飞机刹车系统故障与修理技术-毕业论文设计

西安航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：飞机刹车系统故障与修理技术所属系部：航空维修工程系指导老师：职称：副教授学生姓名：班级、学号:14504716专业：航空机电设备维修西安航空职业技术学院制年月日飞机刹车系统故障与修理技术【摘要】本文重要论述了飞机刹车盘的工作原理，及刹车盘常见故障和维修排除方法，对影响刹车装置的性能和准确性的知识进行了解，知道一些常见问题的预防和维护方法。飞机刹车装置是飞机的关键部件之一，刹车装置的优劣对飞机的安全性影响很大，航空工业发达国家非常重视飞机刹车装置和刹车材料。飞机刹车装置的核心一般由多个刹车片组成，其中动片和静片交叠安装，形成较大的摩擦面积，可显著提高刹车效率。关键词：碳刹车刹车片机轮Abstract:Thisarticlediscussestheimportantworksoftheaircraftbrakesandbrakestroubleshootingcommonfaultsandmaintenance,affecttheperformanceofthebrakesandtheaccuracyoftheknowledgetounderstand,toknowsomeofthecommonproblemsofpreventionandmaintenance.Aircraftbrakesisoneofthekeycomponentsoftheaircraft,thebrakestheprosandconsofagreatinfluenceonthesafetyoftheaircraft,theaviationindustrydevelopedcountriesattachgreatimportancetoaircraftbrakesandbrakematerials.Theaircraftbrakescoreisgenerallycomposedofmultiplebrakepads,movingpieceandstaticpiecesoverlapinstallation,alargerfrictionarea,cansignificantlyimprovebrakingefficiency.Keywords:CarbonbrakesBrakepadsWheelTOC\o"1-3"\h\u204191刹车装置 6253441.1刹车装置的定义 699031.2刹车装置的重要性 6121932影响刹车装置的因素 7297552.1刹车材料引起的刹车疲软 7137742.1.1原因分析 7312022.1.2解决及预防措施 7118862.2碳刹车磨损 8319692.2.1刹车温度 8168862.2.2天气条件 9172392.2.3刹车使用次数 9264982.2.4减少碳刹车损耗的一些方法 10295782.3碳刹车片磨损机理分析 11208752.3.1碳片之间的磨损 11118162.3.2键和键槽之间的磨损 11321602.3.3预防方法及处理 12173422.4刹车盘变形 13262452.5刹车盘腐蚀 1399162.6刹车片脱落与磨损 1352832.7刹车没力度或不准确 1417243刹车装置的维修 14262943.1机上检查 1499623.2故障与排除 15320193.3离机检修 16206693.4注意事项 1717408结束语 193425谢辞 2015862参考文献 211刹车装置1.1刹车装置的定义飞机刹车装置是安装在机轮内的制动设备,其主要功用是产生刹车力矩,吸收飞机着陆滑跑动能,使飞机很快减速,达到缩短滑跑距离的目的。刹车装置的结构形式多以盘式为主,由刹车盘、刹车壳体、汽缸座活塞组件和自动调隙回力机构等组成。刹车时,来自刹车系统的工作介质(油液)进入汽缸座推动活塞,使交替配置的动盘和静盘压紧,产生摩擦力矩,制动飞机。松刹时,利用被压缩的回力弹簧复位,动、静盘脱离。飞机刹车装置是飞机的关键部件之一，刹车装置的优劣对飞机的安全性影响很大，航空工业发达国家一惯重视飞机刹车装置和刹车材料。飞机刹车装置的核心一般由多个刹车片组成，其中动片和静片交叠安装，形成较大的摩擦面积，可显著提高刹车效率。国外专业称这一部分为HeatPack，国内有的翻译为“热库”。从字面上理解，就是刹车时热量的产生源。1.2刹车装置的重要性民用航空器的飞行安全,是民航工作的重中之重,而航空器在降落过程刹车性能的好坏,则是危及飞行安全的严重隐患之一,必须严格预防、控制和排除。飞机机轮刹车系统的主要功用是制止机轮旋转，使机轮减速和停止，从而使飞机安全起飞、着陆和停放。刹车系统工作正常与杏，直接影响飞机的正常起飞和着陆。刹车系统的常见故障可归结为两种:机轮抱死和刹不住车。但对于同一种故障，不同型号的飞机存在不同的故障原因，必须根据其工作原理和系统组成进行具体分析。刹车装置不仅关系到飞机能否安全着陆，在地面能否正常行驶，以便完成各种地面工作，更重要的是它关系到飞机和人们的安全，所以要做好刹车装置的检查维护和修理，懂得刹车装置的工作原理和修理，这对我们来说都是必须要做好的。碳刹车材料具有高比热、高熔点、高强度的特点，具有良好的抗冲击力和较高的导热性，同时能使飞机刹车装置减少30%-40%左右的重量，在发达国家已被广泛应用于军民用飞机。同时，碳刹车材料也有它很娇气的一面，过重的碰撞、硬物划伤、化学液体、油膏油脂、液压油侵蚀污染等等都会降低其可靠性，缩短使用寿命。2影响刹车装置的因素2.1刹车材料引起的刹车疲软碳刹车较钢刹车具有重量轻、耐磨损、比热高、高温不粘接等突出优点，在航空机轮刹车领域得到了广泛应用，大大提高了飞机的制动性能和可靠安全性。但由于C/C材料的本身及制造工艺的特点，在使用中往往出现“早晨病”，大动能热衰退、摩擦系数随着制动初速增加而降低等缺点[2]。2.1.1原因分析碳刹车材料属多孔材料，从与外界大气连通来看，其孔隙有开孔（显孔）和闭孔（暗孔）两种。飞机停放一段时间，或者雨中着陆，刹车盘被雨水打湿，材料就会吸水。开口孔隙越多吸水量就越大。刹车过程中水和蒸汽起润滑作用，导致刹车力矩衰退[2]。当飞机大动能着陆时（超载着陆、着陆速度过高），碳刹车盘在飞机制动过程中吸收过多的能量，从而引起摩擦系数降低，造成刹车力矩的热衰退。由此可见非正常着陆刹车状态下冲出跑道主要是因为碳刹车盘摩擦系数衰减，刹车盘所能提供的刹车力矩严重偏离跑道和轮胎间的地面结合力矩，使得飞机制动减速率低于预期，制动距离超过跑道长度，造成飞机冲出跑道。2.1.2解决及预防措施①改进碳刹车盘性能，研制出高性能的C/C复合材料[3、4]。具有高的抗湿态力矩衰减和高能热衰退的C/C复合材料。②研制新型刹车材料，如使用C/SiC材料，文献[3、4、7]指出C/SiC具有密度低、摩擦系数稳定、磨损量小、制动比大和使用寿命长等优点，可有效克服现阶段C/C刹车材料的缺点。③研制智能刹车控制系统，建立刹车盘材料数据库，飞机刹车控制系统根据实际使用情况，自动调整刹车压力，以动态补偿C/C的力矩衰退，从而到达飞机制动过程的整体平稳、安全。2.2碳刹车磨损总的来说，碳刹车的磨损与刹车次数而不是与所耗能量成正比的,刹车磨损主要与以下几点原因有关：2.2.1刹车温度事实上，碳刹车的磨损与温度之间并不是一个简单的线性关系，而是如下图所示，一个典型的刹车循环包括三个阶段：滑出，着陆，滑入，图2-1为MessierBugatti公司碳刹车系统的典型温度特性曲线。图2-1碳刹车系统温度特性曲线无数试验表明，约50%的碳刹车磨损发生在起飞前用冷刹车滑行时。冷刹车极其敏感，尤其对刹车的大量使用将进一步加剧磨损。飞机滑出时，尽管刹车温度不高，磨损率却呈逐渐增大趋势，甚至会比滑入时刹车温度比较高时的磨损率大。这就是为什么尽管明显缺乏一套刹车程序，空客公司还是要提醒飞行员起飞前滑行时，不应过多的使用刹车。着陆阶段，即便是在最大反推推力和扰流板的帮助下，刹车系统也将吸收飞机分别26%（自动刹车—LO档）和50%（自动刹车—MED档）的能量。如果只使用慢车反推推力的话，刹车系统将要吸收的能量当是以上数值的1.5倍。在这一阶段，由于刹车温度的上升，磨损率也将升至最大的范围区间。滑入阶段，如图所示，刹车系统将进入最佳温度范围，磨损率将保持在一个较低的水平。当温度升至500℃以上时，由于碳刹车本身的热氧化特性，碳刹车本身的质量损失将会增大，而数据显示，5%的质量损失相当于25%的强度损失，这对碳刹车的破坏也将是巨大的。值得注意的是，在A320驾驶舱中ECAM上显示的温度是滞后于实际刹车核心温度的。2.2.2天气条件在湿度比较高时，刹车寿命也会增加。数据显示，在东南亚海洋湿润气候地区，碳刹车片的使用循环就要相对高一些。而在环境比较恶劣的机场运行时，当刹车接触到冰雪水，特别是除冰液里的钾、钠、碱，都会对刹车造成比较严重的接触性氧化。因此空客公司建议：不用的时候要加装刹车保护罩，在过站维护时要去除刹车上的冰。2.2.3刹车使用次数以下条件将导致刹车次数增加:（1）繁忙的机场：中国的航空市场日益繁荣，在比较大的机场现在都有进出港高峰期，由于离港排序，飞机在跑道头等待时，需要频繁的启动再制动。（2）长时间的滑行：如在上海浦东和广州白云机场使用多跑道平行运行时，不可避免的要使用到飞机所在候机坪对侧的跑道起降，这时候经常要进行飞行员常说的绕场半周甚至一周，滑行路线很长，由于飞机滑行速度的限制，飞行员不得不频繁使用刹车。（3）发动机的慢车状态：由于发动机的选型不同，最小慢车推力也有所不同。以笔者所在的南航湖南分公司为例，公司同时运行A320和A321机型，A320选装的CFM发动机，而A321选装的IAE发动机，IAE发动机的慢车要高CFM。如在运行基地长沙黄花机场离港时，A320飞机从停机坪到跑道头只需要一个增速过程，进入跑道前进行减速就可以了；A321则不然，由于IAE的高慢车状态，飞机的增速很快，限于滑行速度的规定，从机坪到跑道头可能要经历数次加减速过程。（4）飞行员的刹车使用习惯：毋庸置疑，这点与刹车的使用次数有直接关系。由于不能超过滑行速度限制，飞行员将使用a和b两种方式（如图2-2所示）。很明显，a方式要比b方式刹车使用次数少得多，对刹车的磨损也要少一些。另外，着陆时过早的解除自动刹车也是使用刹车的不良习惯，由于急于脱离跑道，过早的人工接管自动刹车也将导致磨损增大。图2-22.2.4减少碳刹车损耗的一些方法（1）单发滑行：使用一台发动机滑行就如同低的发动机慢车状态，可减少碳刹车部件的磨损，同时带来燃油上的经济性。由于公司政策的不允许，此处不再做过多解释。（2）自动刹车：尽量多的使用自动刹车，可以减少刹车的使用次数，从而减少刹车的损耗。如果使用的自动刹车LO方式不能达到需要的减速率，可考虑使用MED方式。而在高速时人工接管自动刹车更可能导致刹车温度超过碳刹车氧化保护层的破坏温度——闪点，超过这一临界点后，氧化保护层将不再起作用，这一过程也不可逆转。（3）最大反推：前面讲过，飞机着陆时，巨大的动能是要靠扰流板、反推和刹车系统来共同吸收的，而最大反推的使用可帮助减少刹车系统吸收的能量。使用慢车反推固然可以带来燃油上经济性和低的噪音（某些国际机场会有降噪规定），而在轮胎的维护和刹车磨损上的影响确是负面的，甚至会导致碳刹车的氧化，也不利于刹车的冷却，可能导致航班延误。事实上，使用慢车反推时节约的燃油成本要小于碳刹车消耗带来的维护费用，这是得不偿失的。因此建议在机场规定允许的情况下，飞机接地后，可按飞行操作手册要求按需使用最大反推。（4）刹车风扇根据飞行操作手册的使用建议，滑出时如果温度大于100℃，打开刹车风扇；起飞前如果温度大于150℃，使用刹车风扇，没有装刹车风扇的飞机刹车温度高于300℃不能起飞，，这个限制是因为刹车风扇开启时和实际温度最大有150℃的差别。我们要知道的是，即便在刹车温度300℃时，刹车效应也足以使飞机安全的停住，温度限制主要是防止在起落架轮舱里的液压油泄漏遇到高温的刹车而燃烧起来；滑入时要在着陆后五分钟或者进位前打开风扇；如果是短停或者温度马上要超过500℃，可立即使用刹车风扇。碳刹车使用过程中的氧化是不容忽视的，因此空客公司建议着陆后应延迟大约五分钟再开风扇，从而使热量平衡与稳定，以避免刹车表面热点的氧化作用。（5）停留刹车如果在刹车温度很高的情况下使用停留刹车，不利于热量的散发，会加剧刹车的老化，使得刹车作动活塞运动受阻，造成就算不踩踏板也会有持续的刹车效应，形成拖滞刹车。如果出现了刹车拖滞，就会造成温度的持续升高，然后又造成热氧化，形成恶性循环。所以一旦到达停机位，轮挡在位后，就应该松开停留刹车。（6）良好的刹车使用习惯正如图2-2所示，一个好的刹车使用习惯可大大减少碳刹车的使用次数，从而减少对碳刹车的磨损。有意思的是，大部分情况下右主轮要比左主轮的刹车片磨损高10%左右，这可能源于大部分飞行员都是右撇子，并且大家大多持有汽车驾驶执照，一般使用右脚控制油门的缘故。2.3碳刹车片磨损机理分析2.3.1碳片之间的磨损刹车制动是通过液压力的作用将力传给活塞,使活塞压在碳片上,从而使刹车动盘和静盘间产生摩擦力来实现。随着飞机起落次数的增加,刹车使用次数的增多,刹车组件上的碳刹车片的磨损也加大,当碳刹车片达到完全磨损的度，即刹车组件上的磨损指示杆伸出长度为零时,这时要求更换刹车组件,翻修刹车组件,这种碳片之间的磨损属正常磨损。2.3.2键和键槽之间的磨损刹车组件中的动片通过外部边缘上的槽被键接到轮上如图2-4所示的键插入到图2-3所示的键槽,使动片随机轮一起转动,而键和键槽之间的间隙就是一个至关重要的参数。图2-3刹车毂动、静片图2-4轮毂上的键图2-5动片磨损情况图从图2-5动片的磨损分析:动片会磨损如此严重,其主要原因是随着飞机起落次数的增加,键和键槽之间的磨损加剧,导致间隙过大;间隙过大,则会导致磨损更加厉害。如果航线在更换轮子时,没有及时发现刹车组件动片键槽间隙的加大和磨损,而继续使用,动片磨损就会越来越大,直至动片碎裂,这将导致严重的航空安全。2.3.3预防方法及处理加强动片上键槽的检查：根据CMM手册和厂家要求,动片上的键槽最大磨损间隙为0.5mm,故要求刹车组件在修理车间做修理时,必须加强动片键槽间隙的检查,如超过该标准,应立即报废该动片,绝不能勉强装机使用。（2）加强轮毂上键的检查：根据CMM手册和厂家要求,轮毂上的键槽最大磨损间隙为0.3mm,故要求轮毂在修理车间做修理、安装、检查时,必须加强轮毂上键的检查,如超过该标准,应立即报废该键,绝不能勉强装机使用。（3）更换轮子时,加强刹车组件检查：航线车间在做轮子更换工作时,先要检查刹车组件的状况,特别是检查动片磨损情况,以图2为标准,键槽大小完全一致,没有磨损超标的情况发生,如发现键槽大小不一致,磨损超标,应立即更换刹车组件。2.4刹车盘变形（1）飞机着陆时承受很大的冲击并伴有强烈的振动（2）刹车压力过大，使刹车盘接触力太大（3）强烈的摩擦产生很高的热量（4）刹车片结合面不平2.5刹车盘腐蚀在飞机使用过程中，由于环境恶劣，如雨、雪、雾、沙尘天气较多，空气潮湿、盐雾、工业大气等原因，容易造成飞机表面涂层损坏，进而发生化学、电化学腐蚀、应力腐蚀。当大气中的相对湿度大于65%时，物体表面会附着一层0.001微米厚的水膜，相对湿度越大，水膜越厚。当相对湿度为100%时，物体表面会产生冷凝水。这些导电的水溶液便是引起结构件腐蚀的最主要、最普遍的环境介质。（1）湿空气与地理环境的关系：暖季节时比世界上同纬度的国家和地区的温度高，相对湿度和降雨量大，是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。（2）海洋大气腐蚀环境分析：海洋大气的特点一是湿度高；二是含盐量高。（3）工业大气腐蚀环境分析：工业大气中含有大量的腐蚀性气体，如SO2、SO3、H2S、NH3、Cl2、HCl、CO2、CO、NO2等，对金属腐蚀最大的是SO2气体。如果大气中含有超过1%的SO2时，腐蚀会急剧加快。（4）机上腐蚀环境：刹车盘表面不干净、飞机排放的废物等2.6刹车片脱落与磨损（1）刹车压力过大（2）刹车片安装保险松动脱落（3）机体强烈振动2.7刹车没力度或不准确（1）漏气，气体压力不足（2）刹车片磨损严重3刹车装置的维修3.1机上检查安装在飞机上的刹车装置,使用维护中应完成下列检查。1.检查刹车盘磨损情况随着刹车使用次数的增多,刹车盘摩擦材料的磨损增大。为便于直观检查,盘式刹车装置设有刹车片磨损指示杆。刹车状态下,当指示杆的伸出长度达到指定位置,即指示杆端头与汽缸座凸台平齐时,说明刹车盘磨损到极限,需要分解检查和更换粉末盘。若磨损指示杆未到规定位置,刹车盘可继续使用。早期产品没有磨损指示装置,刹车盘的磨损通过在刹车状态下对压紧盘背面到汽缸座的距离进行测量,或测量活塞的伸出长度来检查。2.检查刹车装置内是否有空气液压刹车装置或系统内若存在空气,将导致刹车疲软,效率明显降低,此时必须排除空气。排气方法是拧开汽缸座上的放气螺钉,把一段塑料软管连在放气嘴上,另一头插入洁净的容器(如量杯)。为避免排气时油液撞击杯底飞溅,在量杯内预先加入适量的油液。然后轻度刹车,让油液经塑料管缓慢流入量杯,直到杯内见不到气泡为止。操作时应避免油液流淌到刹车盘上。无源刹车由于贮油量有限,一般利用泵源压力使油液从放气嘴进入刹车装置,反流至刹车作动筒,从那里将空气排出。3.检查系统密封性向刹车装置通以规定的刹车压力,在此压力下保持规定时间(通常为5min),检查刹车装置和系统是否存在泄漏或渗油。管接头、活塞部位可能因密封面损伤、胶圈老化、损坏而发生泄漏,应修理密或更换胶圈,过分拧紧接头不是解决问题的根本办法,反而会增大泄漏。汽缸座常由铝合金铸件制成,铸件上的疏松也可能造成渗油。擦净汽缸座表面仔细检查,同时观察刹车压力表指针的变化,如果断定渗漏是疏松引起,应将故障件拆下返厂,进行浸渍树脂处理,封闭孔隙,以达到密封性要求。4.检查螺栓力矩在飞机着陆过程中,起落架受到地面冲击载荷的作用,刹车装置上的紧固件可能松动,从而加速磨损和损坏。因此,检查连接螺栓拧紧力矩是否保持规定数值是十分重要的。有些产品装配好后,在螺栓头和螺母间涂漆。若检查发现漆封标志损坏或不存在,说明螺栓可能发生了松动,应该用近期校验的力矩扳手检查力矩值。力矩不够时重新拧紧至规定值,然后在螺母结合处涂上漆标。如果漆封完好,可认为装配力矩正确。3.2故障与排除刹车装置使用中可能发生的主要故障有过热、卡滞、漏油、振动等。过热是指刹车装置的温度超过规定限值,严重时使粉末刹车盘摩擦材料烧化,动静盘全焊死在一起。卡滞是指松刹车后刹车盘不能完全脱开,飞机在地面带刹车滑行。卡滞也会发展为过热。常见刹车装置故障原因与排除方法见表3-1所示。表3-13.3离机检修离机检修是对刹车装置进行的一次全面检查和修理,目的是最大限度恢复产品性能,延长其使用寿命,提高经济效益。每当发生故障(如过热)或每两次更换热库组件时就应进行这种检修。检修一般应在修理厂进行,应有适当的设备和零备件以及产品最新的维修资料。检修程序包括分解、清洗、检查、修理、装配和试验。1.分解将产品放在干净的铺有橡皮垫的工作台上,使用合适的工具进行分解。分解后的零件按次序摆放,以便分析查找问题和对号装配。分解过程应避免人为碰伤、划伤和扭伤零件。2.清洗使用规定的清洗剂清洗零件,清洗后用干净的软水冲洗,最后让零件彻底干燥。冲洗后零件表面若被连续的水膜润湿,说明污垢除净,否则应再清洗。许多清洗剂为有毒物,使用时应注意安全防护和环境保护。清洗金属件也常用70号汽油,非金属件(橡胶等)常用工业酒精清洗。刹车盘组件应该用压缩空气吹除粉尘或吹砂除锈。汽缸座、刹车壳体漆层剥落或锈蚀严重时则需脱漆。脱漆方法有化学法和机械法,前者用脱漆剂如T-1浸泡刷除,后者使用喷丸法(玻璃丸、塑料丸等)清除,可根据情况选用。3.检查零件清洗后应进行仔细检查,根据检查结果决定报废或修理使用。检查包括目视检查、尺寸检查和无损探伤等。目视检查检查汽缸座进(放)油孔、活塞衬套以及连接件的螺纹是否有掉扣、损坏,检查密封圈是否卡伤、老化和变形丧失弹性,检查汽缸座、活塞、刹车壳体、回力弹簧、拉杆和调隙零件是否有划伤、磨损、锈蚀、裂纹、变形,检查连接螺栓、螺母是否有裂纹、损坏以及自锁螺母的自锁性,检查刹车盘是否有变形、裂纹、粉末层掉块,粉末盘容许有表面裂纹,但不容许有穿透钢骨架的裂纹。(2)尺寸检查使用合适的量具,检查活塞、衬套、刹车盘、刹车壳体等配合尺寸是否在规定极限内,检查刹车片的剩余厚度,粉末层磨至铆钉头或钢骨架者应予更换。在平台上检查刹车盘的翘曲变形,超过允许值者应修理或更换。在测力计上检测弹簧的变形量与负荷,应在规定范围内。(3)无损探伤常用方法有磁力探伤、涡流探伤、荧光探伤等。连接螺栓、弹簧刹车壳体等钢件适用磁力探伤,汽缸座(铝件)适用涡流或荧光探伤。采用荧光探伤时零件表面漆层应清除干净,以便荧光液渗透到表面缺陷里。不容许有裂纹存在。汽缸座如有或怀疑有过热现象,可在汽缸座端面活塞孔之间做硬度试验。若硬度值低于技术标准规定的数值,说明材料组织已发生变化,零件应予以报废。4.修理汽缸座上的轻微划伤、碰伤、锈蚀,可用玻璃砂纸打磨去除。打磨时应尽量少地去除材料,四周圆滑过渡。缺陷清除后用酒精清洗干净,表面涂氧化液进行局部氧化,最后涂上底漆和表面漆。如果零件漆层已经脱掉,修理后应按原漆层要求重新喷漆。汽缸座进油口、放气口、活塞衬套孔螺纹轻微损伤或损坏的,可用丝锥进行修整,或加工掉螺纹,压配衬套后重新攻丝。活塞、衬套、刹车壳体等轻微碰伤,在不影响使用的情况下打磨掉毛刺即可。碰伤、磨损超过允许范围内的零件应更换新件,如活塞、刹车壳体导轨等,翘曲变形在一定范围的单金属盘可通过加压校平,经校正的刹车盘,应保证凸(凹)键在机轮/刹车壳体导轨内能自由运动。铆接在钢骨架上的粉末刹车片,当磨损、掉块超过规定时应予以更换,更换时该面刹车片要全部更换,以保证贴合性。刹车片铆接方法有手铆、压铆或旋铆,其中旋铆质量较高,建议推广使用。对于整体烧结粉末盘,粉末层磨损、掉块到极限时应予更换。5.装配和试验所有零件经清洗、检查、修理后,重新进行装配。橡胶圈经检验弹性良好,没有其他缺