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        某型舵機(jī)密封失效分析

        2019-10-22 10:45:00李雪郭海利劉永俊

        李雪 郭海利 劉永俊

        國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠 安徽 蕪湖 241007

        0 引言

        某型舵機(jī)為飛機(jī)舵面操縱的核心部件,密封失效是該舵機(jī)常見故障之一。出現(xiàn)密封失效故障不僅影響產(chǎn)品自身性能,還會(huì)造成液壓系統(tǒng)油量短缺,無法實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱,同時(shí)還污染環(huán)境。本文以舵機(jī)連通活門密封失效為研究對(duì)象,對(duì)造成密封失效的原因進(jìn)行分析,并制定相應(yīng)改進(jìn)措施。

        1 密封失效現(xiàn)象

        某型飛機(jī)在進(jìn)行飛行作業(yè)時(shí)出現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力急劇下降現(xiàn)象。經(jīng)系統(tǒng)排查確認(rèn)漏油部位為該飛機(jī)中的某型舵機(jī)。通過試驗(yàn)驗(yàn)證,確認(rèn)該舵機(jī)密封失效部位為連通活門,舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖見圖1。通過對(duì)舵機(jī)進(jìn)一步分解,確定造成該連通活門密封失效的主要原因?yàn)樵撎幟芊馊Τ霈F(xiàn)損壞,見圖2。

        圖1 某型舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖

        圖2 密封圈失效狀態(tài)

        2 密封失效原因分析

        2.1 原因分析

        針對(duì)連通活門進(jìn)油口密封圈擠壓、破損情況,建立O型密封圈密封失效故障樹,見圖3。

        圖3 O型密封圈密封失效故障樹

        根據(jù)上述故障樹,引起密封圈靜密封失效的可能影響因素有:無損泄漏、老化變形、介質(zhì)腐蝕、密封圈質(zhì)量缺陷、間隙咬傷等。

        2.2 故障點(diǎn)定位

        無損泄漏指密封圈尺寸偏小與裝配槽不匹配導(dǎo)致密封圈完好的情況下發(fā)生的泄漏。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查,排除無損泄漏的可能。

        老化變形指密封圈長(zhǎng)期使用或存放導(dǎo)致材質(zhì)老化,因該密封圈制造出廠僅1年時(shí)間,且包裝儲(chǔ)存正常,裝機(jī)使用時(shí)間較短,故排除老化變形的可能。

        介質(zhì)腐蝕指密封圈材料與安裝部位材料不相容,該密封圈使用2-5013膠料,經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,可以排除介質(zhì)腐蝕的情況。

        密封圈質(zhì)量缺陷,包括膠料質(zhì)量問題或制造問題,導(dǎo)致密封圈密封性能降低,不能滿足高壓密封要求。

        間隙咬傷指由于密封配合件之間存在一定的間隙,密封圈在高壓力液壓油作用下部分被擠入間隙而被咬傷。造成間隙咬傷的原因?yàn)檠b配控制不當(dāng)或密封圈受壓擠入間隙被咬傷。由于密封圈裝配屬于手工操作,存在裝配密封圈時(shí)控制不當(dāng)或密封圈受壓擠入間隙被咬傷的可能。

        基于以上分析,確認(rèn)造成該舵機(jī)密封失效的可能原因?yàn)椋好芊馊|(zhì)量缺陷及間隙咬傷。

        2.3 密封圈失效分析

        2.3.1 斷口宏觀觀察

        失效密封圈存在約總長(zhǎng)五分之一的缺失,其中一端存在局部翹起(記為A端),并存在局部缺失;另一端斷口較為平齊(記為B端)。圖4為密封圈與連通活門殼體接觸面體式顯微鏡形貌,圖5為斷口A端體式顯微鏡形貌。由圖5可見舵機(jī)殼體表面接觸的密封圈存在周向損傷痕跡,痕跡的深淺、寬窄程度不同,在缺失部位損傷痕跡較寬、較深,損傷部位對(duì)面位置的密封圈邊緣擠壓痕跡較窄、較淺。

        圖4 舵機(jī)連通活門殼體宏觀形貌

        圖5 密封圈與連通活門殼體接觸面體式顯微鏡形貌

        利用體式顯微鏡觀察A端和B端形貌,如圖6、圖7所示。從圖中可以看出,A端斷口形狀不規(guī)則,局部缺失,B端斷口相對(duì)平整,兩者不是匹配斷口。

        圖6 斷口A端體式顯微鏡形貌

        圖7 斷口B端體式顯微鏡形貌

        2.3.2 斷口微觀觀察

        利用掃面電子顯微鏡對(duì)A端、B端及密封圈周向擠壓痕跡進(jìn)行微觀觀察,其形貌如圖8~圖14所示。圖中顯示A端附近掉塊嚴(yán)重,B端附近掉塊較A端輕,距離A、B兩端越遠(yuǎn)周向損傷擠壓痕跡越輕,并且擠壓痕跡越靠近密封面。

        圖8 A端斷口掃描形貌電鏡形貌之一

        圖9 A端斷口掃描形貌電鏡形貌之二

        圖10 B端斷口掃描形貌電鏡形貌之一

        圖11 B端斷口掃描形貌電鏡形貌之二

        圖12 靠近A端斷口掃描電鏡形貌

        圖13 靠近B端斷口掃描電鏡形貌

        圖14 遠(yuǎn)離A、B端周向損傷掃描電鏡形貌

        圖15 密封圈紅外檢測(cè)結(jié)果

        2.3.3 化學(xué)成分及力學(xué)性能分析

        對(duì)失效密封圈和同規(guī)格的新品進(jìn)行紅外檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如圖15所示。兩條曲線分別為失效件及新品紅外吸收曲線,兩者均為丁腈橡膠,屬于同一類產(chǎn)品。對(duì)兩密封圈進(jìn)行邵爾硬度(非標(biāo))測(cè)試,值分別為76、78。非金屬材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)中規(guī)定2-5013橡膠硬度指標(biāo)為68~83,由此可知該膠圈性能符合要求。

        2.4 間隙咬傷情況分析

        由某型舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖可知,連通活門與該舵機(jī)殼體密封方式為平面密封。對(duì)該模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,如圖16所示。舵機(jī)連通活門殼體與舵機(jī)殼體通過6個(gè)螺釘緊固。如固定螺釘擰緊不到位,導(dǎo)致該部位存在異常間隙,在不同壓力作用下,密封圈會(huì)發(fā)生如圖16(a)~(c)模型所示的一種往復(fù)式的工作,一段時(shí)間后,密封圈則會(huì)出現(xiàn)間隙咬傷,最終斷裂,密封失效。

        (a)低壓下

        (b)中壓下

        (c)高壓下

        圖16 密封圈工作狀態(tài)

        分別擬定安裝間 體材料均擬定為鍛鋁,密封圈材料均 規(guī)格相同,密封圈承受的壓力均為2下,對(duì)不同的安裝間隙下密封圈狀 模型[2-6],如圖17所示,劃分網(wǎng)格 可知,隨著間隙的增加,密封圈形變

        圖17 密封圈模型

        圖18 劃分網(wǎng)格

        圖19 施加約束及荷載

        圖20 0.2mm間隙密封圈狀態(tài)

        圖21 0.3mm間隙密封圈狀態(tài)

        圖22 0.5mm間隙密封圈狀態(tài)

        3 結(jié)論

        通過對(duì)失效膠圈斷口的分析及化學(xué)成分、性能的檢測(cè),可排除密封圈質(zhì)量缺陷的可能。Ansys模型的分析結(jié)果表明,在密封圈質(zhì)量穩(wěn)定及外界壓力條件相同的情況下,平面安裝間隙越大,密封圈越容易被擠入間隙,出現(xiàn)損傷的幾率越大。故該舵機(jī)密封失效的主要原因?yàn)榘惭b間隙控制不當(dāng),導(dǎo)致密封圈被間隙咬傷。為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定,應(yīng)盡量控制安裝后兩平面間間隙。

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