某型飞机炸弹舱门操纵机构应急放不开锁故障研究
崔玉萍/四达机械制造公司
摘 要： 应急操纵机构是在液压系统有故障无法正常开关弹舱门时，用机械方法打开弹舱门保证战斗轰炸的一种重要可靠的备份系统。通过对炸弹舱门操纵机构生产现状进行调研，对应急放不开锁故障进行研究分析，提出了解决此故障的关键是改善钢珠锁受到的挤压应力。
关键词： 操纵机构；应急放不开锁；故障
1 故障现象
某型飞机应急操纵机构是在液压系统有故障无法正常开关弹舱门时，用机械方法打开弹舱门保证战斗轰炸的一种重要可靠的备份系统。在车间试验时经常出现钢珠锁打不开故障。此故障若在实际使用中发生，将造成极其严重的后果，不仅影响战斗任务的完成，甚至危及飞行安全。
2 故障分析
图1 炸弹舱门的操纵机构
对进厂的弹舱门操纵机构（见图1）的主要技术性能数据进行复试并做记录，以便预先了解进厂翻修前的情况，发现存在不开锁现象。对弹舱门机构的主要零件打上架次编号以做标记，并做到原件装配，避免零件窜件对装配关系的影响。严格按技术要求的规定检查测量零件尺寸。采取以上一系列的预先检查、严格故检、正确装配、调试、试验等措施后，基本消除了因工作条件不正常、装配误差造成的影响，但是产品性能仍不够稳定，应急放不开锁故障仍未彻底解决。
2.1 观察上锁及开锁过程出现的问题
观察上锁过程简图（见图2）中钢珠的运动。在关弹舱门的过程中，液压油经过三通接头后，一路到承力作动筒推动活塞1向左移动；另一路到应急开锁机构内推动活塞2向左移动，压缩弹簧2，当活塞杆上的限动块越过限动摇臂后,在弹簧3的作用下，限动摇臂顶住限动块，经过杠杆的反推使带球拉杆带动锥形活塞向右移动。由于这两路来油是同时动作的，在上锁过程中，靠活塞1推动钢珠运动，在未到达止动圈槽时，钢珠在活塞1和锥形活塞的挤压作用下，靠锥形活塞的斜面在弹簧的张力作用下，将钢珠推入止动圈槽内，并依靠锥形活塞侧壁挡住钢珠，使之不能脱出，这样，带杆活塞1就被钢珠锁住在外筒上。因此，在上锁的瞬间，钢珠处的挤压应力是很大的，不可忽视。上锁后，带杆活塞1所受到的外力是通过钢珠传到锥形活塞上的，所以锥形活塞要受到挤压力的作用。
图2 上锁过程简图
观察开锁过程简图（见图3）中钢珠的运动。在开弹舱门的过程中，由于作用在活塞杆1上的载荷很大（气动载荷、弹簧拉力、弹舱门自重等），钢珠作用在止动圈槽的支持平面上的单位压力很大，使钢珠和锥形活塞产生挤压。再加上正常开关几次后，锥形活塞的外圆变毛、光洁度严重下降、尺寸变大以及零件的热膨胀等因素，使应急开锁时钢珠不是滚动而是滑动，摩擦阻力很大，使锥形活塞过于紧涩或卡住不动，致使弹舱门应急放不开锁。
图3 开锁过程简图
2.2 观察旧件并进行分析
观察旧件（如图4所示），发现锥形活塞的外圆表面有严重的划伤痕迹，主要是在靠近倒角处有4.5mm长的压痕，最深处达0.3mm。由于受到挤压和剧烈摩擦，在4.5mm的长度上出现严重的塑性变形，其中靠近倒角处压痕深，远离倒角方向压痕逐渐变浅。从积屑瘤的方向看，挤压痕迹在上锁时就产生了。在正常开关弹舱门时，液压系统由于额定工作压力很大，钢珠锁能准确打开、关闭弹舱门，克服弹舱门本身重量、弹舱门两个大弹簧的力、空气阻力和回油阻力，因此，在上锁位置相当于承力作动筒活塞杆加载3650kg。而在应急开锁时，有很大的力作用在钢球上，钢球又把力传给锥形活塞，锥形活塞的开锁行程处，外圆表面已遭到严重损坏，粗糙度增大，机械传动部分的力不足以克服因摩擦力增大导致的运动阻涩，致使应急开锁时钢珠锁打不开。
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图4 锥形活塞
2.3 分析钢珠锁在锁住位置时止动圈、钢珠和锥形活塞之间的配合间隙
CORS在农村土地承包经营权确权项目中的应用………………………………………… 李卫新，纪勇，高磊（8-270）
图5 钢珠锁锁住位置配合间隙
最小配合间隙是指锥形活塞外径尺寸为最大、钢珠公称直径尺寸为最大、止动圈槽径尺寸为最小的尺寸，即：43-12.725-30.23＝0.045mm。
已知：止动圈槽径尺寸
，半径为
，锥形活塞外径尺寸
半径尺寸为
钢珠尺寸
为了改善弹舱门上锁时钢珠和锥形活塞之间的挤压和剧烈摩擦导致的运动阻涩情况，使开锁时钢珠能迅速脱离止动圈，在现有的生产条件和工艺装备下，在保证弹舱门操纵机构安装空间不变的情况下，不改变锥形活塞的原零件设计尺寸，可通过缩小公差带的范围，使锥形活塞和钢珠间的间隙增大。
四是体制机制因素。有利面是水资源节约、保护和合理利用的制度不断建设和完善之中，目前最严格的水资源管理制度正在贯彻落实，饮用水安全正在纳入政府考核体系，水权初始分配的一级市场基本建立。不利面是水价形成机制仍不健全，水资源核算制度还未真正建立，水资源有偿使用制度实施广度和深度还需要推进，有关水安全的考核、审计、监管的诸多基本难题有待破解，水利部门重建轻管，水权交易二级市场亟待建立。
将与球面衬套配合的带球拉杆右边的球与锥形活塞内孔侧壁之间的间隙由原来的0.2mm调整为0.2～0.4mm，防止装配后实际间隙为零或顶住锥形活塞的内孔壁，利用圆球的万向补偿作用，可以有效补偿积累到轴向的装配误差，这样也将有利于开锁。
但由于国与国之间的政治、经济、文化、宗教民俗、法律政策均存在相当大的差异，加上政局、汇率变动以及劳工政策、海外施工成本和海外签证等不可预测的因素，施工承包企业会面临和承受很大的风险[2]。如果事前预计不足、防控不当，不仅可能得不到预期的经济收益，严重的则可能巨亏。
3 排除方法
最大配合间隙是指锥形活塞外径尺寸为最小、钢珠公称直径尺寸为最小、止动圈槽径尺寸为最大的尺寸，即：43.035-12.675-30.19＝0.17mm。
3.1 增大锥形活塞与钢珠间的配合间隙
由于改进措施是在公差范围内将零件所有尺寸调整为下差，导致球面槽累积减少0.6mm，这就使带球拉杆与球面槽顶住，影响了球面的可调补偿作用。带球拉杆与壳体不同轴，使带球拉杆带动的锥形活塞与活塞1的轴线偏离了一个角度，那么在开锁时，锥形活塞与钢珠的配合就是一边过盈一边有间隙，即开锁力一边大一边小，会造成钢珠锁打不开的情况。为此，将杠杆上装带球拉杆的球面槽加深，将
距端面的中心高
控制在
以保证装配后带球拉杆运动灵活，并与壳体同轴，这样将有效传递开锁力。
3.2 保证球面槽的可调补偿作用
首先将锥形活塞的外径尺寸改成下差，其次将钢珠尺寸也改成下差，为了保证上锁时锥形活塞受力均匀，将沿圆周方向14个钢珠的尺寸误差控制在不大于0.003mm的范围内。这样使锥形活塞与钢珠在不改变零件尺寸精度要求的情况下全部做成最小，那么它们之间的配合间隙将增大，在上锁和开锁过程中的挤压应力将相对降低，有利于开锁。同时，提高锥形活塞的技术要求，将锥形活塞的同心度和与端面中心线的垂直度提高到0.03mm。
3.3 调整装配间隙以补偿累积误差
通过以上计算可以看出，钢珠锁在锁住位置时，止动圈、钢珠和锥形活塞之间并不产生塑性变形。挤压痕迹是在上锁的瞬间因钢珠与锥形活塞之间挤压造成的。由于钢珠和锥形活塞的接触面积很小（点接触），因此它们的挤压应力较大，受力处产生塑性变形。在上锁时，钢珠对锥形活塞表面产生较大的压应力，在上锁和开锁过程中锥形活塞与钢珠接触处产生塑性变形和较大的磨损。压紧力和磨损是造成应急放不开锁的主要原因。
如图5所示，钢珠锁在锁住位置。
3.4 改用合金渗碳钢改善零件疲劳性能
将锥形活塞的材料T10A（碳素工具钢）改为18Cr2Ni4WA。T10A含碳量为0.95%～1.04%，其淬硬性高，常用于制造耐磨性要求高的切削工具或零件；而18Cr2Ni4WA是一种优良的渗碳钢，经渗碳、淬火低温回火后，具有较高的表面硬度、心部韧性和疲劳强度，热处理后硬度为HRC60～HRC63.3，广泛应用于制造受冲击载荷的零件，可满足设计要求。锥形活塞在工作中主要承受冲击载荷作用，因此在满足表面耐磨性能要求的前提下，选用更适用于在苛刻条件下要求高韧性和疲劳强度的18Cr2Ni4WA，可有效降低零件受冲击载荷引起的磨损。
3.5 增大钢珠与止动圈槽的配合间隙
将止动圈槽控制在上偏差，使钢珠与止动圈槽的配合间隙增大，开锁时有利于钢珠滑出止动圈槽。
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3.6 锥形活塞头部结构设计改进
根据锥形活塞锁住钢珠时的伸出长度，对锥形活塞头部结构进行改进设计。可以将锥形活塞的外圆和端面之间的角度从原来的45°（见图6）减小到20°（见图7），将头部5mm处设计成20°的斜角，3mm处设计成
的斜角，在3～5mm之间过渡一个R5圆弧。与改进前相比，钢珠与锥形活塞之间的配合间隙有所增大，改善了锥形活塞的受力，降低了接触应力，减缓了上锁及开锁的瞬间冲击力，使上锁和开锁的接触应力趋于缓和。
图6 锥形活塞改进前
图7 锥形活塞改进后
4 结束语
通过以上对炸弹舱门操纵机构的工作原理和技术特性的分析可知，应急操纵机构是在液压系统有故障无法正常开关弹舱门时，用机械方法打开弹舱门以保证战斗轰炸的一种重要可靠的备份系统。应急系统有快速投入稳定工作的能力，可以防止因意外的液压和电源系统故障而造成的巨大损失，保证飞机战术技术性能，提高作战效率。本文通过对炸弹舱门操纵机构生产现状的调研，对应急放不开锁进行故障分析，发现故障的主要原因最终反映在钢珠锁处，因此解决此处故障是问题关键所在，采用的措施是通过缩小公差带的范围和改进锥形活塞头部尺寸，使锥形活塞和钢珠间的间隙增大。该方法可改善钢珠和锥形活塞的受力情况，增大钢珠和锥形活塞之间的配合间隙，从而减缓开锁时的挤压应力。在实际应用中排除了应急开锁时钢珠锁打不开的故障，能够满足修理要求。对锥形活塞头部结构的改进方案不需要提高零件的制造精度，工艺性较好，根据理论计算分析，该方案更容易开锁，是钢珠锁结构设计改进后的一种大胆尝试，还有待于试验验证其可靠性。
Study on the Failure of Emergency Unlocking of Bomb Door Control Mechanism for a Certain Type of Aircraft
Keywords： control mechanism；emergency unlocking；failure
作者简介
崔玉萍，高级工程师，主要从事航空装备修理技术管理研究。
标签：操纵机构论文; 应急放不开锁论文; 故障论文; 四达机械制造公司论文;