噴丸強化技術在某型作動筒延壽修理中的應用

趙西洋，陳曉秀，孟海英

（大連長豐實業總公司，遼寧 大連 116038）

某型作動筒壽命僅為6000±150起落，在飛機的全壽命期內，共需要 4套作動筒，這不僅增加了維修工作量，還增大了成本。如作動筒壽命能延長至12 000±150起落，飛機全壽命期內僅需要2套作動筒，既減少了維護的工作量，又降低了換新成本。

1 噴丸強化處理和疲勞壽命試驗

1.1 噴丸參數的確定

噴丸強化處理是國內外廣泛使用的一種在再結晶溫度以下的表面強化方法，是顯著提高金屬零件抗疲勞和抗應力腐蝕性能的有效途徑[1-2]。作動筒零件形狀結構復雜，有螺紋、耳片、油槽等，沒有完全相同的工藝參數，因此需要試驗確定工藝參數。針對不同幾何形狀、不同部位，設計正交試驗，確定彈丸材質、尺寸、噴丸強度、覆蓋率等工藝參數[3]，見表1。

1.2 疲勞壽命試驗

1.2.1 試驗載荷譜

作動筒的載荷譜分為收放載荷譜和地面載荷譜[4]。收放載荷譜由氣動載荷、慣性載荷、轉動慣性載荷、上鎖載荷、護板載荷、摩擦力等要素決定，合成轉換到作動筒上，得出總載荷與行程成對應關系及收放載荷譜[5]。地面載荷[6]由起落架所受的地面載荷轉換而來，所以應先計算編寫起落架地面載荷譜，再轉化為作動筒的地面載荷譜。

表1 針對不同部位的工藝參數

由前起落架的結構，通過受力分析可知，前作動筒不受地面載荷，只承受收放載荷，因此只需編寫收放載荷譜。而主起落架的結構決定主作動筒除了受收放載荷以外，還受地面載荷，但收放載荷卻遠小于地面載荷。

1.2.2 典型零件疲勞試驗

對強化前后的主、前耳環螺栓進行疲勞壽命對比試驗，驗證強化效果。試驗按等幅軸向疲勞進行[7]。如果試驗到106次未破壞，增加載荷10%繼續試驗[8]，如繼續試驗次數再次達到106次仍未破壞，再增加載荷10%繼續試驗，如仍未破壞，試驗到3×106次，試驗停止。強化處理前后的典型零件數量各不少于 3件，試驗在專業的疲勞試驗機上進行。

1.2.3 作動筒整體疲勞試驗

前作動筒需要在專用的臺架上進行收放疲勞試驗，因此，針對前作動筒，模擬飛機上的使用形式，研制了專門的試驗臺架。

考慮主作動筒的收放載荷遠小于地面載荷，通過疲勞分析，疲勞試驗時，可以將收放載荷通過修正系數加到地面載荷中試驗，不再單獨做收放疲勞試驗。主作動筒的疲勞試驗在疲勞試驗機上進行。

試驗開始應連續加載，試驗次數不小于 4×(12000－Ns)（發散系數取4，Ns為已經使用次數），如果試件未破壞，試驗到48 000次停止試驗。延壽前后的前作動筒各1件，延壽前后的主作動筒各2件。

2 結果及分析

2.1 典型元件的試驗結果及分析

噴丸強化處理后的前耳環螺栓、主耳環螺栓試驗結果分別見表 2、表 3。元件成組試驗統計分析結果見表4[9]。DFR計算結果見表5。

2.2 作動筒整體的結果及分析

第一件未修理作動筒，在試驗到24 000起落停機檢查，作動筒接頭、活塞桿螺紋、夾具，銷軸等正常。試驗到3萬起落左右，發現耳環螺栓緊固圈產生裂紋。因不影響總體功能，繼續試驗到4.8萬起落結束試驗。

第二件未修理作動筒，在試驗到24 000起落停機檢查，作動筒接頭、活塞桿螺紋、夾具，銷軸等正常。試驗到2.8萬起落左右，發現耳環螺栓緊固圈產生裂紋。為防止斷裂，用膠紙保護，直至4.8萬起落，由試驗機拆下作動筒，發現緊固圈已經全部斷裂。

第三件、第四件為強化后作動筒，在安裝時緊固圈擰得比較松，因此到4.8萬起落，全程試驗未見任何零件裂紋。

全部試驗件4.8萬起落后分解檢查，檢查探傷發現兩件作動筒萬向接頭連接銷軸在中間出潤滑油孔邊裂紋。

主起落架收放作動筒，無論是經過延壽修理（噴丸強化），還是未經延壽修理的全部通過了48 000起落數試驗。試驗過程發現，耳環螺栓的保險固定圈產生裂紋或發生斷裂，其原因為試驗載荷譜最大壓縮過大，大變形引起固定圈載荷過大，因此斷裂，后面的試驗固定圈擰緊放松，因此沒有發生斷裂。

表2 前耳環螺栓試驗結果對照

表3 主耳環螺栓試驗結果對照

表4 元件成組試驗統計分析結果

表5 DFR計算結果

試驗24 000起落分解檢查，全部試驗件未發現任何裂紋。48 000起落分解探傷發現，第一件作動筒萬向接頭的銷軸中間潤滑油通孔孔邊發生裂紋。經疲勞分析發現，油孔位置順作動筒軸向，應力集中位于最大應力部位，會產生疲勞裂紋。

如果孔位于橫向Nsj=498 587 261起落，疲勞壽命足夠，應力集中避開最大應力部位，不會產生疲勞裂紋。在試驗完成48 000起落后，進行探傷檢查，發現有兩件產生疲勞裂紋，發生概率為50%。由于螺紋位置在萬向接頭耳孔中間，屬于緩慢擴展裂紋。至試驗結束，裂紋較小，不會發生瞬時斷裂?？梢园?8 000起落試驗結果定壽，但是定壽應注意銷軸的檢查與更換。

主起落架收放作動筒（包括未修理和延壽修理的）已經達到延壽要求，實現并超過10 000起落的目標。由試驗定壽計算公式得Nsd≥=18 000起落，因此試驗壽命應該為18 000起落。

未強化處理前作動筒在試驗到48 000起落（實際加載48 160起落）結束前，斷裂2件前耳環螺栓，其他零件未發生破壞。強化處理后前作動筒試驗，自始至終沒有發生零件損壞更換問題，試驗48 000起落（實際加載48 595起落），作動筒完好。

3 結論

1）典型元件主耳環螺栓和前耳環螺栓疲勞對比試驗表明，噴丸強化可以明顯提高耳片、螺紋壽命，噴丸是延壽修理有效手段之一。

2）主作動筒銷軸所有試驗件均未進行修理強化，試驗前如果使用 6 000起落，試驗壽命按 N=(24 000/4)+6 000=12 000起落（疲勞分析結果為Nsj=15 024起落）計算?？紤]保險，在大修時應重點檢查，進行仔細拋光孔邊或噴丸，并在裝配時注意孔的方向，可以繼續使用。

3）未強化處理與強化處理的主作動筒總體壽命≥18 000起落。

4）對于未強化處理的前作動筒，由于耳環螺栓發生提前斷裂，作動筒定壽可以不包括耳環螺栓，可以在延壽修理時換件解決。

5）噴丸強化后的前作動筒，耳環螺栓進行了噴丸強化，所以壽命提高，并且試驗未發生破壞，可以按照與作動筒相同壽命定壽。