分流活門組件制造技術分析與改進

賈軍鋒，王曉平，周　亮，胡愈剛

(中國人民解放軍駐陜飛公司軍事代表室，陜西 漢中 723200)

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分流活門組件制造技術分析與改進

賈軍鋒，王曉平，周亮，胡愈剛

(中國人民解放軍駐陜飛公司軍事代表室，陜西 漢中 723200)

摘要：針對分流活門組件泄漏量超差問題進行了深入分析與研究，提出了活門套筒的窗口尺寸、窗口切割方法，研磨余量和研磨膏粒度的制造技術分析以及改進技術方案。經試驗驗證表明，改進后的產品能夠有效解決分流活門組件泄漏量超差問題，保證了飛行安全。

關鍵詞：分流活門組件；泄漏量；切割方法；研磨余量

分流活門組件是飛機起落架重要部件。在轉彎操縱狀態下，其與前起落架轉彎操縱和反饋機構一起，構成飛機前輪轉彎的機械-液壓閉環控制系統，實現飛機前輪轉彎的隨動控制；在前輪減擺狀態下，自動接通前輪轉彎減擺系統液壓阻尼油路，吸收飛機前輪擺振能量，對前輪轉彎液壓系統進行超壓保護及油液補償。其應用于多個型號飛機起落架上，在對分流活門組件廠內軍檢驗收時，發現分流活門組件泄漏量超差，造成批次不合格，經過分析和改進后故障排除。

1故障現象及危害

1.1故障現象

在廠內軍檢驗驗收過程中發現，當分流活門組件液壓為28 MPa時，活門中立位置泄漏量>1.5 dm3/min，而指標泄漏量≤1 dm3/min；在液壓為11 MPa，分流活門閥芯左、右旋轉3°時，分流活門的泄漏量均<5 dm3/min，而指標泄漏量均>5 dm3/min。經統計分析，活門中立位置各窗口的遮蓋量超差，導致分流活門組件泄漏量超差。

1.2故障危害

當分流活門組件泄漏量較小時，分流活門組件的零組件間摩擦力較大，可造成卡滯現象，導致起落架無法操縱；當分流活門組件泄漏量較大時，可造成起落架液壓系統功率損失較大，導致起落架轉彎動力不足，轉彎角速度跟隨性差。嚴重時，分流活門組件泄漏量較小或較大都會導致起落架轉彎失靈，飛機沖出跑道，造成嚴重飛行安全事故。

2原因分析

根據俄羅斯、美國和國內北京航天航空大學、哈爾濱工業大學、601所、603所以及611所等研究機構對分流活門組件相關工作的研究情況，活門中立位置各窗口的遮蓋量超差主要受分流活門組件套筒窗口尺寸的大小、窗口銳邊的微觀缺陷、零組件同軸度和組件間配合間隙等因素影響。下述針對影響分流活門組件泄漏量超差的因素進行分析[1]。

2.1結構特性原理

分流活門組件主要由活門閥芯、活門套筒和外套組成(見圖1)，其主要作用是控制進入轉彎作動筒內液壓油的方向和流量，實現前輪的左轉或右轉，并控制轉動速率。分流活門閥芯左端與轉彎操縱桿連接，分流活門套筒右端與轉彎反饋軸連接。

圖1　分流活門組件結構

當分流活門組件處于中立位置時，閥芯和套筒上的油孔(矩形孔)被互相遮蓋，此時轉彎作動筒兩腔的進回油路被封死，液壓油不能操縱前輪轉彎。當前輪需要轉彎時，駕駛員移動方向舵腳蹬，腳蹬的運動通過傳動部分傳給分流活門閥芯，使其轉過某一相應角度。當轉動角度大于分流活門的遮蓋量(不靈敏區)時，活門失調，壓力油開始進入轉彎作動筒的某一腔，轉彎作動筒將轉動力矩傳遞給前起落架轉彎機構使機輪旋轉；同時，與轉彎反饋軸連接的分流活門套筒，在轉彎反饋機構的驅動下始終跟隨分流活門閥芯轉動。當停止轉彎(即不再控制分流活門閥芯旋轉)時，分流活門套筒就會與分流活門閥芯處于原有的相對角度位置，隔斷供油路和回油路，作動筒不再移動，機輪便停留并被鎖定在某一角度位置。

2.2窗口尺寸的大小和位置對分流活門組件性能的影響

分流活門套筒和閥芯處于相對中立位置時的縱向剖面圖如圖2所示。從圖2可知，分流活門套筒通油窗口尺寸A和閥芯通油窗口尺寸B的大小，決定了活門組件中立位置時遮蓋量M值的大小，而遮蓋量M值是影響分流活門不靈敏區和流量特性的主要因素。若M值不符合設計要求，則不能滿足分流活門不靈敏區為0.5°～1.5°的要求。當M值超大，且在活門失調(偏離不靈敏區)到一定角度時，有可能出現活門的開口量不足的現象，從而不能達到活門組件的流量特性要求。

圖2　　　分流活門套筒和閥芯處于相對　　　中立位置時的縱向剖面圖

活門套筒和活門閥芯通油窗口位置度的理想狀態是圖中2的M1、M2、M3和M4值相等，活門的不靈敏區和活門失調到一定角度后的流量特性就能達到理想狀態。由于機械加工誤差等原因，活門套筒和閥芯各通油窗口沿圓周方向不能達到理想的相對位置狀態，各個M值大小不一。活門最小的M值決定了活門不靈敏區的大小。當活門失調到一定角度時，最大M值處活門的開口量又是最小的，因此，通油窗口的位置誤差，會影響到活門組件的不靈敏區和流量特性。

2.3窗口形狀對分流活門組件性能的影響

按設計圖樣要求，理想的通油窗口(見圖3)是規則的矩形，經過活門的流量隨活門開啟量呈線性變化，活門流量特性好。

圖3　理想的通油窗口

4種常見的通油窗口形狀缺陷現象如圖4所示。如果通油窗口形狀誤差較大，出現歪斜、扭曲，矩形孔等缺口，則會減小窗口的有效通油面積，增加流量阻力，造成流量不足，從而影響分流活門組件的性能。

圖4　不理想的通油窗口

從圖4可知，矩形窗口如不能保持銳邊(出現圓角)，就會影響活門組件中立位置的有效遮蓋量(見圖5)，導致活門中立位置的不靈敏區減小，泄漏量增大。

圖5　矩形窗口銳邊局部放大圖

2.4同軸度對分流活門組件性能的影響

2.4.1零件間同軸度對分流活門組件性能的影響

從圖1可以看出，活門組件工作時，活門閥芯相對于活門套筒需要轉動。由于零件間的配合間隙很小，如果零件相關安裝定位面間的同軸度誤差超出一定范圍，就會導致零件轉動卡滯，影響活門組件的正常工作。同軸度誤差會導致活門轉動時徑向間隙偏向一邊，在有壓力油通過活門時，液壓油會對活門產生不對稱的徑向壓力，造成活門轉動力矩增大甚至卡滯，超出操縱或反饋力矩要求。

2.4.2活門套筒外圓和內孔同軸度誤差對分流活門組件性能的影響

活門套筒的矩形孔加工時是通過外圓定位的。在保證定位準確和加工精度的情況下，矩形孔的對稱中心面與活門套筒外圓的軸線是重合的。如果活門套筒的內孔與外圓存在一定的同軸度誤差，則會造成活門套筒內孔軸線與矩形孔的對稱中心不重合。活門套筒內孔配合的活門閥芯上的矩形孔和活門套筒上的矩形孔存在位置度誤差。活門套筒外圓與內孔同軸度誤差示例圖如圖6所示。從圖6可以看出，當活門套筒外圓與內孔存在同軸度誤差e時，活門閥芯與活門套筒形成的遮蓋量N1和N2會出現較大的差值，從而影響活門組件的不靈敏區和開啟特性[2]。

圖6　活門套筒外圓與內孔同軸度誤差示例圖

2.5配合間隙對分流活門組件性能的影響

分流活門組件中，外套、活門套筒和活門閥芯之間是通過間隙密封的。活門組件間的配合間隙越小，活門的泄漏量就越小，活門的功率損失就越小。但零件加工過程中存在形狀和位置誤差，加工后由于釋放加工應力出現微觀變形，以及高、低溫狀態下零件尺寸發生微量變化等因素，因此，活門組件間需要合理的配合間隙，保證零件間相對轉動靈活平穩。從圖1可知，通過理論計算和反復試驗，活門套筒與外套的配合間隙要求為0.007～0.010 mm，活門閥芯與活門套筒的配合間隙要求為0.006～0.009 mm。間隙超出最小值，則可能導致相對運動零件出現卡滯；間隙超出最大值，則可能導致分流活門組件的泄漏量超出設計要求。

3改進措施

3.1活門套筒的窗口尺寸改進

根據技術文件要求，活門套筒的進油口尺寸寬度為(4.23±0.03) mm，回油口尺寸寬度為(3.8±0.03) mm，長度均為5 mm。依據改進方案對新加工6個活門套筒進行驗證試驗，油口寬度變化統計表見表1，試驗情況見表2。

表1　油口寬度變化統計表

從表2可知，窗口寬度尺寸縮小后，中立位置泄漏量明顯減少，均處于合格范圍內，大部分泄漏量偏上限。但是，不靈敏區和左、右3°泄漏量均不合格。利用挫修方式修正窗口尺寸，使不靈敏區和左、右3°泄漏量達到合格范圍內。綜合分析表2中試驗數據，窗口寬度尺寸分別改為進油口(4.20+0.020) mm、回油口(3.8±0.01) mm，可有效改善分流活門組件泄漏量超差問題。

3.2改進窗口切割方法

從表1可知，1號、2號、3號和4號活門套筒的窗口用快走絲切割方式加工，5號和6號活門套筒的窗口用慢走絲切割方式加工。快走絲切割方式是一次加工至要求尺寸，表面粗糙度Ra達1.6 μm，尺寸精度達0.01 mm。慢走絲切割方式是1次主切，2～3次修切，表面粗糙度Ra為0.8～0.4 μm，尺寸精度達0.005 mm。慢走絲比快走絲在組件表面粗糙度和窗口位置精度上提高約1倍。對比表2中采取不同切割方式的活門套筒試驗數據(尤其是6號活門套筒)，慢走絲切割方式活門套筒中立位泄漏量，左、右3°泄漏量和不靈敏區均處于合格。表明將切割方式由快走絲改為慢走絲是可行有效地。

3.3改進研磨余量和研磨膏粒度

利用慢走絲切割方式新加工5個活門套筒，其窗口寬度尺寸都分別按(4.20+0.02)和(3.8±0.03) mm，試驗情況見表3。5個活門套筒中立位置泄漏量均約為1.5 dm3/min，左、右3°泄漏量基本一致，不靈敏區幾乎一樣，特性表現基本一致。

表2　6個活門套筒試驗情況統計表

表3　新活門套筒試驗情況

根據設計要求，研磨后活門套筒內孔尺寸為(10.98+0.018 0) mm，加工后實際內孔尺寸見表3，需要進行研磨去除多余量。通過加大研磨余量(范圍為0.02～0.03 mm)和將研磨膏粒度由W20改為粒度更小的W10進行研磨，進行第2次試驗，試驗情況見表4。從表4可以得出，5個活門套筒中立位置泄漏量全部合格，左、右3°泄漏量接近合格，不靈敏區都偏小，僅1號活門套筒的活門中立位置泄漏量超差0.1 dm3/min，表明改進措施切實有效。同時說明，改進后的研磨余量和研磨膏粒度可以提高活門套筒窗口銳邊的微觀完整性，改善研磨面的表面粗糙度、各組件同軸度和組件配合間隙[3]。

表4　表3中零件第2次研磨后的試驗情況

4改進措施效果綜合驗證

利用改進方案重新加工9件活門套筒進行試驗，結果見表5。表5中，1號、2號、5號、6號、7號和8號活門套筒為1次試驗成功，3號、4號和9號活門套筒為對窗口進行了2次輕微的修整后試驗成功，最后1～9號活門套筒性能均合格。由此可見，改進措施能夠有效解決分流活門組件泄漏量超差問題，從而保證飛行安全。

表5　改進方案效果

5結語

為排除分流活門組件泄漏量超差故障，結合分流活門組件各個零組件的制造工藝，產品的穩定性、可靠性要求，提出如下建議。

1)分流活門組件的活門套筒窗口寬度從進油口尺寸為(4.23±0.03) mm、回油口尺寸為(3.8±0.03) mm，改為進油口尺寸為(4.20+0.02) mm、回油口尺寸為(3.8±0.01) mm，可以顯著地提高活門套筒遮蓋量，減少中立位置泄漏量。

2)活門窗口切割方式由快走絲改為慢走絲，改善了分流活門組件的表面粗糙度Ra和位置精度。

3)活門套筒內孔尺寸的研磨余量范圍加大至0.02～0.03 mm，研磨膏粒度由W20改為粒度更小的W10，能夠有效地消除方孔銳邊的微觀缺陷，改善研磨面的表面粗糙度和間隙密封性。

4)針對改進后的分流活門組件，建立了數學模型和機械工程模型，進行了理論計算，獲得了最優結構模型，并已應用于后續產品上。

5)應繼續對改進后的產品泄漏量進行跟蹤，加強故障分析研究，提高分流活門組件質量的穩定性、可靠性。

參考文獻

[1] 蔡文琴.機械制造工藝中的合理化機械設計分析[J].新技術新工藝，2015(8):25-27.

[2] 黃本堯，鐘蜀華.某型發動機燃調分流活門設計[J].航空發動機，2007(z1):123-125.

[3] 李培滋，王占林.飛機液壓傳動與四氟控制：上冊[D].北京：國防工業出版社，1979.

責任編輯鄭練

Analysis and Improvement for the Manufacturing Technology on Shunt Valve Component

JIA Junfeng, WANG Xiaoping, ZHOU Liang, HU Yugang

(Military Agent’s Room, PLA Stationed in Shaanxi Aircraft Manufacturing Corporation, Hanzhong 723200, China)

Abstract：The in-depth analysis and research is based on the shunt valve component of oil leakage out-of-tolerance problem. Propose the technical improvement solutions that are the improvement of valve sleeve window size, window cutting method, grinding allowance and grinding paste particle size. Through the experiments, the improved products can effectively reduce the flight safety accident which is caused by the shunt valve component of oil leakage out-of-tolerance.

Key words:shunt valve component, oil leakage, cutting method, grinding allowance

收稿日期：2015-10-27

作者簡介：賈軍鋒(1988-)，男，助理工程師，主要從事機械液壓產品設計、生產和質量管理等方面的研究。

中圖分類號：TH 137.5

文獻標志碼:A