某型飛機(jī)剎車組件失效分析研究

韓瑞美 王立綱

摘要：以某型飛機(jī)剎車組件為研究對(duì)象，針對(duì)一起剎車組件中的剎車片斷裂故障，采用由表及里、追本溯源的分析方法，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析剎車組件受力情況，利用顯微鏡進(jìn)行斷面觀察，根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得出剎車組件的失效原因;最后結(jié)合實(shí)際維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，從剎車片組件翻修工藝和日常維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)上提出針對(duì)性的維修建議。

關(guān)鍵詞：剎車組件;剎車片;失效分析;斷裂

中圖分類號(hào)：V227+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0112-02

0? 引言

飛機(jī)剎車系統(tǒng)是使飛機(jī)地面減速、停止或地面低速轉(zhuǎn)彎的裝置，對(duì)飛機(jī)高速滑行、安全著陸至關(guān)重要[1]。本文研究的某型飛機(jī)剎車系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，采用的是機(jī)械式液壓動(dòng)力剎車，由剎車動(dòng)作筒將剎車壓力通過液壓管路傳到剎車盤完成剎車操作[2]。剎車組件的可靠性成為每次飛機(jī)降落減速的關(guān)鍵，若剎車組件一旦出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致某側(cè)剎車失效，可能致使飛機(jī)偏沖出跑道，嚴(yán)重威脅飛機(jī)安全，因此結(jié)合典型案例，研究剎車組件的失效原因，制定相應(yīng)的維修對(duì)策，有助于提高剎車系統(tǒng)的可靠性和安全性，保障飛行安全。

1? 剎車組件概述

該型飛機(jī)剎車組件主要由剎車盤、剎車活塞、剎車油缸、剎車片、壓力板、扭力板、剎車背板等組成[3]，見圖1所示。其中剎車片是通過鉚釘分別鉚接在壓力板和背板上。剎車操作是駕駛員通過踩壓每個(gè)方向舵腳蹬上部，將壓力通過流體管路傳到剎車組件，產(chǎn)生的液壓力推動(dòng)組件上的活塞使壓力板剎車片和背板上的剎車片與剎車盤之間形成巨大摩擦力，從而消耗飛機(jī)機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的能量，降低飛機(jī)滑跑速度，實(shí)現(xiàn)剎車功能。

2? 典型故障描述

2018年9月某日，某飛行訓(xùn)練機(jī)組駕駛飛機(jī)執(zhí)行帶飛訓(xùn)練任務(wù)，飛機(jī)在20號(hào)跑道著陸并正常減速至D道口脫離滑回，當(dāng)滑行到主滑行道上以后，機(jī)組使用剎車過程中聽見左側(cè)剎車有金屬卡阻異響，隨即左剎車踏板變空行程，機(jī)組馬上收油門關(guān)車[4]，確保了人機(jī)安全。

3? 故障分析

3.1 初步檢查

初步檢查發(fā)現(xiàn)左輪內(nèi)側(cè)剎車壓力板上剎車片缺失，一顆剎車片鉚釘斷裂并缺失。沿飛機(jī)滑行軌跡查找缺失部件，在滑行道上找到了左側(cè)剎車片組件的脫落部件。

3.2 斷面觀察分析

3.2.1 下部鉚釘觀察

對(duì)下部斷裂鉚釘進(jìn)行觀察，鉚釘斷口發(fā)生在鉚釘墩頭翻邊圓周方向（如圖2（a）所示），鉚釘墩頭約有一半斷口幾乎與墩頭平面平齊（如圖2（b）所示），另一半斷口高于墩頭平面約1mm。因斷口浸濕在雨中產(chǎn)生了銹蝕，無(wú)法通過觀察其斷口來(lái)確定斷裂性質(zhì)。斷裂鉚釘桿體高度為4.1mm，而壓力板剎車片厚度為5.4mm。由于剎車片的厚度大于斷裂鉚釘高度，鉚釘斷裂后其桿體部分在剎車片磨擦力的作用下可完全藏在剎車片的安裝孔內(nèi)[5]。

3.2.2 壓力板觀察

對(duì)壓力板進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)下部鉚釘孔有磨損，鉚釘安裝孔呈橢圓形（如圖3（d）所示），其背面鉚釘孔周邊金屬有不規(guī)則變形（如圖3（c）所示），最大直徑可達(dá)4.1mm。上部鉚釘安裝孔外形較平整，但其內(nèi)徑已達(dá)4.1mm。由于下部鉚釘在墩頭翻邊處發(fā)生斷裂，因此該處安裝孔受到鉚釘?shù)淖饔昧?dǎo)致其周邊有不規(guī)則變形。

3.2.3 剎車片斷口觀察

對(duì)壓力板剎車片進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)剎車片磨痕異常，其磨痕與剎車片不同心（正常磨痕應(yīng)與剎車片同心），且接近剎車片內(nèi)環(huán)有一道較深磨痕（如圖4（a）所示）。剎車片斷口沿上部鉚釘安裝孔斷裂，組合上下斷裂剎車片，其安裝孔呈橢圓形（如圖4（b）所示），磨損在上部斷裂剎車片的周向上，最大直徑可達(dá)4.3mm。因斷口浸濕在雨中產(chǎn)生了銹蝕，且剎車片為半硬質(zhì)復(fù)合材料組成[6]，無(wú)法通過觀察其斷口來(lái)確定斷裂性質(zhì)。

由于剎車片與剎車盤為同心圓，正常情況下，剎車片磨痕與其邊緣平行。由于剎車片的寬度低于剎車盤的寬度，安裝時(shí)剎車片與剎車盤的外緣對(duì)齊，剎車盤長(zhǎng)時(shí)間使用后，在剎車盤的內(nèi)緣產(chǎn)生磨痕凸臺(tái)[7]。通過上、下斷裂剎車片的磨痕的一致性，可以判斷剎車片下部鉚釘先斷。

3.3 剎車片鉚接實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

為了驗(yàn)證剎車片斷裂原因是否與本單位實(shí)施的鉚釘鉚接質(zhì)量有關(guān)，做如下對(duì)比試驗(yàn)：

首先測(cè)量斷裂剎車片和對(duì)應(yīng)背板鉚釘?shù)臈U體翻邊處、桿部直徑分別均為3.9mm 和3.7mm。其次取一塊原廠新壓力板，鉆下剎車片鉚釘，測(cè)量鉚釘桿體翻邊處、桿部直徑均為4.1mm。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原廠的剎車片鉚釘桿部膨脹均勻，且與壓力板裝配孔接觸緊密。本單位鉚接的剎車片鉚釘在翻邊處有較大膨脹，鉚釘桿部膨脹不明顯，鉚接的質(zhì)量與原廠相比有一定差距。

3.4 原因分析

綜上所述，首先下部鉚釘發(fā)生斷裂，極大可能是疲勞斷裂，其原因是剎車片與壓力板（或背板）的固定僅靠鉚釘翻邊膨脹和翻邊壓合力，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后壓合力降低。鉚釘頭部受到剎車片的周期推力，長(zhǎng)時(shí)間作用下在鉚釘翻邊薄弱處發(fā)生疲勞斷裂。

其次，下部鉚釘斷裂后，由于剎車片的厚度較高，斷裂鉚釘退在剎車片安裝孔內(nèi)。剎車片繞上部鉚釘逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，剎車片與剎車盤產(chǎn)生偏磨。由于剎車盤長(zhǎng)時(shí)間使用后在內(nèi)緣產(chǎn)生磨痕凸臺(tái)，凸臺(tái)與剎車片相磨產(chǎn)生的更大摩擦力，促使剎車片在上部鉚釘處發(fā)生過載斷裂。

最后，本單位在剎車片的鉚接質(zhì)量上與原廠的施工水平存在一定的差距。

4? 總結(jié)及建議

為避免飛機(jī)在運(yùn)行中再次出現(xiàn)剎車片組件故障，特提出以下修理及維護(hù)建議：

①鉚釘翻邊質(zhì)量會(huì)影響剎車片的固定壓合力，從而容易引起剎車片與壓力板（或背板）發(fā)生松動(dòng)、錯(cuò)位。因此需嚴(yán)格執(zhí)行剎車組件維護(hù)手冊(cè)的相關(guān)檢查要求。

②壓力板（或背板）的鉚釘安裝孔磨損、孔徑變大，容易導(dǎo)致鉚釘與安裝孔存在間隙。因此，使用正確尺寸鉆頭小心地鉆出鉚釘，避免鉆頭擴(kuò)大安裝孔徑，組裝剎車片之前，檢查壓力板（或背板）的鉚釘安裝孔的狀況。

③剎車片鉚接工藝需要調(diào)整，先使鉚釘膨脹到孔徑大小，然后再進(jìn)行翻邊壓緊處理。

④建議在50小時(shí)定檢中增加“檢查剎車片與壓力板（或背板）是否松動(dòng)、錯(cuò)位”的要求，并及時(shí)更換松動(dòng)、錯(cuò)位的剎車片。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇華禮，張樹斌，馬明山.對(duì)飛機(jī)剎車盤鉚釘加工工藝過程的探討[J].機(jī)械工程師，1997（03）：26-27.

[2]巴文亮.賽斯納172R飛機(jī)剎車系統(tǒng)常見故障及預(yù)防措施[J]. 航空維修與工程，2019（9）：91-93.

[3]閻成鴻.Cessna172R型飛機(jī)機(jī)型培訓(xùn)教程[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008：64-66.

[4]張宗偉.基于HFACS模型的通航訓(xùn)練飛機(jī)剎車失效分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（24）：1-3.

[5]王裕林，李飛.關(guān)于剎車片故障的維修提示[R].廣漢：中國(guó)民航飛行學(xué)院，2018.

[6]楊愛玉.國(guó)外碳/碳飛機(jī)剎車片預(yù)制件制造技術(shù)[J].航天工藝，1998（3）：42-47.

[7]譚明福，王建業(yè).提高飛機(jī)剎車片壽命的研究[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程，1997（2）：152-158.