Проблема повышения грузоподъемности узлов летательных аппаратов (ЛА) в гражданской авиации (ГА) является одной из основных проблем, решение которой обеспечит перспективу увеличения ресурса авиационных подшипниковых узлов предкрылков и закрылков самолетов Ил — 76, Ил — 86, Ил — 96−300. По сравнению с ресурсом, равным 30 ООО летных, часов (взлетопосадок) ресурс подшипников в закрылках и предкрылках весьма мал.
Самолеты Ил — 86, Ил — 96−300 предназначены для перевозки пассажиров, самолеты Ил — 76 Т и Ил 76-ТД (модификация самолета Ил — 76 Т, и в сравнении с ним, имеет следующие отличия: усилена конструкция планераувеличена коммерческая нагрузкаувеличен максимальный взлетный вес самолета до 190 тоннувеличено количество заправляемого топлива, установленных на самолете двигателей Д — 30КП второй серии) предназначены для перевозки крупногабаритной техники и грузов на магистральный воздушных трассах.
Указанные ЛА представляют собой свободно несущий моноплан со стреловидным крылом и стреловидным хвостовым оперением. Крыло самолета выполнено из набора профилей ЦАГИ, обладающих хорошими несущими свойствами при относительно малом лобовом сопротивлении вплоть до максимальных скоростей полета, и снабжено мощной механизацией в виде предкрылков, раздвижных трехщелевых закрылков, спойлеров и тормозных щитков. Трехщелевые раздвижные закрылки разделены на внутренние и внешние. Система управления приводит в действие основное звено каждого закрылка.
При выпуске до 30° закрылки не раздвигаются. Закрылки раздвигаются с увеличением угла выпуска более 30°. Закрылки перемещаются шариковыми винтовыми механизмами, приводимыми в действие электроуправляемым гидроприводом. Предкрылки, расположенные вдоль передней кромки крыла, приводятся в действие таким же образом как и закрылки. Системы управления закрылками и предкрылками имеют одинаковые гидроприводы и электроуправления к ним. Выбранные параметры крыла обеспечивают высокие аэродинамические качества самолета в крейсерском полете, а также в режимах набора высоты и снижения. Применение мощной механизации крыла позволило реализовать значительные приращения коэффициентов подъемной силы. Выпуск механизации крыла на полный угол (53 — 43° 8пр = 25°) обеспечивает достижение максимального значения коэффициента подъемной силы Сутах~3.
Во время эксплуатации выход в область больших углов атаки при полете с убранной механизацией крыла сопровождается появлением слабой тряски, которая с ростом углов атаки усиливается. Предупредительная тряска при увеличении углов атаки с выпущенной механизацией крыла практически отсутствует.
Во время эксплуатации в случае выхода с полностью выпущенной механизацией крыла в область перегрузок менее пу = 1 (отклонение штурвальной колонки «от себя») или при планировании по глиссаде на повышенных скоростях самолет может оказаться в области отрицательных углов атаки, что приведет к развитию срыва потока на нижней поверхности крыла, сопровождающемуся слабой тряской. При выпущенных закрылках и предкрылках в диапазоне =200 — 400 км/час максимальные значения коэффициента подъемной силы Сутах изменяются незначительно ввиду малого влияния числа М. С ростом числа М максимальное значение коэффициента С^ах и допустимого в эксплуатации коэффициента Суд. крыла с убранной механизацией уменьшится более существенно. Самолеты обладают достаточной устойчивостью и управляемостью на всех режимах полета и в широком диапазоне углов атаки, соответствующих Сутах. При этом значительную роль в обеспечении продольной устойчивости во время эксплуатации на больших углах атаки при выпущенных закрылках имеет отклонение предкрылков, улучшающих условия обтекания передней кромки крыла и обеспечивающих благоприятный характер изменения продольного аэродинамического момента до углов атаки 24° и 26°.
В настоящее время в агрегатах предкрылков и закрылков вышеуказанных самолетов применяются игольчатые подшипники 914 000 и 884 000 серии из стали ШХ15-Ш и 95X18-Ш, в зависимости от узлов в которых они установлены.
Фактический ресурс подшипника должен быть больше установленного, рассчитанного до первых регламентных работ или ремонта, и зависеть от материала деталей подшипника и условий его эксплуатации.
К конструкциям авиационной техники (АТ) предъявляются особые требования по надежности, поэтому ресурсы подшипников сравнительно невелики. В дополнение к этому для надежности устанавливаются подшипники с запасом по грузоподъемности. Грузоподъемность подшипников, используемых в агрегатах закрылков и предкрылков ЛА, характеризуется количеством часов обеспечения их ресурсоспособности, выраженным заданным количеством оборотов. Эти агрегаты менее требовательны к точности вращения, т.к. являются направляющими кареток, по которым движется деталь. Небольшая деформация деталей игольчатых > подшипников под действием высоких нагрузок не нарушает работу механизма. Часто подшипники, отработав свой ресурс, все еще являются работоспособными. При регламентных работах и ремонте авиационной техники, такие подшипники после контроля и проверки работоспособности.
— 81 опытным путем на режимах в течение двойного срока службы, допускаются к дальнейшей эксплуатации. Для решения возможности продления ресурса подшипниковых узлов необходимо проводить испытания подшипников в составе изделия с последующим обследованием их состояния.
Целью диссертационного исследования является выявление возможностей повышения долговечности подшипниковых узлов предкрылков и закрылков ЛА.
Главными задачами исследований являлись:
1. Статистический анализ эксплуатационных повреждений подшипниковых узлов механизации крыла ЛА на различных этапах их использования по назначению. Выявление причин выхода подшипников из строя.
2. Исследование особенностей конструкций подшипниковых узлов, применяемых в механизации крыла отечественных и зарубежных ЛА.
3. Анализ и корректировка расчетных методов оценки долговечности игольчатых подшипников предкрылков и закрылков ЛА.
4. Разработка методики исследования, вышедших из строя подшипниковых узлов закрылков и предкрылков ЛА в процессе эксплуатации.
5. Разработка мероприятий по практической реализации полученных результатов исследований, направленных на повышение долговечности игольчатых подшипников узлов механизации самолетов ГА.
Объектом исследования являются подшипники, установленные в предкрылках и закрылках ЛА, вышедшие из рабочего состояния.
Методы исследования. В работе использовались аналитические и экспериментальные методы определения зависимости выходов подшипников из строя от режимов работы в процессе эксплуатации и в условиях экспериментаметоды математического моделированияклассификации и идентификации состояний.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Уточнен метод приведения переменной нагрузки на подшипники к постоянной нагрузке, эквивалентной по повреждающему действию реальному спектру нагружения.
2. Получены результаты анализа конструкций применяемых подшипников, а также их сравнительная характеристика с аналогами зарубежных фирм.
3. Получены результаты статистического анализа причин возникновения повреждений подшипниковых узлов закрылков и предкрылков ЛА с целью повышения их долговечности.
4. Выявлены и обобщены характерные повреждения подшипников работающих на режимах, указанных в ведомости согласования в составе узла механизации ЛА и на испытательных стендах.
5. Разработаны мероприятия по обеспечению ресурсоспособности подшипниковых узлов.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе полученных результатов можно:
— произвести более точные расчеты подшипников на долговечность при циклических нагрузках;
— выявить подшипниковые узлы, не требующие замены при регламентных работах;
— применять коррозионно-стойкие подшипники;
— принять обоснованные решения для продления ресурса подшипниковых узлов;
— сократить трудовые и материальные затраты на регламентные работы и простои ЛА.
Точность и достоверность проведенных исследований обусловлена корректностью расчетов, достаточным объемом экспериментальных данных, тщательностью их обработки.
Положения выносимые на защиту.
1. Результаты статистического анализа причин возникновения повреждения игольчатых подшипников кареток закрылков и предкрылков ЛА.
2. Результаты сравнительного анализа расчетных (теоретических) и эксплуатационных характеристик игольчатых подшипников кареток закрылков и предкрылков самолетов ГА.
3. Результаты экспериментальных оценок и обобщений по подшипникам, отказавшим при работе.
4. Мероприятия по продлению ресурса игольчатых подшипников в узлах предкрылков и закрылков ЛА.
5. Результаты обоснования нового коэффициента Кп для расчета эквивалентной нагрузки на подшипники, работающие при циклических нагрузках.
Экономическая эффективность от внедрения позволит обеспечить требуемую надежность подшипниковых узлов ЛА, а также сократить затраты, связанные с переборкой и заменой подшипников при ТО.
Реализация и внедрение результатов работы.
Полученные результаты можно использовать при проведении ТО самолетов ГА по периодическим формам, а также при операциях дефектации подшипниковых узлов в процессе капитального ремонта.
Апробация работы.
Результаты исследований публично докладывались и получили положительную оценку на международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации России, проходившей 22−23 апреля 2008 г. В г. Москве, на расширенном научно-техническом семинаре кафедры ТМ с участием ППС кафедр ДЛА, ATO и.
РЛА, АКПЛА, ТЭЛА и АД и ученых ГосНИИ ГА (январь, июнь 2008 г.).
Ход диссертационных исследований регулярно обсуждался с научным руководителем и на заседаниях кафедры технической механики Московского государственного технического университета гражданской авиации (МГТУ ГА).
Публикации.
Результаты исследований, составляющих основу диссертации, опубликованы в 3 печатных работах Научного вестника МГТУ ГА, рекомендованного ВАК, в период 2007;2008 гг.
1. Машошин О. Ф., Харина В. К. «Механизм формирования отказов и причины выхода из строя подшипниковых узлов элементов механизации летательных аппаратов», Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов. Выпуск № 123, М. МГТУ ГА, 2007 г., стр.33−40.
2. Машошин О. Ф., Харина В. К. «Теоретический расчет долговечности подшипников, установленных в агрегатах ЛА, работающих при переменных циклических нагрузках», Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов Выпуск № 130, М. МГТУ ГА, 2008 г., стр.106−111.
3. Харина В. К. «Методика исследований подшипников и подшипниковых узлов механизации крыла», Научный вестник МГТУ ГА. Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов Выпуск № 127, М. МГТУ ГА, 2008 г., стр.167−174.
В других изданиях:
4. Отчет по испытаниям роликовых подшипников на выворачивание внутреннего кольца от 1980 г., «Труды ВНИПП».
5. Отчет по программе испытаний роликоподшипников, применяемых в закрылках Ил-76, Ил-86. «Труды ВНИПП», 1983;1989 гг.
6. Свидетельство об испытании на многократные нагрузки I роликоподшипников № 6285, № 6455, № 6457, № 6080, № 6357, 1983;1984 гг. «Труды ВНИПП», 1986;1988 гг. ^.
7. Отчет по исследованию роликоподшипников, прошедших испытания на стенде, по согласованной с ВНИПП программе. «Труды ВНИПП», 1989 гг.
8. Тезисы доклада на Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации России. «Механизм формирования отказов и причины выхода из строя подшипниковых узлов элементов механизации летательных аппаратов», М., МГТУ ГА, 2008 г., стр. 16.
6. Тезисы доклада на Международной научно-технической конференции, посвященной 85-летию гражданской авиации России. «Теоретический расчет долговечности подшипников, установленных в агрегатах JIA, работающих при переменных циклических нагрузках», М., МГТУ ГА, 2008 г., стр. 17.
Автор выражает признательность коллективу кафедры технической механики Московского государственного технического университета гражданской авиации, научному руководителю, заведующему кафедрой, д.т.н., профессору О. Ф. Машошину, Заведующему лабораторией самолетных подшипников ОАО ВНИПП В. И. Пономареву, конструкторам ОАО АК им. Ильюшина Е. А. Ефимову и Лазареву Ю. А. за оказанную помощь и конструктивные замечания в ходе выполнения и оформления данной диссертационной работы.
3.3.3 Результаты исследования смазки и уплотнительного материала.
Исследование смазки материала уплотнений подшипников показала: Для подшипника № 1.
Смазка в подшипнике темновато-серая, маслянистая. Количество смазки 0,65 г. Дисперсионная среда — кремнийорганика, загущенная литиевым мылом. Отечественного аналога смазки не имеется.
Смазка засорена слабо, содержание механических примесей 0,06%. Уплотнения изготовлены из стеклянной ткани с пропиткой фторопластовой смолой, состояние удовлетворительное. Для подшипника № 2.
Смазка в подшипнике темно-коричневая, с красноватым оттенком, слегка уплотнившаяся, маслянистая. Количество смазки 0,43 г. Дисперсионная среда — кремнийорганика, загущенная литиевым мылом. Отечественного аналога смазки не имеется.
Смазка засорена слабо, содержание механических примесей 0,04%. Уплотнения изготовлены из фторопласта, находятся в удовлетворительном состоянии.
Для подшипника № 3.
Содержание смазки в подшипнике 0,17 г. Смазка черная, сильно уплотнившаяся, очень засорена, содержание механических примесей 0,40%, однако смазывающая способность смазки сохранилась. Определение загустителя и дисперсной среды не проводилось.
Для подшипника № 4.
Содержание смазки в подшипнике 0,53 г. Дисперсная средакремнийорганика, загущенная кальциевым мылом. Аналогом служит смазка ЦИАТИМ-221.
Для подшипника № 5.
На поверхности деталей подшипника следы сухой, темно-серой, сильно засоренной смазки. Масса смазки 0,10 г., содержание механических примесей 0,60%. Анализ не проводился.
Для подшипника'№ 6.
Смазка в подшипнике темновато-серая, маслянистая. Количество смазки 0,55 г. Дисперсионная среда — кремнийорганика, загущенная литиевым мылом. Отечественного аналога смазки не имеется.
Смазка засорена слабо, содержание механических примесей 0,08%. Уплотнения изготовлены из фторопласта, состояние — удовлетворительное, фторопластовой смолой, состояние удовлетворительное.
Заключение
.
Проведенные исследования показали, что не все подшипники, отработавшие ресурс, определенный до проведения регламентных работ, находятся в неудовлетворительном состоянии, и нет необходимости проводить замену всех подшипников, применяемых в предкрылках и закрылках. Для увеличения ресурсоспособности ЛА следует во время регламентных работ подшипниковых узлов выявить неработоспособные подшипники, которые подлежат замене, провести обслуживание подшипников, находящихся в удовлетворительном состоянии.
Выявление подшипников, не потерявших рабочее состояние, и продление их ресурса, значительно сократит время простоев изделий на проведение регламентных работ.
В целях увеличения срока службы замененных подшипников, при монтаже необходимо исключить перекос, который приводит к уменьшению площади контакта наружной поверхности подшипника с поверхностью сопрягаемой детали, что значительно сокращает срок службы подшипников. Обеспечением длительного срока службы подшипниковых узлов в течение длительной эксплуатации после замены подшипников, является соблюдение условий правильного монтажа заменяемых подшипников Нарушение этих условий может привести к увеличению нагрузок и разрушению деталей, а также к потере герметичности как подшипников, так и подшипниковых узлов в целом, при повлечет за собой проникновение влаги в подшипник и выдувание смазки из него.
Проблему увеличения ресурсоспособности игольчатых подшипников можно решить, используя подшипники из нержавеющей стали 95X18. Уточненная формула для расчета эквивалентной нагрузки и соответственно долговечности определила возможность использования таких подшипников.
Регулярное использование смазочных работ продлит срок службы подшипников.
Выполнение бомбины на наружном кольце увеличивает долговечность подшипника более, чем в 1,3 раза.
Правильный монтаж подшипников исключит работу с перекосом и обеспечит надежность и долговечность подшипника в эксплуатации.
