某型飞机液压系统功率转换装置结合面渗油故障分析_鲁世豪.pdf

76航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 将功率转换装置产品水平放置。按该产品的规范进行测试，即马达进口流量不大于 62L/min，出口压力为管阻，泵入口压力 0.35MPa，马达、泵入口油温为（605），回油压力不大于0.7MPa。泵出口压力为 20MPa 时运转 10min，检查功率转换装置各结合面（如图 1 所示）及轴尾渗漏油情况。试验过程中，重点对功率转换装置液压马达端阀块与节流阀结合面进行监控，检查结果见表 1。检查发现，功率转换装置阀块与节流阀结合面出现渗油，如图 2 所示。飞机液压系统是飞机功能的重要组成部分，具有实现大密度功率传递、响应速度超强、系统整体刚性大等特点，可直接或间接利用机上多种能源系统完成各种形式的能量转换，实现机上几乎所有动力收放动作的驱动，如舵面、垂尾、平尾等部件的操纵。飞机生产过程中液压系统出现故障应及时有效处理，消除安全隐患，以保证飞机液压系统的稳定性与可靠性。1 故障现象某型飞机液压系统由1#液压系统、2#液压系统和 3#液压系统共三套液压系统组成，三套系统相互独立、相互备份，共同为飞机提供稳定的液压能。外场进行液压系统通电试验时发现液压系统工作异常，表现为液压系统部件功率转换装置阀块有渗油现象，更换另一台功率转换装置后，确认故障为原机液压系统部件功率转换装置成品故障。2 故障初步分析现场确认功率转换装置渗油故障后，在实验室对功率转换装置产品进行测试，为保持与机上实际安装情况一致，某型飞机液压系统功率转换装置结合面渗油故障分析Analysis on the Oil Leakage Fault of the Joint Surface of the Power Conversion Device in the Hydraulic System of an Aircraft 鲁世豪田珍刘枫/中航西安飞机工业集团股份有限公司摘要：通过对某型飞机液压系统试验过程中出现的功率转换装置渗油故障进行分析，结合产品的工作原理和故障现象，查找和定位故障原因，对该功率转换装置产品提出改进优化措施，保证后续产品的质量。关键词：液压系统；功率转换装置；渗油Keywords：hydraulic system；power conversion device；oil leakage表1 渗漏油检查结果序号检查部位结果1泵端阀体与阀块结合面未渗漏2泵端阀块与安装座结合面未渗漏3泵端阀体与缓冲瓶组合件结合面未渗漏4马达端节流阀阀体与阀块结合面未渗漏5马达端阀块与阀块结合面未渗漏6马达端阀块与安装座结合面未渗漏7马达端阀块与阀体结合面出现渗漏油图1功率转换装置各个结合面维 修 MAINTENANCEDOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.02.00677AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/2 通过上述检查和分析，初步判断功率转换装置产品内部出现问题，导致功率转换装置在正常工作情况下发生渗油。3 建立故障树将功率转换装置液压马达端阀块与节流阀部件分开，检查结合面的外形特征，阀块密封圈安装孔光滑无异常，节流阀阀体密封圈安装槽光滑无异常，安装在该处的密封圈内圈出现局部破损（见图 3）。结合产品工作原理和产品部件外观检查情况，对功率转换装置马达端阀块与阀体结合面渗油故障建立故障树，如图 4 所示。按照故障树逐条检查功率转换装置马达端阀块与阀体结合面情况。3.1 零件缺陷检查故障功率转换装置阀体和阀块密封圈安装槽，密封圈安装槽表面未发现缺陷，零件及密封孔表面未发现缺陷。因此，阀体与阀块缺陷因素可以排除。3.2 密封圈密封失效3.2.1 设计缺陷1）密封形式错误故障功率转换装置中液压泵和液压马达与所用管接头、压紧螺母与垫圈、密封圈配对的螺纹连接件的密封形式已被广泛使用，这种密封结构不仅用于低压密封（如进口管接头与分油盖、回油管接头与壳体处的密封），也用于高压密封（如出口管接头与分油盖处的密封）。阀块与阀体、密封圈配对密封形式也已经过多台次功率转换装置寿命试验验证，技术成熟。因此，密封形式错误因素可以排除。2）材料选择不当功率转换装置阀块与阀体之间采用螺纹密封形式，密封圈材料为 5080。在前期的测试考核、设计鉴定试验、耐久性试验中未发生因材料选择不当造成的渗漏油现象，因此材料选择不当因素可以排除。3）压缩率不当已知故障功率转换装置阀块安装孔实际内径 A=36.52mm，阀体安装槽实际轴 B=33.58mm，采用损坏密封圈实际尺寸即实际内径 D=32.56mm、截面直径 d=2.50mm 进行验证计算。按照HB/Z 4-1995O 形密封圈及密封圈结构的设计要求计算压缩率：其中，h为密封槽深度，h=（A-B）/2；b 为密封圈安装变形后截面的短轴，b=dKb，Kb=1.35a-0.35；a 为密封圈拉伸率。经计算，故障功率转换装置密封圈实际压缩率为40.04%。查阅HB/Z 4-1995O 形密封圈及密封圈结构的设计要求，螺纹连接件密封压缩率推荐值为40%45%。故障功率转换装置密封圈实际压缩率满足 HB/Z 4-1995 要求。因此，压缩率不当因素可以排除。4）拉伸率不当已知故障功率转换装置阀体安装槽实际轴径 B=36.52mm，以故障功率转换装置密封圈尺寸进行计算，拉伸率为 1.03。查阅 HB/Z 4-1995O 形密封圈及密封圈结构的设计要求，内径大于 20mm 小于 50mm 的密封圈的拉伸率推荐值为 1.03 1.05，故障功率转换装置密封圈实际拉伸率满足 HB/Z 4-1995要求。因此，拉伸率不当因素可以 排除。3.2.2 密封圈安装损坏1）阀块孔口圆角较小经 过 计 量，故 障 功 率 转 换 装 置图2PTU组件阀块及节流阀结合面渗油图4功率转换装置马达端阀块与阀体结合面渗油故障树图3密封圈78航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/2 阀 块 孔 口 圆 角 为 0.4mm，满 足 图 纸r=0.3+00.2mm 要求。对故障功率转换装置阀块孔口圆角部分进行检查，无毛刺等缺陷。阀块孔口圆角较小因素可以排除。2）阀体上存在尖边毛刺发生破损的 HB4-56 J6-127 密封圈安装于阀块与阀体之间，从破损痕迹看，密封圈内圈受剪切力破损。由于密封圈安装在轴上具有一定拉伸率，且密封圈进入安装槽之前需经过直径为 34mm 的圆轴。圆轴与端面之间存在 0.345的倒角，检查倒角发现其某个区域有凹凸，对此处的倒角放大检查，倒角处存在尖边毛刺（如图 5 所示），密封圈在经过尖边毛刺时存在损伤的可能。因此，阀体上存在尖边毛刺因素不可 排除。3.2.3 尺寸超差经过计量，故障功率转换装置阀块孔径、阀体安装槽轴颈、密封圈内径以及密封圈截面直径尺寸均满足设计指标要求，因此排除尺寸超差因素。3.3 小结综上所述，功率转换装置马达端阀块与阀体结合面渗油故障是由于阀体上圆轴倒角处存在尖边毛刺，安装时造成密封圈受剪切损坏，导致密封圈密封失效，进而导致液压系统工作时油液从功率转换装置马达端阀块与阀体结合面处渗漏。对故障进行复现，采用故障功率转换装置倒角带有毛刺的阀体模拟密封圈的安装过程，密封圈出现损坏（如图 6所示）。4 故障机理分析4.1 密封圈密封原理功率转换装置内含有较多的密封圈（橡胶圈）密封结构，用于固定密封。密封圈是一种挤压型密封装置，依靠密封圈的弹性变形在密封接触面上造成接触压力，当接触压力大于被密封介质的内压，内部密封介质将被密封不发生渗漏，密封原理示意如图 7 所示。4.2 密封圈损伤原因功率转换装置阀体与阀块之间采用密封圈进行密封，密封圈及安装槽的设计尺寸、加工质量、安装结构都会影响密封圈的密封性能。由于功率转换装置阀体与阀块之间密封圈内径（32.6mm）小于阀体圆轴颈尺寸（34mm），安装时密封圈经过倒角处的尖边毛刺可能产生损伤。带损伤密封圈虽然具有一定的密封能力，短时间内不会出现密封失效，但随着使用时间的延长，密封圈损伤部位的密封能力进一步下降，必然出现密封失效问题，从而导致液压系统正常工作时功率转换装置阀体与阀块结合面出现渗油现象。5 优化措施根据上述分析，确认功率转换装置马达端阀块与阀体结合面渗油故障是由于阀体上倒角处存在尖边毛刺，安装时密封圈受剪切损坏，导致密封圈密封失效，最终造成油液从密封处渗漏。针对功率转换装置产品提出以下改进 措施：1）对厂家库房现存全部成品进行检查，确保后续交付成品无此类 故障。2）采用引导套安装密封圈，提前给予密封圈一定预伸张量（如图8所示）。3）严格产品出厂检查措施，增加倒角表面检查，沿圆周检查不允许有凹坑、凸起、毛刺等缺陷。图5倒角处毛刺图6故障复现中的密封圈损坏情况图7密封圈密封原理图8使用引导套安装密封圈示意图维 修 MAINTENANCE