某型飛機主起落架協調鋼索斷絲故障分析及改進

摘要：某型飛機外場定檢發現主起落架協調鋼絲有斷絲現象。通過斷口宏觀觀察、理化分析，結合鋼索制造使用運動分析，探討鋼索在使用過程中發生斷絲的原因，并通過采取改進套筒倒角尺寸、優化鋼索收壓過程控制、轉運與裝配時防止彎曲的控制要求、增加定檢頻次等措施，提高其使用壽命，降低斷絲隱患。

關鍵詞：鋼索；斷絲；改進

Keywords：steel cable；wire breakage；improvement

0 引言

鋼索因具有較高的抗拉強度、疲勞強度以及可傳遞長距離負載等特點，在操縱系統中得到廣泛應用。飛機用鋼索通常由碳素鋼或不銹鋼制成。鋼索的單體結構是鋼絲，一束鋼絲按螺旋形或錐盤形扭織成股，然后以一股為中心，其余數股匯合編織成鋼索。鋼索的規格型號根據所具有的鋼絲股數和每股鋼絲的根數來劃分。鋼索接頭形式一般為球形式、長螺桿式、孔眼式、叉形式。鋼索接頭依靠擠壓成型機的擠壓與鋼索連接。

1 故障描述

一架某型飛機定檢過程中發現左主起落架協調鋼索斷絲，該機已飛行使用568小時47分鐘。鋼索斷絲位置，軸向方向在套筒收壓后小直徑一頭，徑向方向在兩段鋼索疊壓最厚處（見圖1）。

2 制造原因分析

2.1 鋼索制造過程檢查及驗證

該鋼索制造工藝工序內容為“檢—沖壓—檢驗—鉗—檢—強度試驗—檢—終檢”，工序設置合理。收壓按照標準要求進行，技術要求依據充分，符合該鋼索圖樣制造技術要求，鋼索連接示意圖如圖2所示。

操作者現場展示了試件的收壓過程。收壓套筒時，按照三種尺寸規格逐級由大到小收壓，每種規格均勻旋轉收壓，收壓過程合理。

2.2 鋼索制造過程驗證

對鋼索制造過程制定試驗驗證方案。考慮套筒尺寸公差、收壓開展破壞拉力試驗、套筒圓角尺寸、長度尺寸等因素，進行分析驗證（見表1），按五種規格加工套筒（均在原圖樣要求范圍內）試驗件，并從分件機械加工到組合鋼索收壓，采用原制造工藝、原操作人員、原加工工裝進行鋼索試驗件收壓，試驗數量18件，100%進行破壞拉力試驗。

破壞拉力試驗后，有12件從鋼索中間部位斷絲，5件從鋼索收壓小頭處斷絲，1件從收壓小頭完全斷開。

根據以上試驗結果得出：

1）試驗件數量18件，收壓后檢查鋼索，無斷絲情況。

2）收壓后進行破壞拉力試驗，未發現鋼索從套筒內脫出情況。

3）所有試驗尺寸鋼索收壓后破壞拉力為5850～6100N，按照收壓標準要求破壞拉力為4214N，均合格。

4）試驗驗證圓角R、長度L及內外圓尺寸在此階段對鋼索斷絲無決定性影響。

5）切開收壓后套筒，收壓最小處鋼索受到一定擠壓力發生變形，但擠壓變形很小（見圖3）。

3 故障件斷絲受力分析

故障件斷絲位置在鋼索軸向方向的套筒收壓后小直徑一頭，徑向方向為兩段鋼索最厚處附近，是徑向受擠壓載荷力最大集中區，即鋼索受力點（斷絲位置）為套筒徑向靜壓力和鋼索工作時軸向拉力的交匯處，如圖4、圖5所示。

4 故障原因分析

1）套筒收壓時鋼索承受擠壓應力

根據鋼索斷絲特點及位置，鋼索小直徑收壓處受徑向擠壓應力，收壓后在最外側鋼絲會有一定的擠壓變形，形成后期斷絲主要源頭。

2）套筒內孔圓角R小

對套筒小直徑處內圈倒角R較大的試驗件與倒角R較小的試驗件收壓后進行對比，套管內圈倒角R越小，收壓后產生的局部擠壓力越大（倒角部位與鋼絲的接觸面積越小），越容易擠傷鋼絲。

3）鋼索在日常檢查、運轉、裝配、使用過程中，可能偶發過度彎曲現象，造成鋼索套筒收壓小頭處反復彎曲變形，增大此處鋼索變形量，加大誘發斷絲風險。

4）鋼索在機上正常使用時，鋼索調節的松緊度、使用頻率均與斷絲有一定關系。鋼索在工作狀態下常會受到較大的沖擊力，受力瞬間有一定的微動磨損，可能誘發應力集中位置發生斷絲。

綜上分析，鋼索套筒在收壓過程中，套筒收壓小直徑端對鋼索最外側鋼絲造成一定的擠壓變形，在使用過程中鋼索受微動磨損及反復拉力誘發疲勞斷絲。同時，通過試驗驗證，鋼索破壞拉力試驗數據合格，鋼索在極限拉力下的破壞斷裂表現為一股一股斷裂，不是瞬間失效斷裂。因此，此次鋼索斷絲為偶發事件。

5 整改措施及建議

綜上分析及試驗驗證，采取以下措施，以最大限度規避風險，降低斷絲隱患。

1）完善制造工藝規程

增加分件套筒尺寸控制技術要求。通過調整套筒內孔、外圓、長度、粗糙度、圓角技術要求，在保證破壞拉力試驗合格范圍內，減小收壓時鋼索所受擠壓力。將技術要求落實到制造工藝規程中，統一規范加工尺寸，消除操作者憑經驗加工造成質量不確定性的隱患。

2）優化鋼索收壓過程控制

在鋼索收壓時，除嚴格按照《鋼絲繩在套環上壓緊收頭》通用工藝執行外，增加逐級尺寸收壓技術要求，落實到制造工藝規程中，并增加過程檢驗要求。

3）增加對鋼索在轉運、裝配過程中防止彎曲的控制要求。

4）建議對飛行超過500h的鋼索增加檢查頻次。

參考文獻

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作者簡介

趙尚志，工程師，長期從事航空裝備保障及修復相關領域工作。