航空液压泵定寿方法研究

黄作剑，屈怀松，陈轶希

（中国人民解放军驻五○一厂军事代表室，贵州贵阳　550018）

摘要：外场发生的技术质量问题较多，给飞行安全带来了较大影响，为此各级对航空液压泵的寿命工作给予了高度关注，急需对航空液压泵存在的问题及原因进行分析，在进行研究改进后，开展航空液压泵总寿命、翻修间隔期和翻修次数的技术研究工作，同时还需要研究确定可靠性改进验证方案和寿命考核方案，为彻底解决航空液压泵问题打下坚实基础，并以此为基础为上级拟定航空液压泵寿命管理办法提供良好参考意见。

关键词：航空液压泵，定寿方法，可靠性

1　引言

ZB-34M液压泵是1985年某厂为解决ZB-34液压泵外场使用中暴露分油盘气蚀、出口压力脉动大等技术质量问题，采取改进密封结构、降低工作液流速和摩擦副比压等设计改进措施的产品，与ZB-34原型泵相比有以下优点：单位重量功率增加；降低进口流速，改善气蚀现象；减小出口压力脉动；有效解决原型泵漏油问题；性能提高，首翻期延长。

2　航空液压泵存在问题及原因分析

航空液压泵发生的技术质量问题中主要以ZB-34系列航空液压泵为典型代表，3年来共发生了10余起较大质量问题，主要为循环散热接管嘴拉脱、传动轴尾端漏油等故障，严重危及飞行安全。故障模式主要表现为：轴尾漏油、循环散热接管嘴拉脱、轴承失效引起油泵损伤失效、液压泵效率低等。

（1）循环散热接管嘴拉脱

ZB-34原型液压泵接管嘴设计容错能力不足，在修理时多次拆装钢制接管嘴，引起安装座铝质螺纹损伤。同时在拆装接管嘴时，未使用扭矩扳手时，易引起安装座铝质螺纹损伤。

（2）ZB-34原型泵轴封失效导致的轴尾漏油

ZB-34原型液压泵由于轴尾采用球面机械密封结构，工艺性较差，泵长时间使用后密封性能逐步降低，加之修理后难以达到出厂精度要求，使得密封不良导致轴尾漏油。ZB-34系列其他液压泵轴尾密封结构已经改进，外场反映的轴尾漏油多是因为轴承失效引起的。

（3）轴承失效导致ZB-34M液压泵轴尾漏油和油泵失效

轴承失效的原因，一是轴承厂家将角接触推力球轴承座圈内径由φ30.2mm改为φ32mm后，座圈径向窜动量增大，受力情况恶化，可导致轴承摩擦生热增加；二是轴承滚道、保持架加工超差，造成轴承工作时钢球与保持架干涉，钢球产生异常磨损，导致轴承提前失效。轴承失效后钢球、保持架和滚道剥落的金属屑进入回油管路，附着在回油滤芯上，使得回油不畅，造成泵腔回油压力上升；同时剥落的金属屑进入轴尾密封机构，破坏机械密封面，导致液压泵轴尾密封失效漏油和油泵失效。

3　研究发展方向

对液压泵存在的外场故障问题需进行可靠性技术改进，解决外场重大典型质量问题、消除原故障模式和故障隐患；轴承制造厂家需对轴向推力滚珠轴承经过优化设计、工艺改进和寿命验证试验，消除轴承黑带、猫眼、剥落等早期失效故障，提高寿命和可靠性；依据内厂可靠性考核试验期的修理深度、修理间隔以及修理成本情况，需给出翻修间隔期和翻修次数值，力争与飞机同步；需完善ZB-34M航空液压泵修理技术条件，进一步提高产品修理后的可靠性；依据试验情况，需总结提炼液压泵的定寿技术和寿命管理工程经验，科学地给出液压泵外场使用方案。

研究的总原则是：

①改进后的液压泵原技术性能指标参数、立体空间尺寸、接口关系等技术状态保持不变；

②改进后的液压泵原外场维护保障设备保持不变；

③改进后的液压泵原首翻期保持不变，也不再进行考核；

④力争液压泵寿命、翻修间隔期等与飞机同步，考虑参加试验的液压泵修理次数与飞机大修次数相同，即修理次数不超过3次。修理时，当换件成本超过已核定修理价格的80％，产品不再修理。

为此，今后尚需开展以下工作。

3.1　液压泵可靠性改进

针对ZB-34M典型航空液压泵，改进设计、优化熔炼工艺，提高壳体铸件质量和摩擦副材料耐磨能力；解决油泵循环散热接管嘴拉脱、传动轴尾漏油、效率低等故障问题。

（1）提高分油盘耐磨能力

改进离心浇注机设备，设备的转速应该根据铸件直径大小可调整，并自身带有冷却系统，加强铸件的冷却效果；调整合金成分，提高合金性能；优化合金熔炼工艺，合金熔炼时净化合金液，提高合金液质量；建立金相图谱标准，通过建立完整的金相图谱标准，便于控制毛坯冶金质量。

（2）提高零件的清洁度要求

壳体内有大量的交叉孔，在交接处有可能产生毛刺，需购置专用工装清理，并采用内窥镜检查；在零件加工过程中，对一些零件增加超声波清洗、振动去毛刺等；产品装配前，通过能加温、加压的煤油冲洗台对零件进行冲洗。

（3）提高壳体铸件质量

优化熔炼工艺，熔炼时采用碳化硅坩埚、高纯铝，降低合金液中杂质元素Fe的含量，提高铸件的力学性能及冶金质量；改进模具，重新设计制造模具，增加冷却及加热系统，保证铸件在冷却过程中实现顺序凝固，提高铸件冶金合格率；重新选择铸造方法，采用低压铸造方法，合金液在有效控制压力下充型，能有效地控制充型速度，合金液充型平稳，减少或避免合金液在充型时的翻腾、冲击、飞溅现象，减少二次氧化，提高铸件质量。铸件在压力作用下凝固，可得到充分地补缩，组织致密，力学性能高。

（4）提高零件工作面的平面度要求

对于关键摩擦配对零件，例如转子、配油盘、进出口轴颈、轴尾封严衬套等，提高工作面的平面度要求，降低间隙泄漏，提高液压泵可靠性与寿命。

（5）解决轴承寿命、可靠性问题

将轴向推力滚珠轴承座圈孔径原φ32mm改为φ30.2mm，以降低惯性径向力对轴承工作寿命的影响；对轴向推力滚珠轴承采取按重要件验收控制；承制厂及时向轴承制造厂家提供轴承寿命攻关试验状况，共同商讨改进事项，轴向推力滚珠轴承具体优化设计、工艺改进由轴承制造厂家负责完成；轴向推力滚珠轴承经过优化设计、工艺改进后用于本次寿命可靠性试验的样本泵中，进一步进行总寿命考核。

（6）可靠性改进验证

在不改变研究原则和ZB-34M液压泵设计定型技术状态的前提下，进行可靠性改进有关验证试验。试验条件按ZB-34M液压泵专用技术条件要求，验证试验按照经评审后的《ZB-34M液压泵试验大纲》进行。轴承制造厂对轴向推力滚珠轴承开展优化设计、工艺改进，并完成验证试验。承制厂将改进后的轴承结合ZB-34M液压泵的可靠性改进验证试验进行考核；合格后随液压泵进行定寿试验。

3.2　ZB-34系列液压泵总寿命研究

选取ZB-34M典型航空液压泵为试验样本，分别提取试验泵子样和新泵子样，采取完善载荷谱和加速载荷谱，分别按1:1总寿命时数内厂台架试验方法，实施可靠性总寿命试验考核。

（1）试验泵子样选取

选取外场使用首翻期满（8年1000h）的6～8台液压泵，由承制厂按修理技术条件进行入厂接收检查、分解检查、性能复测检查，测量配对摩擦副的配合间隙，对结构受力零组件进行无损探伤检查和尺寸测量，然后列出需要更换的零组件清单，交大修厂进行修理，修理合格的液压泵为修理泵子样；抽取经承制厂可靠性技术改进后的2～3台液压泵为新泵子样。

（2）试验时间

考虑ZB-34M液压泵目标值与飞机寿命同步，因此总寿命试验时间定为3000h（工作时间）。如果产品寿命试验时间T0，总寿命目标值T1与T0关系见下式：

T0=T1×K　　（1）

式中，K为工程系数，一般取值为1.5。

由此可得：

①修理泵子样总寿命试验时间目标值T0=（3000h−1000h）×1.5=3000h。

②新泵子样总寿命试验时间目标值T0=3000h×1.5=4500h。

返修间隔期时间尽量与飞机大修时间匹配。在试验中每50h为一阶段进行产品性能测试，当某项指标低于寿命末期指标时，判定产品应进行翻修，此时累计的时间为翻修间隔期。产品在按修理技术条件修理合格后重新进行试验，试验时间重新计算。

（3）检查要求与试验截止

被试子样泵试验过程中，按每50h分为一个阶段，每个阶段开始后，收集分析泵回油口处的油液污染度，收集回油碎片并称重；每个工作班次检测记录液压泵进口油液污染度和50℃的运动黏度，当污染度高于GJB 420B—2006中8级或运动黏度低于8.5mm2/s时，采用循环或更换油液的方法，保证油液污染度和运动黏度；每2h检测记录试验过程中油泵的转数、出口压力、进口压力、回油压力、出口流量、回油流量、进口温度、回油温度；目视监察油泵工作平稳性。以50h为一阶段，每一阶段后进行性能测试。当该被试子样泵性能参数不满足寿命末期指标时，该被试子样泵试验截止，记录试验时间。产品按修理规范修理合格后继续试验，视为经过一次修理，另计试验时间。

（4）寿命的确定方法

ZB-34M液压泵试验完成后，产品试验时间T0按公式（1）计算；试验完成后，按产品实际的修理次数和每次修理之间的试验时间确定修理次数和返修间隔期。

4　结论

液压泵可靠性总寿命内厂考核试验完成与否，关键在于：

①液压泵的总寿命内厂试验属于首次开展，采用6～8子样试验数据评估寿命值的方法不具完全代表性。

②按照国外提供的加速寿命试验载荷谱开展过加速寿命试验外，国内液压泵尚没有一套开展液压泵加速寿命试验的方法，对加速寿命试验的加速因子确定尚没有权威的方法。

参考文献

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Study of lifetime evaluation method of Aviation hydraulic pump

Huang Zuojian, Qu Huaisong, Chen Yixi

（Military liaison office of the Chinese people's liberation army in 501 factory）

Abstract：There are many faults in aviation hydraulic pump,which is urgent to analyze the faults and reasons, and on the basis, the methods of lifetime evaluation in aviation hydraulic pump need to be studied. This paper summarized the common failure modes and causes of the aviation hydraulic pump, and put forward the methods to improve the reliability of the hydraulic pump, and studied the total life of the ZB-34 series hydraulic pump. This research has a great reference value for the aviation hydraulic pump.

Keywords：Aviation hydraulic pump; Lifetime evaluation method; Reliability; Failure analysis