中航西飞
【摘 要】本文以主起舱门收放作动筒漏油故障为例,总结出类似作动筒密封性问题的分析思路。首先根据故障现象,进行故障复现检查,初步定为故障位置;然后结合作动筒组成结构及工作原理,进一步确认故障原因;从设计错误、机加偏差影响结构尺寸、密封装置损坏三方面进行故障树分析,准确定位故障原因;最后提出解决措施。
【关键词】 作动筒,密封
1 引言
液压作动筒是液压传动系统中常见的一类执行元件,用来实现工作机构直线往复运动。在飞机液压系统中,液压作动筒由于结构简单、工作可靠而被广泛应用于舵面的操纵,起落架、襟翼和减速板的收放等场合。液压作动筒的基本组成部件主要是筒体、活塞、活塞杆、端盖、密封装置、进出管道等。作动筒的工作本质为液压能转换为机械能,为保证充足的液压能,需严格要求作动筒内部密封性能良好。然而在正常使用中,作动筒因密封性差而漏油的故障时有发生。本文以某型机主起舱门收放作动筒密封性问题处理过程为例,为类似作动筒漏油故障提供一种通用排故方法。
2 故障现象
主起舱门收放作动筒是某型机主起落架舱门系统的重要组成部分,用于主起落架舱门的打开、关闭。其中主起舱门的关闭是利用液压驱动舱门作动筒实现,并设置机械锁,将主起舱门可靠的锁定在关闭状态。主起舱门的打开方式有两种,一种是液压驱动舱门作动筒来实现,另一种是通过地面开锁手柄机械传动来实现。某型机进行起落架收放试验后,发现左主起舱门收放作动筒转轴处存在漏油现象。
为准确定位故障原因,结合主起舱门收放作动筒工作原理,对其进行了故障复现检查。
首先进行外观检查,摆动摇臂时油液成股缓慢流下,拆下堵盖后查看端盖内腔存在油液泄漏。
接着进行高、低密封性能试验,试验时不安装堵盖,并将作动筒倾斜(堵盖口朝下)。考虑到产品是在运动状态后出现漏油,为真实地模拟产品在机上的使用工况,试验要求如下:
在无杆腔保压过程中,每5min 用不大于35N·m 的力矩转动机械开锁机构的摇臂5 次,转动角度约为42.5°。
结果发现高、低压密封性能试验均存在油液渗漏。
3 作动筒组成及工作原理
主起舱门收放作动筒结构主要由外筒、活塞杆、端盖、耳环接头、挡圈、弹簧座、弹簧、支撑套、卡键块、锁环、拨杆、转轴、摇臂等组成,详见图1。
1.耳环接头 2.螺母 3.弹簧 4.滑套 5.螺钉 6.拨杆 7.螺钉 8.转轴 9.防尘盖 10.端盖 11.支撑座
12.弹簧 13.螺套 14.锁环 15.支撑圈 16.密封圈 17.外筒 18.活塞杆 19.密封圈 20.密封圈 21.支撑圈 22.防尘圈 23.止动垫片 24.耳环接头 25.注油嘴 26.调整垫片 27.止动垫圈 28.支撑套 29.卡键块
30.弹簧座 31.密封圈 32.密封圈 33.螺母 34.螺母 35.连杆 36.堵盖 37.卡快 38.螺栓 39.摇臂
40.密封圈 41.塑料垫圈 42.压紧螺母 43.管接头 44.管接头
图1 主起舱门收放作动筒
当作动筒处于全收回锁定状态(舱门关闭状态)时,给作动筒无杆腔供压,压力油从图1中43管接头进入,使得30弹簧座在液压力的作用下克服弹簧力和摩擦力(卡键块对弹簧座的摩擦力)延开锁方向移动,当30弹簧座移动至脱离29卡键块下支撑表面时,29卡键块会在液压力或者外力作用下移动直至脱离锁环的锁定斜面,实现开锁。
通过地面操纵手柄进行手动开锁,驱动39作动筒摇臂转动,内部的6拨杆通过销轴与8转轴连接,所以摇臂的转动会使拨杆一起转动,拨杆的转动会带着35连杆拉30弹簧座沿开锁方向移动,当弹簧座移动至脱离29卡键块支撑面时,活塞杆在外力作用下会使卡键块向下移动,直至脱离14锁环的锁定斜面,实现开锁。
4 故障分析
根据主起舱门收放作动筒油液泄漏情况,结合作动筒工作原理,可将泄漏点定位至弹簧座与端盖配合处外部密封,导致其泄漏的原因可归类为以下几个方面:
a) 设计错误导致油液泄漏;
b) 机械加工控制不严导致零件尺寸偏差过大;
c) 密封装置存在受损情况。
综上分析,主起舱门收放作动筒漏油故障的底事件共8个,分析如下。
X1:实际应用情况不符合密封件使用工况
作动筒该处为外部活动密封,采用双道密封组合,选用特瑞堡密封件,作动筒与密封件使用工况对比,作动筒中工况满足密封件使用工况。该底事件排除。
X2:尺寸结构设计不符合特瑞堡要求
经过对数模复查,密封结构端盖沟槽及弹簧座外径尺寸符合标准。该底事件排除。
X3:密封表面粗糙度与要求不一致
经过对数模复查,密封结构端盖沟槽及弹簧座外径表面粗糙度符合标准。该底事件排除。
X4:弹簧座相关尺寸及粗糙度精度未达标
将分解后的弹簧座清洗并进行外观及尺寸检查,检查结果均满足数模尺寸要求。该底事件排除。
X5:端盖相关尺寸及粗糙度精度未达标
将分解后的端盖清洗并进行外观及尺寸检查,检查结果均满足数模尺寸要求。该底事件排除。
X6:工艺方法存在缺陷
装配大纲中未明确特瑞保密封件的安装工具,操作工在装配过程未使用密封件安装工具,安装过程操作工手工将密封件压弯成腰子形,再使用镊子安装会造成密封圈出现压痕等不良现象。现有复原工装虽加工了倒角,但无法将弯曲的密封件逐渐舒展,直至完全复原,从而容易产生应力集中或尖角,会在后续的装配工作中对密封件造成损伤;推荐复原工装为开槽渐变结构,可以均匀的将弯曲状态密封件,沿密封槽方向完全复原。该底事件无法排除。
X7:装配路径存在尖边与毛刺
密封圈装配路径主要经过端盖沟槽尖边与弹簧座一端,均进行倒圆、倒角及抛光处理,无尖边、毛刺存在。该底事件排除。
X8:密封圈本身存在缺陷
特瑞堡密封件入厂复验检测记录合格;装配大纲检查工序中已要求检查密封圈不允许有任何损伤。该底事件排除。
根据故障定位排查结果,底事件X6无法排除,其余底事件均已排除。选取同一操作者进行5次装配操作,将特瑞堡密封件手工弯压成腰子形,再使用镊子夹持密封件,将其安装在密封槽内。用现有复原工装将密封件复原,继续进行后续装配工序,完成后分解。第4 次装配分解后,密封件有效密封边缘出现与故障件相同的压伤、划痕。
因此可判定因操作不当、使用复原工装不合适,导致密封圈受损,从而造成主起舱门收放作动筒漏油故障。为解决该问题,应更换密封件复原工装,其结构为空心圆柱,要求加工一个角度为10到15°、长度为30mm 的倒角。
5 结束语
参考上述主起舱门作动筒的漏油故障的分析定位过程,类似作动筒密封性问题的解决思路如下:
1、根据故障现象,进行故障复现检查,初步定为故障位置;
2、结合作动筒组成结构及工作原理,进一步确认故障原因;
3、通过故障树对故障的确切原因进行分析,可从设计错误、机加偏差影响结构尺寸、密封装置损坏三方面分析;经过一一排查,准确定位故障原因,并提出解决措施。