某直升機(jī)液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷增大原因分析

羅云寶，王 斌

(1.海軍裝備部飛機(jī)辦，北京100071;2.四川凌峰航空液壓機(jī)械有限公司，四川廣漢618300)

0 引言

在某直升機(jī)試飛階段，部分旋翼液壓阻尼器在使用一段時(shí)間后進(jìn)行性能檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速工作頻率下的動(dòng)態(tài)載荷相對(duì)于使用前有明顯增大，表1為3件動(dòng)態(tài)載荷變大的液壓阻尼器使用前后額定轉(zhuǎn)速工作頻率下的動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試值。通過(guò)對(duì)液壓阻尼器的油液分析、壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)分析和結(jié)構(gòu)原理分析，確認(rèn)了液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷增大的主要原因，在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。

1 液壓油污染對(duì)液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷影響研究

檢查液壓阻尼器油液發(fā)現(xiàn)污染嚴(yán)重，對(duì)油液進(jìn)行污染度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)油液污染度高于12級(jí)，油液中主要污染物為炭黑顆粒。為分析油液對(duì)液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷的影響，將另外3件液壓阻尼器進(jìn)行了分解清洗，之后重新裝配進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果表明動(dòng)態(tài)載荷與清洗前比變化不大。表2為3件液壓阻尼器分解清洗前后的動(dòng)態(tài)載荷比較。因此認(rèn)為液壓油污染不是導(dǎo)致液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷增大的原因。

表1 液壓阻尼器使用前后動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試值

表2 液壓阻尼器使用前后動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試值

2 液壓阻尼器原理及結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)態(tài)載荷的影響分析

2.1 液壓阻尼器工作原理分析

圖1為液壓阻尼器工作原理圖，在外力作用下阻尼活塞在阻尼腔中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)阻尼活塞向右運(yùn)動(dòng)但運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)，油液壓強(qiáng)小于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)，壓力活門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞右腔的油液通過(guò)右邊補(bǔ)油活門(mén)的阻尼孔進(jìn)入補(bǔ)油腔，由補(bǔ)油腔對(duì)阻尼活塞左腔進(jìn)行補(bǔ)油;當(dāng)阻尼活塞向右運(yùn)動(dòng)但運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，油液壓強(qiáng)大于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)，將右邊壓力活門(mén)推開(kāi)，活塞右腔的油液部分通過(guò)右邊補(bǔ)油活門(mén)的阻尼孔進(jìn)入補(bǔ)油腔，部分直接通過(guò)壓力活門(mén)縫隙進(jìn)入補(bǔ)油腔，由補(bǔ)油腔對(duì)阻尼活塞左腔進(jìn)行補(bǔ)油。

圖1 主槳轂揮舞/擺振鉸滑油密封結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)阻尼活塞向左運(yùn)動(dòng)但運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)，油液壓強(qiáng)小于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)，壓力活門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞左腔的油液通過(guò)左邊補(bǔ)油活門(mén)的阻尼孔進(jìn)入補(bǔ)油腔，由補(bǔ)油腔對(duì)阻尼活塞左腔進(jìn)行補(bǔ)油;當(dāng)阻尼活塞向左運(yùn)動(dòng)但運(yùn)動(dòng)速度較大時(shí)，油液壓強(qiáng)大于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)，將左邊壓力活門(mén)推開(kāi)，活塞左腔的油液部分通過(guò)右邊補(bǔ)油活門(mén)的阻尼孔進(jìn)入補(bǔ)油腔，部分直接通過(guò)壓力活門(mén)縫隙進(jìn)入補(bǔ)油腔，由補(bǔ)油腔對(duì)阻尼活塞左腔進(jìn)行補(bǔ)油。

從液壓阻尼器的工作原理看，壓力活門(mén)開(kāi)啟前，動(dòng)態(tài)載荷與活塞運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，運(yùn)動(dòng)速度越大，動(dòng)態(tài)載荷越大;隨著阻尼活塞運(yùn)動(dòng)速度加大，阻尼腔的壓強(qiáng)逐漸變大，當(dāng)阻尼腔的壓強(qiáng)大于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)時(shí)，壓力活門(mén)開(kāi)啟，動(dòng)態(tài)載荷基本維持在壓力活門(mén)開(kāi)啟點(diǎn)。壓力活門(mén)的開(kāi)啟壓強(qiáng)確定了壓力活門(mén)后液壓阻尼器動(dòng)態(tài)載荷的大小。

2.2 定壓活門(mén)開(kāi)啟力分析

根據(jù)原理分析，液壓阻尼器使用一段時(shí)間后動(dòng)態(tài)載荷變大，可能與壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)變化有關(guān)。將動(dòng)態(tài)載荷變大的液壓阻尼器分解，進(jìn)行壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)測(cè)試。表3為分解的2件液壓阻尼器壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)，使用前開(kāi)啟壓力均為4.9MPa，使用后復(fù)查分別變?yōu)?5.2MPa 和 5.3MPa，壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)有了相當(dāng)程度的提高。根據(jù)液壓阻尼器工作原理，液壓阻尼器使用后動(dòng)態(tài)載荷變大主要是由于壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)變大照成的。

2.3 液壓阻尼器壓力活門(mén)結(jié)構(gòu)分析

圖2為液壓阻尼器壓力活門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖，安裝在阻尼器外筒上，在壓力活門(mén)伸長(zhǎng)方向兩端與阻尼器外筒可靠頂緊，左右閥體不會(huì)發(fā)生沿伸長(zhǎng)方向的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力活門(mén)彈簧在使用中不可能變長(zhǎng)，彈簧預(yù)壓力不會(huì)變小，也就是說(shuō)壓力活門(mén)的開(kāi)啟壓強(qiáng)不會(huì)變小;在壓力活門(mén)縮短方向，為滿(mǎn)足彈簧預(yù)緊力調(diào)節(jié)需要，左右閥體并沒(méi)有擰到靠緊，由于沒(méi)有任何鎖緊措施，左右閥體在外載荷作用下有可能沿縮短方向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓力活門(mén)彈簧縮短，彈簧預(yù)壓力不會(huì)變大，壓力活門(mén)的開(kāi)啟壓強(qiáng)不會(huì)變大，從而導(dǎo)致阻尼器動(dòng)態(tài)載荷變大。

表3 液壓阻尼器使用前后壓力活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)測(cè)試值

圖2 改進(jìn)前壓力活門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖

3 改進(jìn)措施

根據(jù)前述分析，某直升機(jī)液壓阻尼器使用一段時(shí)間后額定轉(zhuǎn)速工作頻率下的動(dòng)態(tài)載荷增大是由于壓力活門(mén)在縮短方向的轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有鎖緊措施，導(dǎo)致在使用中由于振動(dòng)等原因會(huì)使得壓力活門(mén)的左右閥體沿活門(mén)縮短方向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，加大彈簧的預(yù)緊力，從而提高了活門(mén)開(kāi)啟壓強(qiáng)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)載荷增大。

改進(jìn)措施主要針對(duì)壓力活門(mén)在縮短方向的轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊，對(duì)壓力活門(mén)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)方案如圖3所示。在左右閥體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)縮短方向，采用調(diào)節(jié)墊圈進(jìn)行防松，確保左右閥體不能沿壓力活門(mén)縮短方向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 壓力活門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖

4 改進(jìn)措施驗(yàn)證

貫徹設(shè)計(jì)改進(jìn)措施的液壓阻尼器在某型直升機(jī)上進(jìn)行了裝機(jī)使用，使用后將液壓阻尼器拆下返廠(chǎng)重新進(jìn)行了阻尼器載荷特性檢查，載荷特性與裝機(jī)使用前相當(dāng)。表 4為編號(hào) 1205001、1205006和1205008的阻尼器使用前后載荷特性對(duì)比。

表4 液壓阻尼器使用前后動(dòng)態(tài)載荷測(cè)試值

5 結(jié)論

針對(duì)某直升機(jī)部分旋翼液壓阻尼器在使用一段時(shí)間后額定轉(zhuǎn)速工作頻率下的動(dòng)態(tài)載荷增大的問(wèn)題，原因分析到位，導(dǎo)致故障機(jī)理清楚。裝機(jī)使用后的載荷特性檢查結(jié)果表明，使用前后阻尼器的載荷特性基本沒(méi)有變化，采取的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施有效，解決了旋翼液壓阻尼器使用后動(dòng)態(tài)載荷增大的故障。