飛機(jī)加油車液壓鎖的故障模式影響分析

陳思遠(yuǎn)，黃春生

(中國(guó)航空油料有限責(zé)任公司北京分公司，北京 100621)

0 引言

故障分析技術(shù)是可靠性分析的重要內(nèi)容，其中故障模式影響分析FMEA是開展質(zhì)量設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及服務(wù)的重要分析方法和有效工具。

對(duì)于故障分析技術(shù)的研究，吳國(guó)祥等[1]研究了FMEA對(duì)于企業(yè)質(zhì)量控制中的作用。黃磊等[2]分析研究了液壓支架掩護(hù)梁的故障樹，對(duì)其中故障模式進(jìn)行了分析。武文娟等[3]對(duì)礦用減速器的可靠性進(jìn)行了分析，將減速器的各個(gè)單元制定了詳細(xì)的研究路線。李勇等[4]使用FMEA的方法對(duì)液壓支架進(jìn)行分析，給出了詳細(xì)的分析流程。

機(jī)場(chǎng)使用的特種車輛對(duì)于可靠性要求高，升降平臺(tái)所使用的液壓鎖在日常生產(chǎn)中的故障率較高，因此需要針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用定性的研究手段對(duì)液壓鎖進(jìn)行研究，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理化改造，提高車輛使用的可靠性。

1 液壓鎖組件功能分析

FMEA的實(shí)際作用在于故障發(fā)生前的分析及預(yù)防，并非故障發(fā)生后的補(bǔ)救，因此需要在液壓鎖整體失效前完成FMEA工作[5]。

飛機(jī)加油車所配備的液壓鎖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件較少，但是對(duì)于液壓鎖的密封性以及零部件的耐磨性有較高的要求。另外，飛機(jī)加油車液壓鎖的使用受限于飛機(jī)加油口的位置，實(shí)際中難以統(tǒng)計(jì)液壓鎖的實(shí)際使用時(shí)間，對(duì)于故障的定量分析難度高。因此，需要針對(duì)飛機(jī)加油車液壓鎖的FMEA分析手段設(shè)計(jì)一種適用于飛機(jī)加油車液壓鎖的分析方法，在有限的數(shù)據(jù)條件下完成對(duì)液壓鎖故障模式進(jìn)行的定性分析，并根據(jù)故障模式設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。

1.1 分析方法

如圖1所示，需要從組件功能、系統(tǒng)劃分與可靠性框圖三方面進(jìn)行分析，以滿足FMEA的分析需要。

圖1 分析邏輯圖

分析組件功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)劃分的前提。對(duì)于組件功能的分析，先需要確定組件的工作狀態(tài)以及作用形式，再分析液壓鎖整體機(jī)理。系統(tǒng)劃分是制作可靠性框圖的前提，通過各零部件的功能與作用進(jìn)行劃分，將各組件分為不同的系統(tǒng)，再對(duì)可靠性框圖進(jìn)行研究。通過可靠性框圖可以分析各系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而對(duì)液壓鎖進(jìn)行FMEA分析。

1.2 組件功能

液壓鎖結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。導(dǎo)向桿受到液壓鎖的制動(dòng)作用，平臺(tái)制動(dòng)操作人員進(jìn)行作業(yè)。液壓油由注油口進(jìn)入內(nèi)部提供壓力，彈簧受到壓力作用使導(dǎo)向套發(fā)生運(yùn)動(dòng)，抱緊底蓋卡爪，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊導(dǎo)向桿的目的。

圖2 液壓鎖結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 系統(tǒng)劃分

液壓鎖系統(tǒng)主要由四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別為供油系統(tǒng)、密封與潤(rùn)滑系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與鎖止系統(tǒng)。

其中供油系統(tǒng)由外部管道與內(nèi)部空腔組成，主要負(fù)責(zé)液壓油的正常導(dǎo)入與導(dǎo)出，包含排氣口、排油口與注油口；密封系統(tǒng)由密封圈組成，具體包括頂蓋密封圈與底蓋密封圈，可以實(shí)現(xiàn)液壓油不外泄；運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組件的正常運(yùn)動(dòng)與回位，包含彈簧、耐磨圈與導(dǎo)向套；鎖緊系統(tǒng)為導(dǎo)向桿鎖緊機(jī)構(gòu)，外部導(dǎo)向桿由卡爪進(jìn)行鎖止，卡爪與底蓋為一個(gè)整體，因此鎖緊系統(tǒng)包括襯套、底蓋與螺栓。

1.4 可靠性框圖

根據(jù)1.3中討論，可以獲得液壓鎖各子系統(tǒng)的功能性關(guān)系。如圖3所示，得到液壓鎖系統(tǒng)可靠性框圖。

圖3 液壓鎖系統(tǒng)可靠性框圖

各系統(tǒng)之間相互獨(dú)立、相互制約，各系統(tǒng)共同作用液壓鎖系統(tǒng)才可以正常作用。任一子系統(tǒng)失效，則會(huì)影響整個(gè)液壓鎖系統(tǒng)的功能，致使整體失效。

2 FMEA的實(shí)施

根據(jù)液壓鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)維修歷史記錄，列出液壓鎖系統(tǒng)的所有故障模式。

根據(jù)嚴(yán)重度將故障模式劃分為三級(jí)，表1列出了Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)及Ⅲ級(jí)故障模式，其中，Ⅰ級(jí)故障直接導(dǎo)致液壓鎖系統(tǒng)無(wú)法正常工作；Ⅱ級(jí)故障導(dǎo)致液壓鎖鎖緊效果受到影響；Ⅲ級(jí)故障不影響液壓鎖，功能幾乎不受影響，但影響元器件的使用壽命。此外，根據(jù)各結(jié)構(gòu)所存在的故障模式進(jìn)行分析，根據(jù)不同的產(chǎn)生原因，分析所帶來(lái)的故障影響。由于供油系統(tǒng)與鎖止系統(tǒng)是液壓鎖的動(dòng)力源與功能源，因此單獨(dú)分析各類故障對(duì)這兩種系統(tǒng)的影響情況。由此，建立如表1所示的液壓鎖FMEA表格。

表1 液壓鎖的FMEA

續(xù)表1

3 解決方案

3.1 Ⅰ級(jí)故障解決方案

由于Ⅰ級(jí)故障直接導(dǎo)致部件失效，單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行分析研究并提出修改方案，可以降低部件失效概率。如表2所示，將所有Ⅰ級(jí)故障模式整理歸類，并進(jìn)行分析。

表2 液壓鎖Ⅰ級(jí)故障

根據(jù)表2所歸類的Ⅰ級(jí)故障模式進(jìn)行分類，故障模式主要有泄露、疲勞、磨損和斷裂。

通過實(shí)際工作中的信息收集，可知Ⅰ級(jí)故障中最常見的是底蓋卡爪與襯套磨損。導(dǎo)致卡爪與襯套磨損過度的原因有正常磨損與非正常磨損兩種，非正常磨損的原因是外部導(dǎo)向桿受到徑向載荷，內(nèi)部卡爪或襯套受力不均勻，導(dǎo)致磨損過度。為了解決非正常磨損應(yīng)對(duì)外部支撐桿進(jìn)行導(dǎo)向約束，減少?gòu)较蜉d荷的影響。

對(duì)于頂蓋、缸體與底蓋的泄露問題，定期進(jìn)行帶壓測(cè)試，可以預(yù)防滲漏問題發(fā)生；彈簧存在的問題主要是疲勞失效，因此在使用過程中做到定期檢查，就可以避免此類故障發(fā)生。另外，對(duì)于螺栓斷裂的問題，在實(shí)際中避免液壓鎖受到外力沖擊以及螺栓安裝使用力矩扳手即可避免此類故障發(fā)生。

3.2 其他故障解決方案

其他類型故障主要為變形、破損與泄漏。將Ⅱ級(jí)故障與Ⅲ級(jí)進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 液壓鎖其他故障

密封圈效果減弱的問題可以通過定期檢查，觀察密封圈周圍是否存在跑冒滴漏滲等問題，根據(jù)檢查結(jié)果及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。襯套破損是受到外力影響，由于在實(shí)際過程中導(dǎo)向桿附近的工作空間較為空曠，受到外力影響的情況較少。對(duì)于頂蓋、缸體與底蓋的變形問題，主要由于溫度的變化，因此在車輛使用過后及時(shí)停入車庫(kù)，可降低溫度的影響，與此同時(shí)再加大檢查力度，即可避免變形故障的產(chǎn)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)特種車輛所配備的液壓鎖的內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，建立液壓鎖系統(tǒng)的FMEA分析表格，對(duì)潛在的故障進(jìn)行了分析，根據(jù)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行了分類，對(duì)影響液壓鎖系統(tǒng)的潛在故障進(jìn)行了整理，并對(duì)各種故障類型進(jìn)行了分析并給出了解決方案，以此提高了系統(tǒng)的可靠性。