敖文偉，段新星，龔良國(guó)，鐘小宏，張海

（中航工業(yè)洪都，江西南昌 330024）

某型飛機(jī)護(hù)板作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖故障分析及改進(jìn)

敖文偉，段新星，龔良國(guó)，鐘小宏，張海

（中航工業(yè)洪都，江西南昌 330024）

針對(duì)某型飛機(jī)護(hù)板在飛行中自動(dòng)打開的故障，對(duì)護(hù)板收放作動(dòng)筒工作原理、結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行了研究，在開鎖試驗(yàn)驗(yàn)證和故障件分解檢查后，確定了作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖的原因是由于彈簧力過(guò)小，使得作動(dòng)筒開鎖壓力小于瞬時(shí)回油壓力所致。通過(guò)改進(jìn)作動(dòng)筒內(nèi)部零件彈簧的安裝方式，增大了開鎖壓力，提高了開鎖壓力的穩(wěn)定性，排除了故障，為飛機(jī)飛行安全提供了保障。

收放作動(dòng)筒；機(jī)械鎖；開鎖壓力；回油壓力

0 引言

飛機(jī)護(hù)板一般由收放作動(dòng)筒通過(guò)液壓系統(tǒng)為護(hù)板的收上和放下提供動(dòng)力。而內(nèi)部帶機(jī)械鎖的作動(dòng)筒除能收放護(hù)板外，還能通過(guò)內(nèi)部的機(jī)械鎖將護(hù)板鎖定在收上或放下位置。這種帶內(nèi)鎖的作動(dòng)筒，由于具有收放護(hù)板和將護(hù)板牢固地固定在指定位置的功能，不需要單獨(dú)在護(hù)板和機(jī)體上設(shè)置連接點(diǎn)和受力接頭，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)省空間，因而現(xiàn)有飛機(jī)的作動(dòng)筒設(shè)計(jì)中，較為常見。

某型飛機(jī)在一次飛行過(guò)程中，起落架收上進(jìn)艙，在護(hù)板收上到位，切斷液壓后，前起落架護(hù)板自動(dòng)打開。經(jīng)飛機(jī)地面試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)是護(hù)板收放作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖導(dǎo)致護(hù)板放下。將故障件返廠進(jìn)行開鎖試驗(yàn)，測(cè)得最小壓力為0.7MPa,后分解故障件發(fā)現(xiàn)，作動(dòng)筒內(nèi)部的彈簧有一圈發(fā)生變形，向外鼓脹，而對(duì)飛機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查時(shí)，測(cè)得回油壓力為1.0MPa。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)

前起落架護(hù)板收放作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)（圖1）由外筒、活塞、活塞桿、卡圈、頂圈、接頭、上端蓋、下端蓋、鋼球、彈簧、密封件等組成，6個(gè)小鋼球均勻地安放在活塞的6個(gè)安裝孔內(nèi)，4個(gè)大鋼球均勻地安放在活塞桿的4個(gè)安裝孔內(nèi)，與內(nèi)鎖工作不相關(guān)的零部件未示出。

1.2 工作原理

護(hù)板關(guān)閉時(shí)，其收放作動(dòng)筒活塞桿處于縮進(jìn)位置。當(dāng)需要打開護(hù)板時(shí)，液壓油由管嘴A進(jìn)入作動(dòng)筒左端的放下腔，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，活塞內(nèi)圈斜面擠壓大鋼球，使得大鋼球徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，迫使頂圈壓縮彈簧。當(dāng)大鋼球向內(nèi)運(yùn)動(dòng)到低于活塞內(nèi)圈槽時(shí)，小鋼球隨活塞一起向右運(yùn)動(dòng)，沿卡圈左側(cè)斜面落入活塞安裝孔后實(shí)現(xiàn)開鎖，活塞桿便開始向右伸出，使得護(hù)板放下。

圖1 護(hù)板收放作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)

當(dāng)需要收起護(hù)板時(shí)，液壓油由管嘴B進(jìn)入作動(dòng)筒右端的收起腔，推動(dòng)活塞、活塞桿等內(nèi)部零件一起向左運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小鋼球隨活塞運(yùn)動(dòng)到卡圈右斜面時(shí)，卡圈右斜面迫使小鋼球徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)大鋼球在活塞內(nèi)斜面的迫使下，也徑向向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小鋼球越過(guò)卡圈右側(cè)斜面，大鋼球越過(guò)活塞內(nèi)圈左側(cè)斜面后，兩處鋼球都運(yùn)動(dòng)到了上鎖位置。液壓切斷，大鋼球在彈簧力的作用下，楔在活塞內(nèi)圈槽內(nèi)，限制活塞向右運(yùn)動(dòng)，小鋼球楔在接頭斜面與卡圈左側(cè)斜面之間，從而達(dá)到使作動(dòng)筒處于縮進(jìn)時(shí)保持鎖定狀態(tài)，使護(hù)板鎖定在收上位置。

2 故障分析

根據(jù)鋼球鎖作動(dòng)筒的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、作動(dòng)筒開鎖試驗(yàn)及飛機(jī)液壓系統(tǒng)回油壓力檢測(cè)，得出護(hù)板收上后出現(xiàn)自動(dòng)開鎖，活塞桿伸出，是因開鎖壓力小于切斷液壓時(shí)的瞬時(shí)回油壓力導(dǎo)致。單從作動(dòng)筒方面考慮，影響開鎖壓力最直接的因素是彈簧，故現(xiàn)對(duì)彈簧展開分析。

2.1 開鎖力分析

護(hù)板收放作動(dòng)筒內(nèi)使用的彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧，其牌號(hào)為HB3-51-1.5×10×22-II，其自然長(zhǎng)度為22mm，為使頂圈能對(duì)大鋼球由一定的向外擠壓力，一般通過(guò)螺母調(diào)節(jié)彈簧預(yù)壓縮量來(lái)達(dá)到此目的。根據(jù)飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)表2-106的公式計(jì)算彈簧HB3-51-1.5×10×22-II的相關(guān)參數(shù)。

通過(guò)飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)表2-109查到，彈簧在最大許用載荷下的變形量為6.8mm。

通過(guò)對(duì)作動(dòng)筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖2）的分析，得出鋼球鎖開鎖行程為2×0.85=1.7mm。

而彈簧在作動(dòng)筒裝配時(shí)一般預(yù)壓縮3mm左右，再加上開鎖壓縮的1.7mm，即彈簧在開鎖時(shí)一共壓縮4.7mm，對(duì)應(yīng)開鎖時(shí)，需克服的彈簧力為61.5N。

開鎖需要滿足的條件：

其中，A活塞為活塞的有效面積，F(xiàn)摩擦力為開鎖是需要克服的摩擦力，其與作動(dòng)筒內(nèi)部零件的制造、裝配誤差有關(guān)，無(wú)法精確計(jì)算，一般取經(jīng)驗(yàn)值200N—400N。

通過(guò)上式得出，P開鎖壓力在0.74MPa—1.26MPa之間。

2.2 彈簧安裝分析

由作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)（圖1）可知，彈簧是套在支撐螺栓上的，通過(guò)預(yù)緊螺母和頂圈限制在支撐螺栓上。但是經(jīng)過(guò)對(duì)零件尺寸、安裝配合的分析發(fā)現(xiàn)，彈簧的外徑為Φ10mm，內(nèi)徑為Φ7mm，內(nèi)支撐螺栓直徑為Φ6mm，接頭內(nèi)徑為Φ13.5mm，彈簧安裝配合示意見圖3（無(wú)關(guān)零件未示出），這種安裝及配合方式使得彈簧在徑向上有運(yùn)動(dòng)的空間，導(dǎo)致彈簧在工作時(shí)處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖2 作動(dòng)筒開鎖分析圖

圖3 彈簧安裝配合示意

2.3 彈簧分析

護(hù)板作動(dòng)筒內(nèi)選用的彈簧為標(biāo)準(zhǔn)件HB3-51-1.5×10×22-II，其材料為IIa鋼絲，二類彈簧，能在-60℃—+150℃的環(huán)境下承受循環(huán)次數(shù)為103-105的變載荷作用，其熱處理方式為在彈簧鋼絲繞簧后t= 260℃-300℃回火，且不少于20min。

由于IIa鋼絲自身材料的缺陷及只是采用簡(jiǎn)單的回火熱處理，使得彈簧的壽命不長(zhǎng)，致使彈簧在作動(dòng)筒多次開鎖、上鎖的變載荷作用下，彈簧彈性變?nèi)?，局部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久變形，甚至有鼓脹現(xiàn)象。

通過(guò)上述分析得知，彈簧提供的彈簧阻力小，是引起護(hù)板收放作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖的主要原因。而彈簧彈力小由以下三方面導(dǎo)致：

1）所選彈簧尺寸小，使最大許用載荷小；

2）彈簧的安裝方式不合理，使得彈簧工作時(shí)受力不穩(wěn)定；

3）彈簧材料及熱處理方式不能滿足工作環(huán)境要求。

3 處理措施

3.1 加大彈簧

為增大開鎖壓力，最直接有效的方法就是增大彈簧力。由于原來(lái)安裝彈簧處還有安裝空間，在對(duì)零件改動(dòng)影響最小的原則下，將原來(lái)的彈簧HB3-51-1.5×10×22-II改為HB3-53-2.5×13×22-II。最大許用載荷由89N增加到316N，再考慮開鎖時(shí)需要克服200N—400N的摩擦力，理論開鎖壓力為1.2MPa—1.8MPa。

3.2 改進(jìn)彈簧安裝方式

之前彈簧的安裝方式使得彈簧在徑向上有運(yùn)動(dòng)的空間，使得彈簧工作時(shí)受力不穩(wěn)定。彈簧加大后，彈簧外徑由原來(lái)的Φ10mm增大為Φ13mm，與接頭內(nèi)徑之間的間隙由原來(lái)的單邊1.5mm減小為0.25mm。

為減小彈簧內(nèi)徑與支撐螺栓之間的安裝間隙，在兩者之間安裝一襯套。

3.3 提高彈簧性能

彈簧HB3-53-2.5×13×22-II的材料為65Si2MnWA,其熱處理方式為在彈簧鋼絲繞簧后，t= 850℃±10℃淬火，再進(jìn)行430℃—460℃的回火。熱處理后彈簧硬度達(dá)到HRC=47-51。其穩(wěn)定性及壽命均較HB3-51-1.5×10×22-II有很大提高。

增大增強(qiáng)彈簧，改進(jìn)彈簧安裝方式后，通過(guò)試驗(yàn)室試驗(yàn)、裝機(jī)地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，該改進(jìn)方案能解決護(hù)板作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

護(hù)板收放作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖是飛機(jī)液壓系統(tǒng)回油壓力大于作動(dòng)筒最小開鎖壓力所致。在研究護(hù)板收放作動(dòng)筒結(jié)構(gòu)組成、工作原理的基礎(chǔ)上，在改變作動(dòng)筒內(nèi)部零件最小化的前提下，改進(jìn)了彈簧及其安裝方式，提高作動(dòng)筒最小開鎖壓力及開鎖壓力的穩(wěn)定性，改進(jìn)方案通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，使得故障沒(méi)有再現(xiàn)。本文的分析思路及處理措施為解決帶內(nèi)鎖作動(dòng)筒自動(dòng)開鎖問(wèn)題提供了一定的借鑒和參考。

[1]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委員會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第12冊(cè)飛行控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:航空工業(yè)出版社，2002：723-733.

[2]《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編委員會(huì).飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第14冊(cè)起飛著陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:航空工業(yè)出版社，2002：466-469.

[3]《飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)》編輯委員會(huì).飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)[M].南昌：江西日?qǐng)?bào)出版社1987：624-641.

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>>>作者簡(jiǎn)介

敖文偉，男，1984年12月出生，2009年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

Analysis and Improvement of Automatic Unlocking Failure for Fairing Door Actuating Cylinder of a Certain Type of Aircraft

AoWenwei,Duan Xinxing,Gong Liangguo,Zhong Xiaohong,Zhang Hai
(AVICHongdu Aviation Industry Group,Nanchang,Jiangxi,330024)

The paper studies the operating principle,structure and composition of fairing door retraction and extension actuating cylinder based on the automatic unlocking failure of fairing door of a certain type of aircraft in flight. After unlocking test verification and disassembling and check of defective part,it is confirmed that the automatic unlocking of actuating cylinder is caused by too small spring force,so as tomake the unlocking pressure of actuating cylinder is instantaneously less than oil return pressure.The failure is removed by improving internal partmounting mode of actuating cylinder to increase unlocking pressure and enhance the stability of unlocking pressure,thus providing guarantee of flight safety.

retraction and extension of actuating cylinder;mechanical lock;unlocking pressure;oil return pressure

2014-07-23)