PBIT 報(bào)平尾作動(dòng)器DDV 電流故障分析

白 楠，張俊鵬，劉 巖，劉 杰

（93420 部隊(duì)）

1 故障現(xiàn)象

某日，某部某號(hào)機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)飛控PBIT 自檢報(bào)故。 經(jīng)連接便攜式多功能測(cè)試設(shè)備檢測(cè)進(jìn)入MBIT 查看， 申報(bào)1836 步左平尾作動(dòng)器D 通道DDV（直接驅(qū)動(dòng)閥）電流故障。后對(duì)機(jī)上左、右飛控計(jì)算機(jī)互換測(cè)試，發(fā)現(xiàn)PBIT 依然申報(bào)1836 步左平尾作動(dòng)器D 通道DDV 電流故障。 更換左平尾作動(dòng)器后，重新進(jìn)行系統(tǒng)上電，多次PBIT 測(cè)試均通過，故障排除。

2 故障排查

飛控PBIT 的1836 步自檢測(cè)，是通過對(duì)作動(dòng)器DDV 零位工作電流的檢測(cè)，來檢查DDV 的零位位置偏差。具體為，在靜態(tài)情況下采集各通道DDV 的電流值（零位電流），與DDV 電流的零位門限值1.1V 進(jìn)行比對(duì)，超出門限時(shí)則申報(bào)相應(yīng)通道DDV 電流故障。

根據(jù)外場(chǎng)故障現(xiàn)象分析造成DDV 電流故障的原因，建立故障樹（見圖1）分析如下：

圖1 故障樹

2.1 飛控計(jì)算機(jī)線路誤差

飛控計(jì)算機(jī)的解調(diào)電路和DDV 電流控制、 采集線路的故障（誤差超標(biāo)）會(huì)導(dǎo)致DDV 控制電流故障，故障電流如使系統(tǒng)總誤差超出門限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致PBIT測(cè)試故障。

對(duì)機(jī)上飛控計(jì)算機(jī)互換測(cè)試后，故障現(xiàn)象未消失， 依然PBIT 申報(bào)左平尾作動(dòng)器D 通道DDV 電流故障。 因此，排除飛控計(jì)算機(jī)故障。

2.2 平尾作動(dòng)器傳感器誤差

平尾作動(dòng)器作動(dòng)筒LVDT 傳感器（RAM-LVDT）和DDV 閥LVDT 傳感器（DDV-LVDT）各通道間具有余度的不一致性，與其他通道不一致性差異較大的通道會(huì)導(dǎo)致該通道靜態(tài)情況下作動(dòng)器DDV 閥存在附加DDV 電流，故障電流如使系統(tǒng)總誤差超出門限時(shí)，會(huì)導(dǎo)致PBIT 測(cè)試故障。

RAM-LVDT 和DDV-LVDT 一致性進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表1 所示。從測(cè)試數(shù)據(jù)可看出兩個(gè)傳感器一致性較好（與均值的差小于滿量程10v 的1%—100mv，滿足要求），因此排除平尾作動(dòng)器傳感器故障。

表1 平尾伺服作動(dòng)器傳感器一致性測(cè)試

2.3 DDV 位置零偏

DDV（如圖2 所示）由力馬達(dá)、液壓滑閥、位移傳感器三個(gè)部分組成，通過零件柔性桿同軸安裝。 控制指令施加到力馬達(dá)線圈后，在電磁力的作用下，力馬達(dá)輸出軸產(chǎn)生位移通過柔性桿直接拉動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥套上方孔開合量的變化， 傳感器監(jiān)控閥芯位移，將位置反饋信號(hào)傳輸?shù)娘w控計(jì)算機(jī)， 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，達(dá)到控制輸出流量的目的。 在調(diào)試中，以力馬達(dá)的位置為基礎(chǔ)，調(diào)整閥芯的位置，使得控制腔的輸出流量為零，并鎖緊固定閥芯，然后調(diào)整位移傳感器鐵芯與線圈的相對(duì)位置，使得位移傳感器的輸出為零，保證力馬達(dá)、液壓滑閥、傳感器零位重合。當(dāng)三者零位不一樣時(shí)， 系統(tǒng)需要給力馬達(dá)的線圈施加一定的流量值，保證DDV 處于理論零位， 這個(gè)電流值應(yīng)保證在一定范圍內(nèi)，否則導(dǎo)致電流零位故障。

圖2 DDV 閥結(jié)構(gòu)圖

對(duì)DDV 位置零偏檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)閥芯位置零偏差別較大，達(dá)到800mv 左右。 在DDV 試驗(yàn)臺(tái)上復(fù)測(cè)DDV性能， 在不通油壓情況下發(fā)現(xiàn)DDV 上的LVDT 輸出在0.05mm 左右（含力馬達(dá)的死區(qū)），四個(gè)通道基本一致，通壓情況下DDV 雙系統(tǒng)控制腔流量約1.6L/min。

在DDV 閉環(huán)工作狀態(tài)下施加零指令， 此時(shí)控制腔輸出流量接近零，LVDT 解調(diào)輸出也在零附近，這表明LVDT 零位與液壓零位重合，LVDT 的零位沒有發(fā)生變化， 排除了LVDT 和液壓滑閥的故障， 導(dǎo)致DDV 零偏的原因在力馬達(dá)位置發(fā)生變化， 此時(shí)力馬達(dá)線圈上總電流約0.25A。

對(duì)力馬達(dá)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試力馬達(dá)的位移-電流值，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。

表2 測(cè)試結(jié)果

從表2 中看出兩側(cè)電流不對(duì)稱。 與原始數(shù)據(jù)對(duì)比，在小行程內(nèi)基本一致，在大行程時(shí)有差異。該力馬達(dá)的測(cè)試驗(yàn)收數(shù)據(jù)見表3。對(duì)該力馬達(dá)重新調(diào)試零位，向縮方向調(diào)整0.03mm后，力馬達(dá)兩側(cè)電流對(duì)稱，其位移電流測(cè)試數(shù)據(jù)見表4 所示。 因此判斷由于力馬達(dá)鐵芯位置的變化導(dǎo)致DDV閥芯位置變化，DDV 出現(xiàn)零偏現(xiàn)象。

表3 測(cè)試結(jié)果

表4 測(cè)試結(jié)果

3 原理分析

力馬達(dá)的功能為將控制器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為線性的機(jī)械位移（直線位移），驅(qū)動(dòng)伺服閥閥芯運(yùn)動(dòng)，輸出線性流量。 理論上，它的電氣零位與機(jī)械零位重合（見圖3 所示）。 但受零件加工尺寸公差、裝配間隙等因素的影響，它的電氣零位與機(jī)械零位不重合，一般有一個(gè)較小的距離。

圖3 DDV 電氣、機(jī)械零位示意圖

為了使伺服閥兩側(cè)輸出流量對(duì)稱，需要調(diào)整電氣零位。 當(dāng)調(diào)整電氣零位后，馬達(dá)的動(dòng)鐵芯不在機(jī)械零位上，動(dòng)鐵芯受到兩側(cè)磁鋼的磁力大小不一樣，動(dòng)鐵芯會(huì)向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)簧片產(chǎn)生一個(gè)拉力。 當(dāng)拉力與磁力相等時(shí)，動(dòng)鐵芯受到的力平衡，保持在靜止的位置。 此時(shí)力馬達(dá)簧片沒有處于自然狀態(tài)，有一定變形，承受一定的裝配應(yīng)力。 零件在加工裝配過程中的應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間使用過程中，溫度沖擊、振動(dòng)等條件下應(yīng)力釋放后，動(dòng)鐵芯向一個(gè)方向發(fā)生了偏移。 在新的位置磁力與簧片的力平衡， 保持另一個(gè)相對(duì)靜止位置。此時(shí)馬達(dá)動(dòng)鐵芯的位置與交付調(diào)試的電氣零位有偏移，鐵芯的位置產(chǎn)生變化，對(duì)外顯示通電流后，兩側(cè)位移電流不對(duì)稱，力馬達(dá)鐵芯偏移了0.03mm。力馬達(dá)鐵芯位置的變化通過力馬達(dá)輸出軸傳遞到液壓滑閥閥芯，閥芯位置的變化使得控制窗口從零位的關(guān)閉狀態(tài)變成微小的打開狀態(tài)，輸出控制流量，此時(shí)需要給力馬達(dá)線圈施加一定電流才能使控制流量為零。

DDV 零位位置誤差為靜態(tài)DDV 電流系統(tǒng)誤差的一部分， 其偏移過大可能會(huì)導(dǎo)致總的DDV 零位電流誤差過大，導(dǎo)致PBIT 報(bào)DDV 電流故障。 對(duì)平尾作動(dòng)器的力馬達(dá)的機(jī)械零位進(jìn)行調(diào)整， 向縮方向調(diào)整0.03mm 后，力馬達(dá)兩側(cè)電流對(duì)稱，DDV 調(diào)試正常。

4 措施建議

1） 在進(jìn)行飛控PBIT 前，要將各個(gè)舵面進(jìn)行充分的運(yùn)動(dòng)，使流經(jīng)作動(dòng)器的液壓油液粘稠度降低，便于DDV 運(yùn)動(dòng)，防止進(jìn)行PBIT 檢測(cè)時(shí)報(bào)故。

2） 對(duì)于飛控PBIT 故障一次未通過的飛機(jī)， 可以進(jìn)行第2 次PBIT 檢測(cè)， 如果檢測(cè)正常則可以正常使用；如果還是PBIT 報(bào)故，則需關(guān)車，徹底查明故障原因。

3）由于機(jī)械加工、裝配工藝水平的限制，理論上簧片的應(yīng)力無法完全消除，產(chǎn)品在制造時(shí)盡可能保證力馬達(dá)電氣零位和機(jī)械零位一致，盡量將裝配應(yīng)力控制在一個(gè)非常小的范圍內(nèi)， 并進(jìn)行裝配應(yīng)力釋放，使其性能穩(wěn)定。