电动机故障分析及解决方法
陆江华++徐贵强
摘 要：近期飞机维修部门反映A320机队APU故障较多，影响了正常的航班正点率。文章通过对131-9A启动马达故障分析，找出APU发生故障的原因，并提出优化的APU维护方案，减少APU故障率，增加航班的正点率，提高经济效益。
关键词：APU无法启动；故障模式；可靠性；启动马达故障
1 概述
民航局反映近期A320机队APU故障[1]较多；经调查发现APU点火系统故障[2]最多，APU起动马达故障次之。经统计该类故障现象多为 APU无法起动或起动失败或起动自动关车，并触发以下3种故障信息：（1）NO ACCELERATION FCU（8022KM）/FUEL SUPPLY/STARTER MOTOR （8KA）故障代码 215；（2）NO ACCELERATION STARTER MOTOR （8KA） 故障代码 113 或 114；（3）NO ACCELERATION STARTER MOTOR （8KA）/APU ROTATION故障代码212。此故障频繁发生严重影响了航班的正常运行和航班的正点率，给航空公司造成了巨大的经济损失。本文通过对APU131-9A启动马达故障[3]分析，为找出故障原因，提出优化的维护建议，减少APU故障率，保证航班正点率，提高航空公司的经济效益提供参考。
2 APU起动系统概述
APU的起动程序由ECB控制，当APU起动时，由ECB激发起动接触器和备用起动接触器，使28V直流电供给起动马达。起动马达通过起动离合机构和齿轮箱驱动APU主轴，当达到APU正常转速的50%（大于20，000英尺为58%）时，ECB断开起动马达电源。APU在ECB控制下继续加速，当APU转速大于起动马达转速时，起动离合机构脱开。
起动系统从飞机的DC（直流）系统上得到电源，将28VDC供到BAT BUS（电瓶汇流条）3PP，通过保险丝（6KA）和起动接触器供到起动马达（8KA）。
APU起动系统主要包括：起动马达（8KA）、起动离合机构、起动接触器（5KA）、备用起动电流接触器（10KA）、ECB（59KD）。
APU起动马达的作用是APU起动时带动APU转动并加速到APU正常转速的50%（大于20，000英尺为58%），最多可允许连续无冷却起动3次，3次起动后，起动马达必须冷却至少60分钟。
图1 APU启动马达
APU起动马达是串联的直流电动马达，由V型卡箍將其连接到附件驱动齿轮箱上。起动马达驱动花键轴与起动离合机构的花键轴连接。起动马达完全密封并具有超速保护，其供电接线桩是绝缘的，一端接入28V DC，一端接地。起动马达具有电刷磨损指示器，以显示起动马达内部的电刷是否可用。通过透明的塑料盖可以看到起动马达电刷磨损指示销，当指示销可见时，电刷为可用，当指示销不可见时需要更换起动马达。
起动电门（2KA）是一个非门闩按钮ON/OFF开关。当APU起动过程中，蓝色ON信号灯亮；当APU起动成功，准备好提供电源或者气源到飞机系统时，绿色AVAIL信号灯亮。
起动接触器（5KA）和备用起动接触器（10KA）：起动电流接触器和备用起动电流接触器被安装在驾驶舱后面的120VU上。当供电后接触器吸合，吸合声音可以在APU起动过程中听到。
3 起动马达拆换统计
经统计自2011年至本报告完成之日所有起动马达故障以及相关部件的拆换记录，并与我司航材数量进行对比分析。
目前起动马达共有三种，件号分别为：2704506-2、2704506-3和2704506-4，统计拆换次数分别为6次、2次和1次；其对应航材数量分别为15个、5个和8个。从图表可以看出2704506-2/-3相对拆换率较高，可靠性相对较低。
4 故障分析
经统计件号为2704506-2和2704506-3的起动马达在过去几年的MTBUR数据为4200 HR（APU），该数据明显低于Honeywell给Airbus允诺数据10000HR。
Airbus在2009年发布的TFU 49.42.00.014APU 131-9A ST
ARTER MOTOR PN 2704506-2FAILURE，TFU给出该件号两种典型的故障模式：
（1）起动马达馈线端螺栓损坏（占22%的事件）。
（2）由过热引起的起动马达内部损坏（占70%的事件）。
a.螺栓损坏的原因是由于不正确的安装馈电电缆到起动马达馈线螺栓，导致连接过热和损坏起动马达馈线螺栓和电缆。为解决该问题AIRBUS发布SB A320-49-1056检查电缆的正确安装和正确的螺母扭矩值。
b.对于起动马达内部损坏，有以下几种潜在的失效模式：起动离合机构，超出起动周期，电刷失效等；Honeywell证明超过起动马达工作周期（限于1小时内连续起动三次）会导致内部过热和起动器过早出现故障。为应对该问题AIRBUS在AMM手册 APU起动程序中加入CAUTION：3 start attemptsmaximum， separated by a one minute cooldown interval between each attemptand followed by a one hour cooldown period after the third unsuccessful startattempt.
除以上两种故障模式外，Honeywell调查还发现了第三种故障模式：由于电刷罩变形引起的电刷不均匀磨损和电刷端不均匀压力分布。
为解决上述问题Honeywell发布VSB 2704506-49-2375改装电刷罩，改装过的起动马达被标记为2704506-2Series 3，该SB同时要求在起动马达上增加CAUTION标签：INSTALL AIRCRAFT CABLE TERMINAL DIRECTLY ON COPPERSTARTER CONTACT，以标出正确的电缆安装。
以上措施发布后，Honeywell发现2704506-2电刷问题仍然没有得到明显改善，Honeywell于2010年发布了P/N 2704506-3的起动马达，该马达使用改良材料（A70）作为电刷材料。在引入该件号一段时间后，Honeywell发现P/N 2704506-3非但没有解决起动马达电刷问题，而且，统计还表明该件号的起动马达寿命低于2704506-2，作为应对措施，Honeywell 于2011年发布VSB 2704506-49-2391将2704506-3改装回2704506-2。
基于以上问题，Honeywell于2012年对起动马达及与飞机交联部件发起RCCA（根本原因纠正行动）调查，该调查共统计了500台在厂翻修的起动马达（2704506-2），调查数据显示造成这些起动马达故障的主要原因是电刷机构损伤（所有电刷的组件包括电刷本体、支架、弹簧）。
RCCA调查完成后，Honeywell根据调查结果设计了具有改进型电刷机构的起动马达P/N 2704506-4，其对电刷的改进包括电刷材料（H100-3）和电刷外形的重新设计，并发布VSB 131-49-8117对2704506-2/-3升级，该起动马达于2015年第2季度投入生产，Honeywell预计其MTBUR为10，000 HR，且该起动马达可与2704506-2、2704506-3互换。
经过对多年来的故障统计分析，对于件号为P/N 2704506-4的起动马达，建议航空公司升级。该件号启动马达最多使用36个月（4500 APU HR），鉴于Honeywell并没有发布其实际可靠性数据，因此从使用时间上和实际可靠性数据上都不能证明其可靠性有根本的改变。经评估不统一执行该SB，但对APU或者起动马达送修时执行该升级不做限制。
同时除建议对起动马达升级外，还对起动马达维护做如下建议：
遵守AIRBUS AMM，正确的安装起动马达电缆。
在APU起动过程中严格遵守AMM CAUTION：最多3次起动尝试，每次尝试冷却1分钟，在第三次起动尝试后冷却1个小时。
参照MPD任务494000-B3-2中的建议，每750 FH检查电刷磨损指示器，在早期发现电刷磨损。目前A检已经体现该条目。
5 结束语
目前遇到的起动马达低可靠性问题，主要因为马达自身设计原因。对该问题做如下建议：
（1）对于PN 2704506-2/-3的启动马达如果无法忍受目前的故障率，建议加入软时限拆换。
（2）对于P/N 2704506-4起动马达实际可靠性，工程将持续关注。待后续有充足证据证明该升级能从根本上解决起动马达低可靠性问题，公司再執行该升级。
（3）建议日常维护APU时严格按照AMM要求。
参考文献
[1]杨光宇.航空燃气涡轮发动机启动过程常见故障分析[J].黑龙江科技信息，2016（21）：56.
[2]邹锦锐.A320飞机APU启动点火系统介绍故障分析及磁堵检查[J].科技资讯，2016（17）：173-174.
[3]凌学伟.A320飞机发动机启动故障——P1流量控制活门不能关闭[J].科技视界，2013（23）：67-68.
作者简介：陆江华（1984，2-），男，硕士，原国航成都维修基地-工程师，主要研究方向：航空机电设备维修。
徐贵强（1984，8-），男，硕士，工程师，研究方向：航空机电设备维修。
