飞机起落架收放作动筒的常见故障及其排除【摘要】起落架是飞机的重要部件，在起落架的结构中作动筒起到至关重要的作用。

在现代飞机起落架系统的各个工作部件中，收放机构在使用中发生失效的概率较高，为此，本文通过某飞机起落架收放作动筒的实际故障分析，来对收放作动筒的常见故障及其排除进行分析说明。

关键词：飞机起落架收放作动筒故障收放作动筒故障排除目录1作动筒的功用及特点 (2)1.1作动筒的功用 (2)1.2作动筒的特点 (2)2收放作动筒的几个典型故障分析 (3)2.1收放作动筒耳环螺栓断裂故障分析 (3)2.1.1 断口理化分析及故障件检查 (3)2.1.2 耳环螺栓强度校核 (4)2.1.3 特殊情况受力分析 (5)2.1.4 结论 (6)2.2飞机起落架收放作动筒断裂分析 (6)2.2.1试验过程与分析 (6)2.2.2分析 (9)2.2.3结论 (9)2.3飞机起落架作动筒密封圈失效分析 (10)2.3.1试验过程与结果 (10)2.3.2分析与讨论 (11)2.3.3结论 (13)3 作动筒的修理（以带锁作动筒为例） (14)3.1作动筒常遇故障及原因分析 (14)3.2作动筒的分解 (14)3.3作动筒检查和修理 (15)3.4作动筒装配 (16)3.5作动筒试验 (16)4作动筒其它常见故障排除方法 (19)结束语 (21)谢辞 (22)文献 (23)1作动筒的功用及特点1.1 作动筒的功用作动筒是将输入的液压能转变为机械能的能量转换装置，是液压系统的执行元件，对外作功和转换能量。

在起落架收放中，它通过液压油的液压能转化为机械能使起落架灵活收放。

图1为某飞机的作动筒示意图。

图1 某飞机作动筒连接示意图1.2 作动筒的特点（1）作动筒可以很方便地获得直线往复运动，或具有某种规律地往复摆动。

（2）可以很方便地获得很大的推力，克服外部负载。

（3）结构简单，工作可靠。

与其他元件配合可以方便地获得各种速度。

（4）由于橡胶密封元件的出现，改善了作动筒的加工工艺，使其易制造，提高了劳动生产效率。

2收放作动筒的几个典型故障分析收放作动筒的主要故障有收放作动筒耳环螺栓断裂﹑收放作动筒的断裂﹑收放作动筒密封圈失效﹑爬行﹑冲击﹑外泄漏等。

现在就某飞机收放作动筒耳环螺栓的断裂﹑收放作动筒的断裂及收放作动筒密封圈失效来进行分析。

2.1收放作动筒耳环螺栓断裂故障分析2.1.1 断口理化分析及故障件检查（1）断口理化分析如果收放作动筒耳环螺栓发生断裂，一般情况下需要对耳环螺栓故障件进行硬度检查、化学成分分析、金相组织检查。

以此来证明断口不是由于材料本身的问题所造成。

某飞机收放作动筒的耳环螺栓发生断裂后，从分析结果来看，就说明该耳环螺栓故障件不是由材料及零件设计原因造成。

其次，对其宏观和微观断口进行综合分析。

某飞机收放作动筒的耳环螺栓断口起始于耳环第七个螺纹处，起始处明显存在疲劳条带，且疲劳裂纹起始于螺纹根部和止动槽的相交点，长度为螺纹的四分之一圆周，既裂纹长度为9.7πmm，深度为0.2mm。

检查其宏观变形特征，发现耳环螺栓⨯10=/4103.存在明显的塑性变形，说明耳环螺栓是在很大的弯曲载荷作用下，由于弯曲应力超过材料的强度而发生断裂。

（2）收放作动筒故障的试验验证分析对发生耳环螺栓断裂的收放作动筒进行了必要的检查和力学试验，结果如下：①收放作动筒外观无碰伤，活塞杆前端螺母未冲点保险（出厂状态均冲点保险，未冲点保险属使用方拆动）；②按技术要求用1942N压力检查上锁的牢固性，均能满足要求，分解前端螺母，将套筒从外筒内移出，作动筒在全伸展状态下，上锁情况良好；③将作动筒进行分解，分解过程中无卡滞现象，所有的零件外观均无擦伤，外筒内腔完好；④对作动筒重新装配复原，换上外场普查裂纹较严重的耳环螺栓，作动筒全伸展上锁后，在压力机上方施加轴向载荷，当加载到5.4吨载荷时，耳环螺栓断裂，断口形状与故障件类似，耳环螺栓有永久塑性变形。

该试验验证分析说明了前边的分析是正确的。

2.1.2 耳环螺栓强度校核（1）静强度分析如图2为某型飞机起落架的耳环螺栓，其液压系统压力为21a MP ，收上状态作动筒的活塞面积为790mm ²放下状态作动筒的活塞面积为1017.88mm ²，故收放作动筒在液压压力作用下能发出的使用载荷为：图2 耳环螺栓结构图收上状态 21790.916609shou P N =⨯=放下状态 211017.8821375fang P N =⨯=静强度校核安全系数f 取1.5a)螺栓本体强度校核拉应力 a shouMP P 6.294188.55.12=⨯=πσ 压应力 a fang MP P 2.379188.55.12=⨯=πσ b)螺纹强度校核螺纹剪切 a MP 250375.105.4875.0213755.1=⨯⨯⨯⨯=πτ弯曲 a wq MP 5575.13375.10375.25.155.2=⨯⨯⨯⨯⨯=πσ 挤压 a jy MP 3065.13375.10213755.14.1=⨯⨯⨯⨯⨯=πσc)耳孔强度校核挤压 a jy MP 44598213755.1=⨯⨯=σ边距剪切 a jq MP 198103.6216609213755.1=⨯⨯⨯=σ 耳环螺栓的材料为30CrMnSiA ,a b MP 1175=σ,从上边的计算可以看出，各个应力的计算结果不大，其合成应力远小于极限强度，故强度可满足要求。

2.1.3 特殊情况受力分析计算表明：在正常使用情况下，耳环螺栓是不会发生断裂的。

通过分析，下面特殊情况下有可能引起耳环螺栓断裂。

叉形螺栓转动产生摩擦力，从而对耳环螺栓产生附加弯矩。

叉形螺栓转动为滑动摩擦。

钢与钢的滑动摩擦系数：正常润滑为0.04，轻微润滑为0.09，干燥表面为0.18至0.5。

收放作动筒载荷取放下状态使用载荷P=21375N,叉形螺栓转动光杆部分直径为20m m 。

'cos1021375cos1021050p P N ︒︒==='''247.5503P p ⨯=⨯⨯''29996P N =叉形螺栓转动摩擦引起的力矩为''20M p μ=⨯⨯ 传至耳环螺栓分解成弯矩和扭矩：cos10W M M ︒=sin 10m M M ︒=可以计算出耳环螺栓螺纹处截面系数为4375mm J = 3/5.18872.3w W J m m ==3144n W m m = 225.18823 1.6974.4F mm π=⨯-⨯⨯=则耳环螺栓螺纹处截面应力水平为wwM P W F σ=- nn M W τ=he σ=根据上述公式，可以求得当摩擦系数µ取干燥表面最小值0.18时，1205he a M P σ=；当摩擦系数µ取正常润滑值0.04时，63.6h e a M P σ=；当摩擦系数µ取轻微润滑值0.09时，462he a M P σ=。

从三种摩擦系数的应力计算可看出：当叉形螺栓为正常润滑、转动灵活情况时，叉形螺栓转动摩擦力对耳环螺栓产生的应力为63.6a M P ，远低于材料强度极限1175b a M P σ=；当叉形螺栓转动为轻微润滑时，耳环螺栓应力为462a M P ，没有超过材料b σ值，但由于应力水平很高，会在应力集中严重的螺纹根部产生疲劳裂纹；当叉形螺栓转动面缺少润滑油（干燥表面）、转动不灵活，即使摩擦系数取最低值0.18（最高值为0.5），耳环螺栓的应力为1205a M P ，超过材料b σ值1175a M P ，耳环螺栓断裂。

2.1.4 结论通过以上分析，证明了该飞机收放作动筒的耳环螺栓从设计上来看，是没有问题的，造成耳环螺栓弯曲断裂的主要原因是：当叉形螺栓转动面润滑不好，转动不灵活时，在收放作动筒处于放下状态时，耳环螺栓承受附加弯矩，产生很大的应力导致破坏。

2.2飞机起落架收放作动筒断裂分析2.2.1试验过程与分析（1）断口分析①宏观观察作动筒的直径约为57mm ，壁厚约为5.0mm 。

端口垂直于作动筒轴线，无明显变形。

断口有一棕褐色弧形断裂区，这弧形断裂区由外表面起始，平坦细腻，面积不大，约占整个断口面积的5%，但穿透了作动筒壁厚，为断口的主裂纹源区。

在主裂纹源弧形扩展区两侧，还可见到很多次生裂纹源—由外表面起始并扩展的细小弧形断裂区。

断口在主、次裂纹源以外的外壁一侧和整个内壁一侧各有一斜断口（既剪切断裂区），斜口区宽度约为厚度的20%，其余断面为平断口区。

平断口区具有人字纹花样的快速断裂特征，人字纹的顶尖指向棕褐色主裂纹源弧形扩展区。

在作动筒主裂纹源区附近的外壁表面上，存在大量肉眼可见的表面裂纹。

②微观观察1.体视显微镜观察体视显微镜下观察，作动筒断口主裂纹源弧形扩展区的形貌特征可见。

主裂纹源弧形扩展区中有一台阶，表明有两个主裂纹源，弧形扩展区内有数条疲劳弧线，可以确定裂纹是以疲劳形式扩展的。

裂纹源区的附近外表侧有一带状断口区域，裂纹扩展棱线起始于断口带状区内侧，整个疲劳源均具有线状源的特点。

主疲劳源两侧有多个起始于外表面的次生裂纹源，这些次生断裂也起源于断口带状区内侧，扩展区平坦细腻。

主裂纹源表层的带状区域宽度较大，约为0.4mm，次生裂纹源的带状区域宽度约为0.12mm。

对作动筒外壁的表面裂纹进行观察。

在断口主源区的附近的外壁表面上，有很多与断口平行的表面裂纹，裂纹最长近30mm。

平行裂纹附近有很多网状分布的裂纹，只是横向裂纹比较轴向裂纹长，更加明显。

作动筒其他区域的表面裂纹中选取较长的一条打开，其断口形貌示于图3，可见3个深浅不一的棕褐色区域，一部分基本保持带状形貌，尚未扩展，其余部分裂纹已有了明显的扩展，形成深浅不同的两个弧形扩展区。

图3 外壁与断口平行表面裂纹打开后的断口形貌图4 作动筒断口主裂纹源区形貌2.扫描电镜观察图4为主裂纹源区域附近扫描电镜观察形貌，图中清楚地显示了裂纹扩展棱线从基体表层带状断口区域内侧边缘起始的特征。

由于断口覆有较厚的腐蚀产物，源区未观察到典型断裂形貌特征。

断裂扩展区未观察到明显的疲劳条带。

在断口源区和扩展区均观察到典型的腐蚀特征—泥纹花样，人字纹快速断裂区微观断裂特征为细小韧窝。

（2）金相检验在有网状表面裂纹的部位截取试块，沿作动筒轴向磨制金相试样。

体视镜下观察，在试样外壁一侧，有大量垂直壁厚的表面裂纹，裂纹深0.14～0.90mm。

在金相显微镜下观察，镀层厚度约为1.2mm，有不少裂纹位于镀层下，既基体表面存在裂纹，而镀层却保持完好。

侵蚀后，镀层下有的基体裂纹开口处两侧均有镀层金属，这表明裂纹在电镀前已存在。

在有网状表面裂纹的部位截取试块，沿作动筒横向磨制金相试样。

抛光状态下同样可以看到大量的基体表面裂纹，有的已经扩展到镀层表面，但裂纹深度较浅，在0.12～0.40mm之间。