飛機液壓泵傳動軸密封失效故障的判斷及處置

李彪 羅峰

摘 要：本文針對某型飛機一起液壓油泵傳動軸密封失效故障，依次對該泵進(jìn)行漏油腔加壓試驗、回油壓力與漏油量變化關(guān)系實驗、回油壓力與出口壓力變化關(guān)系實驗，經(jīng)分析判斷，液壓油泵本身脈動與飛機負(fù)載在某個特定條件下產(chǎn)生共振，導(dǎo)致回油腔與漏油腔之間的密封裝置瞬間失效，故障比較典型危害性比較大。本文在最后提出“示波動態(tài)監(jiān)測程序”，以供參考。

關(guān)鍵詞：液壓油泵 傳動軸密封失效 ?判斷處置

一、現(xiàn)象及危害

某單位在飛行后檢查時，發(fā)現(xiàn)一架飛機液壓油泵后蓋組件處皮碗外翻、彈簧圈擠出約四分之一，周邊有殘余油液。經(jīng)初步檢查、分析，造成這次液壓泵故障的原因是：飛機液壓系統(tǒng)某種原因產(chǎn)生流固耦合共振，導(dǎo)致漏油腔油壓驟增，致使皮碗被擠出，傳動軸密封失效。

如果液壓泵壓力脈動長期激勵管道強迫振動，隨著飛行時間增加，脈動頻率（流體的諧振頻率）與固體管道的固有頻率逐漸接近，振動會進(jìn)一步加強，產(chǎn)生流固耦合共振。由于液壓系統(tǒng)共振時，工作壓力沖擊來的突然，時間很短，瞬時壓力峰值會比正常工作壓力高幾倍，它會破壞液壓油泵密封裝置，以及脆弱的液壓管道系統(tǒng)，嚴(yán)重危害飛行員生命安全。

二、實驗分析

（一）漏油腔加壓試驗

因為外翻的皮碗只與漏油腔相連通，且依據(jù)皮碗處有油液滲出的故障現(xiàn)象，可以判定該皮碗是被漏油腔油壓擠出。直接通過漏油嘴加壓，當(dāng)壓力升至0.2MPa時，發(fā)現(xiàn)皮碗被擠出，故障現(xiàn)象再現(xiàn)。

實驗證明：皮碗外翻是因為漏油腔油壓過大，回油腔進(jìn)入漏油腔的油量過大，從漏油腔的φ1mm孔不能及時排出。

（二）回油壓力與漏油量變化關(guān)系試驗

為進(jìn)一步尋找油泵在飛機上時漏油腔油壓的來源，我們對油泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（如圖1所示）：油泵內(nèi)部與漏油腔相鄰的是回油腔，回油腔是通過軸封部件與漏油腔隔離的。正常情況下，回油腔內(nèi)的油液允許經(jīng)過軸封部件少量進(jìn)入漏油腔，再通過一個1mm的小孔進(jìn)入漏油管嘴排出油泵。相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定，在油泵出口壓力最大（油泵最大供油壓力21MPa）的情況下，漏油管嘴的漏油量每小時不大于5毫升（約為每分鐘2.5滴）。

（三）回油壓力與出口壓力變化關(guān)系實驗

漏油量過大，軸封部件又沒有失效，說明回油腔內(nèi)可能會發(fā)生瞬間高壓，或壓力異常波動?；赜蛪毫Ξa(chǎn)生的主要途徑是轉(zhuǎn)子與分油蓋之間的回油槽，此回油槽與分油盤相通，分油盤的分油孔直接通往油泵出口，說明回油壓力與油泵的出口壓力有密切的關(guān)系。

我們在不同的供油壓力（出口壓力）下進(jìn)行試驗，檢查回油壓力和漏油嘴的漏油情況。（表2）

（四）結(jié)論

該型飛機液壓油泵是變量柱塞泵，在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)吸排油的過程，會產(chǎn)生氣穴、氣蝕問題，高壓腔壓力高于柱塞孔壓力，兩腔接通時，會有流量倒灌現(xiàn)象，流量脈動很大，使液壓泵成為流體振動的根源，脈動式的流量輸出是其固有特性。

如果油泵本身脈動與飛機負(fù)載在某個特定條件下產(chǎn)生共振，瞬時供壓峰值會比正常工作壓力高幾倍，漏油量瞬間增大，導(dǎo)致大量油液竄入漏油腔，壓力激增，造成皮碗外翻，密封系統(tǒng)失效。如果振動進(jìn)一步加強，產(chǎn)生流固耦合共振，會嚴(yán)重?fù)p害液壓油泵和液壓管路系統(tǒng)，危害飛行員生命安全。

三、處置方法

“液壓泵軸封失效”的故障原因很多，但主要原因是發(fā)生共振，直至產(chǎn)生“流固耦合共振”，這不但對液壓泵本身造成很大損壞，也對整個飛機液壓系統(tǒng)造成很大損壞，所以我們要引起高度重視：

（一）通過外觀檢查，初步判斷液壓系統(tǒng)共振源。依次檢查液壓油泵軸尾有無漏油、皮碗是否外翻、彈簧是否擠出，固定管夾是否松動，油濾濾芯是否變臟，蓄壓器是否損壞等，或者其他一些系統(tǒng)問題。

（二）動態(tài)監(jiān)測脈動頻率，進(jìn)一步確認(rèn)液壓系統(tǒng)共振源。影響液壓系統(tǒng)脈動的部附件主要有四個：一是液壓油泵，本身工作原理產(chǎn)生的脈動，其特點是比較穩(wěn)定，可以上試驗臺檢查脈動頻率;二是固體管道，由液壓泵壓力脈動激勵管道強迫振動產(chǎn)生，隨著飛行時間增加，接觸結(jié)構(gòu)逐漸磨損，甚至松動，管道支撐結(jié)構(gòu)剛度會下降;三是蓄壓器，實踐證明，蓄壓器能使振動和噪聲明顯降低;四是油濾，如果油濾濾芯污染堵塞，流通能力下降，同樣也會在油濾內(nèi)產(chǎn)生大幅值的壓力脈動與噪聲。

（三）利用液壓脈動示波器等設(shè)備，測量分析示波結(jié)果。飛機液壓系統(tǒng)正常的諧振頻率和振幅比較穩(wěn)定，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能有一定影響，但是在可控范圍之內(nèi)。如果諧振產(chǎn)生的突然，振幅較大，使用示波器顯示壓力輸出曲線，有“毛刺”，經(jīng)將“毛刺”拉平放大后，測量其振幅、頻率穩(wěn)定，則說明液壓環(huán)節(jié)有諧振。在測量液壓泵供油壓力的諧振，如果諧振頻率、波形、當(dāng)量幅值一樣，說明諧振是由液壓泵引起的。

（四）開發(fā)類似于“飛機液壓系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)”等診斷設(shè)備，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，防患于未然，可參考下述程序進(jìn)行監(jiān)控診斷（圖2）。

[1]杜來林 ?宋曉軍，飛機附件檢修，航空工業(yè)出版社，2006年5月，51頁-74頁。

[2]機床與液壓（飛機液壓系統(tǒng)?？?，中國機械工程學(xué)會，2012年12月，77頁-98頁。

[3]呂伯平 陳名華，航空油液監(jiān)測技術(shù)，中國航空工業(yè)出版社，2006年8月，1頁-11頁。

專家點評

該論文通過對液壓泵漏油量、供油壓力、回油壓力等關(guān)系進(jìn)行上機實驗，準(zhǔn)確分析判斷出“因為飛機系統(tǒng)某種共振導(dǎo)致液壓泵瞬時供壓峰值過大，引起傳動軸密封失效故障”，其研究結(jié)果具有一定的科學(xué)性，為部隊飛行保障工作中出現(xiàn)類似情況提供了很好的參考資料，尤其是作者建議提出“開發(fā)飛機液壓系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)診斷設(shè)備”，為未來機務(wù)一線維修保障中提供了很前瞻性的思路。