王勇彬 賀韡/空裝西安局某軍事代表室

1 艙門(mén)作動(dòng)筒操縱形式

某型機(jī)艙門(mén)作動(dòng)筒主要用于控制彈艙門(mén)的收放，有正常打開(kāi)關(guān)閉、應(yīng)急打開(kāi)兩種工作形式。

正常打開(kāi)關(guān)閉時(shí)，艙門(mén)作動(dòng)筒依靠液壓系統(tǒng)的動(dòng)力推動(dòng)作動(dòng)筒內(nèi)的鋼球鎖機(jī)構(gòu)打開(kāi)或關(guān)閉艙門(mén)。當(dāng)液壓系統(tǒng)失效時(shí)進(jìn)行應(yīng)急打開(kāi)操作，在電磁鐵通電后通過(guò)拉桿作用將鋼球鎖機(jī)構(gòu)打開(kāi)，在負(fù)載作用下使作動(dòng)筒完全伸出，確保在特定工況下完成艙門(mén)的打開(kāi)任務(wù)。

艙門(mén)作動(dòng)筒內(nèi)部采用的鋼球鎖機(jī)構(gòu)為一種常見(jiàn)的液壓鎖結(jié)構(gòu)。通過(guò)襯筒頂起鋼球進(jìn)入漲圈內(nèi)部，將鋼球保持在鎖定位置，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)筒上鎖；開(kāi)鎖時(shí)，在外力作用下推動(dòng)襯筒運(yùn)動(dòng)，使鋼球從漲圈內(nèi)脫離，活塞在負(fù)載的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖動(dòng)作。艙門(mén)作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

2 艙門(mén)作動(dòng)筒故障模式

通過(guò)外場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，艙門(mén)作動(dòng)筒故障模式主要為端蓋密封失效、拉桿斷裂以及鋼球鎖功能失效。幾起故障影響了執(zhí)行系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，具體故障模式如下。

2.1 端蓋密封失效

外場(chǎng)使用過(guò)程中作動(dòng)筒出現(xiàn)滲漏油故障較多，主要集中在一側(cè)端蓋部位，如圖2 所示，I 區(qū)為主要滲漏部位。艙門(mén)收放過(guò)程中出現(xiàn)滲漏會(huì)造成系統(tǒng)油液損失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)低油位告警故障。

2.2 拉桿斷裂

飛行前進(jìn)行地面檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，正常打開(kāi)艙門(mén)后，艙門(mén)作動(dòng)筒應(yīng)急機(jī)構(gòu)的連桿端頭斷裂，導(dǎo)致應(yīng)急機(jī)構(gòu)無(wú)法正常工作。斷裂部位為應(yīng)急機(jī)構(gòu)拉桿螺紋根部，如圖3 所示。

2.3 鋼球鎖機(jī)構(gòu)失效

飛行過(guò)程中，在無(wú)任何操縱的情況下艙門(mén)突然打開(kāi)，此時(shí)機(jī)上電源信號(hào)正常。地面功能檢查時(shí)故障復(fù)現(xiàn)，作動(dòng)筒分解檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部襯筒碎裂，無(wú)法保證鋼球鎖機(jī)構(gòu)處于上鎖狀態(tài)，致使附件功能失效，襯筒斷裂后將作動(dòng)筒筒壁劃傷，鋼球被擠壓損壞。

3 故障原因及后續(xù)改進(jìn)措施

3.1 端蓋密封失效機(jī)理及改進(jìn)

1）失效機(jī)理分析

密封圈的拉伸率與壓縮率是保證液壓附件密封性的重要因素。對(duì)漏油部位受力情況進(jìn)行分析，當(dāng)作動(dòng)筒供壓時(shí)，圖2中I 區(qū)密封圈受到液壓力，同時(shí)密封圈受到筒體內(nèi)壁的壓力、膠圈槽外徑的壓力和膠圈槽斜面的作用力，以上四個(gè)力導(dǎo)致密封圈受壓變形。密封圈受力情況見(jiàn)圖4。

對(duì)密封圈規(guī)格與槽口尺寸進(jìn)行校核。所用的密封圈內(nèi)徑為Φ86mm，截面直徑為Φ3mm，根據(jù)HB/Z4-1987，利用公式H=k×d（密封形式為固定密封，k 的選取范圍為0.8 ～0.85），得出H 值的范圍為2.4 ～2.55mm，密封圈壓合量為0.45 ～0.6mm，而密封槽處的實(shí)際零件尺寸H=（920+0.087-870-0.1）÷2=2.5 ～2.5935mm，密封圈壓合量為0.4065 ～0.5mm，壓合量下限低于標(biāo)準(zhǔn)要求；拉伸率α 經(jīng)計(jì)算為1.011，也小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 艙門(mén)作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)形式示圖

圖2 端蓋漏油部位

圖3 拉桿斷裂部位

圖4 密封圈受力情況

圖5 拉桿有限元分析

因此，出現(xiàn)端蓋滲漏的原因是密封圈與槽口尺寸配合性較差。

2）改進(jìn)措施及驗(yàn)證

根據(jù)HB/Z4-95，選取拉伸率α= 1.03、壓縮率Y=20%，根據(jù)現(xiàn)有槽口尺寸，對(duì)密封圈進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，加大密封圈尺寸。經(jīng)過(guò)計(jì)算，新制膠圈截面直徑d ≈3.2mm，膠圈內(nèi)徑D ≈85.2mm。由于膠圈分模后通過(guò)手工對(duì)分模面去毛刺，易造成膠圈表面不光整，直接影響密封圈外徑尺寸，因此將密封圈分膜面由180°更改為45°，減少在分膜面去毛刺過(guò)程中對(duì)密封圈的損傷。并且，提高槽口零件表面粗糙度，同時(shí)將密封圈支持面零件單面倒角1×45°更改為0.3×45°，增加膠圈貼合面長(zhǎng)度。

新制密封圈裝配后，經(jīng)過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)以及外場(chǎng)使用，端蓋處滲漏現(xiàn)象明顯降低。僅優(yōu)化密封圈規(guī)格也便于外場(chǎng)換件修理。

3.2 拉桿斷裂機(jī)理及改進(jìn)

1）斷裂機(jī)理分析

對(duì)艙門(mén)作動(dòng)筒應(yīng)急開(kāi)鎖裝置斷裂拉桿進(jìn)行理化分析，斷裂部位為拉桿的螺紋根部，原因是拉桿螺紋部位受到交變彎曲應(yīng)力，應(yīng)力集中造成疲勞斷裂。

艙門(mén)作動(dòng)筒應(yīng)急開(kāi)鎖裝置僅在艙門(mén)應(yīng)急打開(kāi)狀態(tài)下才使用，使用頻率低。從機(jī)構(gòu)原理分析，拉桿理論上不會(huì)承受彎曲應(yīng)力，通過(guò)建立拉桿機(jī)構(gòu)有限元模型，對(duì)拉桿受力進(jìn)行分析，理論設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。但是，如果與拉桿連接的搖臂長(zhǎng)圓孔與拉桿端頭處的運(yùn)動(dòng)軌跡不協(xié)調(diào)，拉桿在搖臂長(zhǎng)圓孔中運(yùn)動(dòng)時(shí)，與搖臂長(zhǎng)圓孔兩端產(chǎn)生干涉，就會(huì)產(chǎn)生垂直拉桿的彎曲應(yīng)力。強(qiáng)迫位移下的有限元分析結(jié)果如圖5 所示。

從強(qiáng)度校核與測(cè)試報(bào)告分析結(jié)論可知，拉桿斷裂的故障原因是拉桿與搖臂長(zhǎng)圓孔運(yùn)動(dòng)軌跡不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致拉桿斷裂。

2）改進(jìn)措施及驗(yàn)證

根據(jù)有限元分析結(jié)果，當(dāng)干涉量超過(guò)1mm 時(shí)就可能造成拉桿斷裂。為了避免搖臂長(zhǎng)圓孔尺寸超差或者相關(guān)零件公差積累導(dǎo)致拉桿與搖臂長(zhǎng)圓孔運(yùn)動(dòng)軌跡不協(xié)調(diào)，應(yīng)加大搖臂長(zhǎng)圓孔尺寸并改善裝配工藝性。尺寸改變后重新進(jìn)行強(qiáng)度校核，搖臂強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。改進(jìn)后再未出現(xiàn)此類(lèi)故障。

3.3 鋼球鎖機(jī)構(gòu)失效與改進(jìn)

1）鋼球鎖機(jī)構(gòu)失效機(jī)理

襯筒作為鋼球鎖機(jī)構(gòu)的承力部件，保證鋼球鎖位于鎖定位置。如果內(nèi)部襯筒碎裂，則無(wú)法保證上鎖位置，會(huì)造成附件功能失效。

圖6 襯筒材料淬火后金相組織對(duì)比

經(jīng)理化分析，襯筒碎裂原因是零件馬氏體組織超標(biāo)。加工過(guò)程中通電時(shí)間越長(zhǎng)，淬火溫度也越高，將導(dǎo)致材料組織馬氏體粗大，材料脆性增加。使用中受到與配合零部件的摩擦、擠壓作用后，就出現(xiàn)失穩(wěn)脆斷。

2）改進(jìn)措施及驗(yàn)證

襯筒材料為T(mén)10A- 退火態(tài)，經(jīng)過(guò)高頻淬火加回火，硬度達(dá)到60 ～ 63.3HRC。襯筒高頻淬火的工藝加工方法是將零件放在通有交變電流的感應(yīng)線(xiàn)圈中，利用導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流對(duì)襯筒零件進(jìn)行加熱，在此過(guò)程中會(huì)形成馬氏體組織。

馬氏體等級(jí)超標(biāo)的根本原因是淬火時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致加熱溫度過(guò)高。工藝把控是直接影響零件品質(zhì)的因素，通過(guò)對(duì)高頻感應(yīng)設(shè)備的電流、電壓及通電時(shí)間等過(guò)程控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以保證馬氏體等級(jí)要求，提升產(chǎn)品可靠性，降低故障發(fā)生率。

對(duì)淬火過(guò)程中不同通電時(shí)間進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，斷面金相對(duì)比結(jié)果如圖6 所示，改進(jìn)工藝方法后馬氏體等級(jí)明顯提高。