某型飛機(jī)起落架艙門鎖密封失效故障分析

王亞軍，孫同明，顧克禹，滕偉杰

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

0 引言

起落架艙門鎖用于起落架艙門的鎖閉與打開，主要由鎖體作動筒、連桿機(jī)構(gòu)和終點開關(guān)機(jī)構(gòu)組成。閉鎖狀態(tài)起落架艙門關(guān)閉，需要開鎖時，給鎖體作動筒的“放下”腔供壓，活塞桿向外伸出并帶動連桿機(jī)構(gòu)動作，使鎖鉤處于打開狀態(tài)，從而打開鎖并使艙門打開，同時終點開關(guān)機(jī)構(gòu)顯示開鎖信號；需要閉鎖時，給鎖體作動筒的“收上”腔供壓，活塞桿向鎖體作動筒內(nèi)回縮，在外力的作用下艙門的鎖環(huán)頂住鎖鉤，使鎖鉤處于打開狀態(tài)，并帶動連桿機(jī)構(gòu)動作，從而關(guān)閉鎖，同時終點開關(guān)機(jī)構(gòu)顯示閉鎖信號。

鎖體作動筒主要由殼體、活塞桿、活塞、軸套、蓋等零件組成，活塞桿在鎖體作動筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，活塞桿伸出時將鎖打開。鎖體作動筒上有“收上”、“放下”、“應(yīng)急”3個管嘴。向“收上”腔供油時，活塞桿向鎖體作動筒內(nèi)回縮；向“放下”腔供油時，活塞桿向鎖體作動筒外伸出；向“應(yīng)急”腔供油時，活塞桿和活塞一起向左運(yùn)動，活塞桿向鎖體作動筒外伸出。

起落架艙門鎖在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)密封失效導(dǎo)致產(chǎn)品滲漏油的情況。陳建有等[1]通過改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)、密封材料等手段，設(shè)計了新型零泄漏軟密封液壓鎖，解決了高壓大流量頻繁開鎖對軟密封墊射流損傷問題。李玲等[2]對某型飛機(jī)作動筒的活塞桿卡滯不動作、運(yùn)動遲緩、速度不均及爬行現(xiàn)象等常見故障進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的排除方法，為其他機(jī)型作動筒的故障分析和維護(hù)提供了有效參考。于愛珍[3]對某型飛機(jī)起落架作動筒密封圈斷裂故障進(jìn)行了分析，通過對斷裂的密封圈端口及表面進(jìn)行觀察和硬度測定，分析密封圈失效和斷裂原因為過載斷裂，并提出了糾正措施。夏祥泰等[4]對飛機(jī)起落架作動筒密封圈進(jìn)行了物理性能測試、端口微觀分析及模擬驗證試驗，分析密封圈發(fā)生斷裂失效的根本原因是密封圈經(jīng)油浸泡后產(chǎn)生過量溶脹并導(dǎo)致疲勞失效。陳運(yùn)好[5]對飛機(jī)前起落架收放作動筒密封圈斷裂失效故障進(jìn)行了分析，建立了前起落架收放動態(tài)模型，仿真計算了失效密封圈對作動筒工作壓力的影響，分析了其對起落架收放功能的影響。張威等[6]對飛機(jī)起落架液壓收放裝置滲漏故障進(jìn)行了分析研究，提出了改進(jìn)設(shè)計方案，對易出故障部位進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，為飛機(jī)收放作動筒同類故障提供了解決方向。

1 故障情況

某架飛機(jī)在更換液壓系統(tǒng)回油濾濾芯時，發(fā)現(xiàn)濾杯內(nèi)有黑色橡膠物和白色塑料片，如圖1所示。經(jīng)外觀分析，該雜質(zhì)應(yīng)為剪切的密封圈和氟塑料圈。

圖1 油濾中發(fā)現(xiàn)的多余物

發(fā)現(xiàn)多余物后，對多余物進(jìn)行分析。首先選取結(jié)構(gòu)尺寸較完整的密封圈進(jìn)行截面直徑和外徑尺寸的檢測。經(jīng)檢測，推算出該密封圈內(nèi)徑約為φ16 mm、外徑約為φ20 mm，截面直徑約為φ2 mm，檢測報告如圖2所示。

圖2 多余物檢查分析報告

判斷出該密封圈的結(jié)構(gòu)尺寸后，對液壓系統(tǒng)部附件的密封圈進(jìn)行分析討論，同時核對飛機(jī)壽命件情況，初步認(rèn)為該密封圈可能來自起落架艙門鎖。將起落架艙門鎖返回檢查，經(jīng)分解檢查發(fā)現(xiàn)，起落架艙門鎖的鎖體作動筒活塞桿上φ20e8 處 的 密封圈完全消失，兩個氟塑料圈只剩半個，如圖3所示。

圖3 密封圈和氟塑料圈缺損的活塞桿

2 故障分析

作動筒裝配圖如圖4所示，活塞桿在作動筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，活塞桿上的密封圈和氟塑料圈發(fā)生剪切的情況，在液壓油的沖擊下斷成一截一截的，并順著液壓油流入系統(tǒng)中。

圖4 作動筒裝配圖

對密封圈和氟塑料圈剪切的可能原因進(jìn)行分析。

1）活塞桿往作動筒內(nèi)裝配的過程中密封圈被油槽1剪切。

作動筒裝配好之后要進(jìn)行強(qiáng)度試驗（外筒未磨修允許不做）、密封性試驗和工作性能試驗。如密封圈被油槽剪切，則在密封性試驗和工作性能試驗的過程中作動筒會出現(xiàn)滲油的情況，實際并未出現(xiàn)該情況，可初步排除活塞桿在裝配的過程中密封圈被油槽1剪切的可能。同時也存在密封圈剪切量較小，試驗壓力較低，試驗時間較短導(dǎo)致滲油現(xiàn)象未出現(xiàn)，進(jìn)而在機(jī)上大壓力調(diào)試的過程中密封圈剪切量進(jìn)一步增大并最終斷裂的可能。因活塞桿每次裝配的情況不同，是否剪切存在不確定性，密封圈被油槽1剪切的故障無法復(fù)現(xiàn)。

2）活塞桿在作動筒內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的過程中被兩端的油槽剪切。

a.活塞桿工作過程中被油槽2剪切。

圖5為活塞桿右端極限位置示意圖，L1為油槽2左端距殼體右端面的距離，圖樣規(guī)定為（39±0.2）mm，實際距離無法精確測量。L2為活塞的長度，圖樣規(guī)定為40mm，實測為39.9 mm，按圖樣規(guī)定的尺寸L2＞L1，將活塞裝入殼體中，目視可看出活塞已覆蓋油槽2，排除活塞桿被油槽2剪切的可能。

圖5 活塞桿右端極限位置

b.活塞桿工作過程中被油槽1剪切。

圖6為活塞桿左端極限位置示意圖，L3為油槽1右端距殼體左端面的距離，圖樣規(guī)定為30+0.4-0.6mm，實際距離無法精確測量。L4為活塞桿密封圈槽左端距殼體左端的長度，實測為31.8 mm，如果L3尺寸在圖樣規(guī)定范圍內(nèi)，則L4＞L3，活塞桿將不會被油槽1剪切。將活塞桿裝入殼體中，由于活塞桿和殼體的裝配關(guān)系所限，目視無法看出密封圈槽是否接觸到油槽1。

圖6 活塞桿左端極限位置

觀察殼體油槽1位置，如圖7所示。從圖中可以看出油槽孔偏離油槽的中心位置，在殼體圖樣及正常殼體中（如圖8）油槽孔在油槽的中心位置，由此可提出油槽或油槽孔位置尺寸與圖樣規(guī)定的數(shù)值存在偏差。

圖7 殼體油槽孔實物圖

圖8 正常殼體圖

為判斷油槽孔位置是否有偏差，在現(xiàn)場隨機(jī)抽取一件艙門鎖殼體與該殼體進(jìn)行比較（如圖9），兩殼體的管嘴高度基本一致，說明油槽孔位置尺寸正確。

圖9 殼體管嘴高度比較圖

為判斷油槽位置是否有偏差，對故障殼體和正常殼體進(jìn)行注模，注模的模型如圖10所示。從圖中可以看出，故障殼體的油槽明顯偏向油槽孔的一邊，正常殼體的油槽基本處于油槽孔的對稱位置。對故障殼體油槽的位置尺寸進(jìn)行粗略的測量，L3約為32.5 mm,大于圖5中的L4，油槽寬度約為7 mm，也大于圖樣中的6 mm。由此可以得出故障殼體的油槽孔位置尺寸與圖樣存在偏差的結(jié)論。

圖10 殼體的注模

為驗證故障殼體的油槽孔制造上存在原始缺陷，先后進(jìn)行兩次試驗：第一次使用故障產(chǎn)品原套的零件，重新裝上密封圈和氟塑料圈進(jìn)行28 MPa的往復(fù)運(yùn)動試驗；第二次使用正常的殼體及故障產(chǎn)品的活塞桿、活塞等零件進(jìn)行28 MPa的往復(fù)運(yùn)動試驗。試驗結(jié)果為：第一次試驗往復(fù)運(yùn)動5次，作動筒噴油，分解檢查，密封圈和氟塑料圈被剪切（如圖11）；第二次試驗往復(fù)運(yùn)動20次，作動筒運(yùn)動正常，分解檢查，密封圈和氟塑料圈表面質(zhì)量良好（如圖12）。試驗結(jié)果證明故障產(chǎn)品殼體存在制造缺陷。

圖11 第一次試驗及分解檢查結(jié)果

圖12 第二次試驗及分解檢查結(jié)果

3 分析結(jié)論

該故障的直接原因為殼體原制造缺陷導(dǎo)致，殼體管嘴1內(nèi)部油槽錯向內(nèi)偏移且寬度超寬1 mm，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)倒角向內(nèi)偏移約2 mm，活塞桿運(yùn)動時密封圈和氟塑料圈進(jìn)入油槽，反向運(yùn)動時發(fā)生剪切。

間接原因是該產(chǎn)品修理時，對該處密封圈、氟塑料圈可能已經(jīng)出現(xiàn)損傷的情況未能發(fā)現(xiàn)識別，技術(shù)準(zhǔn)備時也未考慮到殼體油槽制造偏差風(fēng)險并制定預(yù)防措施，在修理中沒有能解決此問題，最終流轉(zhuǎn)到下工序。

4 改進(jìn)措施

下發(fā)工藝更改單，對產(chǎn)品補(bǔ)充修理要求，補(bǔ)充內(nèi)容如下：1）產(chǎn)品分解時著重對活塞桿上的密封圈、氟塑料圈的表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，有異常時通知故檢做好記錄并報主管技術(shù)員處理；2）故檢時加強(qiáng)對活塞桿上的氟塑料圈的表面質(zhì)量進(jìn)行檢查，有異常時及時做好記錄；3）故檢時目視檢查殼體油槽位置是否存在明顯偏差，存在明顯偏差的情況時通過注模的方法進(jìn)一步檢查油槽尺寸；4）在對作動筒進(jìn)行強(qiáng)度試驗后、分解檢查前在28MPa的壓力下對作動筒進(jìn)行20次工作磨合，分解檢查時著重檢查活塞桿上的密封圈、氟塑料圈的表面質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文針對起落架艙門鎖在使用過程中出現(xiàn)的密封圈和氟塑料圈損傷故障情況，分析了直接原因和間接原因，并制定了對策措施，可為解決類似問題提供參考。