电液伺服阀弹簧管失效分析.pdf

材料工程／２０１２年８期电液伺服阀弹簧管失效分析ＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓＡｂｏｕｔＢｏｕｒｄｏｎＳｐｒｉｎｇｏｆＥｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃＳｅｒｖｏＶａｌｖｅ刘新灵，彭凯。，白明远，于洋（１北京航空材料研究院，北京１０００９５；２航空材料检测与评价北京重点实验室，北京１０００９５；３大连船用柴油机有限公司，辽宁大连ｌ１６０２１）—ＬＩＵＸｉｎ－ｌｉｎｇ，ＰＥＮＧＫａｉ。，ＢＡＩＭｉｎｇｙｕａｎ，ＹＵＹａｎｇ（１ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ；２ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ；３ＤａｌｉａｎＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ１１６０２１，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）摘要：统计分析了某电液伺服阀１３个失效弹簧管的开裂情况（包括弹簧管的应用、开裂位置、裂纹扩展方向以及开裂方式的规律性）。采用外管分析、断Ｅ１分析和金相组织分析等方法，研究了弹簧管断裂特征与机理。结果表明：弹簧管的开裂原因包括较大的疲劳应力、材质和加工因素。夹杂物在弹簧管冷拉成型过程中沿轴向分布，在周向打磨过程中沿夹杂物形成裂纹。关键词：弹簧管；电液伺服阀；失效规律；失效原因中圈分类号：ＴＧ１１５文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４３８１（２Ｏ１２）０８一Ｏ０１Ｏ－０４Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｒａｃｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ１３ｂｏｕｒｄｏｎｓｐｒｉｎｇｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕ１ｉｃｓｅｒｖｏｖａｌｖｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，—ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃｒａｃｋｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｃｒａｃｋｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｒａｃｋｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｍａｃｒｏｇｒａｐｈｙｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｅｔａｌｌｉｃｐｈａｓｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｕｒｄｏｎｓｐｒｉｎｇｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ，ｍａｉｎｆａｉｌｕｒｅｒｅａｓｏｎｓｉｎｃｌｕｄｅｄ：——ｌａｒｇｅｒｓｔｒｅｓｓ，ｍａｔｅｒｉａｌｑｕａｌｉｔｙａｎｄｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｗａｓａｘｉａｌｂｅｃａｕｓｅｏｆｈａｒｄｄｒａｗｉｎｇ，ｃｒａｃｋｗａｓｆｏｒｍｅｄｆｏｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｒｅｓｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｕｒｄｏｎｓｐｒｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ；ｆａｉｌｕｒｅｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ；ｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅ电液伺服阀是电液伺服控制中的关键元件，是一种接受模拟电信号后，相应输出调制流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀具有动态响应快、控制精度高的优点，已被广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服控制系统中］。关于伺服阀的失效分析，主要针对系统故障，而非伺服阀具体构件的失效分析，如老式轻型飞机大多采用气压刹车，随着刹车装置的不断发展，要求快速响应和实现准确的伺服控制，文献Ｅ４－］分析了飞机电子防滑刹车系统电液伺服阀的工作特性，并针对电子防滑刹车系统电液伺服阀的故障提出了改进措施。而关于弹簧管的失效分析较少，多是针对弹簧管式压力表的误差测量、故障判断及调修的方法等］。本工作中的电液伺服阀主要是由衔铁挡板组件以一定频率带动反馈杆工作的，弹簧管是伴随衔铁挡板组件摆动下承受来回的微量弯曲。其中弹簧管为薄壁结构，一般仅有６０ｔｉｍ左右。电液伺服阀弹簧管一般采用３Ｊ１奥氏体沉淀强化型高弹性精密合金或Ｃ１７２００铍铜合金。高弹合金３儿具有较高的弹性模量和弹性极限，较低的弹性后效和线膨胀系数，同时具有较高的热稳定性和疲劳强度，无磁性、耐腐蚀，被广泛应用于航空、电子、机械、电真空、仪器仪表等ｌ＿８］。电液伺服阀在弹簧管处的开裂情况包括：未使用，在检查中发现裂纹；使用过程中开裂，导致漏油故障。弹簧管在工作过程中承受疲劳载荷，并且由于其为薄壁结构，加工质量要求严格，是最易发生开裂的部位。弹簧管失效的因素综合且复杂，需系统分析开裂的原因，以保障弹簧管的可靠应用。１弹簧管开裂情况统计分析针对１３个失效的弹簧管进行了分析，发现裂纹多