發(fā)動機燃油流量調(diào)節(jié)器調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障分析

□ 王明軍 □ 葉 飛 □ 林志輝

1.空軍裝備部 西安 710021 2.中國航發(fā)動力股份有限公司 西安 710021

1 故障情況

機構(gòu)卡滯是航空機構(gòu)典型故障的主要原因之一,國內(nèi)外在機構(gòu)磨損可靠性及機構(gòu)運動精度可靠性方面進行了大量研究,提出了黏著磨損卡滯、變形過大卡滯等不同類型機構(gòu)卡滯的可靠性分析方法。

針對不同溫度、摩擦系統(tǒng)等條件的卡滯故障,結(jié)合故障機理、可靠性設(shè)計、防卡滯設(shè)計準則,提出防卡滯設(shè)計措施,對解決大部分機構(gòu)卡滯問題具有較好的推動作用。

某型發(fā)動機燃油流量調(diào)節(jié)器是發(fā)動機燃油調(diào)節(jié)附件的組成部分,用于改變加力燃燒室的供油量,控制噴口臨界截面面積。節(jié)流工作狀態(tài)噴口控制活門是燃油流量調(diào)節(jié)器的部件,由彈簧及調(diào)整釘組成?；铋T可按照給定的高壓轉(zhuǎn)速,控制噴口調(diào)節(jié)片的開關(guān)。在試車過程中,燃油系統(tǒng)溫度升高后,多臺次燃油流量調(diào)節(jié)器上的調(diào)整釘出現(xiàn)調(diào)整卡滯,導(dǎo)致發(fā)動機相關(guān)性能無法調(diào)整,發(fā)動機只能停車。使燃油溫度降至常溫后,調(diào)整釘才能恢復(fù)調(diào)整功能。這一故障不僅給調(diào)整工作帶來了極大不便,而且造成開車停車過程中資源極大浪費。為了提高調(diào)整釘高溫狀態(tài)下調(diào)整的靈活性,解決調(diào)整釘熱態(tài)卡滯問題,對故障進行原因分析,制定改進措施,并進行試驗驗證。

2 調(diào)整釘組件結(jié)構(gòu)

調(diào)整釘組件結(jié)構(gòu)如圖1所示。調(diào)整釘組件由調(diào)整釘、管接頭、調(diào)整釘座、密封圈、帶槽襯套、支撐墊圈、鞍型墊圈、調(diào)整墊圈組成。為保證調(diào)整釘組件在結(jié)構(gòu)上具有鎖緊功能,調(diào)整釘?shù)穆菁y在加工后銑扁,以便于限動。調(diào)整釘如圖2所示。與調(diào)整釘配合的帶槽襯套如圖3所示,為扁型孔,通過鞍型墊圈、調(diào)整墊圈將帶槽襯套和管接頭上的齒嚙合,用齒來限制調(diào)整釘?shù)霓D(zhuǎn)動。管接頭如圖4所示。在裝配時,調(diào)整墊圈用于保證零件之間的間隙,使齒在轉(zhuǎn)動時有足夠的空間活動。在調(diào)整釘旋轉(zhuǎn)時,調(diào)整釘帶動帶槽襯套一起旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)時壓縮鞍型墊圈,嚙合后的齒逐漸脫離,至下一齒之間嚙合后重新進行鎖緊。

圖1 調(diào)整釘組件結(jié)構(gòu)

圖2 調(diào)整釘

圖3 帶槽襯套

圖4 管接頭

3 故障樹

根據(jù)調(diào)整釘組件結(jié)構(gòu),對調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障建立故障樹,如圖5所示。

圖5 調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障樹

對在發(fā)動機熱態(tài)下卡滯的調(diào)整釘拆下進行外觀檢查及試驗,排查工作見表1。根據(jù)所梳理出的故障底事件,排除調(diào)整釘軸與孔不同心、間隙尺寸不合格、零件齒間粘接、調(diào)整釘與帶槽襯套限位四個底事件的影響。由此,故障主要從調(diào)整釘組件高溫篩查條件不合理、配合端面齒設(shè)計不合理、配合端面齒間摩擦力過大三個底事件進行分析。

表1 調(diào)整釘熱態(tài)卡滯排查工作

4 故障排查過程

根據(jù)故障樹列出的底事件,逐項開展排查工作。

4.1 調(diào)整釘組件高溫篩查條件不合理

將故障調(diào)整釘組件在技術(shù)要求給定的最高環(huán)境溫度115～125 ℃環(huán)境中保持15 min,用螺絲刀將調(diào)整釘旋入配裝位置,然后按照要求的最高燃油溫度95～105 ℃將螺絲刀旋入旋出調(diào)整釘各三四圈,均未出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。說明高溫篩查條件不合理,未能將故障件篩查出,不可排除這一底事件。

4.2 配合端面齒設(shè)計不合理

復(fù)查帶槽襯套帶齒零件的設(shè)計文件、工藝文件,并與俄制相同結(jié)構(gòu)零件圖紙進行對比,兩者端面齒角度均為90°,公差為±1°。選取六件對端面齒進行計量,齒型角度、齒高、圓周齒型角度偏差均在圖紙要求的范圍內(nèi)。

通過對帶槽襯套帶齒零件的技術(shù)資料及實物進行復(fù)查,均滿足要求,排除這一底事件。

4.3 配合端面齒間摩擦力過大

對故障調(diào)整釘組件進行分解,應(yīng)用檢測設(shè)備觀察配合端面齒的形貌,發(fā)現(xiàn)有部分齒存在變形的問題,如圖6所示。對帶齒零件進行拋光,拋光后齒表面粗糙度有所提高。重新進行高溫篩查試驗,未卡滯,但旋入時的力矩較大,證明齒面粗糙度對高溫靈活性有一定影響,因此不可排除這一底事件。

圖6 配合端面齒變形

4.4 排查總結(jié)

故障排查總結(jié)見表2。

表2 調(diào)整釘熱態(tài)卡滯排查總結(jié)

5 機理分析

5.1 調(diào)整釘組件高溫篩查條件不合理

按照發(fā)動機實際工作狀態(tài)給定的環(huán)境溫度及燃油溫度,對調(diào)整釘組件進行高溫篩查?？紤]到調(diào)整釘用于調(diào)整發(fā)動機慢車噴口收放轉(zhuǎn)速,在調(diào)整時屬于慢速微量調(diào)整,高溫篩查中需對調(diào)整速率進行控制。經(jīng)現(xiàn)場了解,在進行高溫篩查時使用快速旋入調(diào)整釘?shù)姆绞?與實際使用過程中的調(diào)整方式存在差異。結(jié)合調(diào)整釘工作原理,調(diào)整釘旋轉(zhuǎn)時,調(diào)整釘帶動帶槽襯套一起旋轉(zhuǎn),并壓縮鞍型墊圈使嚙合的兩齒逐漸脫離,至下一齒重新嚙合,此時完成一個調(diào)整響數(shù)?？焖僬{(diào)整時,由于旋入速度快,導(dǎo)致壓縮鞍型墊圈還未將脫離后的齒重新嚙合就因慣性作用進入下一個調(diào)整響數(shù),帶齒零件一直未嚙合,因此無法篩查出故障件。

5.2 配合端面齒間摩擦力過大

通過應(yīng)用檢測設(shè)備查看配合端面齒的形貌,發(fā)現(xiàn)部分齒存在變形的問題。經(jīng)現(xiàn)場了解,兩個帶齒零件在加工時均為逆時針旋轉(zhuǎn)角度,切削力有可能使齒產(chǎn)生變形。根據(jù)工作原理,兩個變形的帶齒零件配對后在逆時針旋出時可能出現(xiàn)多個齒咬合的情況,而順時針旋入時,只有一個齒可能會存在咬合。齒咬合情況如圖7所示。

圖7 齒咬合情況

6 問題復(fù)現(xiàn)

6.1 調(diào)整釘組件高溫篩查條件不合理

采用出現(xiàn)熱態(tài)卡滯的故障件隨產(chǎn)品進行故障復(fù)現(xiàn)試驗,試驗時對調(diào)整釘?shù)男胨俣冗M行對比,發(fā)現(xiàn)旋入速度過快后均不會卡滯,旋入速度慢,按照每秒1～2響的速度,旋至某位置時出現(xiàn)卡滯,此時調(diào)整釘也無法旋出,驗證了旋入速度對高溫篩查結(jié)果存在的影響。

6.2 配合端面齒間摩擦力過大

針對問題復(fù)現(xiàn)情況,重新生產(chǎn)調(diào)整釘組件中的帶齒零件,加工完成后采用打磨拋光的方式去除齒變形,提高表面粗糙度。經(jīng)篩查試驗,調(diào)整釘常溫時未卡滯,高溫時旋入的力矩較大,但未卡滯,因此確定調(diào)整釘卡滯問題為加工時齒變形導(dǎo)致。

7 糾正措施

對高溫篩查時的旋入速度進行控制,要求高溫篩查時旋入速度控制為每秒1～2響進行檢查,嚴控故障件出廠。對高溫篩查不合格的零件采用齒面研磨的方式,提高表面粗糙度,去除齒面粗糙度過大的問題。

同時改進帶齒零件的加工方式,提高齒面粗糙度。在帶齒零件齒面加工時對齒高尺寸貫徹內(nèi)控措施,并在加工完成后走空刀兩次,即共加工三次,提高零件齒面粗糙度及加工一致性。

選取調(diào)試合格的原有結(jié)構(gòu)燃油流量調(diào)節(jié)器調(diào)整釘和改進結(jié)構(gòu)的調(diào)整釘,分別在燃油溫度為常溫和80 ℃高溫的情況下,用力矩扳手反復(fù)進行旋入和旋出調(diào)整試驗,記錄聽到響聲時的最大力矩值。對比分析原有結(jié)構(gòu)、改進結(jié)構(gòu)及俄制結(jié)構(gòu)的調(diào)整力矩,不同結(jié)構(gòu)調(diào)整釘調(diào)整力矩對比見表3。通過對比可以看出,改進結(jié)構(gòu)的調(diào)整釘解決了熱態(tài)卡滯故障,并且調(diào)整力矩與俄制結(jié)構(gòu)基本相當。

表3 不同結(jié)構(gòu)調(diào)整釘調(diào)整力矩對比 N·m

經(jīng)實際使用驗證,貫徹內(nèi)控措施,高溫篩查旋入速度,采用對齒面進行研磨的方式,進一步提高零件表面粗糙度,未再出現(xiàn)調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障。

8 結(jié)束語

通過分析、驗證,發(fā)生發(fā)動機燃油流量調(diào)節(jié)器調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障的主要原因一方面為高溫篩查條件不合理,未能有效對故障件進行篩查;另一方面為加工導(dǎo)致齒變形引起的帶齒零件表面粗糙度過大,使帶齒零件在使用過程中出現(xiàn)咬合現(xiàn)象。

通過制定內(nèi)控措施改進產(chǎn)品,未再出現(xiàn)調(diào)整釘熱態(tài)卡滯故障,證實貫徹內(nèi)控措施,高溫篩查旋入速度,并采用對齒面進行研磨的方式,可以進一步提高零件表面粗糙度,避免熱態(tài)卡滯故障。