l15高等教育機(jī)液壓脈動故障分析與排除

l15高等教育機(jī)液壓脈動故障分析與排除

0故障排除及處理在b15飛機(jī)啟動前的飛機(jī)系統(tǒng)上的飛機(jī)動脈測試中，對于發(fā)動機(jī)行駛后的短時間內(nèi)，第二個系統(tǒng)的泵出口測試部分存在三次故障：壓力傳感器一個次，三個接觸點的誤差為2次。事后分析試驗過程中液壓脈動曲線及數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)壓力脈動值嚴(yán)重超標(biāo),從而導(dǎo)致故障發(fā)生。為此對YZB-20E液壓泵進(jìn)行裝機(jī)前的地面模擬試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了核實,同時將該液壓泵再次安裝在全機(jī)地面模擬試驗臺上進(jìn)行0-4000r/min脈動掃描,各項表明液壓泵正常,脈動數(shù)據(jù)符合要求。重新回到機(jī)上脈動試驗上,從實際脈動曲線分析入手,進(jìn)行安裝方式、管路布置、測試接頭強(qiáng)度調(diào)整等多種方式的嘗試以及反復(fù)的試驗對脈動超標(biāo)進(jìn)行了分析與處理。機(jī)上脈動試驗測試圖如圖1所示。液壓泵通過吸油軟管和自封活門從液壓油箱吸油,由泵出口軟管、單向閥、泵出口油濾和蓄壓器給系統(tǒng)供壓,傳感器接頭在泵出口軟管后,所測液壓脈動為泵出口軟管后脈動。根據(jù)航軍標(biāo)要求,液壓系統(tǒng)最大脈動值不能超過系統(tǒng)工作壓力的±10%,高教機(jī)液壓系統(tǒng)工作壓力為21MPa,其最高脈動值不能超過4.2MPa。1動流量產(chǎn)生的壓力脈動由流體力學(xué)可知,流體在管路中運動時和管路的相互作用形成阻抗。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓脈動的根源是泵輸出的脈動流量在遇到系統(tǒng)阻抗后產(chǎn)生的壓力脈動。壓力脈動會引起系統(tǒng)的振動,當(dāng)泵輸出流量的頻率與管系的固有頻率相等時形成強(qiáng)烈的脈動壓力,使管路系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈振動。液壓脈動對液壓系統(tǒng)是非常有害的,不僅使系統(tǒng)的動態(tài)特性變劣,影響元件壽命和系統(tǒng)工作,甚至產(chǎn)生共振或諧振使系統(tǒng)元件損壞,甚至使系統(tǒng)陷入癱瘓和產(chǎn)生災(zāi)難性事故。2錯誤分析2.1試驗結(jié)果分析系統(tǒng)入口外的壓力、流量和輸入阻抗之間的有關(guān)系式P=Z·Q,脈動流量Q主要取決于油泵特性,在Q一定的情況下系統(tǒng)中壓力脈動幅值的大小取決于系統(tǒng)的輸入阻抗。改變系統(tǒng)的輸入阻抗或由外界因素影響輸入阻抗將會增加液壓系統(tǒng)的脈動。飛機(jī)液壓泵在全機(jī)地面模擬試驗臺上進(jìn)行試驗時脈動符合試驗技術(shù)要求,最大脈動值△P=3.5MPa,壓力-時間曲線見圖2所示。由圖1所示可知,液壓泵通過自封活門吸油才能給液壓系統(tǒng)供壓,液壓泵工作正常必須保證吸油過程中吸油順暢,才能保證液壓泵脈動流量Q正常。自封活門對接中間有一個O形密封圈,如果O形密封圈發(fā)生損壞,卡在自封活門對接部位,將會造成液壓泵吸油不順暢,同時使液壓泵輸出流量過程不順暢,脈動流量不穩(wěn)定,液壓脈動將可能超標(biāo)。把飛機(jī)自封活門拆除檢查,發(fā)現(xiàn)O形密封圈完好,無磨損或斷裂,將其安裝至地面模擬試驗臺上進(jìn)行脈動試驗,試驗結(jié)果表明最大液壓脈動值△P=3.4MPa,壓力-時間曲線如圖3所示,液壓泵工作正常,脈動符合標(biāo)準(zhǔn)要求?？梢娮苑饣铋T在吸油過程中并沒有影響液壓泵吸油,同時液壓泵性能完好,輸出脈動流量Q符合設(shè)計要求。2.2液壓系統(tǒng)參數(shù)對機(jī)械共振的影響在給定的脈動流量激振源下,若系統(tǒng)的阻抗與泵內(nèi)阻抗相等時,會產(chǎn)生諧振造成極大的壓力脈動,而管內(nèi)的脈動壓力在一定條件下(例如導(dǎo)管彎曲端)會成為機(jī)械振動的激振源。當(dāng)導(dǎo)管的機(jī)械振動固有頻率與脈動壓力頻率一致時,就形成機(jī)械共振,如何調(diào)整系統(tǒng)的總阻抗及機(jī)械振動固有頻率使系統(tǒng)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不發(fā)生共振,是設(shè)計液壓系統(tǒng)的前提。在避開諧振方面可用的方法有:改變導(dǎo)管長度,改變泵出口附近的容積(如加裝油慮),采用阻尼管(泵的附近接入一段較細(xì)導(dǎo)管)等等;在避開機(jī)械共振方面可從改變導(dǎo)管長度,卡箍位置和元件固定剛度方面著手,從試驗經(jīng)驗獲知導(dǎo)管長度,導(dǎo)管的彎曲程度對系統(tǒng)的諧振和共振影響最大,改變導(dǎo)管長度可以調(diào)整諧振點甚至消除諧振,導(dǎo)管彎曲數(shù)越多,共振越厲害,導(dǎo)管盡量避免彎曲。從故障發(fā)生現(xiàn)場看,飛機(jī)振動強(qiáng)烈,事后檢查強(qiáng)度試驗室所測數(shù)據(jù),飛機(jī)液壓安裝板振動超出設(shè)備量程(150G),液壓泵振動50G左右。對全機(jī)地面模擬試驗臺上液壓泵進(jìn)行零流量脈動試驗,同時測量液壓泵振動。測量結(jié)果顯示液壓泵振動為60G左右,脈動最大值△P=3.6MPa。壓力傳感器安裝見圖4。從圖4可知:壓力傳感器安裝在三通接頭上,形成一個懸臂梁結(jié)構(gòu)。懸臂梁結(jié)構(gòu)中,三通接頭中的A點所受疲勞應(yīng)力最為嚴(yán)重,同時三通接頭中A點壁厚相對較小,承受能力較差,因此三通接頭中的A點是整個懸臂梁結(jié)構(gòu)中最為薄弱的環(huán)節(jié)。液壓泵振動,同時脈動過大,當(dāng)導(dǎo)管的機(jī)械振動固有頻率與脈動壓力頻率一致時,就形成機(jī)械共振。泵出口部分液壓管路系統(tǒng)中壓力傳感器三通接頭中A點最為薄弱,當(dāng)出口部分液壓管路的機(jī)械振動固有頻率與泵出口的液壓脈動壓力頻率一致形成機(jī)械共振時,可能在三通接頭中A點形成非常大的疲勞應(yīng)力,超出A點壁厚所能承受的最大疲勞強(qiáng)度,使三通接頭A點斷裂,液壓油大量噴出。減少機(jī)械共振對飛機(jī)液壓系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)有很大突出作用,可從改變泵出口部分液壓管路、管路長度、導(dǎo)管彎曲程度和導(dǎo)管彎曲數(shù)著手。同時選用能耐較高疲勞強(qiáng)度的材料從新制造三通管接頭,替換原用管接頭進(jìn)行脈動測量。2.3采用材料力學(xué),主要有以下在泵的輸出端接一段軟管:一是隔振,可以使油泵及其動力源的振動不傳給液壓導(dǎo)管,因而也降低了噪音;二是降低脈動壓力。對于隔振,由材料力學(xué)可以很容易得出軟管比硬管好這個結(jié)論,但軟管長度的選擇對隔振效果影響最大,若長度選擇不當(dāng),將達(dá)不到隔振作用,甚至產(chǎn)生導(dǎo)管的共振;至于降低脈動壓力,還不能簡單下此結(jié)論。1管路系統(tǒng)的輸入阻抗軟管與硬管相比較,軟管的彈性與硬管相比相差很大,在管端容積相同的情況下,由軟管構(gòu)成的系統(tǒng)阻抗將比不銹鋼管構(gòu)成的系統(tǒng)阻抗小661倍,雖然由此帶來的脈動削減不是成正比關(guān)系,但可以肯定軟管能很好地削減脈動壓力。泵出口的脈動壓力取決于系統(tǒng)的輸入阻抗,管路的輸入阻抗主要受液容影響。管路的液容是由工作介質(zhì)液容和導(dǎo)管壁的當(dāng)量液容并聯(lián)組成,兩者相比,前者占主導(dǎo)地位。硬管的當(dāng)量容積模數(shù)是油液的12倍多,故其合成的有效容積模數(shù)接近油液的容積模數(shù),所以在統(tǒng)同一轉(zhuǎn)速下,軟管對液壓系統(tǒng)脈動的影響比硬管要小。2壓力-時間曲線在同等條件下接入一段軟管對隔振是有益的,但軟管材料、直徑大小、長短等等不同,它的頻率特性也各不相同。其中尤以軟管長度選擇最為關(guān)鍵,若長度選擇不當(dāng),將達(dá)不到削減脈動壓力的作用,甚至相反產(chǎn)生導(dǎo)管共振。以飛機(jī)液壓系統(tǒng)2系統(tǒng)為例,在全機(jī)地面模擬試驗臺上2系統(tǒng)安裝YZB-20E液壓泵,進(jìn)行零流量0-4000r/min脈動掃描,掃描結(jié)果表明最大脈動值△P=3.5Mpa,壓力-時間曲線見圖5。為了考證液壓軟管長度對脈動的影響,在2系統(tǒng)軟管后面連接1系統(tǒng)軟管,在同樣的條件下進(jìn)行脈動掃描,掃描結(jié)果表明最大脈動值△P=2Mpa,壓力-時間曲線見圖6。3管端布置的設(shè)計導(dǎo)管的彎曲程度和彎曲數(shù)會產(chǎn)生機(jī)械共振和諧振,過大的機(jī)械共振和諧振會嚴(yán)重影響液壓脈動,為了減少機(jī)械共振,可從改變導(dǎo)管長度,卡箍位置和元件固定剛度方面著手,同時導(dǎo)管盡量避免彎曲。因此軟管的兩端盡量避免有彎接頭,特別是90度彎曲。軟管由其本身特性有彈性變形,在管端容積相同的情況下,由軟管構(gòu)成的系統(tǒng)阻抗將比硬管(不銹鋼)構(gòu)成的系統(tǒng)小很多,能夠很好的削減脈動壓力。軟管在安裝過程中應(yīng)盡量保持其彈性,需留有適當(dāng)?shù)目臻g使導(dǎo)管彈性變形,即導(dǎo)管安裝好后要有適當(dāng)?shù)膹澢?而不能強(qiáng)行使其變直,減少其彈性。軟管正確安裝如圖7所示。3導(dǎo)管鋪設(shè)由于高教機(jī)需保證首飛,在現(xiàn)有條件下我們采取了以下措施:1)試驗前,觀察液壓油箱增壓是否正常,保證有充足的氣壓。2)把泵出口至油慮部分液壓導(dǎo)管全部重新取樣,盡量避免導(dǎo)管彎曲和減少導(dǎo)管彎曲數(shù),以減少機(jī)械共振。3)選用能耐較高疲勞強(qiáng)度的材料從新制造三通管接頭,替換原用管接頭進(jìn)行脈動測量。4)增加與軟管連接的導(dǎo)管長度,保證軟管適當(dāng)彎曲。5)取消泵出口導(dǎo)管與框板之間的固定,釋放導(dǎo)管的安裝應(yīng)力,減少與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦合振動的可能性。采取以上措施后,液壓脈動壓力控制在規(guī)定范圍內(nèi)(4.2Mpa),保證了06架高教機(jī)順利首飛。4緩沖瓶試驗1)將軟管兩端彎接頭取消,改成直通接頭。2)選用跟系統(tǒng)匹配的緩沖瓶,試驗證明緩沖瓶能在一個較