王曉莊 楊武奎 胡開宇 劉陽軍 李旭明 曾小飛

摘要：描述了某型輔助動(dòng)力裝置起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過程中滲油孔漏油的故障現(xiàn)象，介紹了故障檢查及排除過程，分析了故障產(chǎn)生的根本原因，提出了預(yù)防措施，電機(jī)滲油的主要原因是小端蓋的孔深度以及滑動(dòng)襯套外徑尺寸控制不合格所致。本文對(duì)輔助動(dòng)力裝置起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的修理具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：輔助動(dòng)力裝置；起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)；小端蓋；滑動(dòng)襯套；漏油

Keywords：APU；starting DC motor；small end cover；sliding bushing；oil leakage

0 引言

起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)是輔助動(dòng)力裝置（APU）的重要組成部分，屬于APU起動(dòng)系統(tǒng)，其功用是保證APU的起動(dòng)及燃油在燃燒室中點(diǎn)火。若起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)工作不正常，將導(dǎo)致APU起動(dòng)不正?；螯c(diǎn)火裝置點(diǎn)火不正常，從而影響 APU的工作可靠性，嚴(yán)重時(shí)將危及飛行安全。

1 故障現(xiàn)象

某型APU起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)在修理試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)端蓋組件和小端蓋結(jié)合密封部位漏油，從滲油孔滲出黑色油跡，試驗(yàn)結(jié)果超過技術(shù)文件中規(guī)定的每分鐘不多于1滴的要求，即在起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)額定電壓、油路壓力既定及額定工作時(shí)間的條件下，起動(dòng)直流電機(jī)滲漏油流量超出規(guī)定值，說明電機(jī)軸封性能不能夠滿足產(chǎn)品的試驗(yàn)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 工作原理

起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)在APU中的作用是：按壓“起動(dòng)”按鈕后，接通控制盒電子電路，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，接通點(diǎn)火裝置，帶轉(zhuǎn)空氣發(fā)生器。起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)里固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖?，此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，線圈上的電流方向也改變，而產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，因此電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電樞線圈中感應(yīng)到的交變電動(dòng)勢(shì)在換向器配合電刷的換向作用下，從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指指向?qū)w中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向），導(dǎo)體受力方向由左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)力矩，該力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩克服了電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其他負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，從而使輸入的直流電能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械能。起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)原理如圖1所示。

3 故障分析與排除

根據(jù)故障現(xiàn)象，綜合考慮引起故障的各種原因，形成關(guān)聯(lián)圖（見圖2）。

3.1 故障原因定性排查

根據(jù)圖2中羅列的原因，故障源集中在試驗(yàn)器或起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品上，需要一一排除。經(jīng)分析，按照“先外部、后內(nèi)部；先試驗(yàn)器，后產(chǎn)品”的原則進(jìn)行排查。

1）設(shè)備泄漏。靜態(tài)檢查設(shè)備外觀，設(shè)備連接正確，無漏油、漏氣現(xiàn)象；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行檢查，仍無上述故障現(xiàn)象；檢查設(shè)備定檢情況，記錄完整。可判斷設(shè)備泄漏不是引起故障的原因。

2）油液污染度超標(biāo)、油液溫度低粘度大。取樣試驗(yàn)器中的油液介質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果滿足技術(shù)文件規(guī)定的等級(jí)和污染防控要求，且在一定溫度下檢查油液密度合格；檢查試驗(yàn)器油液取樣的化驗(yàn)情況，記錄完整?？膳袛嘤鸵何廴径瘸瑯?biāo)、油液溫度低粘度大不是引起故障的原因。

3）試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)多余物堵塞、油液污染。檢查試驗(yàn)器油濾、油泵等定檢情況，未出現(xiàn)機(jī)械破損、磨損的故障現(xiàn)象，排除試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)多余物堵塞、油液污染等故障因素。

4）結(jié)合面上的污物清理不徹底。電機(jī)修理時(shí)，若結(jié)合面上的污物清理不徹底，多余潤滑脂等污物積聚在軸封、端蓋、結(jié)合面等處，在壓差作用下會(huì)從間隙處向外漏油。分解檢查產(chǎn)品表面，無多余潤滑脂污染情況，排除污物清理不徹底的故障因素。

5）密封膠選用不當(dāng)。經(jīng)檢查質(zhì)量記錄，現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)密封使用密封膠為樂泰609零件固持膠，且在有效期內(nèi)，符合技術(shù)文件要求。

6）密封件方向裝反。分解檢查電機(jī)軸封部位，密封件的裝配方向與技術(shù)文件要求一致，排除密封件方向裝反故障因素。

7）油室內(nèi)壓增大，通氣孔堵塞。電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于風(fēng)扇作用會(huì)產(chǎn)生一定負(fù)壓，增大了油室內(nèi)外壓差，油室與外界雖設(shè)有通氣孔進(jìn)行壓差平衡，但在使用過程中該孔易被堵塞，使油室內(nèi)壓增大造成漏油。檢查電機(jī)通氣孔路，清潔無堵塞，排除通氣孔堵塞的故障因素。

8）電機(jī)內(nèi)部潤滑脂被污染。電機(jī)內(nèi)部潤滑脂被污染將使油質(zhì)變質(zhì)，導(dǎo)致油室內(nèi)油壓增大，壓差導(dǎo)致端蓋組件和小端蓋結(jié)合密封部位漏油。分解檢查產(chǎn)品表面的污染情況，無潤滑脂污染情況，排除潤滑脂被污染故障因素。

9）分解電機(jī)軸封部位，檢查鞍型彈性墊圈、墊圈、滑動(dòng)襯套，均未見異常。

10）密封件破損。分解滑動(dòng)襯套處密封圈，發(fā)現(xiàn)密封圈與滑動(dòng)襯套內(nèi)接觸面嚴(yán)重磨損，由圓弧型面磨損為平面，判斷是滑動(dòng)襯套裝配時(shí)密封圈擠壓到襯套內(nèi)接觸面，在滑動(dòng)襯套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)密封圈出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致電機(jī)漏油，同時(shí)破損的密封圈渣隨著油液流出。

11）小端蓋Φ20mm孔與滑動(dòng)襯套接觸不好。經(jīng)檢查，小端蓋Φ20mm孔與滑動(dòng)襯套接觸面存在劃痕，判斷為滑動(dòng)襯套在小端蓋內(nèi)發(fā)生了異常轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致小端蓋內(nèi)出現(xiàn)劃痕。

12）墊圈裝配中心與軸不同心。在測(cè)量平臺(tái)上使用千分表檢查墊圈的端面跳動(dòng)為0.006mm，在工藝范圍內(nèi)，排除墊圈裝配與軸不同心、傾斜不平的原因。

綜上分析，故障因素主要集中在電機(jī)軸封部位的滑動(dòng)襯套與小端蓋和密封圈部位，為電機(jī)軸封部位故障，導(dǎo)致電機(jī)試驗(yàn)時(shí)漏油。黑色油跡應(yīng)為軸封部位密封圈磨損所致。下文采用微分測(cè)量法做進(jìn)一步的分析。

3.2 故障原因定量排查

定量分析是對(duì)小端蓋、滑動(dòng)襯套及其配合部位進(jìn)行具體尺寸測(cè)量，確定引起故障的具體部位。使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量小端蓋孔徑，使用千分尺測(cè)量小端蓋孔深、滑動(dòng)襯套高度、滑動(dòng)襯套外徑（沿圓周測(cè)量4點(diǎn)，取平均值），并將測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果見表1。

由表1判斷故障原因?yàn)樾《松w孔深小于技術(shù)文件規(guī)定、滑動(dòng)襯套外徑大于技術(shù)文件規(guī)定（見圖3）。

3.3 故障定位

綜合定性、定量排查結(jié)果，從起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)說明書可知，小端蓋孔深超差，滑動(dòng)襯套外徑超差，導(dǎo)致裝配后滑動(dòng)襯套因墊圈及鞍型彈性擋圈擠壓受力，當(dāng)起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)襯套在小端蓋內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)異常吃力，造成與小端蓋結(jié)合面的磨損，同時(shí)造成膠圈與滑動(dòng)襯套接觸面異常磨損，最終導(dǎo)致漏油故障發(fā)生，破損的密封圈渣隨著油液流出。

因此，小端蓋孔深超差、滑動(dòng)襯套外徑超差是導(dǎo)致電機(jī)漏油故障的根本原因。

3.4 故障排除

選配合格尺寸的滑動(dòng)襯套進(jìn)行裝配，更換該臺(tái)超差滑動(dòng)襯套，測(cè)量滑動(dòng)襯套外徑尺寸為Φ19.90mm。將該臺(tái)的小端蓋以軸承裝配面為基準(zhǔn)，機(jī)加工深度至8.7±0.05mm并進(jìn)行阿諾丁氧化。更換鞍型彈性墊圈、密封圈、墊圈。在試驗(yàn)器上對(duì)起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，無漏油故障現(xiàn)象，滿足技術(shù)文件規(guī)定，排故措施有效。

4 預(yù)防措施和建議

1）按設(shè)計(jì)圖樣要求檢查測(cè)量滑動(dòng)襯套、小端蓋尺寸，保證尺寸滿足要求，對(duì)發(fā)現(xiàn)的磨損、毛刺、壓坑等故障進(jìn)行排除。

2）按照污染防控要求，每次試驗(yàn)時(shí)對(duì)油液進(jìn)行化驗(yàn)。

3）裝配后和試驗(yàn)前檢查清理電機(jī)通氣孔。

4）軸承裝配時(shí)，注意潤滑脂涂抹應(yīng)均勻，無多余潤滑脂溢出，防止油脂污染電機(jī)軸封部位。

5 結(jié)論

這是一起因滑動(dòng)襯套、小端蓋尺寸選配不當(dāng)造成起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)漏油的故障，通過原理分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、措施驗(yàn)證對(duì)故障進(jìn)行了排除。對(duì)于難度大、系統(tǒng)復(fù)雜的故障，要尊重科學(xué)、實(shí)事求是，通過原理分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，運(yùn)用測(cè)量和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，識(shí)別引起故障的根本原因，制定措施排除故障。