■ 肖軍雷/石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司

0 引言

某型飛機液壓系統(tǒng)中大量使用了擠壓式無擴口導管，在使用維護過程中經(jīng)常出現(xiàn)低壓靜放時管套與管材間漏油、漏氣現(xiàn)象，給地面保障增加了許多困難，同時也給飛行安全帶來隱患。在對液壓系統(tǒng)導管進行大修作業(yè)時發(fā)現(xiàn)滲漏油氣故障的發(fā)生率平均在20%～40%之間，急需對其密封性能進行改進。

目前，國外擠壓式無擴口導管主要以5052-O、Сr21Ni6Mn9等材料制造，已在波音737、波音747、洛克希德СSA、空客A320等飛機上大量使用。國內(nèi)擠壓式無擴口導管的管材主要為5A02-O和1Сr18Ni9Тi、Сr21Ni6Mn9等材質，規(guī)格涉及6～20mm，使用的機型并不多。該類型導管在前期制造過程中就已出現(xiàn)低壓滲漏現(xiàn)象，由于預裝工藝、材料加工等方面的缺陷導致該問題一直未能很好解決。

1 故障情況

無擴口導管按材料規(guī)格的劃分見表1，滲漏主要集中出現(xiàn)在鋁導管及12mm以下鋼導管上。按滲漏類型劃分，主要有低壓滲漏、高壓不滲漏和高壓滲漏兩種。按滲漏位置劃分，主要有導管與管套間以及螺母與接頭或螺母與管套間兩類。

表1 某型機無擴口導管分布

根據(jù)大量修理實踐，得出以下經(jīng)驗：

1）一般情況下漏油導管肯定漏氣，但是漏氣導管不一定漏油。

2）導管滲漏時，增大力矩不一定能排除故障。

2 無擴口導管密封原理分析

導管的密封性能取決于密封面的接觸力，當其他因素不變時，接觸力在密封面上力值最小的點或區(qū)域決定了導管的密封性能。該區(qū)域接觸力越大導管的密封作用越好，在裝配狀態(tài)下，接觸力出現(xiàn)減弱或消失的話，導管的密封作用相應減弱。

影響導管密封性能的可能因素如下。

1）原材料方面：管材尺寸精度及機械性能的差異。

2）零部件的加工工藝：管套、接頭尺寸精度及其檢驗方式、方法。

3）零部件的預裝工藝：擠壓力和時間，膠套尺寸、管材尺寸精度與管套精度間的相互影響。

4）機上裝配方面：裝配應力、裝配不當時部件的磨損、導管的擰緊力矩。

5）使用環(huán)境方面：導管工作的溫度、壓力及時間等。

3 無擴口導管滲漏原因分析

從外場選取了41根低壓滲漏無擴口導管，分別對其外觀尺寸、性能試驗、密封性能等方面進行分析，尋找滲漏故障的發(fā)生規(guī)律。

3.1 外觀尺寸

故障件的端頭位置大部分尺寸沒有發(fā)生明顯變化，但管材伸出管套部分的外徑較新品存在0.1～0.2mm的變形，且不同程度存在橢圓現(xiàn)象。這說明導管在安裝使用過程中存在裝配力矩過大和裝配應力問題。裝配力矩過大導致導管組件損傷，影響正常使用；裝配應力導致導管在圓周方向上受力不均，易發(fā)生油氣滲漏等故障。

3.2 氣壓泄漏及低壓靜放試驗

按HB5966[1]使用最小擰緊力矩對導管進行最大安全使用壓力下的氣壓泄漏試驗，試驗中有16根導管不滲漏，25根導管滲漏；滲漏導管中有11根管套松動，涉及材料為所有規(guī)格的鋁導管及6～12mm鋼導管。之后在導管內(nèi)部充入15號航空液壓油，保持內(nèi)部壓力0.1～0.3MPa，靜放24小時，結果顯示8根導管出現(xiàn)低壓滲漏故障，其中5根導管的管套出現(xiàn)松動。

試驗結果表明，外場發(fā)生滲漏的導管重新試驗時，并不能做到故障的完全復現(xiàn)；相對于鋼導管來說，鋁導管更易發(fā)生管套松動問題；管套發(fā)生松動的導管試驗時均復現(xiàn)滲漏故障。這些現(xiàn)象表明滲漏故障與使用環(huán)境有密切關系，在小（或無）應力和靜載荷環(huán)境下更易保證密封。

3.3 密封性能

為定量研究導管的密封性能，引入最小擰緊力矩下的轉動力矩T。管材與管套間的密封性能取決與兩者間的接觸狀態(tài)，在同等接觸面積上接觸應力越大密封性能越好。從圖1可以看出，在一定擰緊力的作用下，接觸力N為接觸應力P和接觸面積S的積分：

圖1 轉動力矩測量方法

由摩擦力公式f=N·μ，可以得出管套相對管材轉動時的力矩與管套、管材間的接觸力N有如下關系：

式中，T為轉動力矩；d為管材外徑；μ為摩擦系數(shù)；P為接觸應力；S為接觸面積。

對導管的密封性能進行對比試驗。將12mm鋁導管故障件與新品按HB7000-2008[2]使用最小擰緊力矩12N?m擰緊，然后固定導管管材并在管套和管材間做出標記，使用力矩扳手緩慢轉動接頭，記錄管套相對管材發(fā)生轉動時的力矩大小。最后使用最大擰緊力矩24N?m再次擰緊導管，重復上述過程。測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 導管的轉動力矩

試驗結果表明，故障件相對轉動力矩平均僅為同類新品轉動力矩的1/2～1/6，說明故障件的密封性能下降顯著。試驗結果還表明，簡單地增大擰緊力矩不能顯著提高故障件的密封能力。

對滲漏導管分析后發(fā)現(xiàn)，管口位置均不同程度地變形，且存在橢圓問題。轉動力矩約為新品的1/2～1/4。進行氣壓泄漏試驗及靜放試驗，滲漏情況與外場相似，但無管套松動故障。

可以看出，導管在裝配過程和使用過程均有滲漏發(fā)生，滲漏現(xiàn)象基本一致。綜合以上分析結果，確認無擴口導管滲漏的主要原因就是裝配和使用過程中導管與管套間的接觸力逐漸減小，當接觸力過小時即出現(xiàn)可用手轉動的現(xiàn)象。

由無擴口導管連接特性可知，導管預裝成形后管套與管材間普遍存在不同程度的彈性變形與接觸應力。從接觸應力在使用過程中逐漸減小這一現(xiàn)象可知，產(chǎn)品尺寸設計、裝配及使用維護等環(huán)節(jié)均存在不同程度的缺陷才導致這一問題反復、大面積發(fā)生。

4 驗證

4.1 裝配對導管滲漏的影響

為分析管套與管材間的接觸力，使用abaqus6.11有限元軟件分析裝配對6mm鋼導管接觸應力的影響。管套彈性模量為186Gpa，泊松比0.3，管材彈性模量為206GPa，抗拉強度550MPa，泊松比0.3，擰緊力矩14.6 N?m。

圖2中顯示的是在21.3N?m擰緊力矩下導管與接頭裝配分解后管套與管材間的等效塑形應變?？梢钥闯龉芴鬃蠖藬D壓管材使管材發(fā)生部分塑性變形，管套與管材間出現(xiàn)間隙，兩者間的接觸力從最高的711N降低為0N，說明裝配對導管有損傷作用。

圖2 分解后等效塑形應變分布

使用6mm鋼導管新品進行兩組試驗。第一次，使用最小力矩擰緊，然后松開，靠近管套前端的導管外徑比沒有裝配前大約小0.02mm；第二次，選用最大力矩擰緊導管，松開后導管外徑比裝配前大約小0.1mm。選取同規(guī)格故障件沿導管軸向進行剖切并拋光，可以看出管套與管材的相對位置關系發(fā)生偏離，中間出現(xiàn)縫隙，這些縫隙就是導管滲漏的通道。

裝配過程中，如果管材的彈性不好且操作者有使管套與管材相對轉動的習慣，管套會反復不均勻地擠壓導管，使導管與管套局部相互位置發(fā)生變化，兩者間的接觸面積和接觸力隨之發(fā)生改變，也就改變了導管組件制造后的狀態(tài)，容易發(fā)生滲漏。

4.2 動應力對導管滲漏的影響

為驗證動載荷對無擴口導管接觸力的作用，對12mm鋁導管進行脈沖試驗和疲勞試驗，考核導管組件在脈沖作用和振動作用下的密封能力。疲勞試驗應力按σb/4，頻率25Hz，振動次數(shù)為1000萬次[3]，脈沖試驗按HB6442-1994[4]中要求進行，力矩標準為HB7000-2008。

導管在疲勞試驗過程中無異常，但脈沖試驗過程中鋁導管有滲漏故障發(fā)生。對試驗后零件進行最小擰緊力矩下的轉動力矩測量，結果見表3。結果顯示疲勞試驗件的平均轉動力矩與新品導管轉動力矩無太大區(qū)別，但脈沖試驗件的平均轉動力矩較新品出現(xiàn)大幅度降低，說明在脈沖和溫度載荷的共同作用下導管密封性能大幅度降低。

表3 導管的轉動力矩

5 討論

擠壓式無擴口導管滲漏的主要原因是在低壓靜放情況下管套與管材間出現(xiàn)滲漏通道，油液從這些縫隙滲漏出來。除以上因素外，分解修理與裝配也是誘發(fā)無擴口導管滲漏的因素。

1） 分解修理原因

無擴口導管由于靠管套壓緊導管實現(xiàn)密封，因此對端頭的質量要求很高。分解修理過程中致使端頭變形或產(chǎn)生相對轉動均可能使導管密封性能降低或喪失。

2） 裝配原因

裝配環(huán)節(jié)誘發(fā)滲漏的因素有：管套尾部變形過大導致導管橢圓；裝配時導管前端變形導致導管橢圓；螺母擰緊過度導致管套變形；導管與接頭裝配后干涉。

6 結束語

無擴口導管滲漏機理較為復雜，涉及因素較多，需要進行綜合的改進才能有效提高其密封性能。綜上所述，得出以下結論：

1）無擴口導管滲漏的主要原因是導管與管套間的接觸力減小。

2）滲漏故障與使用環(huán)境有關，在無應力和靜載荷環(huán)境下更能保證導管的密封。

3）反復的拆裝會破壞管套與管材間的密封關系，盡量少拆裝且不要讓導管發(fā)生轉動。

4）脈沖和溫度載荷對鋁導管滲漏有很大影響。

[1]HB5966-2008 無擴口導管連接件通用規(guī)范 [S].

[2]HB7000-2008 導管安裝擰緊控制機試驗要求 [S].

[3]HB6133-1987 液壓軟管、導管、接頭組件的脈沖試驗[S].

[4]HB6442-1994 飛機液壓導管及連接件彎曲疲勞試驗[S].