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    某起落架缓冲器漏油故障分析

    时间：2023-06-28 21:25:03来源：百花范文网本文已影响人

    石 峰，黄立新

    (1.海军装备部，湖南 长沙 410004；
    2.中航飞机起落架有限责任公司，湖南 长沙 410203)

    超音速火焰喷涂(HVOF)是利用液体或气体燃料在高压氧气或空气中燃烧产生的高温和高压，融化金属或金属粉末并将其喷射附着于基体表面形成保护涂层的工艺。由于火焰喷射涂层附着力强，具有良好的耐磨和耐蚀性能，目前广泛应用于机械设备及其零部件的表面和接触面防护[1-3]。

    某飞机起落架由缓冲器、摇臂组件和机轮等组成，其缓冲器具有吸收着陆能量、控制着陆载荷、提供适当的刚度及阻尼防止机体发生共振等功能，缓冲器活塞杆表面采用WC-10Co超音速火焰喷涂处理，以增强杆体耐磨耐腐蚀性。根据缓冲器承载要求，缓冲器支撑套与活塞杆间采用外部活动Ⅱ型密封，起落架工作时，活塞杆与外筒发生相对运动，两道密封环起密封和导向作用(见图1)。

    图1 缓冲器结构图

    1.1 故障现象

    根据设计要求，该起落架应在试验台上完成累计15 000次疲劳试验。试验进行到8 000余次时，缓冲器支撑套与外筒之间出现渗油。经分解检查发现，安装在支撑套内起密封和导向作用的2个O型密封圈均发生扭转断裂(见图2)，造成支撑套与活塞杆之间密封失效，内部油液呈黑红色，且含有较多密封圈胶的颗粒粉末，其余零件未现损伤。

    a) 分解后支撑套 b) 分解后O型密封圈

    1.2 故障分析

    进一步分解缓冲器各零部件，对活塞杆、支撑套、外筒的结构尺寸、几何公差以及密封圈的物理特性进行复查，复查结果见表1，均符合要求。

    表1 专项检查结果

    在航空标准中，没有对表面为超音速火焰喷涂层的粗糙度提出要求，通过故障现象以及查阅相关技术资料进行分析，认为活塞杆外表面火焰喷涂层表面粗糙度Ra0.4 μm偏大，且由于超音速火焰喷涂层表面致密，不能形成类似镀铬层的微观网状结构储油[4-5]，因此无法在活塞杆与密封圈的接触面形成油膜层，是造成本次密封圈磨损、扭转断裂以致密封失效漏油的主要原因。

    1.3 采取措施

    基于上述分析，为减小密封圈与活塞杆外表面的摩擦力，对耐久落震试验件进行优化：1)将活塞杆表面超音速火焰喷涂层粗糙度由Ra0.4 μm优化为Ra0.1 μm；
    2)增加可注入润滑脂的注油嘴并改进支撑环。

    2.1 故障现象

    起落架装配并试验合格后，再次安装到试验台开展试验，当试验进行到3 000余次时，缓冲器支撑套与外筒间又出现漏油。再次分解检查发现，安装在支撑套中的2个O型密封圈再次发生扭转断裂，出现漏油(见图3)，其余零件未见损伤。

    a) 分解后支撑套 b) 分解后O型密封圈

    2.2 原因分析

    由于前次漏油故障中对缓冲器密封结构进行了调整优化，本次重点从主要零件结构尺寸、O型密封圈性能符合性和密封结构合理性等方面，对可能造成密封圈扭转断裂的原因进行分析，并扩大尺寸检查范围。对活塞杆、支撑套、外筒的结构尺寸、几何公差以及密封圈的物理特性进行检查，均符合要求。

    在模拟起落架工作的疲劳试验中，由于机轮对缓冲器活塞杆产生一定的偏转力矩[6]，且PTFE材料的支撑环硬度偏低，目前支撑套内孔与活塞杆之间配合间隙0.05～0.40 mm的要求(实测为0.26～0.29 mm)上偏差大，可能造成O型密封圈被挤入活塞杆与支撑套间的缝隙而导致扭转断裂(见图4)。第1次故障时采取的减小活塞杆表面火焰喷涂层粗糙度，有利于减小活塞杆与密封圈之间的摩擦力，但由于密封圈压缩率偏大，内侧密封圈与活塞杆火焰喷涂层结合紧密，相对运动时刮油能力强，加之火焰喷涂层存油能力弱，导致外侧密封圈与活塞杆之间几无润滑，易造成外侧密封圈首先发生扭转断裂。外侧密封圈断裂后，缓冲器活塞杆与外筒间平衡被破坏，抗偏载能力下降，内侧密封圈工作环境恶化，继而导致断裂。从前2次故障密封圈断裂情况也印证了这一分析：外侧密封圈往往碎裂成多段，内侧密封圈较为完整。根据航空标准，当要求小摩擦力的活动密封，且用多个并排密封圈进行密封时，允许减少压缩率[7-8]。

    图4 O型密封圈被挤入缝隙示意图

    2.3 采取措施

    基于上述分析，对起落架进行如下优化。

    1)减小支撑套内孔直径0.2 mm，降低支撑套与活塞杆之间间隙。

    2)外侧密封圈支撑套沟槽直径增大0.1 mm，使外侧密封圈压缩率由20.4%降为19.2%。

    3)在支撑套内、外2个密封沟槽间增设4个存油槽，增强润滑。

    4)因注油嘴改善润滑作用不明显，取消注油嘴系统。

    3.1 故障现象

    起落架复装后，继续开展疲劳试验，当试验进行到11 000余次时，漏油再次出现。经分解检查，发现支撑套内O型密封圈再次出现扭断(见图5)，与前2次相比，本次密封圈损坏较轻，未出现断裂成多段的现象。

    图5 第3次漏油故障密封圈

    3.2 原因分析

    针对缓冲器3次发生O型密封圈扭断而导致的密封失效和漏油问题，对比分析其他采用HOVF密封设计起落架和同类型密封结构，由于3次漏油故障对密封圈物理性能的复查均合格，认为所使用的标准O型密封圈胶料物理性能不能满足使用要求。密封圈与火焰喷涂层摩擦力偏大问题有所缓解，但仍存在，需进一步降低密封圈压缩量，减小摩擦力[9]。

    对缓冲器装配过程进行排查，由于结构和强度原因，活塞杆圆柱与耳片过渡处无法加工成大角度倒角圆锥面，只能加工成R2圆棱，在安装支撑套时，支撑套内的O型密封圈应经过R2圆棱，若无导向工装辅助O型密封圈平顺滑过R2圆棱，O型密封圈可能发生初始扭转或损伤(见图6)。

    图6 支撑套与活塞杆配合安装示意图

    综合分析，导致密封圈再次断裂的原因主要有3个：一是密封圈与活塞杆火焰喷涂表面摩擦力仍较大；
    二是使用标准性能的密封圈难以满足载荷要求；
    三是装配过程中可能使密封圈产生初始扭转或损伤，恶劣的工作环境使损伤快速扩大。

    3.3 采取措施

    基于上述分析，对起落架缓冲器再次进行改进，进一步降低O型密封圈压缩率并提高密封圈物理特性，增加装配导向工装，具体如下。

    1)增大内、外侧密封圈支撑套沟槽直径，降低密封圈压缩量，外侧密封圈压缩量由19.2%降低为13.6%，内侧密封圈压缩量由20.4%降低为18.1%。

    2)支撑环厚度增加0.5 mm，提高其硬度。

    3)更换航标O型密封圈为高特性密封圈，使抗拉强度不小于15 MPa，扯断伸长率不低于180%，邵氏硬度为(77±5) HA。

    4)优化装配工艺，增加支撑套安装导向工装，降低O型密封圈在通过R2圆棱时发生扭转或损伤的可能。

    复装后在试验台架上重新试验，试验顺利完成，未出现漏油问题，故障排除。

    由于超音速火焰喷涂在国内起落架设计制造中应用较少，相关数据积累不足，通过对本次故障的分析与解决，积累了超音速火焰喷涂工艺应用经验[10-11]：相关标准中有各类型密封方式密封圈压缩量参考值，但当出现类似超音速火焰喷涂等新表面处理工艺导致条件变化时，需要充分考虑其带来的影响，在参考值的基础上适当调整实际值；
    由于超音速火焰喷涂层无类似镀铬层的微观网状结构，存油能力弱，使得涂层密封运动面润滑条件差，摩擦力增大，当密封能力不足时，提高密封材料性能是可行的方法；
    密封活动结构O型密封圈对初始安装损伤或扭转较为敏感，在安装中应采取措施防止损伤和扭转。

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