牟春妍，王巧玲，趙洋，黃成瑞，熊麗，王云

(航泰動(dòng)力機(jī)器廠，湖北 襄陽 441002)

1 故障描述

2017年11月，某型發(fā)動(dòng)機(jī)在地面試車過程中，出現(xiàn)燃油調(diào)節(jié)器油門軸處漏油，呈滴狀，每分鐘6~10滴。該燃油調(diào)節(jié)器為2017年6月份合格出廠，本次使用時(shí)間52 h41 min。

2017年10月至2018年1月，該型發(fā)動(dòng)機(jī)共累積發(fā)生8起燃油調(diào)節(jié)器油門軸漏油故障（見表1），故障發(fā)生時(shí)使用壽命如表1所示。

表1 燃油調(diào)節(jié)器油門軸漏油故障統(tǒng)計(jì)表

2 原因分析及確認(rèn)

2.1 原因分析

油門軸處封嚴(yán)結(jié)構(gòu)見圖1，由殼體66、密封圈67、封嚴(yán)座69、密封用皮碗68和油門軸65共同組成，密封用皮碗68內(nèi)外表面和密封圈67表面為封嚴(yán)面，當(dāng)其中任意一處封嚴(yán)面失效，均可能導(dǎo)致油門軸漏油。

故障燃油調(diào)節(jié)器返廠分解檢查后，發(fā)現(xiàn)密封圈完好無損，密封用皮碗內(nèi)唇口、外圓尺寸整體縮?。ㄒ妶D2、表2）并失去彈性，導(dǎo)致皮碗外徑與封嚴(yán)座的過盈配合變?yōu)殚g隙配合，無法起到封嚴(yán)作用，油門軸漏油。

圖1 油門軸處封嚴(yán)結(jié)構(gòu)示意圖

油門軸漏油故障原因定位為密封用皮碗失效。經(jīng)查，失效皮碗為工廠自制皮碗。

2.2 原因確認(rèn)

2.2.1 從皮碗制造、裝配、試驗(yàn)工藝流程查皮碗失效原因

經(jīng)查，8件失效皮碗為4個(gè)批次制造，批次分散，交付日期跨度大，產(chǎn)品圖樣、工藝規(guī)程正確、完整、現(xiàn)行有效；首件鑒定文實(shí)有效；各批次質(zhì)量記錄完整規(guī)范，記錄數(shù)據(jù)符合工藝要求；加工設(shè)備、工藝裝備和計(jì)量器具滿足制造要求；操作人員和檢驗(yàn)人員資質(zhì)合格；生產(chǎn)環(huán)境滿足工藝文件要求。綜上所述，可排除因制造缺陷導(dǎo)致皮碗失效的可能性。

檢查《燃油調(diào)節(jié)器裝配》和《燃油調(diào)節(jié)器試驗(yàn)》工藝規(guī)程可知，密封用皮碗在裝配過程中使用皮碗專用夾具和皮碗導(dǎo)套裝配到油門軸上，裝配方法得當(dāng)、無致使皮碗損壞或裝配歪斜因素存在。

檢查故障皮碗裝配環(huán)境，皮碗被封嚴(yán)在封嚴(yán)座上，內(nèi)唇口裝配在油量操縱套軸上，封嚴(yán)座和套軸光潔無銳邊，與皮碗接觸的部位粗糙度符合圖樣要求。

從故障件故障形貌分析，裝配試驗(yàn)過程中因操作不當(dāng)或裝配部位缺陷造成皮碗破損失效的原因可排除。

圖2 密封用皮碗

2.2.2 自制皮碗、進(jìn)口皮碗材料牌號(hào)比對(duì)

自制皮碗按工廠現(xiàn)行有效圖樣膠料牌號(hào)為丁腈橡膠5870（以下稱5870）。

表2 密封用故障皮碗尺寸記錄表

經(jīng)調(diào)撥進(jìn)口皮碗圖樣，材料牌號(hào)為橡膠ИПР1078 НТА ТУ 005 1166-87。查閱《俄中材料牌號(hào)對(duì)照》技術(shù)文件，ИРП-1078對(duì)應(yīng)相似的中國牌號(hào)為丁腈橡膠5080（以下稱5080）。經(jīng)俄文翻譯ИРП和ИПР一致，均代表“工業(yè)橡膠制品”，對(duì)橡膠牌號(hào)確認(rèn)無異議。

2.2.3 材料性能差異化比對(duì)

查閱HG6-407-1979和GJB250A-1996標(biāo)準(zhǔn)， 5870膠料和5080膠料主要性能指標(biāo)如表3所示。

表3 5870膠料和5080膠料性能差異對(duì)照表

通過對(duì)比， 5870皮碗比5080皮碗硬度低、柔韌性好、強(qiáng)度低，考慮皮碗安裝環(huán)境，兩類皮碗均能滿足使用要求。5870皮碗耐低溫性能優(yōu)于5080皮碗，5870皮碗可以在低于-48 ℃的環(huán)境下工作，而5080皮碗只能在不低于-42 ℃的環(huán)境下工作。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用工況，冬季最嚴(yán)寒的北方溫度在-40 ℃左右，5080皮碗與5870皮碗均能滿足使用要求。5080皮碗在燃油、滑油中的體積和重量變化表現(xiàn)為膨脹，有利于密封，而5870皮碗在燃油中體積增大，在滑油中重量變化表現(xiàn)為收縮，會(huì)導(dǎo)致漏油。5080皮碗在滑油中的密封性能優(yōu)于5870皮碗。

查閱航空材料手冊(cè)中，可以看出。5080皮碗在燃油和滑油系統(tǒng)都能使用，而5870皮碗只能在燃油系統(tǒng)中工作（見表4）。

表4 5080制品和5870制品的應(yīng)用范圍

從上文可以看出：5080制品和5870制品的主要性能差異是5080在滑油中的密封性能優(yōu)于5870。

3 故障重現(xiàn)及解決措施

通過以上研究分析得出，在安裝部位、工作環(huán)境一致的條件下，用了一個(gè)壽命周期的進(jìn)口皮碗依然富有彈性，而自制皮碗在使用過一段時(shí)間后就會(huì)變硬變脆失去彈性，尺寸整體縮小。最主要的區(qū)別是兩者所使用的膠料的牌號(hào)不同，進(jìn)口皮碗對(duì)應(yīng)的國產(chǎn)膠料牌號(hào)是5080，自制皮碗膠料為5870。

皮碗全壽命周期工作環(huán)境分析：皮碗在生產(chǎn)、制造和保管期間接觸的介質(zhì)為空氣；皮碗裝配到燃油調(diào)節(jié)器時(shí)，表面涂覆一層20號(hào)航空潤滑油；燃油調(diào)節(jié)器裝入發(fā)動(dòng)機(jī)后，廠內(nèi)油封介質(zhì)為脫過水的8B潤滑油，油溫為60~80 ℃；發(fā)動(dòng)機(jī)交付裝入飛機(jī)啟封并開始工作后，工作介質(zhì)才由8B潤滑油更換為RP-3煤油，工作溫度為-40~80 ℃。

我們針對(duì)5870皮碗和5080皮碗模擬進(jìn)行了全壽命周期的工作介質(zhì)的耐介質(zhì)性能測(cè)試。測(cè)試方法依據(jù)GB/T 1690—1992《硫化橡膠耐液體試驗(yàn)方法》進(jìn)行。分別選取新品自制5870皮碗和試驗(yàn)件5080皮碗各兩組，在8B潤滑油、RP-3燃油中各浸泡240 h，每天記錄皮碗的尺寸變化情況，浸泡結(jié)束后取出皮碗擦干，檢查皮碗尺寸及外觀變化情況。結(jié)果顯示：浸泡在RP-3燃油中的5870皮碗和5080皮碗取出擦干后，外觀及尺寸與浸泡前無明顯變化，皮碗光亮有彈性；浸泡在8B潤滑油中的5080皮碗取出晾干后，外觀及尺寸與浸泡前無明顯變化，皮碗光亮有彈性；浸泡在8B潤滑油中的5870皮碗取出晾干后，尺寸明顯縮小，且皮碗變硬變脆，彈性變差，故障重現(xiàn)，說明5870皮碗耐8B潤滑油性能明顯低于5080皮碗。

綜上分析所得，5870膠料在8B潤滑油介質(zhì)里，膠料中的增塑劑（油類、石蠟等）、防老劑（胺類復(fù)合抗氧劑）與8B滑油中的聚烯烴合成油和抗氧劑相似相容，膠料中的增塑劑、防老劑成分被8B潤滑油抽提，分子鏈間距離減小，分子間作用力增大，摩擦力增大，皮碗體積縮小，膠料逐漸變硬變脆，彈性變差，從而失去密封性能。用耐燃、滑油性能均佳的5080膠料加工的密封用皮碗后，燃油調(diào)節(jié)器油門軸漏油故障可排除。