李雪 郭海利 劉永俊

國營蕪湖機械廠 安徽 蕪湖 241007

0 引言

某型舵機為飛機舵面操縱的核心部件，密封失效是該舵機常見故障之一。出現(xiàn)密封失效故障不僅影響產(chǎn)品自身性能，還會造成液壓系統(tǒng)油量短缺，無法實現(xiàn)飛機操縱，同時還污染環(huán)境。本文以舵機連通活門密封失效為研究對象，對造成密封失效的原因進行分析，并制定相應改進措施。

1 密封失效現(xiàn)象

某型飛機在進行飛行作業(yè)時出現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力急劇下降現(xiàn)象。經(jīng)系統(tǒng)排查確認漏油部位為該飛機中的某型舵機。通過試驗驗證，確認該舵機密封失效部位為連通活門，舵機結(jié)構圖見圖1。通過對舵機進一步分解，確定造成該連通活門密封失效的主要原因為該處密封圈出現(xiàn)損壞，見圖2。

圖1 某型舵機結(jié)構圖

圖2 密封圈失效狀態(tài)

2 密封失效原因分析

2.1 原因分析

針對連通活門進油口密封圈擠壓、破損情況，建立O型密封圈密封失效故障樹，見圖3。

圖3 O型密封圈密封失效故障樹

根據(jù)上述故障樹，引起密封圈靜密封失效的可能影響因素有：無損泄漏、老化變形、介質(zhì)腐蝕、密封圈質(zhì)量缺陷、間隙咬傷等。

2.2 故障點定位

無損泄漏指密封圈尺寸偏小與裝配槽不匹配導致密封圈完好的情況下發(fā)生的泄漏。經(jīng)現(xiàn)場檢查，排除無損泄漏的可能。

老化變形指密封圈長期使用或存放導致材質(zhì)老化，因該密封圈制造出廠僅1年時間，且包裝儲存正常，裝機使用時間較短，故排除老化變形的可能。

介質(zhì)腐蝕指密封圈材料與安裝部位材料不相容，該密封圈使用2-5013膠料，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，可以排除介質(zhì)腐蝕的情況。

密封圈質(zhì)量缺陷，包括膠料質(zhì)量問題或制造問題，導致密封圈密封性能降低，不能滿足高壓密封要求。

間隙咬傷指由于密封配合件之間存在一定的間隙，密封圈在高壓力液壓油作用下部分被擠入間隙而被咬傷。造成間隙咬傷的原因為裝配控制不當或密封圈受壓擠入間隙被咬傷。由于密封圈裝配屬于手工操作，存在裝配密封圈時控制不當或密封圈受壓擠入間隙被咬傷的可能。

基于以上分析，確認造成該舵機密封失效的可能原因為：密封圈質(zhì)量缺陷及間隙咬傷。

2.3 密封圈失效分析

2.3.1 斷口宏觀觀察

失效密封圈存在約總長五分之一的缺失，其中一端存在局部翹起（記為A端），并存在局部缺失；另一端斷口較為平齊（記為B端）。圖4為密封圈與連通活門殼體接觸面體式顯微鏡形貌，圖5為斷口A端體式顯微鏡形貌。由圖5可見舵機殼體表面接觸的密封圈存在周向損傷痕跡，痕跡的深淺、寬窄程度不同，在缺失部位損傷痕跡較寬、較深，損傷部位對面位置的密封圈邊緣擠壓痕跡較窄、較淺。

圖4 舵機連通活門殼體宏觀形貌

圖5 密封圈與連通活門殼體接觸面體式顯微鏡形貌

利用體式顯微鏡觀察A端和B端形貌，如圖6、圖7所示。從圖中可以看出，A端斷口形狀不規(guī)則，局部缺失，B端斷口相對平整，兩者不是匹配斷口。

圖6 斷口A端體式顯微鏡形貌

圖7 斷口B端體式顯微鏡形貌

2.3.2 斷口微觀觀察

利用掃面電子顯微鏡對A端、B端及密封圈周向擠壓痕跡進行微觀觀察，其形貌如圖8～圖14所示。圖中顯示A端附近掉塊嚴重，B端附近掉塊較A端輕，距離A、B兩端越遠周向損傷擠壓痕跡越輕，并且擠壓痕跡越靠近密封面。

圖8 A端斷口掃描形貌電鏡形貌之一

圖9 A端斷口掃描形貌電鏡形貌之二

圖10 B端斷口掃描形貌電鏡形貌之一

圖11 B端斷口掃描形貌電鏡形貌之二

圖12 靠近A端斷口掃描電鏡形貌

圖13 靠近B端斷口掃描電鏡形貌

圖14 遠離A、B端周向損傷掃描電鏡形貌

圖15 密封圈紅外檢測結(jié)果

2.3.3 化學成分及力學性能分析

對失效密封圈和同規(guī)格的新品進行紅外檢測，檢測結(jié)果如圖15所示。兩條曲線分別為失效件及新品紅外吸收曲線，兩者均為丁腈橡膠，屬于同一類產(chǎn)品。對兩密封圈進行邵爾硬度(非標)測試，值分別為76、78。非金屬材料性能數(shù)據(jù)庫中規(guī)定2-5013橡膠硬度指標為68～83，由此可知該膠圈性能符合要求。

2.4 間隙咬傷情況分析

由某型舵機結(jié)構圖可知，連通活門與該舵機殼體密封方式為平面密封。對該模型進行簡化，如圖16所示。舵機連通活門殼體與舵機殼體通過6個螺釘緊固。如固定螺釘擰緊不到位，導致該部位存在異常間隙，在不同壓力作用下，密封圈會發(fā)生如圖16（a）～（c）模型所示的一種往復式的工作，一段時間后，密封圈則會出現(xiàn)間隙咬傷，最終斷裂，密封失效。

（a）低壓下

（b）中壓下

（c）高壓下

圖16 密封圈工作狀態(tài)

分別擬定安裝間 體材料均擬定為鍛鋁，密封圈材料均 規(guī)格相同，密封圈承受的壓力均為2下，對不同的安裝間隙下密封圈狀 模型[2-6]，如圖17所示，劃分網(wǎng)格 可知，隨著間隙的增加，密封圈形變

圖17 密封圈模型

圖18 劃分網(wǎng)格

圖19 施加約束及荷載

圖20 0.2mm間隙密封圈狀態(tài)

圖21 0.3mm間隙密封圈狀態(tài)

圖22 0.5mm間隙密封圈狀態(tài)

3 結(jié)論

通過對失效膠圈斷口的分析及化學成分、性能的檢測，可排除密封圈質(zhì)量缺陷的可能。Ansys模型的分析結(jié)果表明，在密封圈質(zhì)量穩(wěn)定及外界壓力條件相同的情況下，平面安裝間隙越大，密封圈越容易被擠入間隙，出現(xiàn)損傷的幾率越大。故該舵機密封失效的主要原因為安裝間隙控制不當，導致密封圈被間隙咬傷。為保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，應盡量控制安裝后兩平面間間隙。