飛機加油車液壓鎖的故障模式影響分析

陳思遠，黃春生

(中國航空油料有限責任公司北京分公司，北京 100621)

0 引言

故障分析技術是可靠性分析的重要內容，其中故障模式影響分析FMEA是開展質量設計、生產及服務的重要分析方法和有效工具。

對于故障分析技術的研究，吳國祥等[1]研究了FMEA對于企業質量控制中的作用。黃磊等[2]分析研究了液壓支架掩護梁的故障樹，對其中故障模式進行了分析。武文娟等[3]對礦用減速器的可靠性進行了分析，將減速器的各個單元制定了詳細的研究路線。李勇等[4]使用FMEA的方法對液壓支架進行分析，給出了詳細的分析流程。

機場使用的特種車輛對于可靠性要求高，升降平臺所使用的液壓鎖在日常生產中的故障率較高，因此需要針對其結構進行分析，采用定性的研究手段對液壓鎖進行研究，從而對設備進行合理化改造，提高車輛使用的可靠性。

1 液壓鎖組件功能分析

FMEA的實際作用在于故障發生前的分析及預防，并非故障發生后的補救，因此需要在液壓鎖整體失效前完成FMEA工作[5]。

飛機加油車所配備的液壓鎖結構簡單，零部件較少，但是對于液壓鎖的密封性以及零部件的耐磨性有較高的要求。另外，飛機加油車液壓鎖的使用受限于飛機加油口的位置，實際中難以統計液壓鎖的實際使用時間，對于故障的定量分析難度高。因此，需要針對飛機加油車液壓鎖的FMEA分析手段設計一種適用于飛機加油車液壓鎖的分析方法，在有限的數據條件下完成對液壓鎖故障模式進行的定性分析，并根據故障模式設計對應的預防措施。

1.1 分析方法

如圖1所示，需要從組件功能、系統劃分與可靠性框圖三方面進行分析，以滿足FMEA的分析需要。

圖1 分析邏輯圖

分析組件功能是實現系統劃分的前提。對于組件功能的分析，先需要確定組件的工作狀態以及作用形式，再分析液壓鎖整體機理。系統劃分是制作可靠性框圖的前提，通過各零部件的功能與作用進行劃分，將各組件分為不同的系統，再對可靠性框圖進行研究。通過可靠性框圖可以分析各系統之間的邏輯關系，進而對液壓鎖進行FMEA分析。

1.2 組件功能

液壓鎖結構示意如圖2所示。導向桿受到液壓鎖的制動作用，平臺制動操作人員進行作業。液壓油由注油口進入內部提供壓力，彈簧受到壓力作用使導向套發生運動，抱緊底蓋卡爪，從而實現鎖緊導向桿的目的。

圖2 液壓鎖結構示意圖

1.3 系統劃分

液壓鎖系統主要由四個子系統構成，分別為供油系統、密封與潤滑系統、運動系統與鎖止系統。

其中供油系統由外部管道與內部空腔組成，主要負責液壓油的正常導入與導出，包含排氣口、排油口與注油口；密封系統由密封圈組成，具體包括頂蓋密封圈與底蓋密封圈，可以實現液壓油不外泄；運動系統實現內部組件的正常運動與回位，包含彈簧、耐磨圈與導向套；鎖緊系統為導向桿鎖緊機構，外部導向桿由卡爪進行鎖止，卡爪與底蓋為一個整體，因此鎖緊系統包括襯套、底蓋與螺栓。

1.4 可靠性框圖

根據1.3中討論，可以獲得液壓鎖各子系統的功能性關系。如圖3所示，得到液壓鎖系統可靠性框圖。

圖3 液壓鎖系統可靠性框圖

各系統之間相互獨立、相互制約，各系統共同作用液壓鎖系統才可以正常作用。任一子系統失效，則會影響整個液壓鎖系統的功能，致使整體失效。

2 FMEA的實施

根據液壓鎖的內部結構與現場維修歷史記錄，列出液壓鎖系統的所有故障模式。

根據嚴重度將故障模式劃分為三級，表1列出了Ⅰ級、Ⅱ級及Ⅲ級故障模式，其中，Ⅰ級故障直接導致液壓鎖系統無法正常工作；Ⅱ級故障導致液壓鎖鎖緊效果受到影響；Ⅲ級故障不影響液壓鎖，功能幾乎不受影響，但影響元器件的使用壽命。此外，根據各結構所存在的故障模式進行分析，根據不同的產生原因，分析所帶來的故障影響。由于供油系統與鎖止系統是液壓鎖的動力源與功能源，因此單獨分析各類故障對這兩種系統的影響情況。由此，建立如表1所示的液壓鎖FMEA表格。

表1 液壓鎖的FMEA

續表1

3 解決方案

3.1 Ⅰ級故障解決方案

由于Ⅰ級故障直接導致部件失效，單獨對其進行分析研究并提出修改方案，可以降低部件失效概率。如表2所示，將所有Ⅰ級故障模式整理歸類，并進行分析。

表2 液壓鎖Ⅰ級故障

根據表2所歸類的Ⅰ級故障模式進行分類，故障模式主要有泄露、疲勞、磨損和斷裂。

通過實際工作中的信息收集，可知Ⅰ級故障中最常見的是底蓋卡爪與襯套磨損。導致卡爪與襯套磨損過度的原因有正常磨損與非正常磨損兩種，非正常磨損的原因是外部導向桿受到徑向載荷，內部卡爪或襯套受力不均勻，導致磨損過度。為了解決非正常磨損應對外部支撐桿進行導向約束，減少徑向載荷的影響。

對于頂蓋、缸體與底蓋的泄露問題，定期進行帶壓測試，可以預防滲漏問題發生；彈簧存在的問題主要是疲勞失效，因此在使用過程中做到定期檢查，就可以避免此類故障發生。另外，對于螺栓斷裂的問題，在實際中避免液壓鎖受到外力沖擊以及螺栓安裝使用力矩扳手即可避免此類故障發生。

3.2 其他故障解決方案

其他類型故障主要為變形、破損與泄漏。將Ⅱ級故障與Ⅲ級進行分析，如表3所示。

表3 液壓鎖其他故障

密封圈效果減弱的問題可以通過定期檢查，觀察密封圈周圍是否存在跑冒滴漏滲等問題，根據檢查結果及時進行修復。襯套破損是受到外力影響，由于在實際過程中導向桿附近的工作空間較為空曠，受到外力影響的情況較少。對于頂蓋、缸體與底蓋的變形問題，主要由于溫度的變化，因此在車輛使用過后及時停入車庫，可降低溫度的影響，與此同時再加大檢查力度，即可避免變形故障的產生。

4 結束語

通過對特種車輛所配備的液壓鎖的內部各個系統進行分析，建立液壓鎖系統的FMEA分析表格，對潛在的故障進行了分析，根據故障的嚴重程度進行了分類，對影響液壓鎖系統的潛在故障進行了整理，并對各種故障類型進行了分析并給出了解決方案，以此提高了系統的可靠性。