（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，福州 350007）

0 引言

空客A320是歐洲空中客車工業(yè)公司研制的雙發(fā)中短程150座級客機(jī)，該機(jī)型是世界上最暢銷的、市場上機(jī)體最寬的單通道客機(jī)，是目前國內(nèi)各大航空公司的主流機(jī)型之一。A320的主起落架位于飛機(jī)大翼下，采用三點(diǎn)液壓收放形式，共有6個機(jī)輪，前和左、右主起落架各有2個機(jī)輪，如圖1所示。

圖1 空客A320

由于機(jī)輪在飛機(jī)起飛、著陸時承受較大的沖擊載荷，易產(chǎn)生疲勞裂紋、掉塊、爆胎等缺陷（如圖2所示），一旦缺陷擴(kuò)展，將導(dǎo)致輪轂結(jié)構(gòu)失效，造成嚴(yán)重的飛行事故[1]，因此早期對輪轂進(jìn)行預(yù)防性探傷、飛機(jī)服役過程對機(jī)輪進(jìn)行定期檢查并提高檢出率，都是避免發(fā)生輪轂結(jié)構(gòu)斷裂的重要手段。

圖2 輪轂裂紋缺陷

1 影響空客A320輪轂缺陷檢出率的主要因素

目前，在航空維修中NDT常規(guī)檢查方法有磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測、射線檢測和渦流檢測等。其中，渦流探傷方法由于對金屬表面疲勞裂紋敏感，檢測周期短，對被檢結(jié)構(gòu)表面要求不高等特點(diǎn)，被公認(rèn)為檢測輪轂結(jié)構(gòu)缺陷的最佳檢測方法[2]，特別是空客A320輪轂結(jié)構(gòu)為鋁合金材料，采用檢測信號單一的渦流探傷可有效避免材料鐵磁性的干擾。

1.1 輪轂渦流探傷檢測現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對飛機(jī)輪轂的渦流探傷檢測大多采用的是傳統(tǒng)手動掃查（如圖3所示），其缺點(diǎn)在于：費(fèi)時費(fèi)力；受檢測人員技術(shù)水平的影響較大，漏檢和誤判概率較高；由于飛機(jī)輪轂表面不規(guī)則，可靠性低，探傷儀拾取信號不穩(wěn)定，檢測過程無法形成規(guī)范的流程，檢查重復(fù)性較差[3,4]。

圖3 飛機(jī)輪轂手動渦流探傷檢測

通過現(xiàn)場試驗(yàn)得知，人工手動渦流探傷A320輪轂所需的時間大致為5～9分鐘（如表1所示），即輪轂渦流檢測速度大概為0.5米/秒，而國外多為機(jī)器自動探傷，最大檢測速度為2米/秒[5]，平均為1米/秒，與國際先進(jìn)水平仍有較大差距，這主要是由于手動探傷時，在圓周方向上移動時相當(dāng)于S形前進(jìn)，且每次探頭前進(jìn)的長度不能大于探頭直徑的一半，而機(jī)器自動探傷時，由于探頭是安裝在一個隨動測量裝置上，因此可以適應(yīng)輪轂邊緣的各種曲線而不用事先編程輸入輪轂邊緣曲線，所有的檢查都是在恒定表面速度下進(jìn)行，而不是固定旋轉(zhuǎn)速度，這使得渦流濾波器能夠發(fā)揮最優(yōu)性能，不受輪轂錐度影響，穩(wěn)定性佳，漏檢概率低。表2為空客A320輪轂渦流探傷國內(nèi)外檢測效率對比。

表1 空客A320輪轂人工渦流探傷平均時間

表2 空客A320輪轂渦流探傷國內(nèi)外檢測效率對比

1.2 影響輪轂渦流檢測效率的主要因素

由1.1可以看出，對渦流檢測分析而言，機(jī)器和人工探傷的效率和優(yōu)劣差異明顯，先進(jìn)的設(shè)備和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)人員是影響檢測效率的重要因素，除此之外，工藝控制方面不夠完善，對每個細(xì)節(jié)無具體的控制時間；輪轂表面存在凹凸起伏，不易檢測，也都會降低檢測效率。通過實(shí)地調(diào)查了解，結(jié)合國內(nèi)企業(yè)檢驗(yàn)實(shí)際情況，得出影響因素的主次比例關(guān)系，如表3所示?？梢钥闯?，設(shè)備因素的比例高達(dá)55%，占到整體權(quán)重的一半以上，因此，采用高效率的自動探傷設(shè)備和工藝對提高效率有舉足輕重的作用。

表3 影響輪轂渦流檢測效率的主要因素

2 提高空客A320輪轂缺陷檢出率的主要方法

2.1 平均檢出率與循環(huán)數(shù)的關(guān)系

在實(shí)地檢驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)A320輪轂缺陷的檢出率與循環(huán)數(shù)存在一定關(guān)系，如圖4所示。

圖4 輪轂缺陷平均檢出率與循環(huán)數(shù)的關(guān)系

由圖4可以看出，隨著飛機(jī)循環(huán)數(shù)的增加，輪轂缺陷的檢出率逐漸降低。當(dāng)循環(huán)數(shù)達(dá)到10000次以上時，平均檢出率從100開始下降，當(dāng)循環(huán)數(shù)到20000次時，平均檢出率降到了92.5%左右。因此，提高檢查率的方法之一是把重點(diǎn)放在提高10000循環(huán)以上的檢出率。

2.2 渦流探傷輔助儀的運(yùn)用

由以上分析可知，影響空客A320輪轂缺陷檢出率最主要的因素是設(shè)備，若能采用國際先進(jìn)設(shè)備，缺陷檢出率勢必提高，但目前國外輪轂渦流探傷設(shè)備成本普遍較高，對廠房環(huán)境要求也比較嚴(yán)格[6～8]。為最高限度的節(jié)約成本并提高檢出率，本文設(shè)計(jì)研發(fā)了一套適于空客A320的渦流探傷輔助設(shè)備。

2.2.1 三維模型建立

自動探傷的系統(tǒng)主要由輪轂升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、探頭自適應(yīng)、自動掃查機(jī)構(gòu)、渦流檢測處理系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)等部分組成。而手動探傷過程中，輪轂升降旋轉(zhuǎn)、探頭自動掃查等環(huán)節(jié)均需通過人工手動完成，為了減輕人工檢測的勞動強(qiáng)度和減少人為因素對檢測的影響，提高檢測效率，我們利用建模軟件對輪轂升降旋轉(zhuǎn)部分進(jìn)行了模型輔助設(shè)計(jì)，得出初始模型，如圖5所示，并在此基礎(chǔ)上對各個部件進(jìn)行受力分析，優(yōu)化了整體外形，得出了最終的三維設(shè)計(jì)模型，如圖6所示。

圖5 渦流探傷輔助儀初始模型

圖6 渦流探傷輔助儀最終模型

由圖可以看出，該機(jī)構(gòu)主要由減速電機(jī)、升降手輪、定位鉗等部分組成。升降手輪可實(shí)現(xiàn)輪轂升降，可調(diào)節(jié)定位鉗可深入主輪內(nèi)圈，對輪轂進(jìn)行卡位固定，優(yōu)化后的升降臺更加穩(wěn)固，調(diào)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)前輪托盤可以調(diào)整定位鉗的大小，因此該裝置可以對幾乎所有類型的輪轂進(jìn)行輔助渦流檢測。電機(jī)部分選用渦輪蝸桿變頻變速電動機(jī)（如圖7所示），此電機(jī)變速穩(wěn)定，外觀小巧，可實(shí)現(xiàn)無極變頻調(diào)速，能更準(zhǔn)確的控制輪轂旋轉(zhuǎn)速度，從而較好地保證探傷過程轉(zhuǎn)速恒定。

圖7 渦輪蝸桿變頻變速電動機(jī)

2.2.2 實(shí)施階段

將設(shè)計(jì)好的三維模型制成實(shí)物，投入到實(shí)際工作中，如圖8所示。該設(shè)備操作簡單，可輕松實(shí)現(xiàn)移動、升降功能，其自動縮放固定鉗，適用范圍廣，無極變頻調(diào)速基本解決了輪轂手動探傷過程的恒定轉(zhuǎn)速問題，較大地提高了渦流檢測效率及可靠性。

在此基礎(chǔ)上我們還對支架和自動固定縮放鉗進(jìn)行了改進(jìn)，增加了離合傳動機(jī)構(gòu)，使電機(jī)和縮放鉗在有異物時能自動離合，保障了操作安全，使檢測效率及可靠性進(jìn)一步提高，圖9為升級后的渦流探傷輔助設(shè)備正在進(jìn)行輪轂探傷檢查。

圖8 渦流探傷輔助設(shè)備在輪轂探傷檢查中

圖9 升級后的渦流探傷輔助設(shè)備在輪轂探傷檢查

表4 使用渦流探傷輔助設(shè)備前后的探傷時間對比

2.2.3 驗(yàn)證性試驗(yàn)

1）探傷時間驗(yàn)證

將使用渦流探傷輔助儀后的探傷時間與使用前的探傷時間進(jìn)行對比后（如表4所示），發(fā)現(xiàn)使用后的時間比使用前平均提高了25%左右，大大提高了渦流檢測效率。

2）缺陷檢出率驗(yàn)證

圖10為采用渦流探傷輔助設(shè)備后，探傷人員檢測出A320主輪輪緣處有裂紋，查詢手冊超出修理標(biāo)準(zhǔn)，按要求做了報廢處理。圖11為采用渦流探傷輔助設(shè)備后，探傷人員檢測出A320前輪螺桿安裝處的夾雜，并按手冊要求做了報廢處理。值得說明的是，這是該航空公司近兩年來第一次通過渦流檢測發(fā)現(xiàn)的有夾雜輪轂。

圖10 A320主輪輪緣處裂紋

圖11 A320前輪螺桿處夾雜

3 結(jié)論

1）檢測設(shè)備和檢驗(yàn)人員水平是影響空客A320主輪輪轂檢出率的主要影響因素。

2）隨著循環(huán)數(shù)的增加，輪轂缺陷的檢出率降低。應(yīng)把重點(diǎn)放在提高10000循環(huán)以上的檢出率。

3）自主研發(fā)的渦流探傷輔助設(shè)備，操作簡單，可輕松實(shí)現(xiàn)移動、升降功能，引用了無極變頻調(diào)速器，基本解決了輪轂手動探傷過程中的恒定轉(zhuǎn)速問題，其自動縮放固定鉗，適用范圍廣，離合傳動機(jī)構(gòu)能有效保證操作安全，較大的提高了渦流檢測效率及可靠性。

4）試驗(yàn)證明，自主研發(fā)的輔助設(shè)備投入實(shí)際工作，探傷時間比使用前平均提高25%左右，對提高空客A320輪轂裂紋、夾雜缺陷的檢出率具有良好效果。