劉水明,陳 晨,周方云,吳科成,潘偉俊
(昌河飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,江西 景德鎮(zhèn) 333002)
目前,某新型機(jī)屬中型直升機(jī),該系列直升機(jī)的液壓系統(tǒng)包括液壓機(jī)械系統(tǒng)和液壓特設(shè)控制系統(tǒng)等相互關(guān)聯(lián)的液壓機(jī)械-特設(shè)系統(tǒng),液壓系統(tǒng)的主要功能是為直升機(jī)飛行操縱系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力能源,利用液壓傳動(dòng)技術(shù)連續(xù)平穩(wěn)、省力地實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)在空中的飛行與姿態(tài)控制,液壓系統(tǒng)的液壓傳動(dòng)技術(shù)在直升機(jī)飛行姿態(tài)控制上起到了至關(guān)重要的作用[1]。
為此,本文通過(guò)研究某新型機(jī)輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)失效案例,來(lái)促使我們高質(zhì)和高效地快速解決輔助液壓系統(tǒng)失效的問(wèn)題,便利于工程專業(yè)技術(shù)人員準(zhǔn)確和高效地定位液壓系統(tǒng)失效的故障點(diǎn),最大限度地減少盲目排查故障的次數(shù),減少發(fā)生排故的誤判現(xiàn)象,杜絕可能損傷或損毀成品件的現(xiàn)象,也為專業(yè)技術(shù)人員排除液壓系統(tǒng)故障提供借鑒和解決類似問(wèn)題的思路。
某新型機(jī)的液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜,它包括左液壓、右液壓、輔助液壓等3套相互關(guān)聯(lián)的液壓機(jī)械系統(tǒng),還包含液壓電氣、液壓儀表等2套相互關(guān)聯(lián)的“控制-顯示-告警”的特設(shè)系統(tǒng)。限于篇幅,本文僅以某新型機(jī)輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)作為研究對(duì)象,詳見(jiàn)直升機(jī)液壓系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)。
圖1 直升機(jī)液壓系統(tǒng)組成
輔助液壓系統(tǒng)主要由輔助電動(dòng)泵、蓄壓器、壓力傳感器、壓力信號(hào)器等組成。擔(dān)負(fù)著向旋翼剎車、機(jī)輪剎車提供所需的液壓動(dòng)力,在左液壓系統(tǒng)壓力低時(shí),自動(dòng)為左液壓系統(tǒng)供壓,輔助液壓系統(tǒng)能夠備份輔助保障左液壓系統(tǒng)正常工作,從而保證直升機(jī)飛行中操縱系統(tǒng)穩(wěn)定正常地工作。
故障機(jī)理剖析和故障樹(shù)分析的診斷技術(shù)具有層次性強(qiáng)、邏輯因果關(guān)系明確等特點(diǎn),結(jié)合輔助液壓機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的原理及直升機(jī)總裝、試飛的故障診斷經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建故障樹(shù),簡(jiǎn)潔直觀地反映出所診斷輔助液壓系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯關(guān)系。本文僅對(duì)直升機(jī)的“輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)失效”的常發(fā)性典型故障進(jìn)行分析,直接選取該失效故障作為頂事件,層層分析排查,找出輔助液壓系統(tǒng)中頂事件發(fā)生的所有直接和間接原因作為第2級(jí)事件,然后根據(jù)演繹分析法,找出造成第2級(jí)事件發(fā)生的原因,這樣逐級(jí)查找下去,直至追查到頂事件發(fā)生的根本原因,即“輔助液壓系統(tǒng)失效”的底事件,再依據(jù)故障機(jī)理剖析與故障樹(shù)分析相結(jié)合的二元方法構(gòu)建原理,用相互直接作用影響的邏輯關(guān)系將它們與頂事件相關(guān)聯(lián),運(yùn)用于“輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)失效”的故障樹(shù)分析、故障診斷和故障排除。
1)輔助電動(dòng)泵工作時(shí),輔助液壓壓力值指示偏低的故障。輔助液壓壓力值指示偏低故障的工作原理如圖2所示[2]。
a) 輔助液壓壓力值的采集與顯示工作原理
下述進(jìn)行“輔助液壓壓力值指示偏低”的故障原因分析。在左液壓、電氣和儀表等系統(tǒng)工作正常的情況下,通常在左液壓系統(tǒng)壓力低于(14±0.5) MPa時(shí),輔助電動(dòng)泵通電后輔助液壓系統(tǒng)工作自動(dòng)為左液壓系統(tǒng)供壓,此時(shí),正常工作的額定壓力為14~17 MPa;若此時(shí)輔助液壓系統(tǒng)壓力值低,甚至低于11.5 MPa,則說(shuō)明存在輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)故障。
當(dāng)出現(xiàn)下列輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)故障現(xiàn)象時(shí),就會(huì)產(chǎn)生“輔助壓力值指示偏低(如輔助泵頻繁啟動(dòng))”的故障[3]。
a.輔助液壓系統(tǒng)管路微泄漏,致使壓力偏低。
b.粗油濾堵塞,致使油路不通暢。
c.單向活門存在卡住或堵塞現(xiàn)象,致使油路不通暢。
d.輔助泵和剎車系統(tǒng)2處的安全閥微內(nèi)漏,致使系統(tǒng)微少量回油。
e.輔助泵和剎車系統(tǒng)的蓄壓器充氣壓力不足或充氣嘴微滲漏氣。
f.輔助液壓系統(tǒng)剎車分配閥微內(nèi)漏。
2)輔助電動(dòng)泵工作時(shí),輔助液壓壓力值不指示的故障。輔助液壓壓力值不指示故障的工作原理如圖3所示[4]。
圖3 輔助液壓壓力值不指示的機(jī)械故障原理
下述進(jìn)行“輔助液壓壓力值不指示”的故障原因分析。在左液壓、輔助電氣和輔助儀表等系統(tǒng)工作正常的情況下,輔助電動(dòng)泵通電后輔助液壓系統(tǒng)工作,若此時(shí)輔助液壓系統(tǒng)液壓壓力不指示,則說(shuō)明存在輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)故障;當(dāng)出現(xiàn)下列輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)故障現(xiàn)象時(shí),就會(huì)產(chǎn)生“輔助液壓壓力值不指示”的故障。
a.輔助系統(tǒng)管路破裂或管接嘴松脫,致使系統(tǒng)供油全部流失。
b.單向活門內(nèi)部被卡死,致使系統(tǒng)油路不通。
c.輔助泵和剎車兩系統(tǒng)附件的安全閥內(nèi)漏,致使系統(tǒng)大量回油。
根據(jù)上述對(duì)這類可能常發(fā)的輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)典型故障及其工作原理的分析,可初步建立“輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)”故障樹(shù)(見(jiàn)圖4)[5]。
圖4 輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)的故障樹(shù)
在左液壓、電氣、儀表等系統(tǒng)工作正常的情況下,機(jī)電管理系統(tǒng)通電正常,當(dāng)輔助壓力低于11.5 MPa時(shí),輔助液壓電動(dòng)泵上電后,若此時(shí)出現(xiàn)“輔助泵不工作”現(xiàn)象,則說(shuō)明存在電動(dòng)泵成品故障或電氣控制故障;當(dāng)出現(xiàn)下列輔助液壓系統(tǒng)故障現(xiàn)象時(shí),就會(huì)產(chǎn)生“輔助液壓系統(tǒng)失效”報(bào)故。
接通輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,輔助電動(dòng)泵不工作。輔助電動(dòng)泵工作原理如圖5所示。當(dāng)輔助液壓系統(tǒng)的壓力值低于11.5 MPa時(shí),輔助泵壓力信號(hào)器的A、B兩點(diǎn)為導(dǎo)通狀態(tài),此時(shí)第1路電源控制電路從直流斷路器板的輔助操縱斷路器到系統(tǒng)電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān),經(jīng)過(guò)輔助泵壓力信號(hào)器到輔助電動(dòng)泵接觸器的吸合線圈1、2兩點(diǎn),使輔助接觸器開(kāi)關(guān)吸合接通,輔助泵接觸器工作;第2路工作電源電路從直流配電盒輔助泵慣性熔斷器,通過(guò)輔助泵接觸器的A、B開(kāi)關(guān)接通,將輔助泵工作電源由直流配電盒送入輔助泵,輔助電動(dòng)泵工作。
圖5 輔助泵的電氣控制原理
下述進(jìn)行“輔助電動(dòng)泵不工作”故障原因分析。在左液壓、電氣、儀表等系統(tǒng)工作正常時(shí),在輔助液壓系統(tǒng)通電條件下,接通輔助電動(dòng)泵操縱開(kāi)關(guān)后,輔助電動(dòng)泵成品不工作,應(yīng)確定為輔助液壓的電氣控制子系統(tǒng)與機(jī)械子系統(tǒng)的交聯(lián)故障。當(dāng)出現(xiàn)下列故障現(xiàn)象時(shí),就會(huì)報(bào)“輔助電動(dòng)泵不工作”的故障。
1)輔助電動(dòng)泵的成品故障。
2)輔助壓力信號(hào)器的成品故障。
3)輔助泵接觸器的成品故障。
4)輔助泵接觸器的電源控制的線路故障。
根據(jù)上述對(duì)輔助電動(dòng)泵工作原理和這類可能常發(fā)的輔助泵不工作的典型故障的分析,可初步建立“輔助電動(dòng)泵不工作”故障樹(shù)(見(jiàn)圖6)。
圖6 輔助電動(dòng)泵不工作的故障樹(shù)
2.3.1 系統(tǒng)失效的典型故障事件梳理
根據(jù)上述分析,梳理出系統(tǒng)失效的故障樹(shù)對(duì)應(yīng)的典型故障事件(見(jiàn)表1)。
表1 故障樹(shù)對(duì)應(yīng)的事件梳理匯總表
2.3.2 系統(tǒng)失效的典型故障樹(shù)構(gòu)建
針對(duì)輔助液壓系統(tǒng)失效,開(kāi)展了在機(jī)械、電氣控制等2個(gè)子系統(tǒng)典型故障的分析,對(duì)直升機(jī)總裝和試飛使用過(guò)程中產(chǎn)生的輔助液壓失效故障的因素進(jìn)行了詳細(xì)梳理與分析,可形成其機(jī)械子系統(tǒng)故障樹(shù)(見(jiàn)圖7)。
圖7 輔助液壓機(jī)械子系統(tǒng)的故障樹(shù)
3.1.1 輔助液壓壓力低的故障排除
利用地面液壓源供壓設(shè)備向輔助液壓系統(tǒng)進(jìn)行供壓試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)將兩通液電開(kāi)關(guān)打開(kāi),然后按下述不同情況進(jìn)行處理。
1)若左液壓、輔助液壓、剎車等系統(tǒng)壓力三者指示讀數(shù)相同,且讀數(shù)與地面液壓源供壓設(shè)備的壓力一致時(shí),說(shuō)明輔助電動(dòng)泵故障,更換故障件后返廠修理[6]。
2)若左液壓系統(tǒng)、輔助液壓系統(tǒng)、剎車壓力三者指示讀數(shù)相同,且讀數(shù)低于地面液壓源的壓力,則按如下步驟進(jìn)行檢查和排故。
a.檢查輔助系統(tǒng)外部管路有無(wú)滲漏,若有進(jìn)行排故。
b.檢查輔助泵的粗油濾是否有堵塞現(xiàn)象,若有進(jìn)行清洗或更換。
c.拆下單向活門,裝于地面液壓試驗(yàn)器上進(jìn)行試驗(yàn)檢查,若活門有被卡住或堵塞的故障,則進(jìn)行排故或更換處理,將故障件返廠修理。
d.拆開(kāi)安全閥的回油接頭或打開(kāi)油箱觀察回油管進(jìn)行檢查,若有微少量回油或者用盲堵頭封堵該處時(shí)系統(tǒng)壓力正常,則安全閥有微內(nèi)漏故障,定位排故更換,將故障件返廠修理。
e.檢查輔助泵和剎車系統(tǒng)的蓄壓器氣壓是否不足,若不足,檢查判斷是輔助泵和剎車系統(tǒng)2處的蓄壓器充氣壓力不足還是充氣嘴微滲漏氣問(wèn)題。若充氣不足,則補(bǔ)充氣至8 MPa;若充氣嘴有微滲漏氣,則更換氣門芯和密封圈,而后重新充氣,使氣壓達(dá)到規(guī)定值8 MPa。
f.啟動(dòng)輔助電動(dòng)泵,觀察機(jī)電顯示器中輔助系統(tǒng)壓力“輔P”和“剎車壓力”,若“輔P”與“剎車壓力”同時(shí)快速下降,則造成“輔助壓力值低”的故障點(diǎn)為剎車系統(tǒng)處;然后,通過(guò)堵住剎車分配閥的供壓管,此時(shí),重新啟動(dòng)輔助泵供壓,若觀察機(jī)電顯示器中“輔P”和“剎車壓力”穩(wěn)定不下降,則定位故障點(diǎn)為剎車分配閥內(nèi)漏,拆卸更換新件,并將故障件返廠修理。
g.啟動(dòng)輔助電動(dòng)泵,若“輔P”快速下降,而“剎車壓力”基本上不下降,則造成“輔助壓力值低”的故障點(diǎn)為輔助液壓系統(tǒng)處上述步驟a~e等故障。
3.1.2 輔助液壓壓力值不指示的故障排除
首先應(yīng)目視檢查左液壓和輔助液壓系統(tǒng)有無(wú)滲漏,液壓壓力是否正常,左液壓油箱油面是否偏低。具體按如下順序進(jìn)行故障定位,進(jìn)行排故處理。
1)檢查系統(tǒng)管路有無(wú)泄漏,若有泄漏進(jìn)行擰緊、擰松后重新對(duì)準(zhǔn)擰緊或更換管路等排故處理。
2)拆下單向活門,將其置于地面液壓試驗(yàn)器上進(jìn)行故障排查,若其內(nèi)部被卡死,液壓油根本不能流通,應(yīng)對(duì)該單向活門進(jìn)行排故或更換處理,將單向閥故障件返廠修理。
3)拆開(kāi)安全閥的回油嘴接頭或打開(kāi)油箱觀察回油管進(jìn)行檢查,若有大量回油,應(yīng)該立即對(duì)輔助泵和剎車系統(tǒng)2處安全閥進(jìn)行定位排故與更換處理,將安全閥故障件返廠修理。
3.2.1 “輔助電動(dòng)泵不工作”的機(jī)械排故法
利用地面液壓源等供壓設(shè)備向輔助液壓系統(tǒng)進(jìn)行供壓試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí)將兩通液電開(kāi)關(guān)YDK-3打開(kāi),然后按下述不同情況進(jìn)行處理。
1)若左液壓、輔助液壓、剎車系統(tǒng)壓力三者指示讀數(shù)相同,且讀數(shù)與地面液壓源供壓設(shè)備的壓力一致時(shí),說(shuō)明輔助電動(dòng)泵故障,更換故障件后返廠修理。
2)通過(guò)它機(jī)成品互換后,進(jìn)行該輔助電動(dòng)泵通電驗(yàn)證其是否能正常工作;并增加送復(fù)校驗(yàn)證輔助泵故障,若存在故障,更換故障件后返廠修理。
3.2.2 “輔助電動(dòng)泵不工作”的電氣控制排故法
確認(rèn)機(jī)上輔助液壓系統(tǒng)壓力值在低于11.5 MPa時(shí)“輔助泵不工作”后,進(jìn)行如下排故工作。
1)合上直流斷路器板上的輔助操縱斷路器,接通電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,觀察輔助泵接觸器是否有“噠”吸合聲,若無(wú)吸合聲音,輔助泵接觸器未工作,則使用萬(wàn)用表測(cè)量輔助泵接觸器∶1點(diǎn)應(yīng)有+27 V電壓,若有電壓,檢查輔助泵接觸器∶2至分離插座22∶U及分離插座22∶U至66號(hào)接地負(fù)線座∶7點(diǎn)接線,若有問(wèn)題,則按照?qǐng)D紙排除接線故障后重新接線。
2)接通電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,若輔助泵接觸器未工作,則使用萬(wàn)用表測(cè)量輔助泵接觸器∶1點(diǎn)應(yīng)有+27 V電壓,若有電壓,檢查輔助泵接觸器∶2至分離插座22∶U及分離插座22∶U至66號(hào)接地負(fù)線座∶7點(diǎn)接線,若無(wú)線路問(wèn)題,則為輔助泵接觸器成品故障,更換故障成品并返廠修理。
3)接通電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,若因控制電流未過(guò)來(lái)造成輔助泵接觸器未工作。
a.使用萬(wàn)用表測(cè)量輔助泵接觸器∶1點(diǎn)應(yīng)有+27 V電壓,若無(wú)電壓,按照?qǐng)D紙檢查輔助泵接觸器∶1至輔助壓力信號(hào)器∶B、輔助壓力信號(hào)器∶A至分離插座22∶T、分離插座22∶T至電氣開(kāi)關(guān)板插頭∶H、電氣開(kāi)關(guān)板插頭∶L至直流斷路器板上的輔助操縱斷路器∶2點(diǎn)接線,若有接線問(wèn)題,則按照?qǐng)D紙排除接線故障后重新接線。
b.若無(wú)線路問(wèn)題,拔下輔助泵壓力信號(hào)器插頭,接通輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,測(cè)量輔助壓力信號(hào)器∶A點(diǎn)是否有+27 V電壓,若有電壓,則為輔助泵壓力信號(hào)器成品故障,更換故障成品并返廠修理。
4)接通電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,若輔助泵接觸器已工作,按照輔助泵工作電源的電氣線路正常無(wú)問(wèn)題情況下,則接通輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后測(cè)量輔助泵∶正極是否有+27 V電壓,若無(wú),測(cè)量濾波器∶A端是否有+27 V電壓,若無(wú),測(cè)量輔助泵接觸器∶B點(diǎn)是否有+27 V電壓,若有,則為輔助泵接觸器成品故障,屬其工作異常,更換故障接觸器成品并返廠修理。
5)接通電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后,若輔助泵接觸器已工作,按圖紙檢查輔助泵∶負(fù)極至5號(hào)接地負(fù)線座、輔助泵∶正極至濾波器∶2、濾波器∶1至輔助泵接觸器∶A、輔助泵接觸器∶B至分離插座29∶1、分離插座29∶1至直流配電盒內(nèi)的輔助泵慣性熔斷器∶2接線,若工作電源線路無(wú)問(wèn)題,接通輔助泵操縱開(kāi)關(guān)后測(cè)量輔助泵∶正極是否有+27 V電壓,若有,則為輔助泵成品故障,更換故障成品并返廠修理。
某年某月一架新機(jī)在總裝液壓系統(tǒng)安裝調(diào)試過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)輔助液壓電動(dòng)泵頻繁啟動(dòng)的現(xiàn)象,且機(jī)電顯示器報(bào)“輔助液壓壓力值指示偏低”的故障。
1)首先經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)輔助泵和剎車的蓄壓器充氣壓力不足,對(duì)2處的蓄壓器補(bǔ)充氮?dú)庵? MPa正常壓力后,重新供電調(diào)試,輔助泵依然頻繁啟動(dòng)。
2)再次檢查發(fā)現(xiàn)輔助液壓系統(tǒng)安全閥存在微內(nèi)漏,致使其壓力始終低于11.5 MPa,但經(jīng)更換故障安全閥,輔助泵依然頻繁啟動(dòng)。
3)啟動(dòng)輔助電動(dòng)泵,通過(guò)觀察機(jī)電顯示器發(fā)現(xiàn)“輔P”與“剎車壓力”同時(shí)快速下降,則故障點(diǎn)為剎車系統(tǒng)處;然后,通過(guò)堵住剎車分配閥的供壓管,此時(shí),重新啟動(dòng)輔助泵供壓,經(jīng)觀察機(jī)電顯示器中“輔P”和“剎車壓力”穩(wěn)定不下降,則定位故障點(diǎn)為剎車分配閥內(nèi)漏,拆卸更換新件,故障排除。
某年某月一架新機(jī)交付飛行前檢查發(fā)現(xiàn),在左液壓、輔助機(jī)械、儀表等系統(tǒng)工作正常時(shí),接通上電,輔助電動(dòng)泵不工作。首先從輔助泵操縱斷路器經(jīng)電氣開(kāi)關(guān)板上的輔助泵操縱開(kāi)關(guān)、及輔助泵的壓力信號(hào)器、再至輔助泵接觸器之間的線路檢查起,發(fā)現(xiàn)線路正常,有輔助系統(tǒng)壓力小于11.5 MPa的電信號(hào)過(guò)來(lái),但輔助泵接觸器卻不工作,輔助泵接觸器的A、B點(diǎn)未吸合接通,未將直流配電盒的工作電源送入輔助泵,輔助電動(dòng)泵不工作。經(jīng)查是輔助泵接觸器成品故障;更換故障成品后,故障排除。
下一步的優(yōu)化提升與構(gòu)想如下。
1)輔助泵接觸器、安全閥、剎車分配閥等成品質(zhì)量的改進(jìn)工作,提高成品件的質(zhì)量與可靠性。
2)梳理與完善該型機(jī)液壓系統(tǒng)的典型故障手冊(cè),建立其典型故障數(shù)據(jù)庫(kù),提供典型排故案例。
3)構(gòu)建與完善該型機(jī)液壓系統(tǒng)的故障知識(shí)庫(kù),開(kāi)發(fā)實(shí)踐科學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)與培訓(xùn)系統(tǒng)。
4)探索直升機(jī)液壓系統(tǒng)工序故障進(jìn)行智能化檢測(cè),設(shè)計(jì)研發(fā)一套基于典型故障數(shù)據(jù)庫(kù)的智能化故障檢測(cè)設(shè)備,配置高效故障診斷專家系統(tǒng),替代人工操作與判讀,自動(dòng)檢測(cè)與已建立的典型故障數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行快速比較與判斷,從而高效地實(shí)現(xiàn)故障診斷的精準(zhǔn)定位與排除。
輔助液壓系統(tǒng)失效的故障會(huì)制約直升機(jī)總裝生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)效率,影響飛行安全。輔助液壓系統(tǒng)交聯(lián)較多,在內(nèi)外場(chǎng)的故障診斷與排除過(guò)程中會(huì)面臨各種各樣的問(wèn)題,往往不利于故障診斷排除,會(huì)使專業(yè)人員感到棘手,不知從何處先下手。本文探索了采用基于典型故障機(jī)理剖析和故障樹(shù)分析的故障診斷技術(shù),總結(jié)出了一套思路清晰和可借鑒的高效“輔助液壓系統(tǒng)失效”故障診斷與排除技術(shù),最大限度地減少了排故檢查、測(cè)量和試驗(yàn)次數(shù),少走彎路,提高了直升機(jī)總裝和試飛現(xiàn)場(chǎng)各類故障診斷分析的準(zhǔn)確性和排故效率,降低了總裝生產(chǎn)和試飛維護(hù)成本。這種基于“液壓系統(tǒng)失效”的故障診斷與排除技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有很好的推廣價(jià)值。