提高空客A320輪轂缺陷檢出率的主要方法

（福建船政交通職業學院 機械工程系，福州 350007）

0 引言

空客A320是歐洲空中客車工業公司研制的雙發中短程150座級客機，該機型是世界上最暢銷的、市場上機體最寬的單通道客機，是目前國內各大航空公司的主流機型之一。A320的主起落架位于飛機大翼下，采用三點液壓收放形式，共有6個機輪，前和左、右主起落架各有2個機輪，如圖1所示。

圖1 空客A320

由于機輪在飛機起飛、著陸時承受較大的沖擊載荷，易產生疲勞裂紋、掉塊、爆胎等缺陷（如圖2所示），一旦缺陷擴展，將導致輪轂結構失效，造成嚴重的飛行事故[1]，因此早期對輪轂進行預防性探傷、飛機服役過程對機輪進行定期檢查并提高檢出率，都是避免發生輪轂結構斷裂的重要手段。

圖2 輪轂裂紋缺陷

1 影響空客A320輪轂缺陷檢出率的主要因素

目前，在航空維修中NDT常規檢查方法有磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測、射線檢測和渦流檢測等。其中，渦流探傷方法由于對金屬表面疲勞裂紋敏感，檢測周期短，對被檢結構表面要求不高等特點，被公認為檢測輪轂結構缺陷的最佳檢測方法[2]，特別是空客A320輪轂結構為鋁合金材料，采用檢測信號單一的渦流探傷可有效避免材料鐵磁性的干擾。

1.1 輪轂渦流探傷檢測現狀

目前，國內對飛機輪轂的渦流探傷檢測大多采用的是傳統手動掃查（如圖3所示），其缺點在于：費時費力；受檢測人員技術水平的影響較大，漏檢和誤判概率較高；由于飛機輪轂表面不規則，可靠性低，探傷儀拾取信號不穩定，檢測過程無法形成規范的流程，檢查重復性較差[3,4]。

圖3 飛機輪轂手動渦流探傷檢測

通過現場試驗得知，人工手動渦流探傷A320輪轂所需的時間大致為5～9分鐘（如表1所示），即輪轂渦流檢測速度大概為0.5米/秒，而國外多為機器自動探傷，最大檢測速度為2米/秒[5]，平均為1米/秒，與國際先進水平仍有較大差距，這主要是由于手動探傷時，在圓周方向上移動時相當于S形前進，且每次探頭前進的長度不能大于探頭直徑的一半，而機器自動探傷時，由于探頭是安裝在一個隨動測量裝置上，因此可以適應輪轂邊緣的各種曲線而不用事先編程輸入輪轂邊緣曲線，所有的檢查都是在恒定表面速度下進行，而不是固定旋轉速度，這使得渦流濾波器能夠發揮最優性能，不受輪轂錐度影響，穩定性佳，漏檢概率低。表2為空客A320輪轂渦流探傷國內外檢測效率對比。

表1 空客A320輪轂人工渦流探傷平均時間

表2 空客A320輪轂渦流探傷國內外檢測效率對比

1.2 影響輪轂渦流檢測效率的主要因素

由1.1可以看出，對渦流檢測分析而言，機器和人工探傷的效率和優劣差異明顯，先進的設備和專業經驗豐富的檢驗人員是影響檢測效率的重要因素，除此之外，工藝控制方面不夠完善，對每個細節無具體的控制時間；輪轂表面存在凹凸起伏，不易檢測，也都會降低檢測效率。通過實地調查了解，結合國內企業檢驗實際情況，得出影響因素的主次比例關系，如表3所示。可以看出，設備因素的比例高達55%，占到整體權重的一半以上，因此，采用高效率的自動探傷設備和工藝對提高效率有舉足輕重的作用。

表3 影響輪轂渦流檢測效率的主要因素

2 提高空客A320輪轂缺陷檢出率的主要方法

2.1 平均檢出率與循環數的關系

在實地檢驗過程中，我們發現A320輪轂缺陷的檢出率與循環數存在一定關系，如圖4所示。

圖4 輪轂缺陷平均檢出率與循環數的關系

由圖4可以看出，隨著飛機循環數的增加，輪轂缺陷的檢出率逐漸降低。當循環數達到10000次以上時，平均檢出率從100開始下降，當循環數到20000次時，平均檢出率降到了92.5%左右。因此，提高檢查率的方法之一是把重點放在提高10000循環以上的檢出率。

2.2 渦流探傷輔助儀的運用

由以上分析可知，影響空客A320輪轂缺陷檢出率最主要的因素是設備，若能采用國際先進設備，缺陷檢出率勢必提高，但目前國外輪轂渦流探傷設備成本普遍較高，對廠房環境要求也比較嚴格[6～8]。為最高限度的節約成本并提高檢出率，本文設計研發了一套適于空客A320的渦流探傷輔助設備。

2.2.1 三維模型建立

自動探傷的系統主要由輪轂升降旋轉機構、探頭自適應、自動掃查機構、渦流檢測處理系統和操作控制系統等部分組成。而手動探傷過程中，輪轂升降旋轉、探頭自動掃查等環節均需通過人工手動完成，為了減輕人工檢測的勞動強度和減少人為因素對檢測的影響，提高檢測效率，我們利用建模軟件對輪轂升降旋轉部分進行了模型輔助設計，得出初始模型，如圖5所示，并在此基礎上對各個部件進行受力分析，優化了整體外形，得出了最終的三維設計模型，如圖6所示。

圖5 渦流探傷輔助儀初始模型

圖6 渦流探傷輔助儀最終模型

由圖可以看出，該機構主要由減速電機、升降手輪、定位鉗等部分組成。升降手輪可實現輪轂升降，可調節定位鉗可深入主輪內圈，對輪轂進行卡位固定，優化后的升降臺更加穩固，調準機構前輪托盤可以調整定位鉗的大小，因此該裝置可以對幾乎所有類型的輪轂進行輔助渦流檢測。電機部分選用渦輪蝸桿變頻變速電動機（如圖7所示），此電機變速穩定，外觀小巧，可實現無極變頻調速，能更準確的控制輪轂旋轉速度，從而較好地保證探傷過程轉速恒定。

圖7 渦輪蝸桿變頻變速電動機

2.2.2 實施階段

將設計好的三維模型制成實物，投入到實際工作中，如圖8所示。該設備操作簡單，可輕松實現移動、升降功能，其自動縮放固定鉗，適用范圍廣，無極變頻調速基本解決了輪轂手動探傷過程的恒定轉速問題，較大地提高了渦流檢測效率及可靠性。

在此基礎上我們還對支架和自動固定縮放鉗進行了改進，增加了離合傳動機構，使電機和縮放鉗在有異物時能自動離合，保障了操作安全，使檢測效率及可靠性進一步提高，圖9為升級后的渦流探傷輔助設備正在進行輪轂探傷檢查。

圖8 渦流探傷輔助設備在輪轂探傷檢查中

圖9 升級后的渦流探傷輔助設備在輪轂探傷檢查

表4 使用渦流探傷輔助設備前后的探傷時間對比

2.2.3 驗證性試驗

1）探傷時間驗證

將使用渦流探傷輔助儀后的探傷時間與使用前的探傷時間進行對比后（如表4所示），發現使用后的時間比使用前平均提高了25%左右，大大提高了渦流檢測效率。

2）缺陷檢出率驗證

圖10為采用渦流探傷輔助設備后，探傷人員檢測出A320主輪輪緣處有裂紋，查詢手冊超出修理標準，按要求做了報廢處理。圖11為采用渦流探傷輔助設備后，探傷人員檢測出A320前輪螺桿安裝處的夾雜，并按手冊要求做了報廢處理。值得說明的是，這是該航空公司近兩年來第一次通過渦流檢測發現的有夾雜輪轂。

圖10 A320主輪輪緣處裂紋

圖11 A320前輪螺桿處夾雜

3 結論

1）檢測設備和檢驗人員水平是影響空客A320主輪輪轂檢出率的主要影響因素。

2）隨著循環數的增加，輪轂缺陷的檢出率降低。應把重點放在提高10000循環以上的檢出率。

3）自主研發的渦流探傷輔助設備，操作簡單，可輕松實現移動、升降功能，引用了無極變頻調速器，基本解決了輪轂手動探傷過程中的恒定轉速問題，其自動縮放固定鉗，適用范圍廣，離合傳動機構能有效保證操作安全，較大的提高了渦流檢測效率及可靠性。

4）試驗證明，自主研發的輔助設備投入實際工作，探傷時間比使用前平均提高25%左右，對提高空客A320輪轂裂紋、夾雜缺陷的檢出率具有良好效果。