液壓系統多余物的預防與控制

連小帥 于 淼 王 玨 喬國勇

1.山西航天清華裝備有限責任公司 山西長治 046012 2.淮海工業集團有限公司 山西長治 046012

1 研究背景

多余物的產生涉及產品研制的全過程,從原材料選用、元器件采購,到產品制造、調試、試驗、運輸、使用等環節,均有可能存在多余物侵入[1]。目前,液壓管道一般采用焊接液壓管道及卡套式液壓管道。焊接液壓管道多數采用酸洗等工藝措施來控制多余物,卡套式液壓管道的多余物控制主要分布在管道切割、管道彎制、管口成形等環節。在航空航天產品研制生產中,液壓系統多余物控制始終是重點。在國內外航天產品試驗中,由于多余物問題導致元器件失效的現象時有發生,有的甚至直接導致發射任務失敗。為保證產品的穩定性及可靠性,筆者基于EO2-FORM連接形式及企業現有的設備設施,展開液壓系統多余物預防與控制研究,形成一套量化、可靠的多余物控制方法。

2 總體思路

液壓系統中,油液固體顆粒的污染等級應符合QJ 2724.1—1995《航天液壓污染控制 工作液固體顆粒污染等級編碼方法》標準中16/13級、油液含水量不高于0.008%的要求,基于此,結合EO2-FORM連接形式結構特征,對EO2-FORM連接形式中管口成形制造工藝過程進行分析,確定多余物產生的主要環節,研究多余物控制的工藝方法。

分析系統中各液壓元件多余物控制措施,確定多余物控制薄弱環節,并量化檢測指標,提出有效控制措施,進而形成一套合理、有效的液壓系統多余物控制工藝方案,完成工藝方案的驗證、推廣、應用工作。

3 EO2-FORM連接形式多余物分析

EO2-FORM連接形式在EO2彈性密封的基礎上采用冷成形工藝,極大增強了連接剛度,減小了預裝力矩。與傳統焊接接頭相比,EO2-FORM連接形式制作工序簡單,維修性、可靠性、一致性較高。EO2-FORM連接形式需采用專用的設備完成管口成形,管口成形過程對液壓管端面與軸線的垂直度、液壓管表面粗糙度等有較高要求。EO2-FORM連接形式結構剖視圖如圖1所示。

基于企業現有的數控彎管機、管道切割機、平口機、刮刀、直磨機、管口成形機等設備,現行管口成形工藝主要流程為:準備工作→管道彎制→管道切割→管口毛刺清理→管口成形機成形→清洗彈丸清洗。

▲圖1 EO2-FORM連接形式結構剖視圖

對管口成形工藝過程進行分析,多余物主要存在于管道切割后內表面及管口毛刺清理環節,分別如圖2、圖3所示。清洗彈丸清洗屬于氣體吹除法,適用于去除表面積較大的顆粒多余物,多用于小口徑管道的清洗。對于管道內表面質量存在缺陷的原材料,清洗物容易掛在表面毛刺等缺陷位置[2]。

▲圖2 管道切割后內表面▲圖3 管口毛刺清理環節

工藝方法選擇不當,工藝措施不細化、量化,容易產生多余物[3]。對管道內表面進行清洗時,無法量化多余物指標,僅采用目測確認無明顯灰塵,存在一定的風險。

4 液壓元件多余物分析

液壓系統的主要液壓元件包括集成塊通道體、液壓缸、液壓油箱等[4]。集成塊通道體孔隙結構復雜,采用五倍光學內窺鏡進行檢查。光學內窺鏡應用于管道內腔、焊縫質量檢查等方面,可以直觀地檢查管道內部的多余物情況,并能夠對多余物的形狀、位置進行準確判定[5]。采用光學內窺鏡,可以排除通道體孔道存在多余物的情況。

液壓缸安裝前需要進行各種常規測試,并且清潔度等級要求較高[6]。液壓缸裝配前,對所有金屬件及非金屬件采用相應的清洗劑清洗,裝配后采用相應的清洗設備進行循環清洗,并完成油液顆粒污染度檢測。對油液中的顆粒污染物進行檢測,主要確定油液顆粒污染度和顆粒分布,以防止油液顆粒污染度超過液壓系統關鍵元件的污染耐受度,從而為油液的凈化提供技術支持[7]。

多余物指產品中存在的由外部進入或由內部產生的與產品規定狀態無關的一切物質[8],生產過程中的任何一個環節都有可能產生或引入多余物[9]。液壓油箱生產中,采用自動鎢極氬弧焊結合手工鎢極氬弧焊的方式進行焊接,焊接后進行水壓密封試驗及內表面清洗。對于水壓密封試驗的水源污染度及油箱內表面焊接所產生的焊渣、飛濺等多余物,只能目測清洗,無法形成量化指標,存在一定的風險。因此,油箱的多余物控制是重點。

5 液壓系統多余物控制工藝方法

經過EO2-FORM連接形式多余物分析及液壓元件多余物分析,確定液壓系統多余物控制的重點環節是管口成形過程的多余物控制和液壓油箱內表面的多余物控制。

基于管口成形工藝中的清洗彈丸清洗環節,利用工藝接頭及工藝密封組件將各規格的液壓管道串聯,使用符合標準的液壓油對管道進行30 min循環清洗。各管道清洗完畢后,從管道末端對液壓油進行取樣檢測,檢測結果應滿足技術文件中的油液顆粒污染度和含水量要求。若檢測結果不滿足技術文件要求,則應重新進行循環清洗,直至取樣結果滿足技術文件要求。液壓管道清洗后,對于暫不裝配的管道,用潔凈的塑料布或氣泡膜進行防護。液壓管道串聯循環清洗現場如圖4所示。

▲圖4 液壓管道串聯循環清洗現場

將符合指標的液壓油注入液壓油箱,靜止1.5 h實現沉淀。從液壓油箱底部泄油口對油液進行取樣檢測,油液含水量不超過0.008%,油箱油液顆粒檢測滿足16/13級。如若不滿足技術指標,則采用工裝油源進行循環清洗,直至油液顆粒檢測滿足技術指標要求。滿足技術指標要求后,直接連接液壓系統進行系統油源內循環沖洗,有效降低生產成本。

6 整體工藝流程

基于管口成形過程多余物控制及液壓油箱內表面多余物控制,對液壓系統多余物控制工藝流程進行優化設計。多余物控制工藝流程由上裝前地面預沖洗、工裝油源循環清洗、上裝后系統油源內循環沖洗三部分組成。

上裝前地面預沖洗時,將液壓管道串聯在一起,使用工裝油源對管道進行初步循環清洗[10]。

工裝油源循環清洗時,采用精度不低于5 μm的濾油機將10號航空液壓油加注至油箱內,按液壓油箱內表面多余物控制方法進行循環清洗及顆粒檢測,直至滿足技術指標要求。

上裝后系統油源內循環沖洗時,液壓管道在主機設備上完成安裝,短接油缸、馬達等執行元件,由工裝代替節流閥、比例溢流閥、比例調速閥等液壓閥件,使用系統油源對各回路的液壓管道逐一進行循環清洗。循環清洗油源的出油口設置專用高壓濾油器,回油口設置回油濾油器,均采用工藝濾芯。內循環沖洗后,對油液進行顆粒檢測,合格后方可將所有代替工裝更換為相應的正式產品合格件,并將高壓濾油器和回油油濾器的濾芯更換為正式產品。

液壓系統多余物控制工藝流程如圖5所示。

▲圖5 液壓系統多余物控制工藝流程

7 實際應用

應用液壓系統多余物控制工藝流程對企業現有設備的液壓系統進行裝配、試驗,裝配、試驗結果均滿足技術指標要求。

交付用戶使用1 a后,未出現因多余物導致的功能試驗異常及切圈、漏油等現象。

8 創新點

(1) 通過量化指標對管口成形工藝的多余物進行控制,提高了控制效果。

(2) 通過量化指標對液壓油箱焊接及水壓密封試驗產生的多余物進行控制,提高了控制效果。

(3) 對液壓油箱注油清洗進行工序調整,完成工藝優化,工裝油源循環清洗與系統油源內循環沖洗實現一次注油清洗,有效降低生產成本。

(4) 形成了一套穩定、可靠的液壓系統多余物預防與控制工藝流程,通過上裝前地面預沖洗、工裝油源循環清洗、上裝后系統油源內循環沖洗三個環節保證液壓系統的穩定性,實現液壓系統100%合格率。

9 結束語

筆者基于EO2-FORM連接形式及企業現有設備設施,研究了液壓系統多余物預防與控制工藝流程,實現了多余物的有效控制。目前,通過多余物預防與控制,企業現有設備在生產過程中未出現液壓系統漏油及功能試驗異常等情況,合格率達到100%。