起落架緩沖器掉壓及油液微量泄漏故障分析

嚴(yán)山欽，郭 輝，婁雷亭，王奉龍，劉虎騰

(1.中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司，陜西 漢中 723200；2.空裝駐漢中地區(qū)軍事代表室，陜西 漢中 723200)

起落架是飛機(jī)的一個(gè)重要組成系統(tǒng)，供飛機(jī)在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時(shí)用于支承飛機(jī)重力，承受相應(yīng)載荷的裝置，須具有良好的操縱性、穩(wěn)定性和安全性。起落架著陸系統(tǒng)是飛機(jī)關(guān)鍵承力部件，在飛機(jī)安全起降過(guò)程中擔(dān)負(fù)著極其重要的使命，而緩沖器又是起落架必備的通用部件，其主要功能是吸收飛機(jī)在著陸和滑行期間的動(dòng)能，減弱飛機(jī)由于撞擊而引起的顛簸跳動(dòng)。某型號(hào)飛機(jī)在例行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)主起緩沖器存在壓降及油液微量泄漏現(xiàn)象，雖然產(chǎn)品經(jīng)過(guò)返廠復(fù)試，密封性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，但是產(chǎn)品壓力下降問(wèn)題未得到有效排除。緩沖器壓力下降直接影響著飛機(jī)的著陸和滑行安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成起落架功能性失效[1-3]。為此，有必要對(duì)緩沖器壓力下降及油液微量泄漏故障進(jìn)行深入研究，精確定位，從根源上解決。

1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

緩沖器安裝于飛機(jī)主起落架部位，屬于起落架部件重要的組成部件(見(jiàn)圖1)，主要由外筒、活塞桿、密封組件等元件組成。該型號(hào)起落架緩沖器為帶有活動(dòng)密封組、等截面的油孔及活塞的阻尼裝置，正、反行程時(shí)均可起到阻滯緩沖的作用，屬典型的油液-氮?dú)馐骄彌_結(jié)構(gòu)，其在氮?dú)夂陀鸵簺_注方面有著嚴(yán)格的數(shù)值要求。當(dāng)飛機(jī)落地時(shí)，緩沖器處于壓縮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，活塞桿向右移動(dòng)，腔內(nèi)的氣體被壓縮，油液通過(guò)緩沖器內(nèi)部的阻尼孔運(yùn)動(dòng)吸收能力，從而實(shí)現(xiàn)緩沖、減震作用；當(dāng)飛機(jī)起飛時(shí)，外界對(duì)緩沖器的壓載荷將釋放，緩沖器處于伸展運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，腔內(nèi)的壓縮氣體被釋放，油液高速通過(guò)節(jié)流孔，摩擦生熱，消耗能量，以達(dá)到減小撞擊及振動(dòng)[4-6]。

圖1 緩沖器簡(jiǎn)圖

2 緩沖器壓力下降及油液微量泄漏故障復(fù)現(xiàn)

緩沖器壓力下降直接影響到飛機(jī)起飛、著陸的平穩(wěn)性和安全性；油液微量泄漏易造成油液浪費(fèi)、周圍環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)可引發(fā)零部件功能失常，且在裝配環(huán)節(jié)不易發(fā)現(xiàn)。為定位故障原因，解決緩沖器油液微量泄漏、掉壓?jiǎn)栴}，對(duì)返廠故障件開(kāi)展了如下工作。

2.1 氣密試驗(yàn)檢查

氣密試驗(yàn)檢查操作如下。

1)測(cè)量返廠的緩沖器內(nèi)的氣壓值，技術(shù)指標(biāo)5～5.05 MPa，實(shí)測(cè)氣壓值為4.9 MPa，不符合技術(shù)要求。

2)依據(jù)產(chǎn)品驗(yàn)收技術(shù)條件，先將緩沖器內(nèi)部氣壓放至0 MPa，排盡腔內(nèi)油液；再壓縮緩沖器10 mm，向其充填20.5 MPa氮?dú)猓瑢⒕彌_器浸泡在油槽中保持30 min，檢查氣密性，未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象；將緩沖器氣壓降至13.7 MPa后，浸泡在油槽中保持3 h，再次檢查氣密性，緩沖器依然未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象；最后將緩沖器處于全伸長(zhǎng)狀態(tài)，向其充填5.0 MPa氮?dú)?，浸泡在油槽中保? h后，檢查緩沖器氣密性時(shí)，仍未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象[7]。

氣密試驗(yàn)表明：緩沖器密封性完好。為此應(yīng)模擬產(chǎn)品外場(chǎng)使用狀態(tài)，增加如下試驗(yàn)用于復(fù)現(xiàn)故障。

1)緩沖器處于停機(jī)壓縮狀態(tài)(活塞桿外露量359 mm)時(shí)，向緩沖器充填9 MPa氮?dú)?，將其放置?50 ℃的環(huán)境下保持24 h；再在自然環(huán)境中升溫12 h，測(cè)量緩沖器未出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象。

2)緩沖器處于停機(jī)壓縮狀態(tài)(活塞桿外露359 mm)時(shí)，用試驗(yàn)夾具固定后，向緩沖器充填9.5 MPa氮?dú)?，靜置4 h后，將緩沖器壓力調(diào)整至9.0 MPa。將此狀態(tài)緩沖器的活塞桿與水平面成25°角、朝上放置在(20±5) ℃的恒溫間內(nèi)停放2個(gè)月。在停放期間，每隔10天測(cè)一次緩沖器內(nèi)部氣壓和環(huán)境溫度值，結(jié)果表明緩沖器有壓力下降現(xiàn)象(見(jiàn)表1)。

表1 緩沖器內(nèi)部壓力及環(huán)境溫度隨時(shí)間變化值

2.2 分解檢查

分解檢查操作如下。

1)將緩沖器分解至零件狀態(tài)，目視檢查零件外觀質(zhì)量良好，測(cè)量相關(guān)零件的密封配合部位尺寸均合格(見(jiàn)表2)。

表2 零件密封配合部位尺寸檢測(cè)值

2)在產(chǎn)品分解過(guò)程中，緩沖器環(huán)形空腔內(nèi)流出黑色油水混合液體約550 mL(見(jiàn)圖2)。緩沖器在壓縮與釋放過(guò)程中，黑色物質(zhì)(油水混合物)會(huì)被間接帶出，在緩沖器孔口部位形成微量泄漏，即油漬現(xiàn)象。緩沖器模擬產(chǎn)品外場(chǎng)使用狀態(tài)后，復(fù)現(xiàn)了壓力下降及微量泄漏故障。

3 故障定位

3.1 鉻層氣密性檢查

緩沖器密封部位相關(guān)尺寸均合格，表明壓力下降為其他原因。鍍鉻竄氣問(wèn)題一直是行業(yè)“老大難”，故應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展故障件外筒的鉻層竄氣排查工作。將外筒放置于工裝中，向工裝內(nèi)加入20 MPa的氮?dú)?，并向外筒的?nèi)孔中倒入一定量的液壓油至浸沒(méi)外筒內(nèi)孔鍍鉻面，30 min后外筒鉻層出現(xiàn)“冒汗”現(xiàn)象，鉻層竄氣故障發(fā)生(見(jiàn)圖3)。

圖3 外筒漏氣照片

緩沖器外筒內(nèi)孔鉻層厚度為20～40 μm。在標(biāo)準(zhǔn)鍍鉻工藝條件下，由于鍍層的晶格轉(zhuǎn)變使鍍鉻層具有很高的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)鍍層厚度超過(guò)0.5 μm時(shí)，鉻層產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。根據(jù)鉻層竄氣經(jīng)驗(yàn)可知：鉻層厚度越大，微觀穿透裂紋就越多，竄氣發(fā)生的概率就越高。緩沖器在氣密檢查時(shí)，若外筒鉻層網(wǎng)狀裂紋之間已相互貫通，氣體會(huì)從網(wǎng)狀裂紋的高壓區(qū)流動(dòng)至低壓區(qū)，在環(huán)形空腔處發(fā)生“微漏氣”。緩沖器出廠驗(yàn)收試驗(yàn)時(shí)，未發(fā)現(xiàn)掉壓現(xiàn)象的主要原因如下：技術(shù)條件要求的氣密試驗(yàn)時(shí)間較短，密封部位距離緩沖器有一段空腔，間接成為了鉻層竄氣的“蓄壓瓶”。當(dāng)密封部位鉻層發(fā)生竄氣時(shí)，外筒空腔的氣體需要積累到一定數(shù)量，才會(huì)從外筒孔口處溢出。因此，在試驗(yàn)規(guī)定的觀察時(shí)間內(nèi)很難檢測(cè)到外筒鉻層竄氣問(wèn)題。

3.2 油液微量泄漏驗(yàn)證試驗(yàn)

1)按照未排余油的氣密試驗(yàn)工藝流程進(jìn)行操作(在環(huán)形空腔內(nèi)未注入7254潤(rùn)滑脂)，將緩沖器復(fù)裝，在未壓縮緩沖器工況下，填充6.05 MPa氮?dú)狻Ｏ葘⒕彌_器水平浸泡在裝甲槽的油液中，保持7 h；隨后從油液中取出，擦凈外表面，將其活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°)，擦干大螺母凹槽上端面的油液，放置12 h后，觀察外筒孔口處油液流出(見(jiàn)圖4)并收集油液約400 mL；最后，分解檢查環(huán)形空腔發(fā)現(xiàn)仍存余油約420 mL，這表明：前期氣密試驗(yàn)時(shí)，大量油液進(jìn)入環(huán)形空腔，且工藝流程中未安排排油工序，導(dǎo)致緩沖器環(huán)形空腔內(nèi)存有余油，在未注潤(rùn)滑脂時(shí)就容易發(fā)生油液泄漏[8]。

圖4 外筒孔口處油液大量流出

2)按照未排余油的氣密試驗(yàn)工藝流程再次進(jìn)行操作(環(huán)形空腔內(nèi)注入7254潤(rùn)滑脂)，將緩沖器水平浸泡在裝甲槽的油液中，保持7 h后從油液中取出，通過(guò)注油嘴注入7254潤(rùn)滑脂[9-10]。先將緩沖器活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°)，擦干大螺母凹槽上端面的油液，放置12 h，觀察外筒孔口螺紋處有微量油液滲出(見(jiàn)圖5)；再次擦干油液后，靜置12 h，未發(fā)生余油滲出現(xiàn)象，分解檢查環(huán)形空腔內(nèi)存余油約800 mL。

圖5 外筒孔口螺紋處有微量油液滲出

經(jīng)上述試驗(yàn)可知：原工藝流程未安排排除組件內(nèi)存油的工步，在緩沖器孔口注入潤(rùn)滑脂后，存油被潤(rùn)滑脂密封在了環(huán)形空腔內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間起飛、飛行及著陸，隨著溫差驟變，有少量的水會(huì)被活塞桿帶入空腔內(nèi)，固態(tài)潤(rùn)滑脂也會(huì)得到稀釋，緩沖器壓縮或伸展以及飛行過(guò)程中存在震動(dòng)，當(dāng)環(huán)形空腔內(nèi)的液體較多時(shí)，打破了緩沖器環(huán)形腔內(nèi)的存油平衡，最終致使環(huán)形空腔內(nèi)的存油滲出。

4 工藝改進(jìn)與驗(yàn)證

1)針對(duì)鉻層竄氣問(wèn)題。一方面加強(qiáng)零件鍍覆前的表面粗糙度，控制電鍍過(guò)程工藝參數(shù)；另一方面，為保證外筒鉻層氣密性的可靠性與穩(wěn)定性，增加外筒鉻層的氣密性檢查，避免鉻層竄氣引發(fā)的返修、返工，排除外場(chǎng)使用過(guò)程中可能發(fā)生的掉壓故障。

2)針對(duì)油液微量泄漏問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)工藝改進(jìn)，在產(chǎn)品氣密性試驗(yàn)后，使用工業(yè)酒精清除外筒孔口至活塞桿密封部位環(huán)形空腔中的殘留液壓油，并吹干環(huán)形空腔，進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，確保產(chǎn)品內(nèi)部無(wú)殘留油液。

3)工藝驗(yàn)證。對(duì)工藝改進(jìn)后交付的起落架緩沖器進(jìn)行狀態(tài)跟蹤，截至發(fā)文之日(近8個(gè)月)，外場(chǎng)再未發(fā)生此類故障，間接證明工藝改進(jìn)方法正確，措施有效。

5 結(jié)語(yǔ)

緩沖器發(fā)生的油液微量泄漏是飛機(jī)起落架中比較罕見(jiàn)的故障現(xiàn)象，在裝配、維修過(guò)程中不易發(fā)現(xiàn)，還容易被誤判為密封失效，導(dǎo)致故障診斷困難。鉻層竄氣與密封失效是起落架掉壓故障的主要原因[11]。本文按產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行了相關(guān)檢查，提出了組件鉻層竄氣測(cè)試的方法和工藝改進(jìn)的方向。