趙西洋，陳曉秀，孟海英

（大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司，遼寧 大連 116038）

某型作動(dòng)筒壽命僅為6000±150起落，在飛機(jī)的全壽命期內(nèi)，共需要 4套作動(dòng)筒，這不僅增加了維修工作量，還增大了成本。如作動(dòng)筒壽命能延長(zhǎng)至12 000±150起落，飛機(jī)全壽命期內(nèi)僅需要2套作動(dòng)筒，既減少了維護(hù)的工作量，又降低了換新成本。

1 噴丸強(qiáng)化處理和疲勞壽命試驗(yàn)

1.1 噴丸參數(shù)的確定

噴丸強(qiáng)化處理是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的一種在再結(jié)晶溫度以下的表面強(qiáng)化方法，是顯著提高金屬零件抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕性能的有效途徑[1-2]。作動(dòng)筒零件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有螺紋、耳片、油槽等，沒有完全相同的工藝參數(shù)，因此需要試驗(yàn)確定工藝參數(shù)。針對(duì)不同幾何形狀、不同部位，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，確定彈丸材質(zhì)、尺寸、噴丸強(qiáng)度、覆蓋率等工藝參數(shù)[3]，見表1。

1.2 疲勞壽命試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)載荷譜

作動(dòng)筒的載荷譜分為收放載荷譜和地面載荷譜[4]。收放載荷譜由氣動(dòng)載荷、慣性載荷、轉(zhuǎn)動(dòng)慣性載荷、上鎖載荷、護(hù)板載荷、摩擦力等要素決定，合成轉(zhuǎn)換到作動(dòng)筒上，得出總載荷與行程成對(duì)應(yīng)關(guān)系及收放載荷譜[5]。地面載荷[6]由起落架所受的地面載荷轉(zhuǎn)換而來，所以應(yīng)先計(jì)算編寫起落架地面載荷譜，再轉(zhuǎn)化為作動(dòng)筒的地面載荷譜。

表1 針對(duì)不同部位的工藝參數(shù)

由前起落架的結(jié)構(gòu)，通過受力分析可知，前作動(dòng)筒不受地面載荷，只承受收放載荷，因此只需編寫收放載荷譜。而主起落架的結(jié)構(gòu)決定主作動(dòng)筒除了受收放載荷以外，還受地面載荷，但收放載荷卻遠(yuǎn)小于地面載荷。

1.2.2 典型零件疲勞試驗(yàn)

對(duì)強(qiáng)化前后的主、前耳環(huán)螺栓進(jìn)行疲勞壽命對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證強(qiáng)化效果。試驗(yàn)按等幅軸向疲勞進(jìn)行[7]。如果試驗(yàn)到106次未破壞，增加載荷10%繼續(xù)試驗(yàn)[8]，如繼續(xù)試驗(yàn)次數(shù)再次達(dá)到106次仍未破壞，再增加載荷10%繼續(xù)試驗(yàn)，如仍未破壞，試驗(yàn)到3×106次，試驗(yàn)停止。強(qiáng)化處理前后的典型零件數(shù)量各不少于 3件，試驗(yàn)在專業(yè)的疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

1.2.3 作動(dòng)筒整體疲勞試驗(yàn)

前作動(dòng)筒需要在專用的臺(tái)架上進(jìn)行收放疲勞試驗(yàn)，因此，針對(duì)前作動(dòng)筒，模擬飛機(jī)上的使用形式，研制了專門的試驗(yàn)臺(tái)架。

考慮主作動(dòng)筒的收放載荷遠(yuǎn)小于地面載荷，通過疲勞分析，疲勞試驗(yàn)時(shí)，可以將收放載荷通過修正系數(shù)加到地面載荷中試驗(yàn)，不再單獨(dú)做收放疲勞試驗(yàn)。主作動(dòng)筒的疲勞試驗(yàn)在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

試驗(yàn)開始應(yīng)連續(xù)加載，試驗(yàn)次數(shù)不小于 4×(12000－Ns)（發(fā)散系數(shù)取4，Ns為已經(jīng)使用次數(shù)），如果試件未破壞，試驗(yàn)到48 000次停止試驗(yàn)。延壽前后的前作動(dòng)筒各1件，延壽前后的主作動(dòng)筒各2件。

2 結(jié)果及分析

2.1 典型元件的試驗(yàn)結(jié)果及分析

噴丸強(qiáng)化處理后的前耳環(huán)螺栓、主耳環(huán)螺栓試驗(yàn)結(jié)果分別見表 2、表 3。元件成組試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表4[9]。DFR計(jì)算結(jié)果見表5。

2.2 作動(dòng)筒整體的結(jié)果及分析

第一件未修理作動(dòng)筒，在試驗(yàn)到24 000起落停機(jī)檢查，作動(dòng)筒接頭、活塞桿螺紋、夾具，銷軸等正常。試驗(yàn)到3萬(wàn)起落左右，發(fā)現(xiàn)耳環(huán)螺栓緊固圈產(chǎn)生裂紋。因不影響總體功能，繼續(xù)試驗(yàn)到4.8萬(wàn)起落結(jié)束試驗(yàn)。

第二件未修理作動(dòng)筒，在試驗(yàn)到24 000起落停機(jī)檢查，作動(dòng)筒接頭、活塞桿螺紋、夾具，銷軸等正常。試驗(yàn)到2.8萬(wàn)起落左右，發(fā)現(xiàn)耳環(huán)螺栓緊固圈產(chǎn)生裂紋。為防止斷裂，用膠紙保護(hù)，直至4.8萬(wàn)起落，由試驗(yàn)機(jī)拆下作動(dòng)筒，發(fā)現(xiàn)緊固圈已經(jīng)全部斷裂。

第三件、第四件為強(qiáng)化后作動(dòng)筒，在安裝時(shí)緊固圈擰得比較松，因此到4.8萬(wàn)起落，全程試驗(yàn)未見任何零件裂紋。

全部試驗(yàn)件4.8萬(wàn)起落后分解檢查，檢查探傷發(fā)現(xiàn)兩件作動(dòng)筒萬(wàn)向接頭連接銷軸在中間出潤(rùn)滑油孔邊裂紋。

主起落架收放作動(dòng)筒，無(wú)論是經(jīng)過延壽修理（噴丸強(qiáng)化），還是未經(jīng)延壽修理的全部通過了48 000起落數(shù)試驗(yàn)。試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，耳環(huán)螺栓的保險(xiǎn)固定圈產(chǎn)生裂紋或發(fā)生斷裂，其原因?yàn)樵囼?yàn)載荷譜最大壓縮過大，大變形引起固定圈載荷過大，因此斷裂，后面的試驗(yàn)固定圈擰緊放松，因此沒有發(fā)生斷裂。

表2 前耳環(huán)螺栓試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照

表3 主耳環(huán)螺栓試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照

表4 元件成組試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

表5 DFR計(jì)算結(jié)果

試驗(yàn)24 000起落分解檢查，全部試驗(yàn)件未發(fā)現(xiàn)任何裂紋。48 000起落分解探傷發(fā)現(xiàn)，第一件作動(dòng)筒萬(wàn)向接頭的銷軸中間潤(rùn)滑油通孔孔邊發(fā)生裂紋。經(jīng)疲勞分析發(fā)現(xiàn)，油孔位置順作動(dòng)筒軸向，應(yīng)力集中位于最大應(yīng)力部位，會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。

如果孔位于橫向Nsj=498 587 261起落，疲勞壽命足夠，應(yīng)力集中避開最大應(yīng)力部位，不會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋。在試驗(yàn)完成48 000起落后，進(jìn)行探傷檢查，發(fā)現(xiàn)有兩件產(chǎn)生疲勞裂紋，發(fā)生概率為50%。由于螺紋位置在萬(wàn)向接頭耳孔中間，屬于緩慢擴(kuò)展裂紋。至試驗(yàn)結(jié)束，裂紋較小，不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)斷裂?？梢园?8 000起落試驗(yàn)結(jié)果定壽，但是定壽應(yīng)注意銷軸的檢查與更換。

主起落架收放作動(dòng)筒（包括未修理和延壽修理的）已經(jīng)達(dá)到延壽要求，實(shí)現(xiàn)并超過10 000起落的目標(biāo)。由試驗(yàn)定壽計(jì)算公式得Nsd≥=18 000起落，因此試驗(yàn)壽命應(yīng)該為18 000起落。

未強(qiáng)化處理前作動(dòng)筒在試驗(yàn)到48 000起落（實(shí)際加載48 160起落）結(jié)束前，斷裂2件前耳環(huán)螺栓，其他零件未發(fā)生破壞。強(qiáng)化處理后前作動(dòng)筒試驗(yàn)，自始至終沒有發(fā)生零件損壞更換問題，試驗(yàn)48 000起落（實(shí)際加載48 595起落），作動(dòng)筒完好。

3 結(jié)論

1）典型元件主耳環(huán)螺栓和前耳環(huán)螺栓疲勞對(duì)比試驗(yàn)表明，噴丸強(qiáng)化可以明顯提高耳片、螺紋壽命，噴丸是延壽修理有效手段之一。

2）主作動(dòng)筒銷軸所有試驗(yàn)件均未進(jìn)行修理強(qiáng)化，試驗(yàn)前如果使用 6 000起落，試驗(yàn)壽命按 N=(24 000/4)+6 000=12 000起落（疲勞分析結(jié)果為Nsj=15 024起落）計(jì)算。考慮保險(xiǎn)，在大修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查，進(jìn)行仔細(xì)拋光孔邊或噴丸，并在裝配時(shí)注意孔的方向，可以繼續(xù)使用。

3）未強(qiáng)化處理與強(qiáng)化處理的主作動(dòng)筒總體壽命≥18 000起落。

4）對(duì)于未強(qiáng)化處理的前作動(dòng)筒，由于耳環(huán)螺栓發(fā)生提前斷裂，作動(dòng)筒定壽可以不包括耳環(huán)螺栓，可以在延壽修理時(shí)換件解決。

5）噴丸強(qiáng)化后的前作動(dòng)筒，耳環(huán)螺栓進(jìn)行了噴丸強(qiáng)化，所以壽命提高，并且試驗(yàn)未發(fā)生破壞，可以按照與作動(dòng)筒相同壽命定壽。