道岔的护轨及其故障与处理要点
王琦+于晓光+张彤+陈宇+唐学来+邢百军
摘 要：由于发动机滑油弯管卡箍的运用范围大多数在飞机的发动机上，因此发动机滑油弯管卡箍的质量直接影响飞机的飞行安全。发动机滑油弯管卡箍在飞机发动机上最重要的作用就是衬垫。而带垫卡箍是一类将飞机中各类管路线连接卡紧或固定在相应的结构上的通用零件，金属卡箍和衬垫是带垫卡箍的组成结构。由于带橡胶衬垫卡箍上普遍都包有橡胶层，橡胶层能够有效的避免金属卡箍之间的摩擦碰撞，因此可以有效的防止卡箍磨损管路和电线电缆。然而，由于橡胶材料具有不耐高温、不耐老化的特点，因此，带电卡箍普遍使用周期不长。文章主要通过对发动机滑油系统的组成部分及重要作用、发动机滑油弯管卡箍故障的试验、试验结果的分析总结以及提出发动机滑油弯管卡箍的改进措施四个方面为发动机滑油弯管卡箍故障及处理分析进行总结。
关键词：带垫卡箍；试验；作用及原理分析；改进措施
中图分类号：V233 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0071-02
前言
發动机滑油弯管卡箍主要应用在飞机的发动机上，我国现用的军用飞机卡箍在符合《固定导管的环形卡箍通用规范（HB7647-2004）》的前提下，卡箍只具有单独的类型以及选定的特定材料。而国外飞机卡箍则普遍不具备这一特点，拥有多种类型，且多种规格的材料，并且在使用与维护过程中具有一定的性能优势。在我国某种型号发动机带垫卡箍由于一些特定的原因，经常出现卡箍失效的故障，为了寻求这些特定的原因，及时有效的提出最优装配力矩的措施，从而有效的优化工艺流程，力求在我国飞行机领域能够有效避免此类故障的再次发生。
1 发动机滑油系统的组成部分及重要作用
1.1 发动机滑油系统的组成部分
发动机滑油系统主要由压力系统、回油系统与通气系统三个部分所组成的。压力系统主要负责发动机的供油，因此，发动机的压力系统主要从滑油箱开始到滑油喷嘴而结束的一个过程。发动机的回油系统主要从轴承腔开始到滑油箱结束的一个过程。油气分离器与各部分的通气管路构成一套完整的发动机通气系统。
1.2 发动机滑油系统的重要作用
发动机滑油系统具有润滑、冷却、清洁、防腐等四个方面的作用。发动机的相关运动的零部件表面用一层油膜覆盖，使金属与金属之间不能直接接触，从而使油膜与油膜相互接触，有效减小金属之间的摩擦力，从而减小由于金属摩擦所带来的经济损失。发动机滑油从轴承与其他温度较高的部件中吸收热量，从而能够使散热器将热量传递给冷却介质，从而达到冷却的作用。滑油系统的清洁作用主要是带走轴承与其他部件磨损时所产生的微小颗粒。发动机在金属部件表面被具有一定厚度的油膜所覆盖，避免金属与空气直接接触，从而有效的防止金属的氧化与腐蚀。滑油系统不仅是发动机状态的载体，而且能够为其他系统提供工作介质。在涡浆发动机中，由于滑油带走较多的热量，因此滑油系统也可以作为防冰系统的热源。
2 发动机滑油弯管卡箍故障的试验
2.1 宏观观察
某种型号发动机的卡箍衬垫经常出现衬垫故障事件，通过对带垫卡箍装配情况与失效卡箍的外观进行宏观的观察，发现故障件衬垫虽然保持较好的弹性、柔性且卡箍表面未发生氧化现象，只是卡箍表面有开裂的情况发生。我们发现故障卡箍开裂不是发生在卡箍衬垫的一端直角处，就是发生在卡箍衬垫两端的直角处，开裂的情况普遍沿卡箍的纵向进行扩展。故障卡箍裂纹一般是在卡箍衬垫一端直角处内侧，且源区较粗糙，冶金缺陷现象并未发生。
2.2 材料符合性检查
发动机滑油弯管卡箍主要通过物理化学性能检测与红外线光谱检测两种检测途径对材料的符合性进行有效的比对。由于F275氟橡胶是故障件卡箍所采用的主要材料材质，因此我们通过选取F275氟橡胶与故障件卡箍进行一定程度的燃烧，由于F275氟橡胶的燃烧性能与故障件卡箍的燃烧性能基本上完全保持一致，因此可以说明故障卡箍所采用的材料材质就是F275氟橡胶。而通过对故障件与库存件、F275氟橡胶分别进行红外光谱检测，我们发现它们三者的吸收峰位置与强度基本保持一致，因此认定为同一材料，均为F275氟橡胶。
2.3 差热-热重实验
差热-热重实验的实验条件应当满足升温速度为每分钟升高10℃与通高纯的气体流量应当满足每分钟20ml。剥去其表面的F275氟橡胶的完好的库存卡箍通过德国耐蚀STA449C综合热分析仪进行差热热重分析，其分析结果如下图1所示：
由图1可知， 328℃为该型号带垫卡箍中橡胶分解的一个临界点。
2.4 耐热实验
我们可以选取一批具有良好性能的该型号库存件卡箍，随机选择其中的七个，通过对它们进行特地情景下的耐热实验，其耐热实验结果如下表1所示：
实验结果表明，在持续高温的前提下，库存卡箍的F275氟橡胶衬垫无论在哪种状态下，都能保持完好的性能。
3 试验结果分析总结
根据裂纹的宏观观察与断口分析得知，卡箍衬垫开裂我们可以判定为金属卡箍由于过载而引发的断裂，并不是由于金属卡箍通过相互摩擦接触产生氧化从而引发的金属裂纹。
设计图纸上要求卡箍的衬垫的材料应当为F275氟橡胶，而对故障件采用物理化学性能检测与红外线光谱检测两种检测方法均说明故障件材料采用的是F275氟橡胶，符合设计图纸的要求。
由于在耐热实验中氟橡胶经历高温295℃仍能保持柔软的性能，并未由于高温发生氧化现象，且具有较强的弹性与柔韧性，因此我们可以得知故障件在使用的过程中的实际温度应当在295℃以下。
4 发动机滑油弯管卡箍的改进措施
4.1 确定最优装配力矩，优化工艺流程
保持力实验其目的就是为了确定最优装配力矩，从而能够确保有效的优化工艺流程。保持力实验如下图2所示：endprint
采取保持力实验的途径就是试验卡箍安装在和滑油弯管公直径相等的钢管上，并且将卡箍用普通的螺栓和螺母进行简单的固定，实验时将卡箍两脚之间的装入厚度保持在1.6毫米左右，且上下幅度不得超过0.01毫米。将初始的拧紧力矩定为3.4N·m，将P轴向力方向的作用力确定为289N，轴心推动的方向应当沿轴向作用力的方向，并且保证其在卡箍内滑动弹性垫不能发生打圈转动情况的发生，最后慢慢的拉回芯轴。实验时拧紧力距应当在3.4N·m的基础上，每增加0.1N·m，就應当记录拧紧力矩，直至记录到不能滑动时的拧紧力矩为止。大量的实验结果发现，不能滑动时的拧紧力矩为4.4N·m，而当前工艺流程中的最大拧紧力矩的规格为6.0N·m。这种拧紧力矩的不同就是导致发动机滑油管发生卡箍故障的主要原因。
4.2 更换发动机滑油弯管处衬垫材料
在我国当前工艺技术的前提下，发动机滑油弯管处的衬垫材料主要有乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶、聚四氟乙烯六种材质。分别取这六种材质进行耐热试验，通过对卡箍衬垫装配力矩的6.0N·m与实验结果中卡箍衬垫装配力矩的4.4N·m的状态下分别进行试验。从100℃开始观察设置每升高10℃设置一个观察点，进行观察，直至升高至300℃。观察结果如下表2所示。
实验结果表明，乙丙橡胶适用范围为120℃以下的发动机滑油系统的带垫卡箍，而5860丁腈橡胶的适用范围较低，只适合在100℃以下使用。氯丁橡胶适用于100℃以下，但在150℃以下能够间歇使用。F275氟橡胶适用于250℃以下，氟硅橡胶与聚四氟乙烯塑料的适用范围与F275氟橡胶适用范围大致相同。而氟硅橡胶与聚四氟乙烯塑料在6.0N·m与4.4N·m与300℃高温 的前提下，均未产生断裂现象。因此，在发动机滑油弯管处材料的选择上应当综合考虑温度与装配力矩两种因素。
5 结束语
发动机滑油弯管处卡箍衬垫是由于高温过载引发撕裂，这种撕裂的现象是由于装配力矩与温度两者共同作用所产生的。而卡箍装配力矩偏大，发动机滑油弯管处衬垫材料的选用不得当是导致卡箍失效的主要原因。因此避免发动机滑油弯管卡箍故障应当在符合国家工艺标准的前提下，确定最优装配力矩，选择合适的衬垫材料。
参考文献：
[1]郑敏，章怡宁，景绿路，等.国外新型带垫固定卡箍分析[J].航空标准化与质量，2009（05）.
[2]郑敏，王宗武，张艳，等.航空卡箍选用装配研究[J].航空标准化与质量，2015（02）.
[3]朱昭君，陈志英.卡箍的参数化建模及参数对刚度的影响[J].河南科技大学学报（自然科学版），2011（05）.
[4]李洋，佟文伟，韩振宇，等.发动机引气管卡箍断裂原因分析[J].失效分析与预防，2013（03）.
[5]尹泽勇，陈亚农.卡箍刚度的有限元计算与实验测定[J].航空动力学报，1999（02）.
[6]郑敏，景绿路，张艳，等.航空卡箍失效分析[J].飞机设计，2014（06）.endprint
