论文部分内容阅读
摘要：某型飞机外场定检发现主起落架协调钢丝有断丝现象。通过断口宏观观察、理化分析，结合钢索制造使用运动分析，探讨钢索在使用过程中发生断丝的原因，并通过采取改进套筒倒角尺寸、优化钢索收压过程控制、转运与装配时防止弯曲的控制要求、增加定检频次等措施，提高其使用寿命，降低断丝隐患。
关键词：钢索；断丝；改进
Keywords：steel cable；wire breakage；improvement
0 引言
钢索因具有较高的抗拉强度、疲劳强度以及可传递长距离负载等特点，在操纵系统中得到广泛应用。飞机用钢索通常由碳素钢或不锈钢制成。钢索的单体结构是钢丝，一束钢丝按螺旋形或锥盘形扭织成股，然后以一股为中心，其余数股汇合编织成钢索。钢索的规格型号根据所具有的钢丝股数和每股钢丝的根数来划分。钢索接头形式一般为球形式、长螺杆式、孔眼式、叉形式。钢索接头依靠挤压成型机的挤压与钢索连接。
1 故障描述
一架某型飞机定检过程中发现左主起落架协调钢索断丝，该机已飞行使用568小时47分钟。钢索断丝位置，轴向方向在套筒收压后小直径一头，径向方向在两段钢索叠压最厚处（见图1）。
2 制造原因分析
2.1 钢索制造过程检查及验证
该钢索制造工艺工序内容为“检—冲压—检验—钳—检—强度试验—检—终检”，工序设置合理。收压按照标准要求进行，技术要求依据充分，符合该钢索图样制造技术要求，钢索连接示意图如图2所示。
操作者现场展示了试件的收压过程。收压套筒时，按照三种尺寸规格逐级由大到小收压，每种规格均匀旋转收压，收压过程合理。
2.2 钢索制造过程验证
对钢索制造过程制定试验验证方案。考虑套筒尺寸公差、收压开展破坏拉力试验、套筒圆角尺寸、长度尺寸等因素，进行分析验证（见表1），按五种规格加工套筒（均在原图样要求范围内）试验件，并从分件机械加工到组合钢索收压，采用原制造工艺、原操作人员、原加工工装进行钢索试验件收压，试验数量18件，100%进行破坏拉力试验。
破坏拉力试验后，有12件从钢索中间部位断丝，5件从钢索收压小头处断丝，1件从收压小头完全断开。
根据以上试验结果得出：
1）试验件数量18件，收压后检查钢索，无断丝情况。
2）收压后进行破坏拉力试验，未发现钢索从套筒内脱出情况。
3）所有试验尺寸钢索收压后破坏拉力为5850～6100N，按照收压标准要求破坏拉力为4214N，均合格。
4）试验验证圆角R、长度L及内外圆尺寸在此阶段对钢索断丝无决定性影响。
5）切开收压后套筒，收压最小处钢索受到一定挤压力发生变形，但挤压变形很小（见图3）。
3 故障件斷丝受力分析
故障件断丝位置在钢索轴向方向的套筒收压后小直径一头，径向方向为两段钢索最厚处附近，是径向受挤压载荷力最大集中区，即钢索受力点（断丝位置）为套筒径向静压力和钢索工作时轴向拉力的交汇处，如图4、图5所示。
4 故障原因分析
1）套筒收压时钢索承受挤压应力
根据钢索断丝特点及位置，钢索小直径收压处受径向挤压应力，收压后在最外侧钢丝会有一定的挤压变形，形成后期断丝主要源头。
2）套筒内孔圆角R小
对套筒小直径处内圈倒角R较大的试验件与倒角R较小的试验件收压后进行对比，套管内圈倒角R越小，收压后产生的局部挤压力越大（倒角部位与钢丝的接触面积越小），越容易挤伤钢丝。
3）钢索在日常检查、运转、装配、使用过程中，可能偶发过度弯曲现象，造成钢索套筒收压小头处反复弯曲变形，增大此处钢索变形量，加大诱发断丝风险。
4）钢索在机上正常使用时，钢索调节的松紧度、使用频率均与断丝有一定关系。钢索在工作状态下常会受到较大的冲击力，受力瞬间有一定的微动磨损，可能诱发应力集中位置发生断丝。
综上分析，钢索套筒在收压过程中，套筒收压小直径端对钢索最外侧钢丝造成一定的挤压变形，在使用过程中钢索受微动磨损及反复拉力诱发疲劳断丝。同时，通过试验验证，钢索破坏拉力试验数据合格，钢索在极限拉力下的破坏断裂表现为一股一股断裂，不是瞬间失效断裂。因此，此次钢索断丝为偶发事件。
5 整改措施及建议
综上分析及试验验证，采取以下措施，以最大限度规避风险，降低断丝隐患。
1）完善制造工艺规程
增加分件套筒尺寸控制技术要求。通过调整套筒内孔、外圆、长度、粗糙度、圆角技术要求，在保证破坏拉力试验合格范围内，减小收压时钢索所受挤压力。将技术要求落实到制造工艺规程中，统一规范加工尺寸，消除操作者凭经验加工造成质量不确定性的隐患。
2）优化钢索收压过程控制
在钢索收压时，除严格按照《钢丝绳在套环上压紧收头》通用工艺执行外，增加逐级尺寸收压技术要求，落实到制造工艺规程中，并增加过程检验要求。
3）增加对钢索在转运、装配过程中防止弯曲的控制要求。
4）建议对飞行超过500h的钢索增加检查频次。
参考文献
[1]凌晨，吴澎.浅谈钢丝绳失效原因[J].冶金标准化与质量，2008（5）.
[2]罗裕富. Cessna172R飞机操纵系统钢索分析[J].科技风，2012（12）：55-57.
[3]范昱，李子昂，雷波，等.某型发动机操纵系统钢索断裂故障分析与改进设计[J].教练机，2018（3）.
作者简介
赵尚志，工程师，长期从事航空装备保障及修复相关领域工作。
关键词：钢索；断丝；改进
Keywords：steel cable；wire breakage；improvement
0 引言
钢索因具有较高的抗拉强度、疲劳强度以及可传递长距离负载等特点，在操纵系统中得到广泛应用。飞机用钢索通常由碳素钢或不锈钢制成。钢索的单体结构是钢丝，一束钢丝按螺旋形或锥盘形扭织成股，然后以一股为中心，其余数股汇合编织成钢索。钢索的规格型号根据所具有的钢丝股数和每股钢丝的根数来划分。钢索接头形式一般为球形式、长螺杆式、孔眼式、叉形式。钢索接头依靠挤压成型机的挤压与钢索连接。
1 故障描述
一架某型飞机定检过程中发现左主起落架协调钢索断丝，该机已飞行使用568小时47分钟。钢索断丝位置，轴向方向在套筒收压后小直径一头，径向方向在两段钢索叠压最厚处（见图1）。
2 制造原因分析
2.1 钢索制造过程检查及验证
该钢索制造工艺工序内容为“检—冲压—检验—钳—检—强度试验—检—终检”，工序设置合理。收压按照标准要求进行，技术要求依据充分，符合该钢索图样制造技术要求，钢索连接示意图如图2所示。
操作者现场展示了试件的收压过程。收压套筒时，按照三种尺寸规格逐级由大到小收压，每种规格均匀旋转收压，收压过程合理。
2.2 钢索制造过程验证
对钢索制造过程制定试验验证方案。考虑套筒尺寸公差、收压开展破坏拉力试验、套筒圆角尺寸、长度尺寸等因素，进行分析验证（见表1），按五种规格加工套筒（均在原图样要求范围内）试验件，并从分件机械加工到组合钢索收压，采用原制造工艺、原操作人员、原加工工装进行钢索试验件收压，试验数量18件，100%进行破坏拉力试验。
破坏拉力试验后，有12件从钢索中间部位断丝，5件从钢索收压小头处断丝，1件从收压小头完全断开。
根据以上试验结果得出：
1）试验件数量18件，收压后检查钢索，无断丝情况。
2）收压后进行破坏拉力试验，未发现钢索从套筒内脱出情况。
3）所有试验尺寸钢索收压后破坏拉力为5850～6100N，按照收压标准要求破坏拉力为4214N，均合格。
4）试验验证圆角R、长度L及内外圆尺寸在此阶段对钢索断丝无决定性影响。
5）切开收压后套筒，收压最小处钢索受到一定挤压力发生变形，但挤压变形很小（见图3）。
3 故障件斷丝受力分析
故障件断丝位置在钢索轴向方向的套筒收压后小直径一头，径向方向为两段钢索最厚处附近，是径向受挤压载荷力最大集中区，即钢索受力点（断丝位置）为套筒径向静压力和钢索工作时轴向拉力的交汇处，如图4、图5所示。
4 故障原因分析
1）套筒收压时钢索承受挤压应力
根据钢索断丝特点及位置，钢索小直径收压处受径向挤压应力，收压后在最外侧钢丝会有一定的挤压变形，形成后期断丝主要源头。
2）套筒内孔圆角R小
对套筒小直径处内圈倒角R较大的试验件与倒角R较小的试验件收压后进行对比，套管内圈倒角R越小，收压后产生的局部挤压力越大（倒角部位与钢丝的接触面积越小），越容易挤伤钢丝。
3）钢索在日常检查、运转、装配、使用过程中，可能偶发过度弯曲现象，造成钢索套筒收压小头处反复弯曲变形，增大此处钢索变形量，加大诱发断丝风险。
4）钢索在机上正常使用时，钢索调节的松紧度、使用频率均与断丝有一定关系。钢索在工作状态下常会受到较大的冲击力，受力瞬间有一定的微动磨损，可能诱发应力集中位置发生断丝。
综上分析，钢索套筒在收压过程中，套筒收压小直径端对钢索最外侧钢丝造成一定的挤压变形，在使用过程中钢索受微动磨损及反复拉力诱发疲劳断丝。同时，通过试验验证，钢索破坏拉力试验数据合格，钢索在极限拉力下的破坏断裂表现为一股一股断裂，不是瞬间失效断裂。因此，此次钢索断丝为偶发事件。
5 整改措施及建议
综上分析及试验验证，采取以下措施，以最大限度规避风险，降低断丝隐患。
1）完善制造工艺规程
增加分件套筒尺寸控制技术要求。通过调整套筒内孔、外圆、长度、粗糙度、圆角技术要求，在保证破坏拉力试验合格范围内，减小收压时钢索所受挤压力。将技术要求落实到制造工艺规程中，统一规范加工尺寸，消除操作者凭经验加工造成质量不确定性的隐患。
2）优化钢索收压过程控制
在钢索收压时，除严格按照《钢丝绳在套环上压紧收头》通用工艺执行外，增加逐级尺寸收压技术要求，落实到制造工艺规程中，并增加过程检验要求。
3）增加对钢索在转运、装配过程中防止弯曲的控制要求。
4）建议对飞行超过500h的钢索增加检查频次。
参考文献
[1]凌晨，吴澎.浅谈钢丝绳失效原因[J].冶金标准化与质量，2008（5）.
[2]罗裕富. Cessna172R飞机操纵系统钢索分析[J].科技风，2012（12）：55-57.
[3]范昱，李子昂，雷波，等.某型发动机操纵系统钢索断裂故障分析与改进设计[J].教练机，2018（3）.
作者简介
赵尚志，工程师，长期从事航空装备保障及修复相关领域工作。