除制造缺陷的可能性。

滾輪受力分析。滾輪與滾輪軸為間隙配合，滾輪固定在釋放搖臂滾輪軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，滾輪在掛彈鉤鎖閉過程中沿轉(zhuǎn)接搖臂弧形凸部的接觸圓弧面滾動(dòng)，受外力作用較小，如圖4、圖5所示。當(dāng)掛彈鉤懸掛的外掛物上升，掛鉤帶動(dòng)拉桿，拉桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)接搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，釋放搖臂上滾輪沿轉(zhuǎn)接搖臂的搭接部位旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，即使?jié)L輪在旋轉(zhuǎn)過程中卡滯，由于外掛物受力方向的轉(zhuǎn)接搖臂與滾輪之間為旋轉(zhuǎn)受力，也不會(huì)產(chǎn)生較大外力。本次裂紋屬修理后出廠零小時(shí)故障，沒有懸掛過外掛物，因此可排除滾輪受較大外力作用瞬間斷裂可能。

對(duì)釋放搖臂滾輪軸安裝部位進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)部分釋放搖臂滾輪軸安裝孔有光亮壓痕，原因是二者間存在擠壓、研磨，滾輪軸安裝孔尺寸因磨損而超差。掛載外掛物時(shí)滾輪軸在安裝孔內(nèi)不同心，滾輪與轉(zhuǎn)接搖臂擠壓，造成滾輪內(nèi)壁與滾輪軸外圓逐漸由面受力轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)受力，滾輪內(nèi)壁邊沿產(chǎn)生微小裂紋，滾輪進(jìn)入轉(zhuǎn)接搖臂弧形凹部時(shí)，掛彈鉤鎖閉。在外掛物重力作用下，滾輪與轉(zhuǎn)接搖臂弧形凹部剛性擠壓，使?jié)L輪受力而出現(xiàn)微小裂紋，同時(shí)在懸掛外掛物飛行過程中轉(zhuǎn)接搖臂因飛行振動(dòng)產(chǎn)生微小位移轉(zhuǎn)動(dòng)，造成受擠壓的滾輪在轉(zhuǎn)接搖臂的鎖閉凹槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，碾壓滾輪軸，逐漸使裂紋擴(kuò)展，最終導(dǎo)致滾輪疲勞斷裂。

2）失效分析

對(duì)滾輪進(jìn)行宏觀檢查，如圖6所示，可以看出滾輪的表面斷口平齊，斷口周圍無明顯機(jī)械損傷，但滾輪外表面存在兩處徑向裂紋，同時(shí)有多處擠壓痕跡。

將滾輪端面拋光浸蝕，在立體式顯微鏡及金相顯微鏡下觀察裂紋，如圖7所示，滾輪端面上除已知的a、c裂紋外，還存在內(nèi)部裂紋b及已擴(kuò)展至表面的裂紋d。4條裂紋特征相似，裂紋表面曲折，部分位置存在斷裂的小顆粒。對(duì)c裂紋放大后觀察，發(fā)現(xiàn)裂紋斷面呈沿晶特征。滾輪的基體組織為回火馬氏體。

對(duì)滾輪斷口的微觀形貌進(jìn)行檢查，如圖8所示。斷口可分為兩個(gè)區(qū)域：沿晶斷裂區(qū)及準(zhǔn)解理斷裂區(qū)。其中，沿晶斷裂區(qū)占整個(gè)斷口面積約60%～70%，其余為準(zhǔn)解理斷裂區(qū)。宏觀觀察沿晶斷裂區(qū)的左下角顏色較深，如圖9所示。在掃描電鏡下呈沿晶特征。整個(gè)斷面較為平坦，無明顯源區(qū)及機(jī)械損傷痕跡。斷面體式形貌和掃描形貌一致，可見明顯沿晶區(qū)和準(zhǔn)解理區(qū)分界線，準(zhǔn)解理斷裂區(qū)上存在始于沿晶/準(zhǔn)解理交界處的擴(kuò)展棱線。

綜上檢查結(jié)論，失效分析表明：滾輪斷口的斷裂順序是先產(chǎn)生沿晶裂紋，而后以沿晶裂紋的前沿逐漸擴(kuò)展形成準(zhǔn)解理斷口，最終斷裂。結(jié)合已經(jīng)存在的多條沿晶裂紋，可以推測(cè)沿晶裂紋應(yīng)為制造過程中產(chǎn)生，準(zhǔn)解理裂紋為使用過程中產(chǎn)生。

3.2 模擬驗(yàn)證

模擬掛彈鉤滾輪失效（摘除釋放搖臂內(nèi)滾輪），將無滾輪的掛彈鉤固定在掛彈鉤綜合投放試驗(yàn)臺(tái)上，進(jìn)行投放試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，在沒有滾輪的情況下，掛彈鉤仍能鎖閉外掛物；用開鎖扳手手動(dòng)釋放，掛彈鉤照常開鎖。

3.3 問題定位

滾輪斷裂原因?yàn)闈L輪制造生產(chǎn)的特殊處理過程中回火或淬火溫度控制不當(dāng)，使鉻的碳化物在晶界析出，降低了晶界強(qiáng)度，首先產(chǎn)生沿晶裂紋，以沿晶裂紋的前沿逐漸擴(kuò)展形成準(zhǔn)解理斷口，使用過程中在懸掛外力及飛行振動(dòng)等作用下，最終導(dǎo)致滾輪出現(xiàn)斷裂性裂紋。

4 預(yù)防措施

1）將故障信息及失效分析情況反饋給掛彈鉤制造單位，制造單位依據(jù)情況查清該批滾輪裂紋屬制造過程中熱處理回火溫度控制不當(dāng)導(dǎo)致。該批次滾輪共涉及90項(xiàng)掛彈鉤。

2）修訂產(chǎn)品修理工藝規(guī)程，將滾輪納入固定探傷項(xiàng)目，嚴(yán)格修理工序質(zhì)量管控，提升產(chǎn)品修理質(zhì)量。

3）對(duì)涉及的該批次共90項(xiàng)掛彈鉤滾輪進(jìn)行探傷普查，發(fā)現(xiàn)裂紋立即換新，保證交付用戶產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 某型彈射持彈鉤說明書[Z].中航工業(yè)鄭州航空機(jī)載設(shè)備制造總廠，1990.

作者簡(jiǎn)介

鐘創(chuàng)新，高級(jí)工程師，主要從事航空軍械、火控系統(tǒng)修理技術(shù)研究工作。