737NG前登机门导向臂绞链固定螺栓断裂原因分析及维护建议

dengkui · 发表于 2019-12-2 15:18:12

南苑分公司——邓奎

一、背景：

大家好！很久没到论坛给大家分享维护经验了！今天得空给大家分享一下737NG前登机门导向臂绞链固定螺栓断裂的原因分析，有不当之处请大家谅解！

近几年来，世界737NG机队频繁出现前登机门导向臂铰链销下部固定螺栓断裂的问题。2016年BOEING通过调查分析后发布SB 737-52-1175对导向臂铰链销、垫片、螺栓进行改进升级（主要升级螺栓材料、直径加粗和安装工艺等），但直至2019年11月，该问题仍未得明显改善，实践证明该项SB的问题分析和措施不充分，未找到螺栓断裂的真正原因。

根据某NG机队IPC资料显示，目前NG飞机上安装有两种构型的导向臂组件，件号分别为41A6075-2/-3和141A6081-2/-3，-2的导向臂组件未执行过SB52-1175改装(见下示图1)，其铰链固定销组件[70]件号为141A6076-1，它包括固定销[80] 141A6076-2、弹簧丝套[75] MS21209C0615L、挡片[85] 141A6077-1和螺栓[82] BACS12ER06K6；而执行过SB52-1175改装的铰链固定销组件[70]件号为141A6076-3（固定销与弹簧丝套装配一体）、挡片[85]141A6077-2和螺栓[82] BACS12ER08K6。

一、螺栓断裂原因分析：

1、前登机门翻转机构原理：

前登机门的开与关、翻转和打开保持锁定是通过舱门上下铰链臂、导向臂组件、导向板和开门锁定机构（防风锁）组成，上下铰链臂承载舱门的主要重量。舱门、铰链臂、导向臂和机身框架固定点组成一个以ABCD四个支点的四边形（见下示图2）；开关舱门时，以A支点为轴心旋转，导向臂机身端部安装有导向滑轮，导向板（上下各一个）安装在机身框架上，滑轮在导向板的S形滑槽中运动来推动舱门绕门端的铰链臂D支点改变方向来实现舱门翻转。

当门被完全打开时，导向滑轮移动到导向板S形滑槽止动位，使门翻转打开与机身成平行，同时导向滑轮轴中部的锁定销在弹簧作用下进入导向板锁孔内，使舱门保持在打开锁定位；关闭舱门前，必须先按压开锁手柄使锁定销离开导向板锁孔进行解锁。

2、登机门导向臂铰链固定螺栓的受力分析：

（1）根据（上示图1、图2）和舱门导向机构组成与运动轨迹进行受力分析，导向臂铰链B支点通过上下铰链[90] [100]、固定销[70]、止挡片[85]和螺栓[82]装配组合与门铰链臂A支点连接，A与B支点之间的距离与位置随着导向臂滑轮在导向板S形槽内的位移绕A支点改变，也就是说导向臂上下铰链[90] [100]以A点作为轴心支撑B支点使导向臂保持正常移动。

（2）当打开门时，在门铰链AD两点和导向臂BC两点长度一定的情况下，导向臂滑轮在S形槽中移动，并且以AD两个点为轴心来改变导向臂的轴向位移使舱门翻转；当导向臂滑轮移动到S形槽中底位置时，舱门向打开方向移动停止；当舱门完全打开位，导向臂滑轮移动到S形槽末端的止动位，在导向臂上下铰链的支撑作用以及B支点与导向滑轮之间的力臂关系，B支点在舱门完全打开时的承载受力最大。

（3）根据上示图1的装配爆炸图进行部件受力分析，在舱门完全打开时，导向臂以B点作为支点承载门的支撑作用力，由于铰链固定销[80]穿过导向臂上下铰链[90] [100]和铜衬套[107] 的固定孔，所以铰链固定销[80]表面和上下铰链[90] [100]固定孔内表面承受所有的剪切力。

（4）止挡片[85]的作用是止挡下铰链[100]，螺栓[82]的作用是配合固定销[80]紧固安装止挡片[85]，使导向臂铰链机构[90] [100]与导向臂可靠连接，从部件的装配组成分析，止挡片[85]和螺栓[82]并不需要承载保持舱门在打开位的支撑剪切力，螺栓[82]只受坚固的拉力作用。

（5）通过上述结构和受力分析，导致螺栓[82]断裂的原因初步判断是导向臂下铰链将支撑剪切力传递至止挡片[85]，止挡片[85]位移导致螺栓[82]无法承受该剪切力而断裂。

3、导向臂铰链止挡片[85]受力原因分析：

根据机队螺栓断裂情况分析，发生螺栓断裂的飞机并非较新的飞机，绝大部分都是在飞机使用一段时间后出现。正常情况下，导向臂上下铰链安装孔内表面与固定销表面接触并由固定销承载支撑和剪切力；止挡片使用螺栓安装在固定销头部使导向臂上下铰链保持连接在固定销上；固定销头部内螺纹孔中安装有钢丝螺套以防止螺栓松动。

(1) 当固定销与上下铰链孔表面因机械运动摩擦导致铰链孔与固定销之间磨损使间隙增大到一定量时，铰链孔外的凹槽边缘会与止挡片边缘接触并将承载力传递给止挡片（如下实物图1）；

另外，由于止挡片与固定销头部有“一字形”止动凸台和凹槽来防止止挡片相对于固定销转动，在长时间开关登机门并且铰链与固定销之间的相对运动摩擦会使固定销和止挡片一起转动，当固定销转动至端头凹槽与铰链臂成一直线或小于90度时，止挡片因下铰链凹槽边缘接触传递支撑力，使止挡片顺“一字形”止动凹槽位移剪切螺栓。

（2）由于上下铰链安装孔与固定销接触面的磨损导致接触间隙增大后，在开关舱门过程中，止挡片[85]与下铰链凹槽旋转摩擦也可能会导致螺栓[82]松动，当螺栓松动到使止挡片[85]下移并且下铰链安装孔脱出固定销后，下铰链所有的承载力全部传递给止挡片和螺栓，这也是螺栓断裂的原因之一。

4、维修不当导致螺栓断裂的原因分析：

根据机队历史维修记录，多架飞机连续出现螺栓断裂问题，有的飞机出现3-4次，断裂原因分析如下：

（1）当第一次螺栓断裂后，在重新装配铰链组件过程中，没有安装下铰链与导向臂之间的垫片[95]（见上示图1），造成导向臂上预安装的铜衬套[107]因铰链支撑力的作用使铜衬套[107]、固定销[80]和上铰链整体上移，当铜衬套[107]上移到下铰链紧贴导向臂后，在开关舱门过程中会导致固定销上端与上导向板表面摩擦或撞击，从而导致舱门卡阻和螺栓[82]受较大的剪切和拉力作用而断裂（见下实物图2），从导向臂的上下表面可以看出下垫片[95]未安装的摩擦痕迹，这也许能说明为什么会出现多次断裂的原因。

（2）当然，还有一种情况是在装配下止挡片和螺栓时，未将止挡片[85]的凸台和固定销凹槽对齐而拧紧螺栓[82]，这将导致下铰链下移和使用一段时间后螺栓[82]再次断裂。

二、分析结论：

根据上述分析，螺栓[82]断裂的根本原因是装配不当和机械磨损造成下铰链将承载力传递给止挡片[85]导致位移而剪切螺栓。根据SB737-52-1175R1中描述，在安装导向臂铰链螺栓时必须去脱开（拆卸）导向臂门端接耳来卸载铰链对螺栓[82]的安装载荷，其实这种做法并不科学和实用，在实际维护过程中，无需拆卸导向臂门端接耳来卸载，只需将舱门向关门方向微量移动就完全能消除这个预压载荷进行正确安装。

对于有的飞机出现导向臂从铰链安装孔处断裂的问题，其主要原因可能是舱门上下铰链机身端与扭力管之间存在问题或其它问题，导致舱门下沉并把这个重力施加在导向臂上所至。

三、维护建议：

1、根据机队发生螺栓断裂的情况进行统计分析，将单机首次出现问题的机身使用时间来评估重复检查间隔，将重复断裂次数和两次之间间隔来评估装配不当的可能性分析以及是否需要技能提升作为依据。

2、首次出现螺栓断裂后，应详细检查下铰链安装孔、止挡片和固定销的磨损、铜衬套位移情况并安装新的固定销套件。视情更换上下铰链。（注：导向臂上下铰链更换工艺较为复杂）

3、在新安装固定销套件前，参考现行有效IPC和在翼导向臂的组件号来确定装机固定销套件件号；已执行过SB 52-1175的固定销、垫片、止挡片和螺栓与未执行过SB的件号不同，确保固定销套件安装正确，避免混装。

4、在厂家没有新的SB发布之前，定期润滑和检查导向臂铰链安装情况，尤其是上下铰链与导向臂上下表面之间的间隙一致、螺栓与止挡片是否有松动和铜衬套上下两端垫片是否缺失等，否则必须予以纠正；固定销头部的一字形凹槽最好保持与导向臂成一轴线。

5、工程部门应建议BOEING将止挡片和固定销的止动凸台和凹槽进行改进设计为“四方形”，以消除铰链安装孔和固定销磨损后对止挡片产生侧向位移的可能，从而阻止止挡片位移将剪切力传递给螺栓造成断裂。

以上如有分析不当之处，还请大家指正！