某飛機(jī)起落架及護(hù)板同時(shí)收上故障分析及改進(jìn)

石天諾，胡華泉，曹寧，馬賽強(qiáng)

(成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川成都 610092)

0 前言

在無人機(jī)各種任務(wù)剖面中，起飛和著陸2個(gè)階段尤為重要，而起落架收放功能的性能直接影響到飛行安全和裝備的完好性[1]。

某新型飛機(jī)以電動(dòng)泵作為液壓源，驅(qū)動(dòng)起落架及護(hù)板收放，通過協(xié)調(diào)活門控制起落架及護(hù)板的收放順序。在更換輪胎后的收放調(diào)整試驗(yàn)中，該型飛機(jī)左側(cè)起落架支柱與護(hù)板出現(xiàn)了同時(shí)收上的現(xiàn)象，機(jī)輪與護(hù)板在運(yùn)動(dòng)過程中相撞，由于及時(shí)卸載液壓壓力，故未造成機(jī)械結(jié)構(gòu)的損傷。該故障的發(fā)生，嚴(yán)重影響任務(wù)進(jìn)度及飛行安全。針對(duì)此次故障，本文作者建立故障樹，通過分析定位故障原因，提出改進(jìn)措施。

1 液壓收放原理

1.1 系統(tǒng)原理

液壓收放主要通過飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送指令信號(hào)，控制液壓電磁閥的工作狀態(tài)進(jìn)行收放，液壓收放原理如圖1所示。

圖1 液壓收放起落架單元原理Fig.1 Principle of hydraulic retractable landing gear unit

當(dāng)飛控計(jì)算機(jī)輸出“收上”信號(hào)時(shí)，液壓電磁閥使收上管路與壓力管路接通，液壓油首先流向單向限流活門組件，“液壓鎖”打開，同時(shí)流到起落架支柱收放作動(dòng)筒的收上腔，從而使得起落架支柱收上；在支柱收上到位時(shí)，起落架支柱上的壓塊頂壓協(xié)調(diào)活門頂桿，使壓力油流向護(hù)板作動(dòng)筒的收上腔，機(jī)輪護(hù)板收上，完成起落架“收上”動(dòng)作。

當(dāng)飛控計(jì)算機(jī)輸出“放下”信號(hào)時(shí)，液壓電磁閥使放下管路與壓力管路接通，液壓油首先流向起落架護(hù)板收放作動(dòng)筒的放下腔，從而起落架護(hù)板放下，在護(hù)板放下到位時(shí)，護(hù)板上的壓桿推動(dòng)支臂頂壓協(xié)調(diào)活門頂桿，然后液壓油流向起落架支柱收放作動(dòng)筒的放下腔和單向限流活門，起落架支柱放下，完成起落架“放下”動(dòng)作[2-3]。

1.2 協(xié)調(diào)活門原理

協(xié)調(diào)活門用于保證起落架支柱和護(hù)板的收放順序，即在收起落架時(shí)，先收上起落架支柱，支柱頂壓協(xié)調(diào)活門活塞桿后，再收上護(hù)板；在放起落架時(shí)，先放下護(hù)板，護(hù)板頂壓協(xié)調(diào)活門后，再放下起落架支柱。協(xié)調(diào)活門內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 協(xié)調(diào)活門內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.2 Coordination valve internal structure

協(xié)調(diào)活門A口為進(jìn)口，B口為出口，C口為回油口。鋼球在彈簧力的作用下與殼體構(gòu)成硬密封結(jié)構(gòu)，作用在A口的液壓還起到輔助密封作用，可減少產(chǎn)品內(nèi)漏，B、C口連通，將可能滲漏到B口的少量油液通過C口流回至油箱。

當(dāng)螺釘被頂壓后，推動(dòng)頂桿頂開鋼球，使A、B口連通，C口封閉，此時(shí)高壓油通過B口流入后端起落架機(jī)構(gòu)；當(dāng)作用在螺釘上的頂壓力消失后，頂桿和鋼球在彈簧力的作用下復(fù)位，產(chǎn)品恢復(fù)B、C口連通狀態(tài)。

活塞桿壓縮行程為5.5 mm，內(nèi)部單向活門完全打開，協(xié)調(diào)活門螺釘長(zhǎng)度為22.5 mm，用于收放調(diào)整時(shí)，適配起落架支柱上的壓塊；活門頂桿到止動(dòng)器之間的最大壓縮行程約為7.5 m；收放狀態(tài)螺釘凸出量差值設(shè)置在5.5～6 mm之間，保證狀態(tài)切換時(shí)內(nèi)部活門能夠完全打開，同時(shí)鋼球不會(huì)碰撞止動(dòng)塊。

2 故障分析及定位

2.1 機(jī)上問題排查

查看故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的液壓壓力，壓力無異常；檢查相關(guān)管路、起落架作動(dòng)筒無漏油，電動(dòng)泵、液壓電磁閥工作正常；測(cè)量放下、收上狀態(tài)下協(xié)調(diào)活門螺釘?shù)膲嚎s行程約為7.5 mm，大于技術(shù)要求的6 mm，與最大壓縮行程接近，即彈簧在壓縮到位后仍受力擠壓，長(zhǎng)期保持這種狀態(tài)可能會(huì)導(dǎo)致彈簧損傷，故若出現(xiàn)協(xié)調(diào)活門內(nèi)部的彈簧損傷，協(xié)調(diào)活門螺釘凸出量調(diào)試錯(cuò)誤是可能的因素[4-9]。

2.2 故障樹的建立

由于收放順序混亂，可根據(jù)故障現(xiàn)象初步定位為協(xié)調(diào)活門內(nèi)部密封失效，導(dǎo)致壓力泄漏，使得護(hù)板提前收上。故以該飛機(jī)協(xié)調(diào)活門鋼球與殼體組件密封失效為頂事件。根據(jù)故障的現(xiàn)象、特點(diǎn)以及可能引發(fā)故障的原因進(jìn)行詳細(xì)分析排查，繪制出圖3所示故障樹。可知：導(dǎo)致故障發(fā)生的三大類可能原因分別為活塞未回位、結(jié)構(gòu)損傷和鋼球受力不足?，F(xiàn)從上述三方面進(jìn)行故障分析及定位[10]。

圖3 鋼球與殼體組件密封失效故障樹Fig.3 Ball and shell assembly seal failure fault tree

2.3 活塞桿未回位

擰開螺母、螺釘，取下制動(dòng)圈和活塞桿后向產(chǎn)品A口加入5 MPa壓力，B、C口泄漏量均超過規(guī)定要求。說明活塞桿未回位不是導(dǎo)致密封失效的原因，試驗(yàn)圖片見圖4。

圖4 試驗(yàn)圖片F(xiàn)ig.4 Test picture

2.4 結(jié)構(gòu)損傷

分解產(chǎn)品檢查鋼球、襯套未發(fā)現(xiàn)損傷，計(jì)量鋼球和襯套尺寸均符合產(chǎn)品圖樣的要求，說明鋼球損傷和襯套損傷并非密封失效的原因。

2.5 鋼球受力不足

鋼球受力不足的原因主要有兩方面：彈簧疲勞失效和彈簧偏斜。

選取各地級(jí)市工業(yè)的廢水、二氧化硫和煙塵排放量，工業(yè)的固體廢物利用率、煙塵去除量5個(gè)指標(biāo)，記x1、x2、x3、x4、x5，數(shù)據(jù)均來源《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒2016》。

2.5.1 彈簧疲勞失效

檢查彈簧發(fā)現(xiàn)計(jì)量彈簧的彈力符合設(shè)計(jì)要求，彈簧鋼絲并未疲勞失效。

2.5.2 彈簧偏斜

檢查彈簧外觀，發(fā)現(xiàn)彈簧存在歪斜的情況，推測(cè)彈簧失效導(dǎo)致鋼球無法正確回位，使它無法與襯套形成密封。為此，將故障產(chǎn)品更換新彈簧后重新裝配。從產(chǎn)品A口加壓，按壓活塞桿，液壓油從B口流出，松開活塞桿，B口和C口未出現(xiàn)泄漏，證明了產(chǎn)品故障原因?yàn)閺椈墒А?/p>

檢查產(chǎn)品圖樣，彈簧內(nèi)徑為φ8.3 mm，尺寸見圖5，止動(dòng)器內(nèi)徑為φ7.5 mm，尺寸見圖6。導(dǎo)致彈簧與止動(dòng)器不同心，從而無法與襯套保持同心。在彈簧回位、頂壓鋼球出現(xiàn)偏斜時(shí)，可能導(dǎo)致鋼球無法與襯套形成有效密封副，彈簧在長(zhǎng)期頂壓下偏斜，導(dǎo)致彎曲失效，最終使鋼球與襯套之間的密封徹底失效。

圖5 彈簧尺寸Fig.5 Spring size

圖6 止動(dòng)器尺寸Fig.6 Stopper size

2.6 故障定位

通過對(duì)故障樹進(jìn)行逐條分析，起落架與護(hù)板同時(shí)收上的原因?yàn)椋?/p>

(1)協(xié)調(diào)活門調(diào)試錯(cuò)誤，使其活塞桿的壓縮行程達(dá)7.5 mm，大于技術(shù)要求的6 mm，從而損傷了復(fù)位彈簧；

(2)復(fù)位彈簧沒有定位裝置，不能保證鋼球正確復(fù)位密封。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)故障原因，共提出了3項(xiàng)改進(jìn)措施。針對(duì)機(jī)上安裝，在文件資料中增加了警示內(nèi)容；針對(duì)協(xié)調(diào)活門，提出了2項(xiàng)改進(jìn)措施，即增加鋼球座和優(yōu)化加工工藝[11-15]。

(1)增加警示內(nèi)容

在技術(shù)資料文件中增加協(xié)調(diào)活門調(diào)試警示內(nèi)容，收放調(diào)試協(xié)調(diào)活門時(shí)，活塞桿的壓縮行程不得超過6 mm。

(2)增加鋼球座

在彈簧與鋼球之間增加一個(gè)鋼球座，以保證彈簧、鋼球與襯套的同軸度，示意見圖7、圖8。

圖7 協(xié)調(diào)活門增加鋼球座Fig.7 Coordination valve added with steel ball seat

圖8 鋼球座示意Fig.8 Schematic of steel ball seat

(3)優(yōu)化加工工藝

襯套端面A與φ6H11、φ15外圓一次定位加工，提高襯套與殼體之間的同軸度，示意見圖9。

圖9 襯套尺寸Fig.9 Bushing size

4 結(jié)論

針對(duì)某飛機(jī)起落架與護(hù)板同時(shí)收上的故障，建立了故障樹，基于故障樹對(duì)故障原因進(jìn)行了分析排查，確定故障原因?yàn)閰f(xié)調(diào)活門螺釘凸出量偏大及產(chǎn)品內(nèi)部彈簧與止動(dòng)器之間間隙偏大，長(zhǎng)期工作使彈簧產(chǎn)生偏斜，無法保持頂壓鋼球與襯套同心，導(dǎo)致密封失效，最終使機(jī)上護(hù)板提前收起。針對(duì)故障原因，完善了技術(shù)資料文件，并對(duì)協(xié)調(diào)活門提出了增加安裝座和優(yōu)化加工工藝兩方面改進(jìn)措施。