液壓系統(tǒng)多余物的預(yù)防與控制

連小帥 于 淼 王 玨 喬國勇

1.山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長(zhǎng)治 046012 2.淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司 山西長(zhǎng)治 046012

1 研究背景

多余物的產(chǎn)生涉及產(chǎn)品研制的全過程,從原材料選用、元器件采購,到產(chǎn)品制造、調(diào)試、試驗(yàn)、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié),均有可能存在多余物侵入[1]。目前,液壓管道一般采用焊接液壓管道及卡套式液壓管道。焊接液壓管道多數(shù)采用酸洗等工藝措施來控制多余物,卡套式液壓管道的多余物控制主要分布在管道切割、管道彎制、管口成形等環(huán)節(jié)。在航空航天產(chǎn)品研制生產(chǎn)中,液壓系統(tǒng)多余物控制始終是重點(diǎn)。在國內(nèi)外航天產(chǎn)品試驗(yàn)中,由于多余物問題導(dǎo)致元器件失效的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,有的甚至直接導(dǎo)致發(fā)射任務(wù)失敗。為保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性及可靠性,筆者基于EO2-FORM連接形式及企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)備設(shè)施,展開液壓系統(tǒng)多余物預(yù)防與控制研究,形成一套量化、可靠的多余物控制方法。

2 總體思路

液壓系統(tǒng)中,油液固體顆粒的污染等級(jí)應(yīng)符合QJ 2724.1—1995《航天液壓污染控制 工作液固體顆粒污染等級(jí)編碼方法》標(biāo)準(zhǔn)中16/13級(jí)、油液含水量不高于0.008%的要求,基于此,結(jié)合EO2-FORM連接形式結(jié)構(gòu)特征,對(duì)EO2-FORM連接形式中管口成形制造工藝過程進(jìn)行分析,確定多余物產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié),研究多余物控制的工藝方法。

分析系統(tǒng)中各液壓元件多余物控制措施,確定多余物控制薄弱環(huán)節(jié),并量化檢測(cè)指標(biāo),提出有效控制措施,進(jìn)而形成一套合理、有效的液壓系統(tǒng)多余物控制工藝方案,完成工藝方案的驗(yàn)證、推廣、應(yīng)用工作。

3 EO2-FORM連接形式多余物分析

EO2-FORM連接形式在EO2彈性密封的基礎(chǔ)上采用冷成形工藝,極大增強(qiáng)了連接剛度,減小了預(yù)裝力矩。與傳統(tǒng)焊接接頭相比,EO2-FORM連接形式制作工序簡(jiǎn)單,維修性、可靠性、一致性較高。EO2-FORM連接形式需采用專用的設(shè)備完成管口成形,管口成形過程對(duì)液壓管端面與軸線的垂直度、液壓管表面粗糙度等有較高要求。EO2-FORM連接形式結(jié)構(gòu)剖視圖如圖1所示。

基于企業(yè)現(xiàn)有的數(shù)控彎管機(jī)、管道切割機(jī)、平口機(jī)、刮刀、直磨機(jī)、管口成形機(jī)等設(shè)備,現(xiàn)行管口成形工藝主要流程為:準(zhǔn)備工作→管道彎制→管道切割→管口毛刺清理→管口成形機(jī)成形→清洗彈丸清洗。

▲圖1 EO2-FORM連接形式結(jié)構(gòu)剖視圖

對(duì)管口成形工藝過程進(jìn)行分析,多余物主要存在于管道切割后內(nèi)表面及管口毛刺清理環(huán)節(jié),分別如圖2、圖3所示。清洗彈丸清洗屬于氣體吹除法,適用于去除表面積較大的顆粒多余物,多用于小口徑管道的清洗。對(duì)于管道內(nèi)表面質(zhì)量存在缺陷的原材料,清洗物容易掛在表面毛刺等缺陷位置[2]。

▲圖2 管道切割后內(nèi)表面▲圖3 管口毛刺清理環(huán)節(jié)

工藝方法選擇不當(dāng),工藝措施不細(xì)化、量化,容易產(chǎn)生多余物[3]。對(duì)管道內(nèi)表面進(jìn)行清洗時(shí),無法量化多余物指標(biāo),僅采用目測(cè)確認(rèn)無明顯灰塵,存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

4 液壓元件多余物分析

液壓系統(tǒng)的主要液壓元件包括集成塊通道體、液壓缸、液壓油箱等[4]。集成塊通道體孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采用五倍光學(xué)內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查。光學(xué)內(nèi)窺鏡應(yīng)用于管道內(nèi)腔、焊縫質(zhì)量檢查等方面,可以直觀地檢查管道內(nèi)部的多余物情況,并能夠?qū)Χ嘤辔锏男螤睢⑽恢眠M(jìn)行準(zhǔn)確判定[5]。采用光學(xué)內(nèi)窺鏡,可以排除通道體孔道存在多余物的情況。

液壓缸安裝前需要進(jìn)行各種常規(guī)測(cè)試,并且清潔度等級(jí)要求較高[6]。液壓缸裝配前,對(duì)所有金屬件及非金屬件采用相應(yīng)的清洗劑清洗,裝配后采用相應(yīng)的清洗設(shè)備進(jìn)行循環(huán)清洗,并完成油液顆粒污染度檢測(cè)。對(duì)油液中的顆粒污染物進(jìn)行檢測(cè),主要確定油液顆粒污染度和顆粒分布,以防止油液顆粒污染度超過液壓系統(tǒng)關(guān)鍵元件的污染耐受度,從而為油液的凈化提供技術(shù)支持[7]。

多余物指產(chǎn)品中存在的由外部進(jìn)入或由內(nèi)部產(chǎn)生的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)無關(guān)的一切物質(zhì)[8],生產(chǎn)過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生或引入多余物[9]。液壓油箱生產(chǎn)中,采用自動(dòng)鎢極氬弧焊結(jié)合手工鎢極氬弧焊的方式進(jìn)行焊接,焊接后進(jìn)行水壓密封試驗(yàn)及內(nèi)表面清洗。對(duì)于水壓密封試驗(yàn)的水源污染度及油箱內(nèi)表面焊接所產(chǎn)生的焊渣、飛濺等多余物,只能目測(cè)清洗,無法形成量化指標(biāo),存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此,油箱的多余物控制是重點(diǎn)。

5 液壓系統(tǒng)多余物控制工藝方法

經(jīng)過EO2-FORM連接形式多余物分析及液壓元件多余物分析,確定液壓系統(tǒng)多余物控制的重點(diǎn)環(huán)節(jié)是管口成形過程的多余物控制和液壓油箱內(nèi)表面的多余物控制。

基于管口成形工藝中的清洗彈丸清洗環(huán)節(jié),利用工藝接頭及工藝密封組件將各規(guī)格的液壓管道串聯(lián),使用符合標(biāo)準(zhǔn)的液壓油對(duì)管道進(jìn)行30 min循環(huán)清洗。各管道清洗完畢后,從管道末端對(duì)液壓油進(jìn)行取樣檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果應(yīng)滿足技術(shù)文件中的油液顆粒污染度和含水量要求。若檢測(cè)結(jié)果不滿足技術(shù)文件要求,則應(yīng)重新進(jìn)行循環(huán)清洗,直至取樣結(jié)果滿足技術(shù)文件要求。液壓管道清洗后,對(duì)于暫不裝配的管道,用潔凈的塑料布或氣泡膜進(jìn)行防護(hù)。液壓管道串聯(lián)循環(huán)清洗現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

▲圖4 液壓管道串聯(lián)循環(huán)清洗現(xiàn)場(chǎng)

將符合指標(biāo)的液壓油注入液壓油箱,靜止1.5 h實(shí)現(xiàn)沉淀。從液壓油箱底部泄油口對(duì)油液進(jìn)行取樣檢測(cè),油液含水量不超過0.008%,油箱油液顆粒檢測(cè)滿足16/13級(jí)。如若不滿足技術(shù)指標(biāo),則采用工裝油源進(jìn)行循環(huán)清洗,直至油液顆粒檢測(cè)滿足技術(shù)指標(biāo)要求。滿足技術(shù)指標(biāo)要求后,直接連接液壓系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)油源內(nèi)循環(huán)沖洗,有效降低生產(chǎn)成本。

6 整體工藝流程

基于管口成形過程多余物控制及液壓油箱內(nèi)表面多余物控制,對(duì)液壓系統(tǒng)多余物控制工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。多余物控制工藝流程由上裝前地面預(yù)沖洗、工裝油源循環(huán)清洗、上裝后系統(tǒng)油源內(nèi)循環(huán)沖洗三部分組成。

上裝前地面預(yù)沖洗時(shí),將液壓管道串聯(lián)在一起,使用工裝油源對(duì)管道進(jìn)行初步循環(huán)清洗[10]。

工裝油源循環(huán)清洗時(shí),采用精度不低于5 μm的濾油機(jī)將10號(hào)航空液壓油加注至油箱內(nèi),按液壓油箱內(nèi)表面多余物控制方法進(jìn)行循環(huán)清洗及顆粒檢測(cè),直至滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

上裝后系統(tǒng)油源內(nèi)循環(huán)沖洗時(shí),液壓管道在主機(jī)設(shè)備上完成安裝,短接油缸、馬達(dá)等執(zhí)行元件,由工裝代替節(jié)流閥、比例溢流閥、比例調(diào)速閥等液壓閥件,使用系統(tǒng)油源對(duì)各回路的液壓管道逐一進(jìn)行循環(huán)清洗。循環(huán)清洗油源的出油口設(shè)置專用高壓濾油器,回油口設(shè)置回油濾油器,均采用工藝濾芯。內(nèi)循環(huán)沖洗后,對(duì)油液進(jìn)行顆粒檢測(cè),合格后方可將所有代替工裝更換為相應(yīng)的正式產(chǎn)品合格件,并將高壓濾油器和回油油濾器的濾芯更換為正式產(chǎn)品。

液壓系統(tǒng)多余物控制工藝流程如圖5所示。

▲圖5 液壓系統(tǒng)多余物控制工藝流程

7 實(shí)際應(yīng)用

應(yīng)用液壓系統(tǒng)多余物控制工藝流程對(duì)企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的液壓系統(tǒng)進(jìn)行裝配、試驗(yàn),裝配、試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

交付用戶使用1 a后,未出現(xiàn)因多余物導(dǎo)致的功能試驗(yàn)異常及切圈、漏油等現(xiàn)象。

8 創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 通過量化指標(biāo)對(duì)管口成形工藝的多余物進(jìn)行控制,提高了控制效果。

(2) 通過量化指標(biāo)對(duì)液壓油箱焊接及水壓密封試驗(yàn)產(chǎn)生的多余物進(jìn)行控制,提高了控制效果。

(3) 對(duì)液壓油箱注油清洗進(jìn)行工序調(diào)整,完成工藝優(yōu)化,工裝油源循環(huán)清洗與系統(tǒng)油源內(nèi)循環(huán)沖洗實(shí)現(xiàn)一次注油清洗,有效降低生產(chǎn)成本。

(4) 形成了一套穩(wěn)定、可靠的液壓系統(tǒng)多余物預(yù)防與控制工藝流程,通過上裝前地面預(yù)沖洗、工裝油源循環(huán)清洗、上裝后系統(tǒng)油源內(nèi)循環(huán)沖洗三個(gè)環(huán)節(jié)保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)100%合格率。

9 結(jié)束語

筆者基于EO2-FORM連接形式及企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施,研究了液壓系統(tǒng)多余物預(yù)防與控制工藝流程,實(shí)現(xiàn)了多余物的有效控制。目前,通過多余物預(yù)防與控制,企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備在生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)液壓系統(tǒng)漏油及功能試驗(yàn)異常等情況,合格率達(dá)到100%。