Файл: Соломонов, П. А. Надежность планера самолета.pdf

6.7. Методы исследования деталей золотниковых пар авиационных топливных и гидравлических агрегатов

Практически все наиболее опасные с точки зрения надежной работы самолетных систем и авиационных двигателей отказы зо­ лотниковых пар распределительных устройств гидроусилителей и регулирующих устройств топливной аппаратуры вызываются внезапным повышением трения выше допустимого техническими условиями предела, что, как правило, сопровождается различ­ ного рода повреждениями трущихся поверхностей деталей [11].

Во многих случаях при проведении исследований техническо­ го состояния агрегатов отказавшей авиационной техники бывает необходимо определить характер и причину повреждения рабо­ чих поверхностей деталей золотниковых пар и степень повыше­ ния трения, сопровождающего образование повреждения.

При исследовании технического состояния любой золотнико­ вой пары, в первую очередь, определяется тип золотниковой па­ ры, агрегатов планера, оборудования и силовой установки само­ лета. Все цилиндрические пары топливных и гидравлических аг­ регатов, исходя из кинематических особенностей работы деталей (характера относительных перемещений и действующих нагру­ зок), можно разделить на три типа. Каждый тип характеризует­ ся свойственными ему причинами повреждения поверхностей де­ талей и повышения трения между ними. Поэтому определение типа золотниковой пары позволяет установить возможные при­ чины повреждения и повышения трения в золотниковой паре.

Первый тип — золотниковые пары регулирующих устройств с возвратно-поступательными перемещениями золотника, вос­ принимающего осевую нагрузку от пружин и давления рабочей жидкости (топлива). Характер относительных перемещений де­ талей таких пар зависит в основном от изменения давления ра­ бочей жидкости.

ройств непрерывно или периодически в результате изменяющего­ ся давления рабочей жидкости совершают относительно друг друга возвратно-поступательные перемещения с различной час­ тотой и амплитудой.

При наличии пульсации давления рабочей жидкости золот­ ник может совершать вибрационные перемещения в осевом нап­ равлении, в результате чего возможно возникновение схватыва­ ния поверхностей деталей на участках фактического контакта.

Итак, основные особенности условий работы деталей золот­ никовых пар первого типа характеризуются следующим:

— осевая нагрузка на золотник вызывает относительный пе­ рекос его относительно гильзы, что может создать сравнительно высокие удельные давления в местах фактического контакта де­ талей;

— при наличии пульсации давления рабочей жидкости могут возникать продольные вибрационные перемещения деталей.

Ко второму типу относятся золотниковые пары регулирую­ щих устройств, у которых золотник, помимо возвратно-поступа­ тельных движений, совершает еще вращательное со скоростью, достигающей нескольких тысяч оборотов в минуту.

Высокие скорости скольжения создают условия, при которых в случае неблагоприятных обстоятельств, например попадания в зазор твердых частиц, может произойти локальный нагрев по­ верхностей трения, разрушение окисных и адсорбированных пле­ нок н, как результат — значительное увеличение трения сопря­ женных поверхностей деталей.

Детали золотниковых пар распределительных устройств тре­ тьего типа под действием ручного и электромагнитного приво­ дов периодически получают взаимные возвратно-поступательные перемещения. Рабочая жидкость подводится и отводится у таких золотниковых пар по радиальным отверстиям в гильзах, в ре­ зультате чего золотник практически не испытывает односторон­ них осевых усилий от давления рабочей жидкости. Поэтому пульсация давления рабочей жидкости не вызывает относитель­ ных вибрационных перемещений деталей.

Основной особенностью условий работы таких золотниковых пар является периодическая работа деталей в неподвижном сос­ тоянии при наличии в системе высокого давления рабочей жид­ кости. При этом в результате действия гидравлических сил и при попадании в зазоры-твердых частиц золотник может сильно прижиматься к гильзе. Кроме того, при протекании рабочей жидкости через зазор золотниковой пары, представляющей со­ бой капиллярную щель, при отсутствии взаимного перемещения деталей может возникнуть облитерация (заращивание) этой щели полярными молекулами и различного рода частицами, на­ ходящимися в жидкости. К третьему типу относятся золотнико­ вые пары самолетных гидроусилителей.

Принципиальное отличие золотниковых пар регулирующих устройств (первый и второй тип) от распределительных золот­ никовых устройств состоит в осевом приложении нагрузки и виб­ рационном или вращательном перемещении деталей, что создает в ряде случаев условия, вызывающие увеличение трения их соп­ ряженных поверхностей. В золотниковых распределительных устройствах трение не увеличивается, и причины повышения тре­ ния связаны с механическим заклиниванием деталей твердыми частицами и возникновением неуравновешенных гидростатиче­ ских сил.

290

—повреждения, возникающие в результате увеличения мест­ ного трения сопряженных поверхностей деталей;

—повреждения, возникающие в результате значительного

увеличения трения сопряженных поверхностей деталей;

типа имеет конструктивно-производственный характер, так как она определяется условиями нагружения, характером относи­ тельных перемещений, свойствами материала и состоянием по­ верхности деталей и практически не связана с наличием в топливе или рабочей жидкости механических частиц или воды.

В золотниковых парах второго типа значительное увеличение трения возможно только при наличии высокой скорости сколь­ жения сопряженных поверхностей.

Для большинства существующих золотниковых пар критиче­ ская скорость скольжения, ниже которой трение практически не увеличивается, равна 1 м/с.

Наиболее вероятной причиной увеличения трения в таких золотниковых парах является попадание в зазор абразивных или металлических частиц, соизмеримых по твердости с поверх­ ностью деталей, образование которых возможно в результате сколов и выкрашивания материала самих деталей золотниковой пары.

Попадание в зазор частиц песка или металла с твердостью, существенно меньшей, чем поверхность деталей, как и наличие в топливе (рабочей жидкости) воды, не приводит к увеличению трения сопряженных поверхностей гильзы и пояска золотника, между которыми они попадают.

Процесс повышения трения представляет собой образование металлических связей в местах контакта, разрушение которых может сопровождаться повреждением рабочих поверхностей в результате вырыва и налипания металла и царапания образую­ щимися неровностями. Поэтому внешними признаками, харак­ теризующими схватывание, как правило, являются -следы выры­ ва, налипания и пластического деформирования частиц металла, наличие задиров и царапин.

Когда увеличивается трение и возникающие повреждения образуются на микроучастках поверхностей, т. е. .на участках, имеющих размеры порядка 1 мм2, характерные признаки повы­ шенного трения легко выявляются уже при увеличении в 4—■ 10 раз.

При увеличении трения на микроучастках поверхностей, из­ меряемых сотыми долями миллиметра, выявить признаки повы­ шенного трения очень трудно. Увеличение трения сопряженных деталей на микроучастках контакта может сопровождаться пов­ реждением поверхностей в виде многочисленных царапин в нап­ равлении относительных перемещений без явно выраженных

2 9 2

следов переноса металла. Такое состояние поверхности внешне сходно с состоянием поверхности деталей, подверженных цара­ пающему действию абразивных частиц.

Повреждения поверхностей деталей золотниковых регулиру­ ющих устройств, вызванные увеличением трения на микроучаст­ ках фактического контакта, имеют следующие характерные при­

участки, покрытые многочисленными продольными царапинами, имеющие четко выраженную границу на фоне поверхности с ис­

100 раз) следы вырыва и налипания частиц металла на повреж­ денных участках. Налипание частиц, как правило, имеет вид светлых участков;

— существенное повышение (на 30—40%) микротвердости на микроучастках повышенного трения по сравнению с микро­

ложенных на разных концах деталей с диаметрально противопо­ ложных сторон, т. е. в местах их контакта, определяемых нали­ чием относительного перекоса деталей, создаваемого эксцентри­ ситетом приложения осевых сил к золотнику.

Таким образом, признаками увеличения трения деталей зо­ лотниковых пар являются характерные повреждения и упрочне­ ние поверхностей на локальных участках, вызванные пластиче­ ской деформацией поверхностных слоев металла.

В связи с изложенным определение признаков повышенного трения на поверхностях деталей золотниковых пар регулирую­ щих устройств целесообразно проводить в следующем порядке:

а) извлеченный из агрегата золотник (плунжер) осматрива­ ется визуально с помощью лупы при увеличении в 3—10 раз для обнаружения на участках трения поверхности золотника налип­ ших частиц металла, язвин от вырыва частиц и продольных ца­ рапин (борозд), имеющих обычно протяженность, не превышаю­ щую величину максимального рабочего перемещения золотника относительно гильзы, и образуемых налипшими на поверхность сопряженной детали частицами перенесенного металла;

б) если осмотр золотника при увеличении в 3—10 раз не поз­ волил выявить явных признаков повышенного трения, необходи­ мо осмотреть поверхность с помощью микроскопа МБС-2 при увеличении в 30—100 раз для определения признаков поврежде­ ния поверхности, характерных для увеличения трения на микро­ участках контакта сопряженных деталей золотниковой пары;

в) используя микротвердомер ПМТ-3, измерить микротвер­ дость на участках с исходным состоянием поверхности золотника

293