飞机液压系统故障的分析及预防.doc

沈 阳 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 任 务 书北方科技学院 系 测控技术与仪器专 B941401 班 学生 焦勇一、毕业设计课题：飞机液压系统故障的分析及预防二、毕业设计工作自 2012 年 09 月 01 日起至 2012 年 11 月 05 日止三、毕业设计进行地点： 沈阳航空航天大学四、毕业设计的内容及要求：1、掌握液压系统产生故障原因及排除方法；2、设置分析故障现象；3、分析、判断故障，并找出判断方法；4、总结产生故障的原因，提出预防措施；5、编写毕业设计说明书。指导教师负责教师学生签名附注：任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页 摘 要 飞机液压系统是飞机一个至关重要的组成部分，在飞机起飞、飞行、着陆，滑跑过程中起着举足轻重的作用。近年来，随着飞机制造技术的不断提高，飞机的安全性能也得到了更好的保障，但是仍有飞机失事，对人民的人身安全和财产安全造成不小的损失。据统计，有 30的概率是由飞机液压系统故障引起的。为了不断增强飞机液压系统的可靠性、安全性和有效性，保证飞机的正常飞行，因此必须对飞机液压系统进行合理的设计。 本文就飞机液压系统常见的故障进行基础的分析，让人们对飞机液压系统的常见故障有一个初步的了解，对常见故障的处理，有一个基础性的应对措施。关键词：飞机液压系统，系统故障，故障分析；故障处理 1 目 录1 、 绪论 .12、飞机液压系统的工作原理. .23、飞机液压系统污染及防治 .2 3.1、飞机液压系统污染物种类及危害 .4 3.2、液压系统污染原因分析 .5 3.3、液压系统污染的预防及排除.64、飞机液压柱塞泵故障分析及排除 .7 4.1、故障原因分析 .7 4.2、液压泵故障的预防措施 .85、飞机液压导管破裂故障分析及排除 .9 5.1、弯曲振动引起破裂分析.9 5.2 径向振动引起破裂.10 5.3维护不良引起破裂.11 5.4 液压导管破裂的预防及排除 .126、参考文献 .13 2 绪论 飞机是一个我们再熟悉不过的名词，它的发明改变了我们的世界，拉近了人与人之间的距离。飞机的广泛应用对经济、旅游和制造等多行业的发展来了更广阔的前景。飞机主要由机体、动力装置、起落装置、操纵系统、液压气压系统、燃料系统等组成，并有机载通信设备、领航设备以及救生设备等。液压气压系统在飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等方面发挥着巨大的作用。 一、飞机液压系统的工作原理 飞机大型化以后，一对副翼的重量就可达 l 吨以上，依靠驾驶员操纵控制各操纵面仅凭体力去搬动驾驶杆、踏踩脚蹬、拉动钢索使副翼或方向舵转动，那是绝对办不到的了。此时飞机上就出现了助力机构。飞机上的绝大部分助力机构采用的多为液压传动助力系统。日常生活中，常常可以看到在建设工地上施工的挖掘机，它那巨大的挖斗由伸出缩入的推杆来带动， 就是由液压机构来实现的。 要在飞机的不同部件上使用液压，就要组成一个液压系统。液压系统由泵、管道、作动器、储液箱和阀门等组成。储液箱中存放着专用液体目前多用矿物油。泵给液体加压，然后输送到管道系统中。管道上设有各种阀门，通向飞机上各种需要液压的部件。阀门控制管道中液体的流速、压力、流动方向。管路的一端是发出力量的作动器。作动器有两类：一类是作动筒，它是一个液压缸，缸中有活塞和推杆，液体在缸内推动活塞，活塞与推杆一起向前运动，把变大的力量传出去；另一类是液压马达，它利用增压后的液体去冲击涡轮转动，输出的是旋转的轴动力。 飞机的升降舵、方向舵和副翼上都有作动筒，用它们来推动这些操纵面的转动；此外作动筒也被装在刹车片的后方。当飞机需要刹车时，作动筒内的推杆把刹车片和固定轮盘压在一起，产生摩擦力从而使飞机停止运动；作动筒还被装到起落架上，当飞机离地后，作动筒把推杆回收带动起落架收回到轮舱内。飞机降落时，推杆推出使起落架放下。液压马达只用在某些飞机上起到调整发动机转速的作用。 3 液体的压力越高，它内部存储的能量越高，液压机构的体积也可以做的越小。飞机上使用的液压压力超过 100 个大气压，产生的力量是惊人的。收放大型飞机 而一个成年男子的肌肉力量通常仅为 0起落架时所用的力高达 1000 千牛以上， 5千牛。如果这件事靠人力去做，就需要 2000 多人一齐用力才成。飞机在飞行中，控制机构的失灵是非常危险的。例如飞机降落时放不下起落架，飞机就会发生严重的事故。因此液压系统在飞行的任何时刻，与电力系统一样都必须保证正常运转，为了防止液压系统失效，在飞机上也为它安排了三道防线。 由两台发动机带动的两个主液压泵来提供大型飞机的液压。为了确保液压的供应，在机上又装了两个电力驱动的交流电动泵。如果一台发动机发生故障停止工作，那另一台还可以提供全部液压动力；如果两台都出了毛病，在飞机上还有一个可由蓄电池供电的直流电动泵，用它来提供液压，这是第二道防线。假如飞机的所有发动机都出现了故障，发动机泵和交流泵均失去效能，直流泵也不能维持太长的时间，此时还有最后的一道防线空气冲压涡轮。它平时被藏在机翼内部，只有到了最紧急的关头，驾驶员才按动按钮，把它从机翼内放出来。它实际上如同一个风车，放出来以后，它的涡轮叶片向前伸人气流中。迎面而来的气流吹动涡轮叶片，涡轮旋转带动与它相连的涡轮泵，为液压系统提供压力。有了液压，驾驶员才能放下起落架并且控制副翼和升降舵使飞机安全降落在地面上。这套机构必须快速发挥作用，一般要求它在 7 秒钟之内就做出反应。空气冲压涡轮一旦被放出后是无法自动回收到飞机内的，它只能在地面上由维修人员把它安放到原来的位置上。 2009 年 1 月 20 日晚，中国国际航空股份有限公司 B2645 号飞机执行 CA1341 北京武汉航班任务。机务人员在航后检查工作时，发现该机左主轮舱有大量液压油泄漏，且驾驶舱液压油量显示为 50RF，并有继续下降趋势，这一不正常现象立即引起机务人员的警觉。终擦造成管子被磨穿，导致液压油大量泄漏。在 2008 年 10 月 17 日 9 点 25 分，中国南方航空股份有限公司 CZ3514 次航班，场站人员发现飞机液压油管爆裂、液压油滴漏。如果漏油不及时检修，很可能会影响飞机正常刹车。 何来判断和解决这些安全隐患呢？飞机每次起飞或降落之前都要通过液压收放使用起落架。所以在检查的时候，要检测起落架的液压油是否存在渗漏现象。如果出现渗漏，在空中液压油就可能漏光，可能会导致飞机起飞或降落的时候， 4起落架不能正常收放，其后果是难以想象。同时考虑到起落架频繁使用，在检查时还要注意到起落架上的螺钉是否有发光发亮的现象。 二、飞机液压系统污染及防治 在近期对部分现役飞机的故障统计中，发现液压系统故障占飞机机械故障40左右，其中 78的故障是由液压系统污染引起的。通过对故障的分析可知，污染所引起的故障主要是机件内部磨损、窜油、卡滞等形式，造成了飞机部件工作不稳定、性能恶化，甚至完全失效造成严重后果。 1、飞机液压系统污染物种类及危害 液压系统中的污染物是指油液中不希望有的并对系统有危害作用的物质。通过对液压系统污染情况分析可知，污染物主要有固体颗粒污染物、水和气体。其中固体颗粒污染物的危害最严重。 1固体颗粒污染物的危害 液压油中的固体颗粒污染物会加速附件的磨损，破坏密封，堵塞管路和节流孔，并使液压附件的活动配合面卡滞或划伤。具体危害如下。 研磨含有固体颗粒污染物的液压油类似研磨金属加工面所使用的研磨剂，这些颗粒硬度一般都很高，就像切削金属镀层的刀具而划伤或刺入金属内，加上液压附件高频运动，使颗粒与金属表面反复作用，导致镀层表面发生开裂或小碎片，发生硬化磨削。产生的金属颗粒，又将作为硬磨料参与磨损。 吹蚀颗粒污染物随着高速流动的油液，又不断“冲刷”暴露在管道中的附件表面或棱边，使之不断遭到磨损性损伤，并使节流孔的孔径增大导致调节失灵。 卡滞 由于颗粒污染物形状不规则，在油压作用下进入附件活动配合面的间隙内，造成卡滞或卡死而不能正常工作。 2水的危害水进入液压系统中，主要危害如下 低温结冰，堵塞孔穴在飞行时，有一部分液压油是处于相对静止的，随着飞行高度升高，大气温度下降，使远离热源的液压油温度降低，如油液中存在游离水和乳化水，当温度下降一定程度，就可能结冰而堵塞系统中的节流孔和滤网。 加速金属锈蚀，使金属表面磨损严重 液压油中的游离水会与液压油互相作用，生成沉淀和腐蚀性物质，使油液表面张力和黏度减小，从而破坏了附在金属表面的油膜，并使润滑性变差，加快金属表面的磨损和锈蚀。 5 加速微生物繁衍生息，使油液污染加重液压油中水分子是微生物在油液中赖以生存的必要条件，尤其是乳化水能为一些有害细菌提供生存的环境；由于微生物能产生酸性物质，从而加速了化学腐蚀过程，加剧了液压系统中附件的腐蚀。 3气体的危害液压系统中的气体，主要危害有以下几方面。 产生气穴，引起汽蚀溶解在油液中的气体当压力下降到一定程度时，就会呈微小气泡游离出来而悬浮在液体中，当气泡进入高压区时，就会受到绝热压缩，最后溃灭，使高压油液以很高速度冲向气泡中心，互相摩擦和撞击，使温度和压力骤然升高局部温度可达 1000。C。这种局部撞击发生在固体壁上，将加剧附件表面的氧化腐蚀；如气泡进入系统传动部件中，则传动动作迟缓，甚至出现传动时快时慢或爬行现象；此外，气穴还会使液压泵气塞，导致供油量迅速下降并使油压脉动加剧。 破坏润滑，加速油液氧化变质 油液中的气体会使附在零件表面的油膜遭到破坏，从而减弱油液的润滑性，使相对运动零件出现黏合磨损；而且，在高温高压的环境下，气体也易造成液压油氧化变质，生成有害的酸性物质或胶状沉淀物，腐蚀金属部件。 2、液压系统污染原因分析 1污染物的来源液压系统污染物的主要来源是外部进入和内部生成。 污染物的外部进入外部进入是指在制造和维修工作中残留或带入系统的污染物，主要是： a制造和装配过程中残留在附件内部的金属屑、焊渣、型砂及清洗剂等污染物； b与飞机连接的地面设备的软管与接头等带入的污染物； c机务人员加油不用漏斗或雨雪天不注意防护带入的污染物； d换装附件时带人的污染物； e擦洗附件过程中带人的纤维等污染物； f系统附件外伸部分的往复移动等带入的污染物。 污染物的内部生成 内部生成主要指系统工作时因磨损、氧化和锈蚀等因素而产生的污染物，主要是： a附件活动配合面，密封件在工作时频繁摩擦并磨损而产生的金属、密封材料等污染物； 6 b液压油的分解、氧化及对附件的腐蚀等产生的污染物。 2系统污染原因、根据调查分析，造成目前飞机液压系统污染严重的主要原因有以下几点。 油液本身抗污染能力差 飞机液压系统采用 10 号航空液压油，这种油液虽然有良好的性能，如沸点高、凝固点低、润滑性较好、对金属腐蚀小及具有机械稳定性和化学稳定性等优点。但随温度升高，液压油的润滑性会大大下降，特别是当混有其他液体和气体后极易氧化变质，从而失去良好的性能。 对污染控制的重要性认识不足 由于有关人员缺乏油液污染控制的基本知识，不清楚系统污染的原因和防止污染的重要性，尤其是对超期服役的飞机污染控制不重视，致使一些机务人员在工作中不能自觉做好防污工作。 对油液污染控制的标准落实不力虽然目前颁布了以 GJB 3058 为中心并且与液压系统总规 GJB 638A 相协调的液压污染控制标准体系，明确了飞机液压系统污染度验收和控制水平，以及液压系统要附件污染度验收水平和液压系统污染度分级和检测等。但由于各种原因得不到贯彻和执行。 监督管理制度不够完善 由于没有专门负责管理污染控制工作的部门和人员，对机务工作中进行污染控制也没有明确规定，且缺乏有效的监管理机制，往往造成地面液压设备和加油用具等无专人管理；油料的存放、运输和使用无法实施有效污染控制；少数机务人员防污的思想观念淡薄，在拆装、加油、试验等实际工作中不按规定要求进行，如拆卸附件后不按规定包扎，附件分解安装前不按规定清洗，拆装和分解附件时动作粗野造成划伤等，也是导致目前飞机液压系统污染严重的一个重要原因。 设计、检测手段不符合现代油液污染控制的要求飞机在设计过程中对液压系统污染控制考虑不足，这种情况尤其在相对落后的飞机中更为突出。一些飞机上缺少油液污染自动检测装置，而液压系统和地面设备中所用的油滤精度又很低，这些都不满足对系统进行有效过滤和清洗的需要，因此无法对系统污染实施有效的控制。且油箱采用开启式加油压缩空气增压，极易使杂物进入油液氧化和污染；另外部队没有适用的液压系统清洗车，检测设备和方法相对落后，也使得污染不能做到超前预防，彻底消除，是造成系统污染的另一个重要原因。 3、液压系统污染的预防及排除 液压系统的污染防治是一项系统工程，必须由飞机的设计、制造、修理、维 7护以及油料供应等部门协调一致才能取得良好的效果。为有效防治液压系统污染，应重点做好以几方面工作。 1提高对污染控制的重视程度 要使机务人员明确污染控制工作的重要性、艰苦性和长期性；加强条例、规程、法规、细则的学习，特别是有关污染控制标准、知识和规定的学习，使之在机务工作中一切按规章制度办事，养成良好的机务作风，培养防污染的自觉性。 2要认真监控容易造成污染的各个环节 主要是以下几个方面。 严格防止从各种接口，如加油口、吸油接头、增压接头和蓄压器充气接头混入污染物；严格防止在加、拆、装、换的过程中混入污染物。 加入液压系统、附件、试验和保障设备的液压油必须符合规定的污染度要求；各种化验、批准手续齐全；加油前要检查、过滤，而且加油车也必须有良好的防雨性。 避免附件在分解、装配、调整和试验等一系列维修活动中混入污染物，修理全过程都要采取有效的污染控制措施。 要经常、仔细地检查油液污染状况，要不断提高测试设备性能和改进监控手段，以便对污染实施有效控制。 对污染严重的系统清洗合格后，必须加强监控。 地面保障设备应按规定保养，使其处于良好状态，并严格管理制度和操作规程，避免由于违规操作而使系统严重污染，造成重大经济损失。 三、飞机液压柱塞泵故障分析及排除 某型飞机液压系统采用了 ZB 一 40 柱塞泵，该泵虽然具有较多的优点，但随着飞行时间的增加，液压泵多次翻修，其故障明显增多。据某部统计，四年中，在飞机的维护中一共更换液压泵 106 台，其中因液压泵内部严重磨损造成效率低而更换的有 90 台，并且夏季比冬季多。故障主要形式是液压泵出口压力达不到规定要求而不能满足系统工作的需要，其故障特点如下： 在液压泵使用初期，故障率较高，具有早期性； 随着使用时间增加，故障逐年增加，具有渐进性； 故障随季节变化，夏季较高，具有季节性； 翻修次数增加，故障率也增加 由于液压泵是飞机液压系统的关键部件，它的故障将会引起整个系统的瘫 8痪，造成重大的军事和经济损失，甚至危及飞行安全。因此对液压泵的故障进行分析，并提出预防措施具有重大的现实意义。 1、故障原因分析 通过对液压泵结构、原理和故障特点的分析，导致故障的原因主要有以下几个方面。 1液压泵设计存在缺陷此液压泵是一种滑靴斜盘式轴向柱塞泵，柱塞与斜盘之间采用了滑靴静压支承，即在柱塞头部开一个小孔，从工作腔内不断引出一股泄流量很小的高压油液，使之在柱塞头部的间隙中形成一定厚度的油膜00150025 mm，油膜按一定压力分布而承受柱塞的全部作用力；而且转子端面与配流盘之间的摩擦副也采用了静压支承。这样虽然避免了柱塞与斜盘、转子与配流盘的直接接触，减少了摩擦力，延长了使用寿命，但同时也增加了泄流损失。特别是当液压系统被污染时，含有固?蹇帕廴疚锏挠鸵焊咚倭鞴】资保岵欢铣逅】祝怪本对龃螅夜烫逦廴疚镆话阌捕榷己芨撸墙爰湎兜挠湍校拖裱心烈谎越鹗襞浜厦娼心鳎斐膳浜厦婺鹧现兀辜湎对龃蟆硗猓焙兴挠鸵航肱浜厦媸保崞苹岛透谋溆湍悖蛊淙蠡阅芟陆担鹋浜厦娴难现啬鸲辜湎对龃蟆孀乓貉贡玫哪鸷托孤脑黾樱涔收戏室膊欢显黾印?虽然该泵采用了单支点内支承缸体，使转轴在径向力作用下变形时，也能保证缸体在柱塞工作腔油压作用下与配流盘贴合，减少泄漏；但是，当柱塞一旦发生卡滞或卡死现象时，就可能使缸体发生倾覆，加重转子和配流盘以及柱塞和斜盘等处的磨损和泄漏。另外，由液压泵供油原理可知，柱塞是在油压和斜盘的联合作用下在缸体内往复运动来完成吸油和排油的， 因此，在液压泵工作时柱塞将受到油压力、摩擦力和斜盘的作用力，而斜盘对每个柱塞的作用力是垂直于斜表面的，这个力沿柱塞轴线分量 F。与作用在柱塞的液压力和摩擦力平衡，垂直轴线分量 F，作用在柱塞头部，由于柱塞处于悬臂状态，从而会产生较大的力作用在