油液污染对某型飞机液压泵性能影响的分析.pdf

2 0 1 2年 4月 第 4 0卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ap r ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 7 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 6 1 油液污染对某型飞机液压泵性能影响的分析 孙文胜，毕玉泉 ，祁功道 海军航空工程学院青岛分院，山东青岛2 6 6 0 4 1 摘要介绍油液颗粒污染对某型飞机液压泵造成的危害，针对液压泵的污染敏感度进行分析，提出在实际工作 中的具 体 维护措施 。 关键词飞机液压泵；污染危害；污染敏感度分析 ；维护措施 中图分类号T E 9 9 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 7 2 0 4 3 飞机上液压泵是液压系统的核心附件 ，其工作性 能的好坏直接影响飞机 的飞行安全 。当液压泵 因油液 污染造成损坏后 ，会对 系统 的压力 和流量带来 一系列 的影 响。多年来 ，某 型飞机油液 污染造 成液压泵的损 害主要有供油部分和变量机构 ，下面 以该型飞机斜轴 式轴向柱塞泵为例分析油液污染对液压泵工作性能的 影响 。 1 油液污染对液压泵的危害及分析 对于液压泵来说 ，主要是污染颗粒使液压泵 的相 对运动部件磨损 ，如柱塞泵的柱塞磨损或卡滞 、变量 部分 的分 油活门卡滞 、调 节套筒 卡滞和进油过滤器堵 塞等 。磨损是 液压 泵 运转 中普 遍存 在 的一 个严 重 问 题 ，也是液压泵失效 的主要原 因。据对某型飞机液压 泵损坏调查情况发现 液压泵 的磨损 主要是油 液污染 造成 的 ，油 液 中 的固体 污染 物是 引 起磨 损 的直 接原 因 ，颗粒起着研磨 剂中的磨料的作用 ，它同部 件表面 长期相互作用，产生各种形式的磨损，造成部件表面 逐渐损坏 ，配合间隙逐渐增大 ，内漏逐渐加大 ，导致 性能衰降直至失效 ，缩短使用寿命 ；同时颗粒进入间 隙导致相对运动件卡滞引起突发性故障。磨损的过程 比较复杂，是一个微观、渐变的过程，一般看不到磨 损的过程 ，只能看到磨损的结果 。 1 ． 1 油液污染颗粒导致柱塞磨损和卡滞 液压系统油液不清洁，含有杂质 、水分而使零件 之 间 的油膜 破坏 ，或 者油 液变 质 、温度 升 高而 润滑 性变差 ，磨损就会加剧。液压泵柱塞磨损间隙增大 后 ，泄漏 损 失 a Q 漏 就 会 随 出 口压 力 增 长 而 加 快 增 大。由于间隙增大了，a Q 漏 增大快 ，在调节套筒伸 出量 较小 、转 子 倾 斜 角 较 大 时 ，液 压 泵 的注 油 量 Q 注 就会与 a Q 漏 相等而使供油量提前等于零 见图 1 所示 ，L 0 。液 压泵 的 出 口压 力 就要 小 于规 定值 图 1 液压泵磨损前后情况 对 比 当液压泵磨损 比较严重时，泵内间隙很大，a q 漏 就会 随出 口压力增大而急剧增大 。这样 ，在出 口压力 过小 、分油 活 门 尚未 工作 、转 子在 最 大倾 斜 角位 置 时 ，注油 量 q 注就 会 与 a Q 蒲相等 而使 出 口压 力不 再 上升 ；该型飞机就 因液压泵柱塞严重磨损造成工作失 效 ，不得不提前更换液压泵 。 液压泵柱塞的卡滞一般是突然发生的，随着柱塞 与转子 间的磨损 间隙变 大 ，较大 的污染 颗粒进 入运动 间隙 ，当某个 柱塞 受到不 平衡力 和液压卡紧力时 ，该 个柱塞就可能发生卡滞而突然失效 。 1 ． 2 油液污染颗粒引起液压泵供 油量调节器分油 活 门卡 滞 供油量 调节器 分油 活 门如 图 2所示 。如果 分 油 活 门被油液 中的杂质 卡在 起 始位 置 ，当液 压 泵 的出 口压 力达到某 一规定 值 以后 ，高压 油 液不 能 压动 分 油活 门使调节 套筒工 作 ，因而 转 子倾 斜角 仍 保持 在 最大值 ，出口压力就会急剧上升 ，直到安全活门打 开 ，即引起液压泵出口压力大于规定的故 障。如果 分油活门卡在液压泵卸荷的位置 ，则当传动部分工 作 、液压泵出口压力下降时，分油活门就不能 自动 改变油路使调节套筒工作，去增大转子的倾斜角从 而增大供油量 ，这样就引起系统压力下降后就不能 再上升的故障。 收稿 日期 2 0 1 1 0 2 2 8 作者简介孙文胜 1 9 6 9 一 ，男 ，硕士 ，副教授，主要从事航空维修工程与研究。Em a i l q l s t t k l 1 6 3 ． t o m。 第 7期 孙文胜 等油液污染对某型飞机液压泵性能影响的分析 2 0 S 回位弹簧调节套筒 导向杆 垫圈 淀 网 分油活门 村筒 定压弹簧 压螵塞 图2 某型飞机液压泵简化原理图 1 ． 3 油液污染颗粒引起 液压泵供 油量调节器的调 节套筒卡滞 供油量调节器的调节套筒如图2所示。如果调节 套筒被油液中的杂质卡在起始位置 ，液压泵出口压力 增大后 ，转子倾斜角就不能减小 ，系统压力可能增大 到安全活门打开为止。不难理解 ，如果调节套筒卡在 液压泵卸荷的位置 ，系统压力下降后则不能上升。 1 ． 4 油液污染引起液压泵分油活门进油过滤器堵塞 供油量调节器 的分油活门进油过滤器如图 2所 示。当分油活门进油过滤器被油液污染物堵塞 ，流油 不通畅，则在液压泵出口压力达到规定值时，由分油 活门流入调节套筒、并经导向杆上的小孔以及调节套 筒与导向杆之间的间隙回油的流量就会 比正常情况下 小。这样，调节套筒的内外压力差减小 ，因而调节套 筒的伸出量较小 ，转子 的倾斜角就会 比正常情况时 大。因此 ，液压泵柱塞的注油量 Q 律仍然大于泄漏损 失 A Q 渭，出口压力还要继续增大。要待分油活门的 油路再开得大些 ，使调节套筒再伸出一些，继续减小 转子的倾斜角，才能使 Q 注等于 A Q 漏，从而使出口压 力停止上升。显然这时液压泵的最大出口压力要比正 常数值大 ，过滤器堵塞越严重 ，最大出口压力就越 大 。 2 液压泵的污染敏感性分析 研究油液污染对液压泵性 能的影响 ，实质上是研 究液压泵对污染的敏感度 ，从而确定液压泵的污染耐 受度 。液压泵污染敏感 度的含义是指液压泵 的性能 和 寿命受油液中污染物影响的程度 ，也就是液压泵对污 染的敏感性。污染耐受度是指在一定的工作条件下 ， 液压泵能够容耐的最大油液污染度。可以认为，液压 泵的污染敏感度和污染耐受度具有相反的含义。液压 泵的污染敏感度越高，其对污染的耐受度越低。理论 上认为，当液压泵暴露于一定的油液污染条件下 ，其 性能衰降率决定于液压泵的污染敏感度和污染物侵人 元件的速率。其液压泵性能衰降的基本方程可用下式 表示 业 d t 一Si d Ni 1 式中 P为反映元件基本性能的参数； s ； 为元件对尺寸区段 i 例如0～5 ，5～1 0 m污染物的污染敏感度系数 ； Ⅳ j 为尺寸区段为 i 的污染颗粒数；t 为时间。 上式中的负号 “一”表示性能下降。 对于液压泵，输 出流量 Q为具有代表性 的性能 参数 ，即 a Q 一 S i d Ni 2 若泵的流量为 Q，油液中颗粒尺寸区段为 i 的污 染浓度为 11 , 单位容积油液中的颗粒数 ，则 d N Q n 3 因此，可得液压泵性能衰降的一般方程 a d Q 一 S Q n 4 假如油液污染颗粒进入泵的运动副间隙内，引起 零件表面的磨损 ；与此同时，间隙内的颗粒 自身也被 磨成更小的颗粒而失去磨损作用。油液中的磨损性颗 粒浓度随着运动表面的磨损而逐渐降低。颗粒浓度降 低的规律如图3 所示 ，并可用下式表示 r t n o e 5 式中n 。 为初始进入油泵颗粒浓度 ；t 为时间；r为 颗粒磨灭过程的时间常数，为颗粒浓度降低到初始浓 度的 3 7 ％所需时间 。 图3 颗粒磨损规律 可见 ，液压泵 的污染 敏感度 系数 与系统油液 中污 染颗 粒浓度成正 比。 液压泵在实际使用中，污染物不断从外界侵入和 从内部产生，同时又不断被滤油器滤除。因此，系统 油液的污染度保持相对稳定。也就是说，油液污染度 不随时间而降低。因此 ，对于实际使用的液压泵，应 将 n n 代入式 4 ，n 是实际液压系统油液某一 尺寸 区段 的污染颗粒浓度 ，可认 为是定值 。于是可 以 2 0 6 机床与液压 第 4 0卷 求得泵在实际条件下的流量衰降方程 Q q 0 e 一 “ ； t 6 当液压泵的流量由初始值衰降到最低允许值 ，这 段工作时间也就是泵的寿命。考虑各种尺寸的污染颗 粒对泵的磨损作用 ，由式 6 最后可求得实际工作 条件下泵的寿命公式 一 I n Q ／ Q 。 T 2 三。 n F l 7 式中 为泵的寿命；q 为泵的初始流量 ，即额定 流量 ；q 为泵 的最 低允 许 流量 ； 为 泵对 于颗 粒尺 寸 区段 i 的污染磨损 系数 ；n F i 为实际液压 系统油液污 染颗粒尺寸 区段 i 的污染浓度 。 由液压 泵的污染敏感 性分析 ，认 为泵的污染敏感 度 系数与油液 中污染颗粒浓度成正 比的。根据污染敏 感 度系数的定义 ，进入泵单位污染颗粒 引起 的流量衰 降 ，见式 2 ，它 反 映泵 的设 计 结构 特 征 ，包 括 运 动 副的结构参 数 、材料性 质 ，以及实际润滑状态 、污 染物特性等。而且液压泵的污染敏感度随着颗粒尺寸 的增 大而增大 。 3 维护措施 3 ． 1 防止污染侵入 ，保证飞机液压 系统具有低 的 污染生 成率 1 加 强对 油料 的管 理和 检查 ，严把 油 料添 加 关。外场油料房和相关设备要能防尘 、防水，设备、 用具应清洁，存放保管应有专人负责。油料的添加 ， 必须符合规定的污染度指标 ，油桶开启前要清洁外表 面 ，加油前要认真对照检查油料品牌是否符合规定要 求 ，并对加油设备、用具和加油口进行清洁处理后才 能添 加 。 2 严 把 系 统 和 附件 的拆 装 关 。在 拆 卸 附 件 、 导管之前，应仔细地擦洗所有将要拆卸的附件及管接 头 ，擦洗工作 区域 。松开 附件和导管 的连接件后 ，应 再次把附件 和导管擦洗干净 ，然后才允许拆 开导管取 下 附件 和导 管 ，防止外来 污染物进入拆开 的导管或附 件内腔。拆开系统接口、附件和导管后，要及时用清 洁的堵帽、堵头将外露的端 口封堵好，对于拆开的附 件和导管端口，用清洁的蜡纸、塑料薄膜包扎 ，不允 许使用易脱落纤维的纸张或织物包扎。安装前 ，先检 查封装是否完好 ，如 发现包 装破损和堵头 、堵帽脱落 的情况 ，必须做清洁净化处理，封堵物只有在安装时 才允许 打开。 3 加强对地面设备的管理和检查 ，严把系统 和附件 的试 验 修理 关。要 加强 对 液压 油 泵 车 、清 洗 车、加油车和附件试验台等地面液压设备的管理，明 确专人负责，定期检查和维修，保持清洁完好。地面 设备要装有精密过滤器 ，主过滤器 的过滤精度 不低于 机上系统。定期对液压油泵车和附件试验台等地面液 压设备进行采样和污染检测工作。 4 保持工作环境的清洁。在进行液压系统和 附件的拆装 、调试、清洗 、分解 、检修、装配、油 封、包装以及添加油料等维修工作时，必须保持工作 环境 的整洁 。室外 工作 要避 开尘 、烟 、风 、雨 、雪 、 雾等不利条件；室内工作要在环境污染受到有效控制 的工作 间内进行 ，地面和附近设施无尘土 和油污 ，工 作间内不允许同时进行能引起环境污染的作业 ，防止 多余物落入系统内。 5 保持人员和工具清洁。工作人员着装整洁， 双手清洁 ，工具不能沾有油污 、灰尘 ；要求擦拭接头 和管 口用的擦布 的材料 为 绸布 长 纤维 不 易脱 落 ， 要求清洁，严禁采用手套、棉纱、棉花、纸张和其它 材料的布片等易脱落纤维的物品来擦拭。 3 ． 2清除系统污染 1 定期 清洗或更换 飞机系统 过滤器 滤芯 。 2 对污染严重的飞机要采取换油、清洗等措 施 ，并拆洗 机上过滤器。 3 ． 3抓 好 油液 监控 工作 1 系统固体颗粒污染度高于控制指标一级时 ， 应使 用外场清洗设备按此规范 的清洗工艺方法清洗 系 统 ，直至合格 。 2 系统固体颗粒污染度高于控制指标两级或 两级以上时 ，应采取 以下措施 ① 查明原 因，排除故 障 视情更换 或清洗滤 芯 。 ② 更换油箱内油液 ，并按此规范的清洗工艺方 法清洗系统 ，直至合格 。 ③ 再次飞行后立 即采样检测 。 参考文献 【 1 】夏志新． 液压系统污染控制 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 2 ． 【 2 】冯郅仲． 飞机机械系统[ M] ． 北京 海潮出版社， 2 0 0 3 ． 【 3 】祁功道． 油液监控技术讲义[ M] ． 青岛 海军航空工程学 院 ， 2 0 1 0 ． 9 ． 【 4 】祁功道， 金平 ， 孙强， 等． 飞机电子防滑刹车系统电液伺 服阀失效分析 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 3 1 1 3 1 1 5