喷丸强化技术在某型作动筒延寿修理中的应用

赵西洋，陈晓秀，孟海英

（大连长丰实业总公司，辽宁 大连 116038）

某型作动筒寿命仅为6000±150起落，在飞机的全寿命期内，共需要 4套作动筒，这不仅增加了维修工作量，还增大了成本。如作动筒寿命能延长至12 000±150起落，飞机全寿命期内仅需要2套作动筒，既减少了维护的工作量，又降低了换新成本。

1 喷丸强化处理和疲劳寿命试验

1.1 喷丸参数的确定

喷丸强化处理是国内外广泛使用的一种在再结晶温度以下的表面强化方法，是显著提高金属零件抗疲劳和抗应力腐蚀性能的有效途径[1-2]。作动筒零件形状结构复杂，有螺纹、耳片、油槽等，没有完全相同的工艺参数，因此需要试验确定工艺参数。针对不同几何形状、不同部位，设计正交试验，确定弹丸材质、尺寸、喷丸强度、覆盖率等工艺参数[3]，见表1。

1.2 疲劳寿命试验

1.2.1 试验载荷谱

作动筒的载荷谱分为收放载荷谱和地面载荷谱[4]。收放载荷谱由气动载荷、惯性载荷、转动惯性载荷、上锁载荷、护板载荷、摩擦力等要素决定，合成转换到作动筒上，得出总载荷与行程成对应关系及收放载荷谱[5]。地面载荷[6]由起落架所受的地面载荷转换而来，所以应先计算编写起落架地面载荷谱，再转化为作动筒的地面载荷谱。

表1 针对不同部位的工艺参数

由前起落架的结构，通过受力分析可知，前作动筒不受地面载荷，只承受收放载荷，因此只需编写收放载荷谱。而主起落架的结构决定主作动筒除了受收放载荷以外，还受地面载荷，但收放载荷却远小于地面载荷。

1.2.2 典型零件疲劳试验

对强化前后的主、前耳环螺栓进行疲劳寿命对比试验，验证强化效果。试验按等幅轴向疲劳进行[7]。如果试验到106次未破坏，增加载荷10%继续试验[8]，如继续试验次数再次达到106次仍未破坏，再增加载荷10%继续试验，如仍未破坏，试验到3×106次，试验停止。强化处理前后的典型零件数量各不少于 3件，试验在专业的疲劳试验机上进行。

1.2.3 作动筒整体疲劳试验

前作动筒需要在专用的台架上进行收放疲劳试验，因此，针对前作动筒，模拟飞机上的使用形式，研制了专门的试验台架。

考虑主作动筒的收放载荷远小于地面载荷，通过疲劳分析，疲劳试验时，可以将收放载荷通过修正系数加到地面载荷中试验，不再单独做收放疲劳试验。主作动筒的疲劳试验在疲劳试验机上进行。

试验开始应连续加载，试验次数不小于 4×(12000－Ns)（发散系数取4，Ns为已经使用次数），如果试件未破坏，试验到48 000次停止试验。延寿前后的前作动筒各1件，延寿前后的主作动筒各2件。

2 结果及分析

2.1 典型元件的试验结果及分析

喷丸强化处理后的前耳环螺栓、主耳环螺栓试验结果分别见表 2、表 3。元件成组试验统计分析结果见表4[9]。DFR计算结果见表5。

2.2 作动筒整体的结果及分析

第一件未修理作动筒，在试验到24 000起落停机检查，作动筒接头、活塞杆螺纹、夹具，销轴等正常。试验到3万起落左右，发现耳环螺栓紧固圈产生裂纹。因不影响总体功能，继续试验到4.8万起落结束试验。

第二件未修理作动筒，在试验到24 000起落停机检查，作动筒接头、活塞杆螺纹、夹具，销轴等正常。试验到2.8万起落左右，发现耳环螺栓紧固圈产生裂纹。为防止断裂，用胶纸保护，直至4.8万起落，由试验机拆下作动筒，发现紧固圈已经全部断裂。

第三件、第四件为强化后作动筒，在安装时紧固圈拧得比较松，因此到4.8万起落，全程试验未见任何零件裂纹。

全部试验件4.8万起落后分解检查，检查探伤发现两件作动筒万向接头连接销轴在中间出润滑油孔边裂纹。

主起落架收放作动筒，无论是经过延寿修理（喷丸强化），还是未经延寿修理的全部通过了48 000起落数试验。试验过程发现，耳环螺栓的保险固定圈产生裂纹或发生断裂，其原因为试验载荷谱最大压缩过大，大变形引起固定圈载荷过大，因此断裂，后面的试验固定圈拧紧放松，因此没有发生断裂。

表2 前耳环螺栓试验结果对照

表3 主耳环螺栓试验结果对照

表4 元件成组试验统计分析结果

表5 DFR计算结果

试验24 000起落分解检查，全部试验件未发现任何裂纹。48 000起落分解探伤发现，第一件作动筒万向接头的销轴中间润滑油通孔孔边发生裂纹。经疲劳分析发现，油孔位置顺作动筒轴向，应力集中位于最大应力部位，会产生疲劳裂纹。

如果孔位于横向Nsj=498 587 261起落，疲劳寿命足够，应力集中避开最大应力部位，不会产生疲劳裂纹。在试验完成48 000起落后，进行探伤检查，发现有两件产生疲劳裂纹，发生概率为50%。由于螺纹位置在万向接头耳孔中间，属于缓慢扩展裂纹。至试验结束，裂纹较小，不会发生瞬时断裂。可以按48 000起落试验结果定寿，但是定寿应注意销轴的检查与更换。

主起落架收放作动筒（包括未修理和延寿修理的）已经达到延寿要求，实现并超过10 000起落的目标。由试验定寿计算公式得Nsd≥=18 000起落，因此试验寿命应该为18 000起落。

未强化处理前作动筒在试验到48 000起落（实际加载48 160起落）结束前，断裂2件前耳环螺栓，其他零件未发生破坏。强化处理后前作动筒试验，自始至终没有发生零件损坏更换问题，试验48 000起落（实际加载48 595起落），作动筒完好。

3 结论

1）典型元件主耳环螺栓和前耳环螺栓疲劳对比试验表明，喷丸强化可以明显提高耳片、螺纹寿命，喷丸是延寿修理有效手段之一。

2）主作动筒销轴所有试验件均未进行修理强化，试验前如果使用 6 000起落，试验寿命按 N=(24 000/4)+6 000=12 000起落（疲劳分析结果为Nsj=15 024起落）计算。考虑保险，在大修时应重点检查，进行仔细抛光孔边或喷丸，并在装配时注意孔的方向，可以继续使用。

3）未强化处理与强化处理的主作动筒总体寿命≥18 000起落。

4）对于未强化处理的前作动筒，由于耳环螺栓发生提前断裂，作动筒定寿可以不包括耳环螺栓，可以在延寿修理时换件解决。

5）喷丸强化后的前作动筒，耳环螺栓进行了喷丸强化，所以寿命提高，并且试验未发生破坏，可以按照与作动筒相同寿命定寿。