张 昊，覃海鹰

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

某型机液压阻尼器漏油故障分析及优化改进

张 昊，覃海鹰

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

通过深入研究某型机外场使用过程中的液压阻尼器漏油问题，经理论分析找出其失效机理，提出优化改进措施，并对优化改进后的液压阻尼器进行耐久性试验，试验结果良好。优化措施能成功解决液压阻尼器漏油、油液污染等相关问题，可为后续其他液压阻尼器或者其他液压密封结构的设计提供良好的借鉴。

液压阻尼器；漏油；优化改进；耐久试验

0 引言

液压阻尼器是现代直升机旋翼系统的关键零部件，其主要功用是为旋翼桨叶的摆振运动提供附加阻尼、匹配刚度，从而防止因桨叶的摆振后退型模态与起落架耦合而引发的“地面共振”以及与机体耦合而引发的“空中共振”[1]。目前，液压阻尼器已应用于国内多个型号的旋翼系统中。但是，随着液压阻尼器工作时间的加长，阻尼器内部零件之间的相互磨损加剧，往往会出现密封件、活塞杆、筒体等的损伤，导致阻尼器的密封性不足，出现漏油、油液污染等问题，一旦发生此类问题，维护起来就特别麻烦，严重的话可能导致液压阻尼器丧失为桨叶摆振运动提供阻尼的功能，在飞行中会导致直升机振动加剧，影响结构件的强度及寿命，在起飞和降落过程中可能引起直升机“地面共振”，造成重大安全事故[2]。所以，如何改善液压阻尼器的密封性、油液泄露问题，保证液压阻尼器的正常功能，是一个亟待解决的问题。

1 液压阻尼器系统组成及工作原理

本文所研究的液压阻尼器装于某型机金属铰接式桨毂，其结构示意图如图1所示，主要由拉杆组件(1)，胶套组件(2)，端盖组件(3)，活塞组件(4)，外筒组件(5)，导杆组件(6)组成。

本文所研究的液压阻尼器一端通过拉杆上的关节轴承与主桨毂上星板连接，另一端通过轴颈与水平销连接，如图2所示。活塞与拉杆连接在一起，可以在外筒与端盖形成的封闭腔中作往复运动，外筒与端盖形成的封闭腔充满液压油，活塞上装有节流片和定压活门。桨叶摆振运动时，轴向铰与水平销一起绕垂直铰做摆振运动，带动减摆阻尼器的外筒相对于活塞做往复运动，阻尼器活塞两端的油腔容积发生变化，从而产生压力差，迫使阻尼液通过阻尼器活塞上的节流片作往复运动从而产生阻尼力[3]。

2 故障描述及机理分析

2.1故障描述

某型机的液压阻尼器在外场使用过程中出现了活塞杆处漏油、外筒内壁严重磨损、液压油污染严重等问题。图3为液压阻尼器故障发生部位示意图，图4为液压阻尼器内部相关结构件相关磨损情况，具体故障现象如下：

1) 液压阻尼器外筒内径表面、活塞杆外径相互配合部位严重磨损，外筒内径表面出现一道深度达0.3mm的沟槽，活塞杆处O型密封圈严重损伤；

2) 液压阻尼器端盖组件的端盖本体、铜衬套、O型密封圈严重损伤，出现漏油现象；

3) 液压阻尼器阻尼腔内油液出现严重污染。

2.2机理分析

图5为液压阻尼器工作示意图。

从图中可以看出，阻尼器活塞为单杆结构，旋转的液压阻尼器在实际工作中为非对心运动，承受的离心力为：

从而引起的离心弯矩为：

从图3、图5中可知，M离心力是由端盖铜衬套来承受，使得在实际工作中铜衬套与活塞杆本体最开始进行磨损，但是由于铜衬套长度lct短，其支撑作用受到影响，使得阻尼活塞密封圈、端盖密封圈成为承受离心力矩的两个支点：

所以，由于M1的存在，随着液压阻尼器工作时间的增加，端盖密封圈磨损量越来越大，当出现l磨损1≥Δ临界，端盖会直接与活塞杆本体对磨，导致活塞杆与筒盖出现擦伤，然后擦伤的活塞杆反过来进一步损伤端盖上的密封圈，进而造成恶性循环加剧活塞杆与端盖的密封失效。同样，由于M3的存在，活塞杆密封圈同外筒、活塞杆本体相互磨损，同时又由于活塞杆密封圈与外筒的配合过盈量较大，增加了活塞密封圈对外筒内圆柱表面的摩擦力，这也加剧了阻尼活塞胶圈及外筒内圆柱表面的磨损。

此外由于液压阻尼器装配时外筒内径、活塞组件、端盖组件及导杆组件的形位公差未能得到充分保证，从而出现一定的不均匀受力，加剧了端盖内表面与活塞杆、活塞杆胶圈与活塞杆、活塞杆胶圈与外筒内径的磨损，同时由于在铝合金外筒的生产加工中，其内表面没有进行硬质阳极化处理，使用中不耐磨，形成沟槽，进一步加剧了不均匀受力情况，导致液压阻尼器端盖内表面与活塞杆、活塞杆胶圈与活塞杆的磨损进一步加剧，导致活塞杆与端盖密封失效，发生严重漏油故障。

另外，在端盖密封圈与活塞杆、活塞杆胶圈与活塞杆、活塞杆胶圈与外筒内径相互磨损中，密封圈会产生橡胶颗粒物进入液压油，同时使用中的局部高温也会导致胶圈老化和橡胶中炭黑析出，从而导致液压阻尼器的液压油出现严重油液污染问题。

3 液压阻尼器优化措施改进

根据2.2节的机理分析，液压阻尼器发生漏油的主要是由于端盖组件中的铜衬套长度太短且不耐磨，端盖密封圈、活塞杆密封圈不耐磨，外筒内径不耐磨等原因造成，因此，本文根据以上种种问题提出相应的优化改进措施，图6为更改前后的液压阻尼器对照图。

1) 铜衬套更改为支撑环

如图6所示，将端盖上原先用于防磨的铜衬套改为高硬度、低摩擦系数材料的支撑环，支撑环是摩擦系数很小的塑料耐磨环(标准号:W02-X-0420C02)，并加大了支撑环的长度，同时在支撑环上开有导流槽，以便在使用中液压油对摩擦面形成润滑。

2) 单一密封圈更换为组合密封圈

如图6所示，将原先端盖密封圈、活塞杆密封圈更换为采用组合密封结构，组合密封包括橡胶密封圈和耐磨的密封圈外包层(其中活塞杆组合密封圈采用标准件P11-3-0803M04，端盖组合密封圈采用标准件R16-3-0420M04)。因此，橡胶受压变形提供密封正压力，外包层摩擦系数大大降低并具有优异的耐磨性。同时，考虑橡胶件主要的功能是用于提供压紧力，不直接与摩擦面接触，起到密封作用，故在活塞杆密封圈左侧安装一个小型支撑环(标准号：W01-2-0800C02)，在工作过程中，与摩擦面直接接触，使得支撑环起到支撑作用。

3) 外筒内径增加表面处理

考虑到铝合金的耐磨性不好，针对阻尼器的铝合金外筒新增加一个表面处理工艺，将内表面进行硬质阳极化处理，同时考虑到硬质阳极化处理工艺的困难性，适当减小了外筒内径表面的粗糙程度要求。

4 液压阻尼器耐久性试验验证

根据第3节的优化改进措施，加工制造出优化措施贯彻后的液压阻尼器试验件进行耐久性试验。本文所做的试验是在上海精稳密封技术有限公司研制的液压阻尼器专用耐久性试验台上进行的，如图7所示。试验时模拟液压阻尼器在直升机上的边界条件，两端通过叉耳与专用耐久性试验机相连进行试验，在侧向通过在定滑轮上挂重物来施加侧向载荷。试验过程中通过温度监控、载荷监控和外观检查，确定试验件是否失效。

试验验证共完成782小时的耐久性试验，试验中试验件温度在55℃～61℃，载荷1.6kN～1.7kN左右。整个试验过程油液几乎没有渗漏，只有在测试至530小时后端盖主密封开始渗油，2～3滴/天，但油盒中油面几乎没有下降，能看出油液的本色，油液污染很小，即使试验结束阶段，也没有达到直升机使用中油液非正常渗漏标准。

试验后对液压阻尼器试验件进行了分解检查，内部零件密封磨损较小，外筒内表面、端盖、活塞杆等零件的摩擦面只有对磨的痕迹(见图8a,8b,8c)，没有出现擦伤，所有密封件及支撑环几乎没有磨损。同时，液压阻尼器内部油液存在一定污染(见图8d)，看不出油液的本色，但不存在肉眼可见的颗粒物。图8所示为782小时耐久性试验结束后相关零件及油液情况。

5 结论

本文在深入研究某型机外场使用过程中的液压阻尼器漏油问题的基础上，通过理论分析找出液压阻尼器失效机理，然后根据液压阻尼器橡胶密封件自身的特点，创新地提出组合密封圈加支撑环来替代传统结构中的密封圈和支撑衬套的优化改进措施，并对优化改进后的液压阻尼器进行耐久性试验，试验结果良好，证明优化改进措施能成功解决液压阻尼器漏油、油液污染等相关技术问题。累计了一定工程经验，可为后续其他液压阻尼器或者其他液压密封结构设计提供良好的借鉴，具有非常重要的理论意义和工程应用价值。

[1] 郑俊伟. 旋翼液压阻尼器阻尼性能研究[C]. 第二十六届全国直升机年会论文集，2010．

[2] 张呈林,张晓谷，等.直升机部件设计[M]. 南京：南京航空航天大学出版社. 2008

[3] 颉连元. 旋翼液压减摆器研究与应用[J]. 直升机技术. 2004(2)：24-27.

AnalysisandOptimizationofOilLeakageofHydraulicDamper

ZHANG Hao, QIN Haiying

(China Helicopter Research and Development Institute,Jingdezhen 333001，China)

Based on the oil leakage of hydraulic damper in the rotor system of helicopter, this paper built a theoretical analysis model to find out the failure mechanism, and proposed some optimization measures that be proved effectively by an endurance test. The optimization measures could successfully solve the problem of oil leakage and oil pollution of the hydraulic damper, which could provide a good reference for other hydraulic damper or other hydraulic seal structure design in the future

hydraulic damper; oil leakage; optimization; endurance test

2016-11-23

张 昊(1992-)，男，安徽安庆人，硕士，助理工程师，主要研究方向：旋翼系统设计。

1673-1220(2017)04-049-04

V245.1

A