某型機主起緩沖器低壓腔故障分析及改進

孫朝華 ，陳 翔 ，唐志勝 ，方建義

(1.陸航駐景德鎮(zhèn)地區(qū)軍事代表室，江西 景德鎮(zhèn) 333001; 2 中航工業(yè)直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

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某型機主起緩沖器低壓腔故障分析及改進

孫朝華1，陳 翔2，唐志勝2，方建義2

(1.陸航駐景德鎮(zhèn)地區(qū)軍事代表室，江西 景德鎮(zhèn) 333001; 2 中航工業(yè)直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

針對某型機的主起落架緩沖器低壓腔泄漏和掉壓故障，依據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)分析和返廠件檢測、試驗結(jié)果，分析和判斷返廠的緩沖器低壓腔體發(fā)生泄漏、掉壓的形式及位置。針對低壓腔的泄漏、掉壓形式，分析低壓腔發(fā)生泄漏和掉壓的機理，查找低壓腔泄漏和掉壓原因，進而對緩沖器進行改進設(shè)計和試驗驗證。

主起落架；緩沖器；低壓腔；故障分析

0 引言

某型機起落架采用后三點布置，主、尾起落架均采用不可收放的搖臂輪式起落架構(gòu)型。該型機主起緩沖器采用雙氣腔式，高壓腔油氣分離，低壓腔油氣混合。主起落架緩沖器在交付客戶使用后，部分產(chǎn)品出現(xiàn)低壓腔泄漏、掉壓故障。該故障的出現(xiàn)，嚴重影響到主機廠的裝機配套和部隊的正常出勤。低壓腔的泄漏、掉壓也會導(dǎo)致兩個主起落架緩沖性能不對稱，可能會導(dǎo)致直升機在起降、滑跑過程中發(fā)生側(cè)向傾斜,嚴重時影響直升機安全。

本文對某型機的主起緩沖器低壓腔的泄漏和掉壓故障進行研究，對發(fā)生泄漏、掉壓的機理進行詳細分析，查找低壓腔泄漏和掉壓的原因，并對低壓腔的密封進行改進設(shè)計及試驗驗證、裝機驗證。

1 結(jié)構(gòu)分析

某型機主起緩沖器為雙氣腔串聯(lián)式構(gòu)型，主要由活塞桿、中間筒、浮動活塞、外筒和上、下節(jié)流閥等組成。低壓腔是指浮動活塞上底面、中間筒和活塞桿內(nèi)腔構(gòu)成的封閉空間。高壓腔是指浮動活塞下底面和外筒內(nèi)腔構(gòu)成的封閉空間,如圖1所示。

圖1 某型機主起緩沖器示意圖

低壓腔可能與外界發(fā)生聯(lián)通的區(qū)域有浮動活塞處、活塞桿O型圈密封處和充氣嘴處三個位置。由于浮動活塞處于高、低壓腔之間，而且只是低壓腔發(fā)生泄漏和掉壓，高壓腔未發(fā)生泄漏和掉壓，故判斷故障只可能發(fā)生在另外兩處。從結(jié)構(gòu)上分析此兩處通常發(fā)生的泄漏形式有O型圈密封圈失效、充氣嘴密封墊圈失效和充氣嘴失效三種形式。

2 故障定位

對上述三處結(jié)構(gòu)的密封設(shè)計進行復(fù)核，O型圈密封圈、充氣嘴密封墊圈和充氣嘴均是采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計的，設(shè)計上不存在問題。對所有返廠的緩沖器進行分解檢查，所有密封尺寸均滿足設(shè)計要求，除充氣嘴密封墊圈正常變形外，O型圈密封圈和充氣嘴均無損傷。另外，更換O型圈密封圈、充氣嘴密封墊圈和充氣嘴，對緩沖器重新裝配并試驗。放置一定時間，仍然發(fā)現(xiàn)低壓腔存在掉壓的現(xiàn)象，即故障依舊存在。

為了進一步查找故障原因，將改進后的緩沖器整體水平放入防銹溶液中一定時間后，發(fā)現(xiàn)防塵密封圈位置出現(xiàn)少量的氣泡，同時在活塞桿的外表面發(fā)現(xiàn)有附著的氣泡，故將故障定位于中間筒和活塞桿連接段。

3 故障機理分析與改進設(shè)計

針對上述出現(xiàn)起泡的現(xiàn)象，對緩沖器的結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)中間筒內(nèi)壁鍍有一定厚度的鉻。鍍鉻工藝不可避免地會有穿透性微裂紋，微裂紋大致方向為軸向(如圖2所示)。由于基體在鍍鉻前存在表面殘余應(yīng)力和微裂紋，以及鉻層的應(yīng)力可達1000Mpa等原因，鍍鉻層在形成初期就在表面形成很淺的微小網(wǎng)紋，進而在鉻層形成微裂紋。中間筒使用一段時間后，氣體可能通過鉻層微裂紋沿軸向泄漏；對于活塞桿“冒汗”現(xiàn)象，懷疑是氣體沿活塞桿外表面上鉻層微裂紋泄露。

圖2 鍍鉻層示意圖

中間筒內(nèi)孔為深孔鍍鉻，厚度為30～60μm，且內(nèi)孔尺寸精度較高，鍍鉻難度較大，零件需加大鍍鉻后磨削至圖樣尺寸。電鍍鉻層通常為微裂紋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但由于電鍍硬鉻層的硬度高，電鍍過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力容易使微裂紋擴展到基體表面形成穿透性裂紋，且鍍層厚度越厚，形成穿透性裂紋的概率越大。另外，中間筒內(nèi)孔鉻層在磨削過程中，磨削應(yīng)力將加劇上述穿透性裂紋的擴展，使串氣、泄漏更為容易。

為了查找鉻層厚度對穿透性裂紋的形成及其對密封性能的影響，對不同厚度的鉻層的穿透性裂紋進行了金相檢查。圖3、圖4和圖5分別是三種不同厚度鍍層的金相照片，充分揭示了鍍層厚度越厚，產(chǎn)生的穿透性裂紋的條數(shù)越多。

圖3 鉻層平均厚度51μm (穿透性裂紋6條)

針對鉻層偏厚和穿透性裂紋存在的情況，從源頭避免低壓腔體氣體泄漏，對中間筒內(nèi)孔進行改進設(shè)計。首先，中間筒鉻層的厚度由30～60μm更改為20～40μm，且盡量按照下差進行控制；然后，鍍鉻后增加憎水處理工序，使用憎水劑將零件鉻層的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進行封閉；最后，零件表面涂抹憎水劑后，自然晾干后置于溫度為120℃～130℃的烘箱內(nèi)進行聚合固化90min～150min。

圖4 鉻層平均厚度32μm (穿透性裂紋2條)

圖5 鉻層平均厚度24μm (穿透性裂紋1條)

將改進后的緩沖器放置一段時間后，沒有發(fā)生泄漏和掉壓的現(xiàn)象。同時改進后的緩沖器按相關(guān)技術(shù)條件通過了各項試驗并進行了裝機驗證考核。裝

機驗證考核結(jié)果表明改進后緩沖器低壓腔的泄漏和掉壓問題得到有效解決。

4 結(jié)論

針對某型機主起落架緩沖器低壓腔泄漏和掉壓故障，從結(jié)構(gòu)上分析了泄漏的可能性并通過鉻層金相檢查，找出了鉻層漏氣是導(dǎo)致故障的原因，進而對中間筒鉻層進行了改進設(shè)計，改進后的緩沖器通過了各項試驗驗證。該緩沖器低壓腔的改進設(shè)計，對以后型號的起落架緩沖器研制和工程運用具有較大的參考價值。

[1] 《飛機設(shè)計手冊》總委會. 飛機設(shè)計手冊—標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)件(上)[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，2002.

[2] 徐 灝. 機械設(shè)計手冊,第3卷[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1991.

[3] 《航空機械手冊》編輯組. 航空機械設(shè)計手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1975.

[4] 閏 磊，高國慶，楊 川，等. 20CrNi3活塞桿鍍鉻層表面網(wǎng)紋分析[J].材料熱處理技術(shù),2011,40(18):131-137.

The Failure Analysis and Improvement for Low Pressure Chamber of Main Landing Gear Shock Absorber Belongs to XX Helicopter

SUN Zhaohua1, CHEN Xiang2, TANG Zhisheng2, FANG Jianyi2

(1.Army Aviation Representative Office of the General Staff PLA, Jingdezhen 333001, China;2.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

In response to the failure that leakage and pressure drop occurred in the low pressure chamber of MLG (Main Landing Gear) shock absorber from one type of helicopter, the failed chambers were inspected and tested. The locations and forms of leakage and pressure drop were analyzed and judged based on the result of inspection, examination and structural analysis of failed low pressure chambers. The reasons for leakage and pressure drop of low pressure chamber were identified via demonstrating the leakage and analyzing the principles for the failure. For these problems, a better design for MLG shock absorber was made and verified.

main landing gear; shock absorber; low pressure chamber; failure analysis

2014-09-09

孫朝華(1974-)，男，碩士，主要從事裝備質(zhì)量監(jiān)督與技術(shù)工作。

1673-1220(2015)01-061-03

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