某剎車裝置剎車間隙不足故障的排除

王會，李倩文，王迪

（西安航空制動科技有限公司，陜西 興平 713106）

0 引言

剎車裝置是安裝于飛機(jī)起落架上的一項(xiàng)制動產(chǎn)品，它屬于飛機(jī)剎車系統(tǒng)的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)[1-2]，通過控制動盤與靜盤的壓緊和松開實(shí)現(xiàn)裝胎機(jī)輪組件的剎車和滾轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換[3-4]，維持合理的剎車間隙是剎車裝置正常工作的基礎(chǔ)，剎車間隙的大小也直接影響到剎車性能。

圖1為采用彈簧套式組合活塞[5]、碳/陶剎車盤[6-7]的某型剎車裝置，汽缸座組件中的8套活塞組件圓周均布。某批次20套剎車裝置交付試驗(yàn)中，15套產(chǎn)品剎車間隙在1.5～2.5 mm不等，滿足1.5～4.0 mm的技術(shù)要求；但有5套產(chǎn)品剎車間隙在1.1～1.3 mm之間，不滿足1.5～4.0 mm的技術(shù)要求。

圖1 某剎車裝置結(jié)構(gòu)

1 剎車間隙不足故障排查

1.1零件質(zhì)量

本批剎車裝置配套零件均有合格證，無超差單。抽查與剎車間隙相關(guān)的零件庫中同批次汽缸座組件構(gòu)件、鋼承壓盤組件構(gòu)件、隔熱環(huán)構(gòu)件和剎車盤等，未見尺寸異常。

1.2 裝配過程

詢問裝配操作人員，裝配過程正常。

將提交剎車間隙1.1 mm的剎車裝置活塞壓回復(fù)位，使用塞尺測量各活塞下的初始剎車間隙，結(jié)果并非裝配記錄上的3.0～3.5 mm，而在2.7～2.8 mm之間。

雖然活塞壓回后的剎車間隙與裝配記錄上的剎車間隙有差異，但均在圖樣要求尺寸之內(nèi)。

1.3 試驗(yàn)過程

對提交剎車間隙1.1 mm的剎車裝置活塞壓回復(fù)位后接著進(jìn)行正常驗(yàn)收試驗(yàn)程序，結(jié)果如下：

1）31.5 MPa保壓5 min后，預(yù)先放置在活塞下的1.5 mm厚鋼質(zhì)工藝墊片雖能費(fèi)勁抽出，但已不能再次插入，塞尺測得剎車間隙在1.1～1.3 mm范圍內(nèi)，相比加載前活塞伸出量明顯增大。

2）0.034 MPa保壓5 min后，再次使用塞尺測量剎車間隙，未有進(jìn)一步變化。

3）22 MPa工作循環(huán)25次后，塞尺測得剎車間隙變?yōu)?.0～1.2 mm之間，也非驗(yàn)收記錄上的1.5～2.0 mm（即使抬起汽缸座組件，1.5 mm厚塞片也無法插入）。

重新驗(yàn)收試驗(yàn)后的剎車間隙與驗(yàn)收記錄上的剎車間隙差異較大，已處于不合格區(qū)。

2 故障排查結(jié)果分析

2.1 生產(chǎn)記錄與復(fù)查結(jié)果不一致原因

該剎車裝置結(jié)構(gòu)上，隔熱環(huán)的墊塊為浮動連接，骨架的翹曲不影響整體平面度，但汽缸座組件與剎車殼體在軸向有零件公差累積間隙0.10～0.65 mm；另外塞尺測量的松緊程度手感每個(gè)操作者有不到0.10 mm的差別。因此，剎車間隙在生產(chǎn)記錄與復(fù)查結(jié)果上的不一致，主要是由消除軸向裝配間隙測量與自然狀態(tài)測量兩種不同方法引起，此外不排除工人有意用帶倒角塞規(guī)撬動活塞測量的作弊因素。

雖然人為抬起汽缸座組件所測剎車間隙更逼近理論間隙，但剎車裝置安裝于飛機(jī)起落架上后，軸線平行地面，汽缸座組件是不可能完全緊貼剎車殼體上端臺肩的，所以這種測量方法對于觀測并不科學(xué)，還是應(yīng)以自然狀態(tài)測量為宜。

2.2 驗(yàn)收間隙與裝配間隙不一致原因

該剎車裝置采用彈簧套式組合活塞。當(dāng)活塞行程L不大于螺蓋與套筒之間的距離Δ時(shí)，螺蓋不會擠壓套筒，因彈簧套與拉桿之間的抱緊力遠(yuǎn)大于彈簧的蓄能彈力[8]，所以彈簧套不位移，活塞回油后恢復(fù)原位；而當(dāng)活塞行程L大于螺蓋與套筒之間的距離Δ時(shí)，螺蓋壓住套筒會推動彈簧套在拉桿上產(chǎn)生一個(gè)前移量B，因活塞回程不變，所以最終與原位置相比也有了一個(gè)前移量B，這就是調(diào)隙。設(shè)置自動調(diào)隙機(jī)構(gòu)，可以維持剎車裝置使用中剎車間隙X的相對穩(wěn)定，從而提高剎車的靈敏度[9]。

圖2 活塞調(diào)隙原理

剎車裝置31.5 MPa保壓后，剎車間隙由2.7～2.8 mm衰減至1.1～1.3 mm，已超出誤差極限。根據(jù)該產(chǎn)品泄漏排故經(jīng)驗(yàn)，31.5 MPa保壓之后活塞不會復(fù)位至與拉桿大端接觸位置，再結(jié)合加載與卸載時(shí)活塞工作靈活，因此活塞伸出量的增大可以排除復(fù)位卡滯，只能是活塞出現(xiàn)了調(diào)隙。0.034 MPa保壓時(shí)活塞伸出不明顯，不接觸隔熱環(huán)也就意味著不會調(diào)隙。22 MPa工作循環(huán)后，剎車間隙無明顯進(jìn)一步變化，說明活塞也未再調(diào)隙。

2.3 驗(yàn)收間隙偏離調(diào)隙門限原因

按照彈簧套式組合活塞的調(diào)隙原理，理想狀態(tài)下，活塞出現(xiàn)調(diào)隙的臨界是X=Δ，也就是說調(diào)隙后的剎車間隙應(yīng)為Δ。依圖計(jì)算，活塞組件螺蓋擰到底的調(diào)隙門限為2.55～4.05 mm，活塞組件螺蓋擰至與活塞端面平齊的調(diào)隙門限為4.25～5.57 mm。但實(shí)際情況卻是驗(yàn)收間隙遠(yuǎn)低于調(diào)隙門限。

對提交剎車間隙1.1 mm的剎車裝置按圖3架設(shè)百分表進(jìn)行變形測試[10]，可明顯觀察到汽缸座的上翹和鋼承壓盤的下翻。

圖3 變形測試百分表布局

測試結(jié)果如表1所示，需要說明的是：汽缸座數(shù)值未剔除與剎車殼體的軸向間隙；鋼承壓盤處的百分表因位置受限架設(shè)半徑大于汽缸座上的百分表；總變形只是汽缸座與鋼承壓盤的數(shù)值簡單相加；因卸壓后百分表回零，所以均屬彈性變形。

表1 變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

剎車裝置的撓度Y會使活塞抵達(dá)隔熱環(huán)后產(chǎn)生附加行程，但活塞的回程有限，卸壓后汽缸座與鋼承壓盤的彈性變形需要復(fù)位，所以活塞自然輸放壓調(diào)隙后的實(shí)際剎車間隙應(yīng)為X′=Δ-Y。由此可見，除非剎車裝置為純剛體[11]，否則調(diào)隙后的剎車間隙必然小于調(diào)隙門限值。

3 故障定位與驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 故障定位與推論

從故障排查結(jié)果分析可以看出，剎車裝置剎車間隙不足始于31.5 MPa保壓之后，主要是由于該壓力下剎車裝置的軸向變形導(dǎo)致活塞伸出過量并通過調(diào)隙固化了下來，0.034 MPa保壓和22 MPa工作循環(huán)未對已形成的剎車間隙產(chǎn)生影響。

雖然表1數(shù)據(jù)因有誤差而不能作為定量依據(jù)，但作為方向性分析仍然有用?；氐教峤粍x車間隙1.1 mm的剎車裝置上，調(diào)隙門限為2.55～4.05 mm，則22 MPa工作后的理論間隙在1.17～2.67 mm附近，31.5 MPa保壓后的理論間隙在0.18～1.68 mm附近?？梢姡钊虏患庸に噳|片的31.5 MPa保壓大概率會出現(xiàn)剎車間隙不足現(xiàn)象，而之后的22 MPa工作循環(huán)未調(diào)隙，是因?yàn)榍懊娴?1.5 MPa保壓時(shí)已調(diào)隙，待22 MPa加載時(shí)活塞行程已小于調(diào)隙門限，但這不代表產(chǎn)品裝配后直接使用22 MPa壓力活塞不調(diào)隙。

3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

既然剎車裝置剎車間隙不足是由于活塞伸出過量所致，所以可以通過將活塞行程限制至調(diào)隙門限之內(nèi)或提高調(diào)隙門限來進(jìn)行規(guī)避。

31.5 MPa保壓時(shí)所有活塞下應(yīng)放入1.5 mm厚鋼質(zhì)工藝墊片的圖樣要求，說明設(shè)計(jì)部門已意識到剎車裝置的剛性問題，但工藝墊片厚度選擇要求的剎車間隙下限，還是未考慮到極端狀況。

雖然對活塞組件擰到底的螺蓋進(jìn)行返退可以增大調(diào)隙門限，也是一種不錯(cuò)的方案，但考慮到產(chǎn)品返工量太大，所以還是沿用縮減活塞行程的設(shè)計(jì)思路，只不過工藝墊片厚度需要增加。

首先在提交剎車間隙1.1 mm的剎車裝置上進(jìn)行驗(yàn)證，要滿足剎車間隙下限1.5 mm，工藝墊片厚度至少應(yīng)增至1.9 mm以上，結(jié)果如下：

1）在每個(gè)活塞下放置2.7 mm厚的鋼質(zhì)工藝墊片。先以22 MPa的靜剎車壓力對剎車裝置保壓5 min，壓力解除后推拉工藝墊片，松緊程度未變；再以31.5 MPa對剎車裝置保壓5 min，壓力解除后推拉工藝墊片，略有阻滯感。

2）抽掉每個(gè)活塞下的2.7 mm厚鋼質(zhì)工藝墊片，以22 MPa剎車壓力對剎車裝置輸放壓25次，活塞及回力機(jī)構(gòu)工作正常，無卡滯或不回復(fù)現(xiàn)象。循環(huán)結(jié)束后，測量剎車間隙，每個(gè)活塞下1.6 mm厚塞尺均可輕松通過。

對剩余4套剎車間隙不足的剎車裝置壓回活塞，按31.5 MPa保壓時(shí)活塞下間隙盡可能塞實(shí)后進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)收間隙均在1.5 mm以上。

再抽取2套驗(yàn)收間隙合格的剎車裝置如法炮制，二次驗(yàn)收間隙亦滿足要求。

驗(yàn)證結(jié)果與故障定位及推論一致，證明增加31.5 MPa保壓時(shí)的工藝墊片厚度措施有效。

4 結(jié)論

通過調(diào)整試驗(yàn)時(shí)的工藝墊片厚度，解除了剎車裝置的剎車間隙不足問題。因飛機(jī)上剎車閥供給該剎車裝置的最大輸入壓力為22 MPa，31.5 MPa僅是地面試驗(yàn)壓力[12]，所以工藝方法的調(diào)整不會影響到產(chǎn)品使用性能。排故總結(jié)如下：

1）本次剎車間隙不足故障非產(chǎn)品自身設(shè)計(jì)問題，是由試驗(yàn)方法考慮不周引起的。

2）剎車裝置設(shè)計(jì)調(diào)隙時(shí)應(yīng)通盤考慮剎車裝置的非剛性因素，裝配間隙一般應(yīng)大于驗(yàn)收間隙。

3）對于剛性較差的剎車裝置，使用超過產(chǎn)品工作壓力進(jìn)行功能性檢查或試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在活塞下放入不小于剎車裝置軸向撓度的鋼質(zhì)工藝墊片，無法預(yù)知變形大小時(shí)，可以對剎車間隙塞實(shí)。

4）剎車裝置的活塞組件裝配時(shí)，有意將螺蓋擰至與活塞端面平齊而非擰到底，可適量增大活塞調(diào)隙間隙。