某型飛機護板作動筒自動開鎖故障分析及改進

敖文偉，段新星，龔良國，鐘小宏，張海

（中航工業洪都，江西南昌 330024）

某型飛機護板作動筒自動開鎖故障分析及改進

敖文偉，段新星，龔良國，鐘小宏，張海

（中航工業洪都，江西南昌 330024）

針對某型飛機護板在飛行中自動打開的故障，對護板收放作動筒工作原理、結構組成進行了研究，在開鎖試驗驗證和故障件分解檢查后，確定了作動筒自動開鎖的原因是由于彈簧力過小，使得作動筒開鎖壓力小于瞬時回油壓力所致。通過改進作動筒內部零件彈簧的安裝方式，增大了開鎖壓力，提高了開鎖壓力的穩定性，排除了故障，為飛機飛行安全提供了保障。

收放作動筒；機械鎖；開鎖壓力；回油壓力

0 引言

飛機護板一般由收放作動筒通過液壓系統為護板的收上和放下提供動力。而內部帶機械鎖的作動筒除能收放護板外，還能通過內部的機械鎖將護板鎖定在收上或放下位置。這種帶內鎖的作動筒，由于具有收放護板和將護板牢固地固定在指定位置的功能，不需要單獨在護板和機體上設置連接點和受力接頭，簡化結構，節省空間，因而現有飛機的作動筒設計中，較為常見。

某型飛機在一次飛行過程中，起落架收上進艙，在護板收上到位，切斷液壓后，前起落架護板自動打開。經飛機地面試驗，發現是護板收放作動筒自動開鎖導致護板放下。將故障件返廠進行開鎖試驗，測得最小壓力為0.7MPa,后分解故障件發現，作動筒內部的彈簧有一圈發生變形，向外鼓脹，而對飛機液壓系統進行檢查時，測得回油壓力為1.0MPa。

1 結構與工作原理

1.1 作動筒結構

前起落架護板收放作動筒結構（圖1）由外筒、活塞、活塞桿、卡圈、頂圈、接頭、上端蓋、下端蓋、鋼球、彈簧、密封件等組成，6個小鋼球均勻地安放在活塞的6個安裝孔內，4個大鋼球均勻地安放在活塞桿的4個安裝孔內，與內鎖工作不相關的零部件未示出。

1.2 工作原理

護板關閉時，其收放作動筒活塞桿處于縮進位置。當需要打開護板時，液壓油由管嘴A進入作動筒左端的放下腔，推動活塞向右運動，活塞內圈斜面擠壓大鋼球，使得大鋼球徑向向內運動，迫使頂圈壓縮彈簧。當大鋼球向內運動到低于活塞內圈槽時，小鋼球隨活塞一起向右運動，沿卡圈左側斜面落入活塞安裝孔后實現開鎖，活塞桿便開始向右伸出，使得護板放下。

圖1 護板收放作動筒結構

當需要收起護板時，液壓油由管嘴B進入作動筒右端的收起腔，推動活塞、活塞桿等內部零件一起向左運動，當小鋼球隨活塞運動到卡圈右斜面時，卡圈右斜面迫使小鋼球徑向向內運動，同時大鋼球在活塞內斜面的迫使下，也徑向向內運動，當小鋼球越過卡圈右側斜面，大鋼球越過活塞內圈左側斜面后，兩處鋼球都運動到了上鎖位置。液壓切斷，大鋼球在彈簧力的作用下，楔在活塞內圈槽內，限制活塞向右運動，小鋼球楔在接頭斜面與卡圈左側斜面之間，從而達到使作動筒處于縮進時保持鎖定狀態，使護板鎖定在收上位置。

2 故障分析

根據鋼球鎖作動筒的結構組成、工作原理、作動筒開鎖試驗及飛機液壓系統回油壓力檢測，得出護板收上后出現自動開鎖，活塞桿伸出，是因開鎖壓力小于切斷液壓時的瞬時回油壓力導致。單從作動筒方面考慮，影響開鎖壓力最直接的因素是彈簧，故現對彈簧展開分析。

2.1 開鎖力分析

護板收放作動筒內使用的彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧，其牌號為HB3-51-1.5×10×22-II，其自然長度為22mm，為使頂圈能對大鋼球由一定的向外擠壓力，一般通過螺母調節彈簧預壓縮量來達到此目的。根據飛機標準件手冊表2-106的公式計算彈簧HB3-51-1.5×10×22-II的相關參數。

通過飛機標準件手冊表2-109查到，彈簧在最大許用載荷下的變形量為6.8mm。

通過對作動筒內部結構（圖2）的分析，得出鋼球鎖開鎖行程為2×0.85=1.7mm。

而彈簧在作動筒裝配時一般預壓縮3mm左右，再加上開鎖壓縮的1.7mm，即彈簧在開鎖時一共壓縮4.7mm，對應開鎖時，需克服的彈簧力為61.5N。

開鎖需要滿足的條件：

其中，A活塞為活塞的有效面積，F摩擦力為開鎖是需要克服的摩擦力，其與作動筒內部零件的制造、裝配誤差有關，無法精確計算，一般取經驗值200N—400N。

通過上式得出，P開鎖壓力在0.74MPa—1.26MPa之間。

2.2 彈簧安裝分析

由作動筒結構（圖1）可知，彈簧是套在支撐螺栓上的，通過預緊螺母和頂圈限制在支撐螺栓上。但是經過對零件尺寸、安裝配合的分析發現，彈簧的外徑為Φ10mm，內徑為Φ7mm，內支撐螺栓直徑為Φ6mm，接頭內徑為Φ13.5mm，彈簧安裝配合示意見圖3（無關零件未示出），這種安裝及配合方式使得彈簧在徑向上有運動的空間，導致彈簧在工作時處于一種不穩定的狀態。

圖2 作動筒開鎖分析圖

圖3 彈簧安裝配合示意

2.3 彈簧分析

護板作動筒內選用的彈簧為標準件HB3-51-1.5×10×22-II，其材料為IIa鋼絲，二類彈簧，能在-60℃—+150℃的環境下承受循環次數為103-105的變載荷作用，其熱處理方式為在彈簧鋼絲繞簧后t= 260℃-300℃回火，且不少于20min。

由于IIa鋼絲自身材料的缺陷及只是采用簡單的回火熱處理，使得彈簧的壽命不長，致使彈簧在作動筒多次開鎖、上鎖的變載荷作用下，彈簧彈性變弱，局部結構出現永久變形，甚至有鼓脹現象。

通過上述分析得知，彈簧提供的彈簧阻力小，是引起護板收放作動筒自動開鎖的主要原因。而彈簧彈力小由以下三方面導致：

1）所選彈簧尺寸小，使最大許用載荷小；

2）彈簧的安裝方式不合理，使得彈簧工作時受力不穩定；

3）彈簧材料及熱處理方式不能滿足工作環境要求。

3 處理措施

3.1 加大彈簧

為增大開鎖壓力，最直接有效的方法就是增大彈簧力。由于原來安裝彈簧處還有安裝空間，在對零件改動影響最小的原則下，將原來的彈簧HB3-51-1.5×10×22-II改為HB3-53-2.5×13×22-II。最大許用載荷由89N增加到316N，再考慮開鎖時需要克服200N—400N的摩擦力，理論開鎖壓力為1.2MPa—1.8MPa。

3.2 改進彈簧安裝方式

之前彈簧的安裝方式使得彈簧在徑向上有運動的空間，使得彈簧工作時受力不穩定。彈簧加大后，彈簧外徑由原來的Φ10mm增大為Φ13mm，與接頭內徑之間的間隙由原來的單邊1.5mm減小為0.25mm。

為減小彈簧內徑與支撐螺栓之間的安裝間隙，在兩者之間安裝一襯套。

3.3 提高彈簧性能

彈簧HB3-53-2.5×13×22-II的材料為65Si2MnWA,其熱處理方式為在彈簧鋼絲繞簧后，t= 850℃±10℃淬火，再進行430℃—460℃的回火。熱處理后彈簧硬度達到HRC=47-51。其穩定性及壽命均較HB3-51-1.5×10×22-II有很大提高。

增大增強彈簧，改進彈簧安裝方式后，通過試驗室試驗、裝機地面試驗、飛行試驗驗證，該改進方案能解決護板作動筒自動開鎖的問題。

4 結語

護板收放作動筒自動開鎖是飛機液壓系統回油壓力大于作動筒最小開鎖壓力所致。在研究護板收放作動筒結構組成、工作原理的基礎上，在改變作動筒內部零件最小化的前提下，改進了彈簧及其安裝方式，提高作動筒最小開鎖壓力及開鎖壓力的穩定性，改進方案通過試驗驗證，使得故障沒有再現。本文的分析思路及處理措施為解決帶內鎖作動筒自動開鎖問題提供了一定的借鑒和參考。

[1]《飛機設計手冊》總編委員會.飛機設計手冊第12冊飛行控制系統和液壓系統設計[M].北京:航空工業出版社，2002：723-733.

[2]《飛機設計手冊》總編委員會.飛機設計手冊第14冊起飛著陸系統設計[M].北京:航空工業出版社，2002：466-469.

[3]《飛機標準件手冊》編輯委員會.飛機標準件手冊[M].南昌：江西日報出版社1987：624-641.

[4]敖文偉，裴華平，陳紅.飛機起落架作動筒內鎖研究與分析[J].機械科學與技術2012.31(1)：130-134.

[5]盧肖名，韓永偉，王明磊等.飛機液壓系統故障排除方法分析[J].航空維修與工程，2012.3：74-75.

[6]陳江濤，謝超，邱建軍等.某型飛機起落架收放作動筒自發伸出現象分析[J].液壓與氣動，2012.1: 6-8.

[7]艾昂.彈簧國際標準[J].世界標準化與質量管理，1994.4：49-51.

[8]皮亞南，劉燕霞，李和平.彈簧的應用與設計計算[J].鍛壓機械，1999：30-33

>>>作者簡介

敖文偉，男，1984年12月出生，2009年畢業于西北工業大學，工程師，現從事飛機起落架結構設計工作。

Analysis and Improvement of Automatic Unlocking Failure for Fairing Door Actuating Cylinder of a Certain Type of Aircraft

AoWenwei,Duan Xinxing,Gong Liangguo,Zhong Xiaohong,Zhang Hai
(AVICHongdu Aviation Industry Group,Nanchang,Jiangxi,330024)

The paper studies the operating principle,structure and composition of fairing door retraction and extension actuating cylinder based on the automatic unlocking failure of fairing door of a certain type of aircraft in flight. After unlocking test verification and disassembling and check of defective part,it is confirmed that the automatic unlocking of actuating cylinder is caused by too small spring force,so as tomake the unlocking pressure of actuating cylinder is instantaneously less than oil return pressure.The failure is removed by improving internal partmounting mode of actuating cylinder to increase unlocking pressure and enhance the stability of unlocking pressure,thus providing guarantee of flight safety.

retraction and extension of actuating cylinder;mechanical lock;unlocking pressure;oil return pressure

2014-07-23)