飛機液壓泵傳動軸密封失效故障的判斷及處置

李彪 羅峰

摘 要：本文針對某型飛機一起液壓油泵傳動軸密封失效故障，依次對該泵進行漏油腔加壓試驗、回油壓力與漏油量變化關系實驗、回油壓力與出口壓力變化關系實驗，經分析判斷，液壓油泵本身脈動與飛機負載在某個特定條件下產生共振，導致回油腔與漏油腔之間的密封裝置瞬間失效，故障比較典型危害性比較大。本文在最后提出“示波動態監測程序”，以供參考。

關鍵詞：液壓油泵 傳動軸密封失效 ?判斷處置

一、現象及危害

某單位在飛行后檢查時，發現一架飛機液壓油泵后蓋組件處皮碗外翻、彈簧圈擠出約四分之一，周邊有殘余油液。經初步檢查、分析，造成這次液壓泵故障的原因是：飛機液壓系統某種原因產生流固耦合共振，導致漏油腔油壓驟增，致使皮碗被擠出，傳動軸密封失效。

如果液壓泵壓力脈動長期激勵管道強迫振動，隨著飛行時間增加，脈動頻率（流體的諧振頻率）與固體管道的固有頻率逐漸接近，振動會進一步加強，產生流固耦合共振。由于液壓系統共振時，工作壓力沖擊來的突然，時間很短，瞬時壓力峰值會比正常工作壓力高幾倍，它會破壞液壓油泵密封裝置，以及脆弱的液壓管道系統，嚴重危害飛行員生命安全。

二、實驗分析

（一）漏油腔加壓試驗

因為外翻的皮碗只與漏油腔相連通，且依據皮碗處有油液滲出的故障現象，可以判定該皮碗是被漏油腔油壓擠出。直接通過漏油嘴加壓，當壓力升至0.2MPa時，發現皮碗被擠出，故障現象再現。

實驗證明：皮碗外翻是因為漏油腔油壓過大，回油腔進入漏油腔的油量過大，從漏油腔的φ1mm孔不能及時排出。

（二）回油壓力與漏油量變化關系試驗

為進一步尋找油泵在飛機上時漏油腔油壓的來源，我們對油泵的內部結構進行分析（如圖1所示）：油泵內部與漏油腔相鄰的是回油腔，回油腔是通過軸封部件與漏油腔隔離的。正常情況下，回油腔內的油液允許經過軸封部件少量進入漏油腔，再通過一個1mm的小孔進入漏油管嘴排出油泵。相關技術文件規定，在油泵出口壓力最大（油泵最大供油壓力21MPa）的情況下，漏油管嘴的漏油量每小時不大于5毫升（約為每分鐘2.5滴）。

（三）回油壓力與出口壓力變化關系實驗

漏油量過大，軸封部件又沒有失效，說明回油腔內可能會發生瞬間高壓，或壓力異常波動。回油壓力產生的主要途徑是轉子與分油蓋之間的回油槽，此回油槽與分油盤相通，分油盤的分油孔直接通往油泵出口，說明回油壓力與油泵的出口壓力有密切的關系。

我們在不同的供油壓力（出口壓力）下進行試驗，檢查回油壓力和漏油嘴的漏油情況。（表2）

（四）結論

該型飛機液壓油泵是變量柱塞泵，在旋轉和往復吸排油的過程，會產生氣穴、氣蝕問題，高壓腔壓力高于柱塞孔壓力，兩腔接通時，會有流量倒灌現象，流量脈動很大，使液壓泵成為流體振動的根源，脈動式的流量輸出是其固有特性。

如果油泵本身脈動與飛機負載在某個特定條件下產生共振，瞬時供壓峰值會比正常工作壓力高幾倍，漏油量瞬間增大，導致大量油液竄入漏油腔，壓力激增，造成皮碗外翻，密封系統失效。如果振動進一步加強，產生流固耦合共振，會嚴重損害液壓油泵和液壓管路系統，危害飛行員生命安全。

三、處置方法

“液壓泵軸封失效”的故障原因很多，但主要原因是發生共振，直至產生“流固耦合共振”，這不但對液壓泵本身造成很大損壞，也對整個飛機液壓系統造成很大損壞，所以我們要引起高度重視：

（一）通過外觀檢查，初步判斷液壓系統共振源。依次檢查液壓油泵軸尾有無漏油、皮碗是否外翻、彈簧是否擠出，固定管夾是否松動，油濾濾芯是否變臟，蓄壓器是否損壞等，或者其他一些系統問題。

（二）動態監測脈動頻率，進一步確認液壓系統共振源。影響液壓系統脈動的部附件主要有四個：一是液壓油泵，本身工作原理產生的脈動，其特點是比較穩定，可以上試驗臺檢查脈動頻率;二是固體管道，由液壓泵壓力脈動激勵管道強迫振動產生，隨著飛行時間增加，接觸結構逐漸磨損，甚至松動，管道支撐結構剛度會下降;三是蓄壓器，實踐證明，蓄壓器能使振動和噪聲明顯降低;四是油濾，如果油濾濾芯污染堵塞，流通能力下降，同樣也會在油濾內產生大幅值的壓力脈動與噪聲。

（三）利用液壓脈動示波器等設備，測量分析示波結果。飛機液壓系統正常的諧振頻率和振幅比較穩定，對系統的穩定性和動態性能有一定影響，但是在可控范圍之內。如果諧振產生的突然，振幅較大，使用示波器顯示壓力輸出曲線，有“毛刺”，經將“毛刺”拉平放大后，測量其振幅、頻率穩定，則說明液壓環節有諧振。在測量液壓泵供油壓力的諧振，如果諧振頻率、波形、當量幅值一樣，說明諧振是由液壓泵引起的。

（四）開發類似于“飛機液壓系統動態監測與故障診斷專家系統”等診斷設備，把故障消滅在萌芽狀態，防患于未然，可參考下述程序進行監控診斷（圖2）。

[1]杜來林 ?宋曉軍，飛機附件檢修，航空工業出版社，2006年5月，51頁-74頁。

[2]機床與液壓（飛機液壓系統專刊），中國機械工程學會，2012年12月，77頁-98頁。

[3]呂伯平 陳名華，航空油液監測技術，中國航空工業出版社，2006年8月，1頁-11頁。

專家點評

該論文通過對液壓泵漏油量、供油壓力、回油壓力等關系進行上機實驗，準確分析判斷出“因為飛機系統某種共振導致液壓泵瞬時供壓峰值過大，引起傳動軸密封失效故障”，其研究結果具有一定的科學性，為部隊飛行保障工作中出現類似情況提供了很好的參考資料，尤其是作者建議提出“開發飛機液壓系統動態監測與故障診斷專家系統診斷設備”，為未來機務一線維修保障中提供了很前瞻性的思路。