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        某型直升機航向操縱搖臂磨損故障分析與改進

        2021-04-12 12:02:26張朝武任艷麗王維
        航空維修與工程 2021年2期
        關(guān)鍵詞:改進磨損

        張朝武 任艷麗 王維

        摘要:針對近年來某型直升機航向操縱系統(tǒng)裝用的操縱搖臂普遍發(fā)生同類磨損故障的情況,依據(jù)該型操縱搖臂工作原理、工作特性對故障產(chǎn)生原因進行分析研究,提出降低故障率的改進方法和建議,可作為航空維修企業(yè)排除該類故障的參考。

        關(guān)鍵詞:操縱搖臂;磨損;改進

        Keywords:control rocker arm;wear;improvement

        近年來,某型直升機裝用的航向操縱搖臂在使用過程中集中發(fā)生搖臂叉耳磨損故障,經(jīng)普查,該型航向操縱搖臂叉耳磨損的故障率約為78%,磨損深度約為0.5~1.2mm,嚴(yán)重影響了直升機飛行安全。

        1 航向操縱搖臂簡介

        2 搖臂工作原理

        航向操縱搖臂通過2件軸承鉸接安裝于直升機尾斜梁的安裝支座上,拉桿1端頭裝配的E601066K3帶柄軸承和拉桿2端頭裝配的E601066K4帶柄軸承均通過HB1-106-6×28×3螺栓與航向操縱搖臂的兩個叉耳連接(見圖2)。

        裝用該型航向操縱搖臂的直升機的航向操縱系統(tǒng)為混合結(jié)構(gòu),主要包括腳蹬、操縱拉桿、操縱搖臂、操縱鋼索等零組件。此件航向操縱搖臂屬于直升機尾槳操縱線系中的一個零件,主要用于將拉桿1輸出的航向操縱載荷和操縱位移傳遞至拉桿2。當(dāng)拉桿1向前拉時,航向操縱搖臂帶動拉桿2向左極限方向轉(zhuǎn)動,當(dāng)拉桿1向后推時,航向操縱搖臂帶動拉桿2向右極限方向轉(zhuǎn)動。

        3 故障分析

        3.1 故障現(xiàn)象

        航向操縱搖臂磨損時機普遍在900飛行小時后,磨損部位均為搖臂叉耳內(nèi)側(cè)(見圖3)。磨損凹槽共有3處,磨損深度從內(nèi)向外依次遞減,磨損痕跡與E601066K4帶柄軸承的軸承內(nèi)環(huán)、軸承端蓋、軸承外環(huán)吻合,磨損弧度與E601066K4帶柄軸承相對轉(zhuǎn)動角度一致。

        將航向操縱搖臂叉耳磨損部位局部放大,可見磨損形成的凹坑1深度均勻、寬度一致,而磨損形成的凹坑2和凹坑3則中間深兩端淺、中間寬兩端窄(見圖4)。

        3.2 原因分析

        依據(jù)故障現(xiàn)象,可確定該型航向操縱搖臂叉耳磨損故障系E601066K4帶柄軸承沿HB1-106-6×28×3螺栓回轉(zhuǎn)運動時軸承內(nèi)環(huán)、軸承端蓋、軸承外環(huán)與搖臂叉耳內(nèi)側(cè)表面碰磨造成的。磨損起源于叉耳與軸承內(nèi)環(huán)接觸面,隨著軸承內(nèi)環(huán)對叉耳磨損量逐漸遞增,逐步擴展至軸承端蓋與叉耳碰磨,再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨。

        進一步分析認為,E601066K4帶柄軸承的拉桿2通過螺栓與直升機尾助力器鉸接相連,直升機尾槳葉高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的高頻振動通過尾助力器直接傳遞至拉桿2,導(dǎo)致拉桿2的安裝頻率靠近直升機尾槳激勵頻率,使得E601066K4帶柄軸承承受了過大的振動載荷;在共振作用下E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生微動磨損。E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)原材料為軸承鋼,航向操縱搖臂的原材料為鍛鋁LD10,因硬鋁的耐磨性低于軸承鋼,導(dǎo)致航向操縱搖臂叉耳逐漸形成磨損凹坑1。隨著凹坑1的磨損深度逐漸遞增,逐步擴展至軸承端蓋與叉耳碰磨,再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨,形成了磨損凹坑2和凹坑3。

        3.3 工作特性分析

        直升機進行航向操縱時,航向操縱搖臂隨拉桿1的操縱位移沿安裝支座往復(fù)回轉(zhuǎn)運動,此時,軸承內(nèi)環(huán)與搖臂叉耳保持相對固定,軸承端蓋、軸承外環(huán)則與搖臂叉耳保持相對轉(zhuǎn)動。E601066K4帶柄軸承在使用過程中軸承滾珠、軸承內(nèi)環(huán)、軸承外環(huán)三者均存在正常損耗,隨使用時間增加正常損耗逐漸累積,由此導(dǎo)致軸承逐漸產(chǎn)生軸向游隙,并導(dǎo)致偏心角α超過規(guī)定值,在此情況下則會導(dǎo)致E601066K4帶柄軸承的端蓋和外環(huán)與搖臂叉耳碰磨。

        依據(jù)航向操縱搖臂叉耳設(shè)計尺寸和帶柄軸承實測外形尺寸進行分析,得出若帶柄軸承在使用過程中因正常損耗導(dǎo)致偏心角超過9.5°,則會導(dǎo)致軸承端蓋與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生碰磨,若偏心角超過11°,則會導(dǎo)致軸承外環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生碰磨(見圖7)。

        3.4 小結(jié)

        根據(jù)上述分析,確定航向操縱搖臂叉耳磨損故障原因如下:

        1)在共振作用下E601066K4帶柄軸承內(nèi)環(huán)與航向操縱搖臂叉耳產(chǎn)生微動磨損,隨磨損深度逐漸遞增,逐步擴展至軸承端蓋與叉耳碰磨,再到軸承外環(huán)與叉耳碰磨。

        2)E601066K4帶柄軸承在使用過程中因正常損耗逐漸累積,導(dǎo)致偏心角α超過規(guī)定值9°,最終導(dǎo)致E601066K4帶柄軸承的端蓋和外環(huán)與搖臂叉耳碰磨。

        4 改進措施

        為降低航向操縱搖臂磨損故障率,可采取如下措施:

        1)優(yōu)化拉桿2的設(shè)計結(jié)構(gòu),使拉桿2的安裝頻率偏離直升機尾槳激勵頻率。

        2)增加E601066K4帶柄軸承偏心角α檢查技術(shù)要求,超過9°則更換新件。

        3)優(yōu)化航向操縱搖臂叉耳設(shè)計,叉耳開槽寬度增加至16mm,原螺栓安裝孔設(shè)計為鑲嵌鋼襯套結(jié)構(gòu)(見圖8)。

        參考文獻

        [1]溫詩鑄,黃平.摩擦學(xué)原理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

        [2]趙源,高萬振,李健. 磨損研究及其方向[J].材料保護2004,37(7B):18-34.

        [3]陶峰,張雨. LY12CZ鋁合金微動損傷機制的研究[J].航空材料學(xué)報2002,22:1-4.

        [4]羅林,劉謙,鄒驥. 7A52鋁合金微動磨損行為研究[J].材料工程2009,4:45-48.

        [5]石英楠. 擠壓鑄造鋅鋁合金力學(xué)性能及摩擦磨損性能的研究[D].遼寧:沈陽工業(yè)大學(xué),2007.

        [6]葛靈丹,王樹齊,楊子潤. 7075鋁合金的磨損行為及其機理探討[J].特種鑄造機有色金屬2011,31(2):178-182.

        [7]王思明,高宏力,許明恒.角接觸球軸承微動磨損行為[J].西南交通大學(xué)學(xué)報,2012,47(4):629-633.

        作者簡介

        張朝武,技術(shù)員,主要從事直升機操縱附件修理及故障研究。

        任艷麗,部附件專業(yè)總師,主要從事直升機部附件修理及故障研究。

        王維,修理工,主要從事直升機操縱附件修理及故障排除。

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