輔助液壓系統失效的高效故障診斷技術的應用研究

劉水明，陳 晨，周方云，吳科成，潘偉俊

(昌河飛機工業集團有限責任公司，江西 景德鎮 333002)

目前，某新型機屬中型直升機，該系列直升機的液壓系統包括液壓機械系統和液壓特設控制系統等相互關聯的液壓機械-特設系統，液壓系統的主要功能是為直升機飛行操縱系統提供液壓動力能源，利用液壓傳動技術連續平穩、省力地實現了直升機在空中的飛行與姿態控制，液壓系統的液壓傳動技術在直升機飛行姿態控制上起到了至關重要的作用[1]。

為此，本文通過研究某新型機輔助液壓機械子系統失效案例，來促使我們高質和高效地快速解決輔助液壓系統失效的問題，便利于工程專業技術人員準確和高效地定位液壓系統失效的故障點，最大限度地減少盲目排查故障的次數，減少發生排故的誤判現象，杜絕可能損傷或損毀成品件的現象，也為專業技術人員排除液壓系統故障提供借鑒和解決類似問題的思路。

1 液壓系統組成與功用

某新型機的液壓系統比較復雜，它包括左液壓、右液壓、輔助液壓等3套相互關聯的液壓機械系統，還包含液壓電氣、液壓儀表等2套相互關聯的“控制-顯示-告警”的特設系統。限于篇幅，本文僅以某新型機輔助液壓機械子系統作為研究對象，詳見直升機液壓系統組成(見圖1)。

圖1 直升機液壓系統組成

輔助液壓系統主要由輔助電動泵、蓄壓器、壓力傳感器、壓力信號器等組成。擔負著向旋翼剎車、機輪剎車提供所需的液壓動力，在左液壓系統壓力低時，自動為左液壓系統供壓，輔助液壓系統能夠備份輔助保障左液壓系統正常工作，從而保證直升機飛行中操縱系統穩定正常地工作。

2 輔助液壓系統失效原理分析和模型構建

故障機理剖析和故障樹分析的診斷技術具有層次性強、邏輯因果關系明確等特點，結合輔助液壓機械系統、電氣控制系統的原理及直升機總裝、試飛的故障診斷經驗構建故障樹，簡潔直觀地反映出所診斷輔助液壓系統內部的邏輯關系。本文僅對直升機的“輔助液壓機械子系統失效”的常發性典型故障進行分析，直接選取該失效故障作為頂事件，層層分析排查，找出輔助液壓系統中頂事件發生的所有直接和間接原因作為第2級事件，然后根據演繹分析法，找出造成第2級事件發生的原因，這樣逐級查找下去，直至追查到頂事件發生的根本原因，即“輔助液壓系統失效”的底事件，再依據故障機理剖析與故障樹分析相結合的二元方法構建原理，用相互直接作用影響的邏輯關系將它們與頂事件相關聯，運用于“輔助液壓機械子系統失效”的故障樹分析、故障診斷和故障排除。

2.1 輔助液壓機械子系統故障

1)輔助電動泵工作時，輔助液壓壓力值指示偏低的故障。輔助液壓壓力值指示偏低故障的工作原理如圖2所示[2]。

a) 輔助液壓壓力值的采集與顯示工作原理

下述進行“輔助液壓壓力值指示偏低”的故障原因分析。在左液壓、電氣和儀表等系統工作正常的情況下，通常在左液壓系統壓力低于(14±0.5) MPa時，輔助電動泵通電后輔助液壓系統工作自動為左液壓系統供壓，此時，正常工作的額定壓力為14～17 MPa；若此時輔助液壓系統壓力值低，甚至低于11.5 MPa，則說明存在輔助液壓機械子系統故障。

當出現下列輔助液壓機械子系統故障現象時，就會產生“輔助壓力值指示偏低(如輔助泵頻繁啟動)”的故障[3]。

a.輔助液壓系統管路微泄漏，致使壓力偏低。

b.粗油濾堵塞，致使油路不通暢。

c.單向活門存在卡住或堵塞現象，致使油路不通暢。

d.輔助泵和剎車系統2處的安全閥微內漏，致使系統微少量回油。

e.輔助泵和剎車系統的蓄壓器充氣壓力不足或充氣嘴微滲漏氣。

f.輔助液壓系統剎車分配閥微內漏。

2)輔助電動泵工作時，輔助液壓壓力值不指示的故障。輔助液壓壓力值不指示故障的工作原理如圖3所示[4]。

圖3 輔助液壓壓力值不指示的機械故障原理

下述進行“輔助液壓壓力值不指示”的故障原因分析。在左液壓、輔助電氣和輔助儀表等系統工作正常的情況下，輔助電動泵通電后輔助液壓系統工作，若此時輔助液壓系統液壓壓力不指示，則說明存在輔助液壓機械子系統故障；當出現下列輔助液壓機械子系統故障現象時，就會產生“輔助液壓壓力值不指示”的故障。

a.輔助系統管路破裂或管接嘴松脫，致使系統供油全部流失。

b.單向活門內部被卡死，致使系統油路不通。

c.輔助泵和剎車兩系統附件的安全閥內漏，致使系統大量回油。

根據上述對這類可能常發的輔助液壓機械子系統典型故障及其工作原理的分析，可初步建立“輔助液壓機械子系統”故障樹(見圖4)[5]。

圖4 輔助液壓機械子系統的故障樹

2.2 輔助電動泵不工作的電氣控制故障

在左液壓、電氣、儀表等系統工作正常的情況下，機電管理系統通電正常，當輔助壓力低于11.5 MPa時，輔助液壓電動泵上電后，若此時出現“輔助泵不工作”現象，則說明存在電動泵成品故障或電氣控制故障；當出現下列輔助液壓系統故障現象時，就會產生“輔助液壓系統失效”報故。

接通輔助泵操縱開關后，輔助電動泵不工作。輔助電動泵工作原理如圖5所示。當輔助液壓系統的壓力值低于11.5 MPa時，輔助泵壓力信號器的A、B兩點為導通狀態，此時第1路電源控制電路從直流斷路器板的輔助操縱斷路器到系統電氣開關板上的輔助泵操縱開關，經過輔助泵壓力信號器到輔助電動泵接觸器的吸合線圈1、2兩點，使輔助接觸器開關吸合接通，輔助泵接觸器工作；第2路工作電源電路從直流配電盒輔助泵慣性熔斷器，通過輔助泵接觸器的A、B開關接通，將輔助泵工作電源由直流配電盒送入輔助泵，輔助電動泵工作。

圖5 輔助泵的電氣控制原理

下述進行“輔助電動泵不工作”故障原因分析。在左液壓、電氣、儀表等系統工作正常時，在輔助液壓系統通電條件下，接通輔助電動泵操縱開關后，輔助電動泵成品不工作，應確定為輔助液壓的電氣控制子系統與機械子系統的交聯故障。當出現下列故障現象時，就會報“輔助電動泵不工作”的故障。

1)輔助電動泵的成品故障。

2)輔助壓力信號器的成品故障。

3)輔助泵接觸器的成品故障。

4)輔助泵接觸器的電源控制的線路故障。

根據上述對輔助電動泵工作原理和這類可能常發的輔助泵不工作的典型故障的分析，可初步建立“輔助電動泵不工作”故障樹(見圖6)。

圖6 輔助電動泵不工作的故障樹

2.3 輔助液壓機械系統失效的典型故障事件梳理和故障樹構建

2.3.1 系統失效的典型故障事件梳理

根據上述分析，梳理出系統失效的故障樹對應的典型故障事件(見表1)。

表1 故障樹對應的事件梳理匯總表

2.3.2 系統失效的典型故障樹構建

針對輔助液壓系統失效，開展了在機械、電氣控制等2個子系統典型故障的分析，對直升機總裝和試飛使用過程中產生的輔助液壓失效故障的因素進行了詳細梳理與分析，可形成其機械子系統故障樹(見圖7)。

圖7 輔助液壓機械子系統的故障樹

3 輔助液壓機械系統失效故障診斷

3.1 輔助液壓機械子系統故障的排除方法

3.1.1 輔助液壓壓力低的故障排除

利用地面液壓源供壓設備向輔助液壓系統進行供壓試驗，試驗時將兩通液電開關打開，然后按下述不同情況進行處理。

1)若左液壓、輔助液壓、剎車等系統壓力三者指示讀數相同，且讀數與地面液壓源供壓設備的壓力一致時，說明輔助電動泵故障，更換故障件后返廠修理[6]。

2)若左液壓系統、輔助液壓系統、剎車壓力三者指示讀數相同，且讀數低于地面液壓源的壓力，則按如下步驟進行檢查和排故。

a.檢查輔助系統外部管路有無滲漏，若有進行排故。

b.檢查輔助泵的粗油濾是否有堵塞現象，若有進行清洗或更換。

c.拆下單向活門，裝于地面液壓試驗器上進行試驗檢查，若活門有被卡住或堵塞的故障，則進行排故或更換處理，將故障件返廠修理。

d.拆開安全閥的回油接頭或打開油箱觀察回油管進行檢查，若有微少量回油或者用盲堵頭封堵該處時系統壓力正常，則安全閥有微內漏故障，定位排故更換，將故障件返廠修理。

e.檢查輔助泵和剎車系統的蓄壓器氣壓是否不足，若不足，檢查判斷是輔助泵和剎車系統2處的蓄壓器充氣壓力不足還是充氣嘴微滲漏氣問題。若充氣不足，則補充氣至8 MPa；若充氣嘴有微滲漏氣，則更換氣門芯和密封圈，而后重新充氣，使氣壓達到規定值8 MPa。

f.啟動輔助電動泵，觀察機電顯示器中輔助系統壓力“輔P”和“剎車壓力”，若“輔P”與“剎車壓力”同時快速下降，則造成“輔助壓力值低”的故障點為剎車系統處；然后，通過堵住剎車分配閥的供壓管，此時，重新啟動輔助泵供壓，若觀察機電顯示器中“輔P”和“剎車壓力”穩定不下降，則定位故障點為剎車分配閥內漏，拆卸更換新件，并將故障件返廠修理。

g.啟動輔助電動泵，若“輔P”快速下降，而“剎車壓力”基本上不下降，則造成“輔助壓力值低”的故障點為輔助液壓系統處上述步驟a～e等故障。

3.1.2 輔助液壓壓力值不指示的故障排除

首先應目視檢查左液壓和輔助液壓系統有無滲漏，液壓壓力是否正常，左液壓油箱油面是否偏低。具體按如下順序進行故障定位，進行排故處理。

1)檢查系統管路有無泄漏，若有泄漏進行擰緊、擰松后重新對準擰緊或更換管路等排故處理。

2)拆下單向活門，將其置于地面液壓試驗器上進行故障排查，若其內部被卡死，液壓油根本不能流通，應對該單向活門進行排故或更換處理，將單向閥故障件返廠修理。

3)拆開安全閥的回油嘴接頭或打開油箱觀察回油管進行檢查，若有大量回油，應該立即對輔助泵和剎車系統2處安全閥進行定位排故與更換處理，將安全閥故障件返廠修理。

3.2 輔助電動泵不工作的機械與電氣控制的排除故障方法

3.2.1 “輔助電動泵不工作”的機械排故法

利用地面液壓源等供壓設備向輔助液壓系統進行供壓試驗，試驗時將兩通液電開關YDK-3打開，然后按下述不同情況進行處理。

1)若左液壓、輔助液壓、剎車系統壓力三者指示讀數相同，且讀數與地面液壓源供壓設備的壓力一致時，說明輔助電動泵故障，更換故障件后返廠修理。

2)通過它機成品互換后，進行該輔助電動泵通電驗證其是否能正常工作；并增加送復校驗證輔助泵故障，若存在故障，更換故障件后返廠修理。

3.2.2 “輔助電動泵不工作”的電氣控制排故法

確認機上輔助液壓系統壓力值在低于11.5 MPa時“輔助泵不工作”后，進行如下排故工作。

1)合上直流斷路器板上的輔助操縱斷路器，接通電氣開關板上的輔助泵操縱開關后，觀察輔助泵接觸器是否有“噠”吸合聲，若無吸合聲音，輔助泵接觸器未工作，則使用萬用表測量輔助泵接觸器∶1點應有+27 V電壓，若有電壓，檢查輔助泵接觸器∶2至分離插座22∶U及分離插座22∶U至66號接地負線座∶7點接線，若有問題，則按照圖紙排除接線故障后重新接線。

2)接通電氣開關板上的輔助泵操縱開關后，若輔助泵接觸器未工作，則使用萬用表測量輔助泵接觸器∶1點應有+27 V電壓，若有電壓，檢查輔助泵接觸器∶2至分離插座22∶U及分離插座22∶U至66號接地負線座∶7點接線，若無線路問題，則為輔助泵接觸器成品故障，更換故障成品并返廠修理。

3)接通電氣開關板上的輔助泵操縱開關后，若因控制電流未過來造成輔助泵接觸器未工作。

a.使用萬用表測量輔助泵接觸器∶1點應有+27 V電壓，若無電壓，按照圖紙檢查輔助泵接觸器∶1至輔助壓力信號器∶B、輔助壓力信號器∶A至分離插座22∶T、分離插座22∶T至電氣開關板插頭∶H、電氣開關板插頭∶L至直流斷路器板上的輔助操縱斷路器∶2點接線，若有接線問題，則按照圖紙排除接線故障后重新接線。

b.若無線路問題，拔下輔助泵壓力信號器插頭，接通輔助泵操縱開關后，測量輔助壓力信號器∶A點是否有+27 V電壓，若有電壓，則為輔助泵壓力信號器成品故障，更換故障成品并返廠修理。

4)接通電氣開關板上的輔助泵操縱開關后，若輔助泵接觸器已工作，按照輔助泵工作電源的電氣線路正常無問題情況下，則接通輔助泵操縱開關后測量輔助泵∶正極是否有+27 V電壓，若無，測量濾波器∶A端是否有+27 V電壓，若無，測量輔助泵接觸器∶B點是否有+27 V電壓，若有，則為輔助泵接觸器成品故障，屬其工作異常，更換故障接觸器成品并返廠修理。

5)接通電氣開關板上的輔助泵操縱開關后，若輔助泵接觸器已工作，按圖紙檢查輔助泵∶負極至5號接地負線座、輔助泵∶正極至濾波器∶2、濾波器∶1至輔助泵接觸器∶A、輔助泵接觸器∶B至分離插座29∶1、分離插座29∶1至直流配電盒內的輔助泵慣性熔斷器∶2接線，若工作電源線路無問題，接通輔助泵操縱開關后測量輔助泵∶正極是否有+27 V電壓，若有，則為輔助泵成品故障，更換故障成品并返廠修理。

4 輔助液壓系統失效的案例分析

某年某月一架新機在總裝液壓系統安裝調試過程中，發現輔助液壓電動泵頻繁啟動的現象，且機電顯示器報“輔助液壓壓力值指示偏低”的故障。

1)首先經檢查發現輔助泵和剎車的蓄壓器充氣壓力不足，對2處的蓄壓器補充氮氣至8 MPa正常壓力后，重新供電調試，輔助泵依然頻繁啟動。

2)再次檢查發現輔助液壓系統安全閥存在微內漏，致使其壓力始終低于11.5 MPa，但經更換故障安全閥，輔助泵依然頻繁啟動。

3)啟動輔助電動泵，通過觀察機電顯示器發現“輔P”與“剎車壓力”同時快速下降，則故障點為剎車系統處；然后，通過堵住剎車分配閥的供壓管，此時，重新啟動輔助泵供壓，經觀察機電顯示器中“輔P”和“剎車壓力”穩定不下降，則定位故障點為剎車分配閥內漏，拆卸更換新件，故障排除。

某年某月一架新機交付飛行前檢查發現，在左液壓、輔助機械、儀表等系統工作正常時，接通上電，輔助電動泵不工作。首先從輔助泵操縱斷路器經電氣開關板上的輔助泵操縱開關、及輔助泵的壓力信號器、再至輔助泵接觸器之間的線路檢查起，發現線路正常，有輔助系統壓力小于11.5 MPa的電信號過來，但輔助泵接觸器卻不工作，輔助泵接觸器的A、B點未吸合接通，未將直流配電盒的工作電源送入輔助泵，輔助電動泵不工作。經查是輔助泵接觸器成品故障；更換故障成品后，故障排除。

5 優化提升與構想

下一步的優化提升與構想如下。

1)輔助泵接觸器、安全閥、剎車分配閥等成品質量的改進工作，提高成品件的質量與可靠性。

2)梳理與完善該型機液壓系統的典型故障手冊，建立其典型故障數據庫，提供典型排故案例。

3)構建與完善該型機液壓系統的故障知識庫，開發實踐科學數據驅動的學習與培訓系統。

4)探索直升機液壓系統工序故障進行智能化檢測，設計研發一套基于典型故障數據庫的智能化故障檢測設備，配置高效故障診斷專家系統，替代人工操作與判讀，自動檢測與已建立的典型故障數據庫進行快速比較與判斷，從而高效地實現故障診斷的精準定位與排除。

6 結語

輔助液壓系統失效的故障會制約直升機總裝生產進度、生產效率，影響飛行安全。輔助液壓系統交聯較多，在內外場的故障診斷與排除過程中會面臨各種各樣的問題，往往不利于故障診斷排除，會使專業人員感到棘手，不知從何處先下手。本文探索了采用基于典型故障機理剖析和故障樹分析的故障診斷技術，總結出了一套思路清晰和可借鑒的高效“輔助液壓系統失效”故障診斷與排除技術，最大限度地減少了排故檢查、測量和試驗次數，少走彎路，提高了直升機總裝和試飛現場各類故障診斷分析的準確性和排故效率，降低了總裝生產和試飛維護成本。這種基于“液壓系統失效”的故障診斷與排除技術在實際應用中具有很好的推廣價值。