液壓泵維修任務優化分析與實踐

■ 靳勇 蔣慶喜 南雁飛 林聰/中國航空綜合技術研究所

1 優化需求

某型民用直升機訓練中駕駛艙突然告警，液壓壓力低，迅速落地后，檢查發現液壓泵體灼熱，拆卸檢查發現連接的花鍵磨損嚴重，經聯系廠家確認，初步認定為質量問題。隨即對機隊相同型號的液壓泵進行普查，發現部分產品確實存在質量問題。為保證正常飛行，決定實施拆裝換件，并適當增加液壓泵的備件庫存量。一方面需要廠家修改產品設計方案，另一方面需要優化維修任務以降低故障發生概率。

2 解決方案

該型液壓泵為壽命件。每架飛機有兩套液壓系統，左右系統各一個液壓泵，首翻期為1600FH/10 年，總壽命為10000FH，首翻期之前沒有設置專門的維護任務、檢查間隔及標準，一旦發現磨損立即更換。

相似型號的液壓泵在空客民用直升機上也有應用，均設有維修任務、檢查間隔和標準。其中規定液壓泵驅動花鍵的維護間隔為800FH/12 月，主要維修任務包括：潤滑液壓泵驅動花鍵，檢查液壓泵外觀是否有損傷，是否存在燒蝕，連接牢固程度，泵體是否有滲漏，花鍵是否有損傷，連接管路是否松動，保險是否在位等。俄羅斯KA 系列直升機的液壓泵也包含相應的潤滑任務，維護間隔為600FH/12 月，同時還強調在鹽霧、沙塵環境中應視情增加潤滑頻次，潤滑前應先清潔泵體，再進行外觀檢查等。

2.1 維修任務確定

經了解，該型液壓泵設計之初沒有開展以可靠性為中心的維修分析（RCM）。若要優化當前維修任務，必須彌補正向分析，可依照GJB 1378A或ATA MSG-3 卷二的分析標準實施。

1）關鍵系統項目確定

根據系統編碼進行劃分，液壓系統包括主系統（左右系統）、顯示及控制系統、輔助系統。主系統包括液壓油箱、液壓泵、機輪剎車蓄壓器、伺服控制蓄壓器和液壓油濾。顯示及控制系統包括顯示左右液壓系統的油液位置、壓力及失效告警燈。輔助系統包括輔助油箱及電動泵，確保當飛行中主系統失效時應急釋放起落架，在地面（旋翼不旋轉）情況下提供伺服控制及剎車停留設置。

確定關鍵系統項目為主系統，如圖1 所示。

圖1 液壓系統劃分

2）功能、功能失效、失效影響及原因（FMEA）分析

主系統的功能包括正常飛行操作伺服控制、自動駕駛伺服控制、起落架收放、機輪剎車（旋翼旋轉）和絞車收放，系統失效影響及原因分析如表1 所示。

表1 液壓主系統FMEA分析表

3）顯隱性分析及任務確定

根據正向分析流程，逐項回答影響任務的問題，確定潤滑和定時拆修任務。所有分析得到的任務經合并后，結合廠家在翻修要求中規定的使用高溫螺紋脂潤滑等措施，得到綜合任務。

一般目視檢查任務：檢查液壓泵殼體、安裝座有無裂紋，與其他零件各結合處有無劃痕。

功能測試任務：檢查花鍵的磨損情況及轉子花鍵與主軸花鍵的配合間隙，最小配合間隙不大于0.05mm。

潤滑任務：檢查高溫螺紋脂的消耗情況，對花鍵進行潤滑。

決斷邏輯流程如圖2 所示。

圖2 維修任務決斷邏輯流程（部分）

4）維修任務適用性說明

按照GJB 1378A，對綜合任務的適用條件進行以下說明：

a.對于目視檢查和測試任務，項目功能退化必須是可探測的且存在一個可定義的潛在故障狀態；

b.對于目視檢查和測試任務，從潛在故障發展到功能故障，之間應存在一個合理和穩定的間隔期；

c.對于潤滑任務，消耗品的補充必須能降低功能退化的速度。

液壓泵是壽命件，具有確定的損耗期，從日常使用到故障發生具有可以鑒別的狀態，故障發生后通過維修可以恢復到規定的工作狀態。綜上所述，綜合任務滿足適用性要求。

2.2 維修間隔確定

根據收集的液壓泵使用數據，采用最小二乘法擬合數據的方法確定數據的服從分布，具體借助數學工具MATLAB軟件實現，得到最優的數據分布模型及其參數，進而推導出可靠度函數和失效率函數隨時間變化的規律，在可靠度可接受的范圍內確定最佳維修間隔。收集的液壓泵數據包括31 臺發生故障的時間和342 臺未發生故障的時間，如表2、表3 所示。

表2 31項液壓泵故障時間（單位：FH）

表3 342項液壓泵未發生故障時間（單位：FH）

1）最小二乘法數據擬合

采用常用的最小二乘法進行擬合，精確度高且適用范圍較廣，適用于指數分布、正態分布、對數正態分布、威布爾分布等，如圖3 所示。

圖3 各分布擬合情況

各分布模型擬合的參數估計結果如表4 所示。比較各分布的相關系數，該數據傾向對數分布。相關系數r=0.9546，均值μ=6.7008，標準差σ=0.1064。

表4 各分布擬合參數結果

2）有效性判斷

根據對液壓泵故障后果的消除程度判定其有效性，GJB 1378A 對于有安全性和任務性影響的功能故障，若該類型預防性維修工作能將故障或多重故障發生的概率降低到規定的可接受水平，則認為是有效的。一般地，對于影響裝備安全的系統或部件，其可靠度應高于0.9；影響任務執行的系統或部件，其可靠度應高于0.8；影響經濟性指標的系統或部件，其可靠度應高于0.7。根據圖4，取拐點附近X=657FH，可靠度R（t）=0.9766，滿足可靠度要求。考慮到該型機的維修任務主間隔框架為T=300FH，所以將液壓泵的維修間隔定為2T=600FH。

圖4 可靠度函數曲線

3 總結

本文利用某型直升機液壓泵使用維修數據對液壓泵維修任務進行優化，驗證了維修任務優化方法的工程適用性，形成的綜合維修任務和維修間隔能夠有效提升該型直升機液壓系統的安全性和整機的使用可用度指標。因獲取到的數據樣本量有限，最后呈現的結果難免存在一定誤差，后續還需通過服役階段持續的可靠性數據來檢驗，同時不斷迭代樣本，進行動態優化，最大限度地保證維修任務和間隔調整的科學合理性。