宋有軍，魏麗華，吳壽喜，叢艷平

（1.青島海納重工集團(tuán)公司，山東 青島 266032；2.青島開世密封工業(yè)有限公司，山東 青島 266033；3.山東松下電子信息有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

起落架是飛機(jī)實(shí)現(xiàn)起飛著陸功能的主要裝置，作為飛機(jī)安全飛行的關(guān)鍵部件，起落架受力嚴(yán)重、工作環(huán)境惡劣、故障率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于起落架結(jié)構(gòu)和與起落架有關(guān)的部件導(dǎo)致的事故大約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)破壞事故2/3以上[1]。

由于起落架零件結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜，造成許多應(yīng)力集中點(diǎn)，加之起落架零件材料為30CrMnSiA鋼和30CrMnSiN2A鋼，對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，在應(yīng)力集中部位容易產(chǎn)生微裂紋和應(yīng)力腐蝕開裂。某種飛機(jī)的起落架斷裂竟占60%～70%，經(jīng)對(duì)斷裂零件的斷口進(jìn)行金相分析，認(rèn)為85%以上者屬于疲勞斷裂[2]。

噴丸強(qiáng)化是消除應(yīng)力、提高表面強(qiáng)度、減少疲勞斷裂的非常有效的工藝手段，在航空領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。噴丸強(qiáng)化工藝用金屬或玻璃丸以較高的速度撞擊金屬零件表面，使金屬表面層在超過屈服強(qiáng)度的條件下延伸，從而使金屬圍繞每個(gè)彈丸產(chǎn)生塑性流動(dòng)，形成了表面壓縮壓力，也使金屬表面晶粒的形狀和方向改變，提高表面強(qiáng)度[3]。

本文所述噴丸強(qiáng)化設(shè)備即為飛機(jī)起落架研發(fā)的噴丸強(qiáng)化專用設(shè)備。

1 飛機(jī)起落架零件特點(diǎn)和工藝要求

1.1 飛機(jī)起落架零件特點(diǎn)

起落架零件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、內(nèi)腔是深孔，另外還有一些小孔（最小直徑為φ13mm）。如圖1所示。

圖1 飛機(jī)起落架

1.2 噴丸工藝要求

1）使用S110丸粒，弧高度值0.1 A～0.25 A；

2）使用S230丸粒，弧高度值0.1 A～0.45 A。

2 噴丸強(qiáng)化設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

1）噴丸器：有效容積0.06 m3；數(shù)量2臺(tái)。

2）噴槍：小孔旋轉(zhuǎn)噴槍、外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍各1支，小孔旋轉(zhuǎn)噴槍口徑φ4mm、φ8 mm，轉(zhuǎn)速15r/min～150r/min，外壁、深內(nèi)孔噴嘴口徑φ8 mm。

3）壓縮空氣：壓力 0.4mPa～0.6 MPa，1 支噴槍最大空氣消耗量4m3/min。

4）彈丸一次加入量：S110，1000kg；S230，1000kg。

5）提升量：6 t/h。

6）除塵風(fēng)量：5000m3/h。

7）總功率（含除塵）：10.5 kW。

3 噴丸強(qiáng)化設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 主要結(jié)構(gòu)及組成

圖2 飛機(jī)起落架噴丸強(qiáng)化機(jī)布置圖

本設(shè)備主要由噴丸與丸粒處理設(shè)備（包括三種不同功能的噴槍、每種噴槍有一套丸粒流量數(shù)字控制裝置、兩臺(tái)自動(dòng)充料噴丸器、一套丸?；厥张c分選裝置、一套濾筒式除塵系統(tǒng)）、噴槍多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)臺(tái)車、噴丸室、電氣控制等組成。設(shè)備總布置圖如圖2所示。

3.2 工作原理

針對(duì)飛機(jī)起落架有深孔和小孔需要噴丸的特點(diǎn)，采用了不同的特殊噴槍、多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、CNC控制等。噴丸室頂部設(shè)噴槍多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，噴槍可作升降、水平、擺角運(yùn)動(dòng)，使其成為多功能噴槍，將起落架裝夾在回轉(zhuǎn)臺(tái)車上，運(yùn)送和使起落架旋轉(zhuǎn)以接受噴丸，運(yùn)用普通噴槍噴射外表，運(yùn)用深內(nèi)孔噴槍噴射深達(dá)1m以上的內(nèi)孔，運(yùn)用小孔旋轉(zhuǎn)噴槍噴射≥φ13mm小孔。

3.3 技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)

3.3.1 外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍和小孔旋轉(zhuǎn)噴槍

采用壓入式噴丸——即噴丸器兩臺(tái)，其中一臺(tái)噴丸器采用S230彈丸，設(shè)兩支噴槍，一支噴起落架的外壁，另一支噴深內(nèi)孔。另一臺(tái)噴丸器采用S110彈丸，設(shè)一支噴槍，接小孔旋轉(zhuǎn)噴槍噴小孔。三支噴槍均由機(jī)械手伺服電機(jī)控制。

1）外壁噴槍

噴射起落架零件外表面時(shí)，分解為圓柱面與非圓柱面。

對(duì)圓柱面，裝夾時(shí)使其繞圓柱面軸線旋轉(zhuǎn)，噴槍作升降運(yùn)動(dòng)；對(duì)非圓柱面，噴槍作水平或升降運(yùn)動(dòng)，通過擺角運(yùn)動(dòng)調(diào)整噴射方向。這樣使其外表各個(gè)部位達(dá)到均勻的噴射。采用直噴嘴，噴嘴采用復(fù)合耐磨材料，以保證噴嘴的使用壽命。如圖3所示。

圖3 外壁噴槍工作示意圖

2）深內(nèi)孔噴槍

噴射深內(nèi)孔時(shí)，裝夾時(shí)使其繞深內(nèi)孔軸線旋轉(zhuǎn)，噴頭作升降運(yùn)動(dòng)、側(cè)向噴射，使深內(nèi)孔達(dá)到均勻的噴射。

為了滿足1100mm的內(nèi)孔噴丸，其一要保證1100mm深度，其二要保證起落架噴丸效果的均勻性，并且不能碰撞起落架內(nèi)腔。設(shè)置一合金鋼材料的加長(zhǎng)槍桿，保證剛度；采用復(fù)合耐磨材料雙面反射噴嘴，即保證噴槍噴嘴的使用壽命，又盡可能的降低了槍桿的振動(dòng)。深內(nèi)孔噴槍如圖4所示。

圖4 深內(nèi)孔噴槍

3）小孔旋轉(zhuǎn)噴槍裝置及結(jié)構(gòu)

對(duì)于小孔噴丸，通常多采用噴槍不轉(zhuǎn)，工件旋轉(zhuǎn)的工作方式。但對(duì)于工件不易或無法繞小孔中心旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，就要考慮噴槍旋轉(zhuǎn)。本設(shè)備采用了旋轉(zhuǎn)噴槍。小孔旋轉(zhuǎn)噴槍主要由噴槍桿，傳動(dòng)裝置，減速伺服裝置，傳動(dòng)箱體，噴管與支承座，拆卸卡具等部分組成。小孔旋轉(zhuǎn)噴槍外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示。其特點(diǎn)為：

圖5 小孔旋轉(zhuǎn)噴槍外形與結(jié)構(gòu)圖

①因噴槍中空，且細(xì)長(zhǎng)，為保證傳動(dòng)精度采用同步帶、同步帶輪傳動(dòng)；

②采用骨架式橡膠油封和密封圈等多道迷宮式密封，同事同時(shí)噴槍的傳動(dòng)箱體采用正壓密封形式來解決它的密封問題。

③因小孔旋轉(zhuǎn)噴槍要整體拆卸，設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮其整體重量，設(shè)置噴槍拆卸專用卡具，有效的解決了噴槍拆卸難的問題。

通過反復(fù)試驗(yàn)，小孔旋轉(zhuǎn)噴槍性能優(yōu)良。

3.3.2 閥閘組合流量控制裝置

為保證每支噴槍噴射量穩(wěn)定，采用美國(guó)EI公司生產(chǎn)的電磁流量閥，用數(shù)字控制丸粒流量，在電磁流量閥上方設(shè)有密封丸粒閘門。

這種閥閘組合流量控制裝置有效遏制了噴丸器與噴槍之間的壓差對(duì)電磁流量閥流量的影響，加強(qiáng)了流量的穩(wěn)定性，保證精度≤±5%。且控制方便、便于維修。進(jìn)一步保證了起落架噴丸工藝的穩(wěn)定性。閥閘組合流量控制裝置如圖6所示。

圖6 閥閘組合流量控制裝置

4 試驗(yàn)與測(cè)試

4.1 小孔旋轉(zhuǎn)噴槍圓跳動(dòng)精度試驗(yàn)

分別作通電試驗(yàn)，通電和通氣試驗(yàn)，通電、通氣和負(fù)荷試驗(yàn)。

1）使用 φ4×φ8×φ150（mm）噴槍試驗(yàn)，結(jié)果均能保證噴槍圓跳動(dòng)精度滿足φ13mm小孔的要求。

①工作條件：φ4×φ8×φ150（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速50r/min，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表1）：

表1 試驗(yàn)結(jié)果

2）使用 φ8×φ15×φ300（mm）噴槍試驗(yàn)，結(jié)果均能保證噴槍圓跳動(dòng)精度滿足φ22mm小孔的要求。

①工作條件：φ8×φ15×φ300（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速50r/min，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表2）。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

4.2 噴丸孤高度值試驗(yàn)

1）外壁噴槍試驗(yàn)

①工作條件：轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速8 r/min，噴嘴到試片距離250mm，噴槍不動(dòng)，使用S230彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表3）。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

2）深內(nèi)孔噴槍試驗(yàn)

①工作條件

轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速10r/min，噴槍中心到試片距離40mm，噴槍升降120mm，使用S230彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表4）。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

3）小孔旋轉(zhuǎn)噴槍試驗(yàn)

①工作條件

φ8×φ15×φ300（mm）噴槍，噴槍轉(zhuǎn)速 50r/min，噴槍中心到試片距離20mm，噴槍升降120mm，使用S110彈丸。

②試驗(yàn)結(jié)果（如表5）。

表5 試驗(yàn)結(jié)果

5 小 結(jié)

此次研制飛機(jī)起落架噴丸強(qiáng)化設(shè)備，無論是從設(shè)計(jì)開發(fā)還是生產(chǎn)制造，都經(jīng)過了嚴(yán)格而細(xì)致的策劃和驗(yàn)證，取得了良好效果。交付用戶試用后，我公司對(duì)其使用情況進(jìn)行了跟蹤考核：彈丸分選系統(tǒng)、噴丸器、外壁噴槍、深內(nèi)孔噴槍、小孔旋轉(zhuǎn)噴槍運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)協(xié)議和設(shè)計(jì)要求。

［1］馬建.起落架結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)技術(shù)研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2010（01）：1.

［2］劉長(zhǎng)生.噴丸強(qiáng)化延長(zhǎng)起落架壽命［J］.航空制造技術(shù)，1981（04）：20.

［3］楊昭明.先進(jìn)工藝在飛機(jī)起落架制造中的應(yīng)用航空制造技術(shù)［J］.航空制造技術(shù)，2005（06）：102.