某型分离插座活动层不复位的质量分析

米晓莉

（91550部队91分队大连116023）

某型分离插座活动层不复位的质量分析

米晓莉

（91550部队91分队大连116023）

论文采用故障树分析方法，对某型号飞行器地面对接试验中出现的因某型分离插座活动层不复位所导致的结构无法对接现象进行了故障定位与机理分析；有针对性地提出了采用HJ-2014保护剂代替DJB-823保护剂的改进措施，并通过后续相关试验验证，充分证明了改进工艺的合理性和有效性。

分离插座；活动层复位；故障树；风险分析

Class NumberTJ76

1 引言

在某型号飞行器的地面对接试验中，两只某型分离插座出现了活动层不复位的异常现象。为此，通过分析比对插头与插座的装配机理和对接结构，倒查各种可能导致活动层不复位的故障因素，采用故障树分析方法［1］进行了故障定位与机理分析；通过落实HJ-2014保护剂代替DJB-823保护剂的改进方案，并经试验验证，充分验证了故障定位、分析的准确性与有效性，有效解决了该型分离插座活动层不复位问题，保证了该型号飞行器正常分离飞行的安全性与可靠性，为其它型号飞行器分离插座的设计提供了参考和借鉴。

2 分离插座工作原理及故障现象

工作原理：插头与插座［2］插合前先将插头的大小导柱和插座的大小导套对准，用插合工具将插头推向插座直到听到“啪”的响声，松开后插头座不会自动弹开，表明头座已上锁到位。解锁时，对插头上拉锁施加约30N～100N（手动分离插头约为50N～300N）的力，插头座即可解锁。解锁后，活动层在复位弹簧的作用下，克服针孔间的分离力［3］及O形密封圈与插座壳体间的摩擦力，使得活动层复位。

故障现象：地面对接试验时，发现两只分离插座出现活动层不复位现象。技术人员现场采用工艺插头对型号上的两只问题插座重新进行插合、分离两次，头座分离后，发现插座活动层均不能正常复位［4～6］，故障复现。后采用5倍放大镜观察插座，绝缘体表面完好，无磕碰痕迹，与活动层配合的插座内孔表面也无明显摩擦痕迹。

3 故障树分析

根据故障现象，结合该型分离插座工作原理，以插座活动层不复位为顶事件列故障树，对可能导致问题的各种故障因素进行综合比较分析，从而对故障实施准确定位。故障树详见图1。

X1活动层外圆尺寸超差：通过对插座结构的分析，活动层主要由插座绝缘体面板和盖板组成，若插座绝缘体面板及盖板外圆尺寸超差［7］偏大，则活动层与插座壳体内孔会发生干涉，并产生摩擦阻力，从而使得活动层复位阻力增大，活动层不能正常复位。

经过测量，插座绝缘体面板和盖板外圆尺寸加工合格，满足图纸要求；同时对问题产品进行拆解，观察活动层绝缘体外圆面，发现均无明显磕碰及磨损痕迹，活动层复位运动。

过程中，活动层绝缘体与插座壳体未发生干涉；对拆解的活动层绝缘体进行尺寸测量，零件尺寸合格。因此X1故障模式可以排除。

X2插座壳体内孔尺寸超差：若插座壳体内孔尺寸超差（偏小），则插座壳体内孔与活动层会发生干涉，并产生摩擦阻力，从而使活动层复位阻力增大，活动层不能正常复位。

论文对问题产品的插座内孔尺寸进行测量，经测量，插座壳体内孔尺寸满足图纸要求，零件合格。因此X2故障模式可以排除。

X3 O形密封圈尺寸超差：通过对插座结构的分析可知，若O形密封圈截面直径尺寸超差偏大，则会增大O形密封圈与插座壳体内孔间的摩擦力，从而增大复位阻力，使得活动层不能正常复位。

经测量，本批产品装配的O形密封圈为标准件，复查同批次零件，O形密封圈截面直径尺寸合格，满足图纸要求；问题产品拆解后，对O形密封圈线径进行尺寸测量，数据在公差范围内，零件尺寸合格。因此X3故障模式可以排除。

X4锁套外圆尺寸超差：锁套与连接套配合处的外圆尺寸若有偏大超差，则锁套与连接套将会发生干涉，从而增大活动层的复位阻力，使得活动层不能正常复位。

经测量，锁套外圆尺寸加工合格；问题产品拆解后，观察锁套与连接套配合的外圆面，均无明显磨损及磕碰痕迹，活动层在复位过程中，锁套与连接套未发生干涉；对拆解的锁套外圆尺寸进行测量，零件尺寸合格。因此X4故障模式可以排除。

X5连接套内孔尺寸超差：连接套与锁套配合处的内孔尺寸若有偏小超差，则连接套与锁套将会发生干涉，从而增大活动层的复位阻力，使得活动层不能正常复位。

经检验，本批产品装配的连接套内孔尺寸加工合格；问题产品拆解后，同时观察连接套与锁套配合的内孔面，均无明显磨损及磕碰痕迹，活动层在复位过程中，连接套与锁套未发生干涉；对拆解的连接套内孔尺寸进行测量，数据在公差范围内，零件尺寸合格。因此X5故障模式可以排除。

X6复位弹簧弹力超下差：活动层复位过程中，复位弹簧的弹力需克服针孔间的分离力及活动层组件所受到的摩擦阻力，若复位弹簧弹力偏小，则会使活动层不能正常复位。

经检验，本批产品装配的弹簧弹力测试合格；问题产品拆解后，对拆解的弹簧进行弹力测量，数据在公差范围内，零件尺寸合格。因此X6故障模式可以排除。

X7复位弹簧力设计不合理：活动层复位过程中，受到的复位阻力主要为针孔间的分离力及O形密封圈与插座壳体间的摩擦阻力。为使得活动层能够正常复位，产品设计时，复位弹簧的总弹力F需克服针孔的分离力f1与O形密封圈与插座壳体间的摩擦阻力f2，即F＞f1+f2。

产品针孔间的分离力计算公式如下：

其中，t为实际插孔分离力系数；n为接触件位置度影响系数；μ为润滑系数。

根据经验参数，插孔分离力一般约为插孔标准针收口力的2倍左右，即t=2；焊成电缆后接触件位置度影响因素n约为1.2，接触件采用DJB-823保护剂润滑后的润滑系数设为0.5。

假设某型插座共有Φ0.8mm接触件96只，Φ 3mm接触件4只，其中Φ0.8mm接触件单孔分离力设为0.5N～0.8N，Φ3mm接触件单孔分离力设为2.5N～3.5N，经计算，接触件总分离力f1为

活动层与插座壳体间的O形圈为标准件，规格为内径Φ42.5mm，截面直径Φ1.8mm，执行标准为GB/T 3452.1-2005。O形密封圈与插座壳体间的摩擦力设计值约为f2≤25N。

因此，活动层复位阻力=f1+f2=94.6N～133.96N。

假设复位弹簧工作高度总弹力F=287.5N± 15N。

通过上述计算，复位弹簧总弹力F＞活动层复位阻力f1+f2，安全系数达2.03～3.20，因此复位弹簧能克服活动层复位阻力，活动层能够正常插合到位。因此X7故障模式可以排除。

X8针孔分离力偏大：活动层在复位过程中，需克服针孔间的分离力，若针孔间的分离力偏大，则会增大活动层的复位弹力，从而出现活动层不能正常复位现象。

我们查阅产品装配跟踪卡，对所有插孔接触件进行了100%接触件分离力测试，符合要求。对问题插座的活动层插孔接触件进行分离力测试，Φ 0.8mm接触件单孔分离力约为0.6N～0.8N，Φ3mm接触件单孔分离力约为3N～3.5N，符合技术文件要求。因此X8故障模式可以排除。

X9保护剂选用不合理：保护剂［8～9］通过刷涂在接触件和活动零件表面，起到润滑和降低摩擦力的作用。若保护剂选用不合理，导致在使用过程中不能起到润滑作用，将导致活动层的复位阻力增大，出现不复位现象。

本批插座接触件采用DJB-823保护剂进行润滑处理，随着头座插拔次数的增多及使用环境的变化，针孔间的DJB-823保护剂会出现磨损，该保护剂磨损后不会自我修复，因此针孔间的润滑性能下降，从而使得针孔间的分离力增大，活动层复位阻力也增大。因此X9故障模式不可以排除。

综上所述，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8故障模式可以排除，X9故障模式不能排除，因此本次出现的某型分离插座活动层不复位问题定位在保护剂选用不合理。

4 故障机理分析

复查产品生产过程，本批插座插孔采用DJB-823保护剂进行润滑，按照设计，该保护剂可以满足产品贮存寿命及插拔次数使用要求。随着头座插拔使用次数的增多，针孔间的DJB-823保护剂会出现一定程度的磨损，润滑性能会出现下降，使得针孔间的分离力增大。鉴于该型插座为高密度小间隙结构，活动层弹起过程对各插针插孔分离力的要求较高。

当接触件未涂覆DJB-823保护剂时，针孔间的总分离力约为

此时复位阻力为f1+f2=164.2N～242.9N，接近复位弹簧工作高度的总弹力F=287.5N±15N。

通过分析该型分离插座活动层复位过程，头座分离后，复位弹簧释放能量推动活动层复位，活动层在复位过程中，复位弹簧的弹力及提供的动能逐渐减小；同时，活动层在复位时，活动层的插针针头与插孔内孔产生摩擦运动，此时针孔间的分离力为恒定值并保持不变。因此，当针孔间的润滑性能下降，针孔间的分离力增大并临近复位弹簧工作高度弹力时，活动层在复位过程中，会出现复位弹簧的弹力及提供的动能减小至无法克服针孔间分离力的现象，从而使得活动层出现卡滞，无法正常复位。

5 分离插座的改进

5.1 改进措施

1）对该型分离插座采用HJ-2014保护剂进行润滑维护处理。HJ-2014保护剂相较于DJB-823保护剂具有更好耐环境性及润滑性，且具有自我修复功能；产品涂刷HJ-2014保护剂后，会在零件表面形成一层固体薄膜，该保护膜无挥发性，可长时间保存，因而能够满足使用寿命次数要求。

2）后续生产时建议对插孔进行设计改进，采用低插拔力的簧爪式插孔代替开槽收口式插孔。

5.2 试验验证

对该型分离插座采用HJ-2014保护剂进行润滑维护，在润滑过程中，HJ-2014保护剂与DJB-823保护剂不会发生反应，不影响润滑效果。产品润滑处理后，进行3次头座重复插拔测试，头座分离后，活动层均能正常复位。

对采用HJ-2014保护剂润滑处理后的问题插座，与插头配合继续做头座插拔试验50次，头座分离后，活动层均能正常复位。继续进行插拔试验，连续进行500次，插座活动层均正常复位。

另取同批插座一只，插针上涂覆HJ-2014保护剂之后，进行插拔试验，共计进行了1000多次插拔试验，插座活动层均能够正常复位。

5.3 风险分析

对产品进行采取HJ-2014保护剂润滑维护，可以有效地降低活动层复位阻力，提高分离过程中的分离可靠性，使得插座活动层正常复位。该操作过程可以在插座插合端面进行，操作时通过插合面将保护剂浸入插座内部，在表面形成固体膜，对产品的电气性能无影响，可保证绝缘和耐电压等技术指标符合要求。HJ-2014保护剂是一种固体薄膜保护剂，通过刷涂或浸涂在零件表面形成薄的固体膜，该固体薄膜在正向电压作用下极易被击穿，当针孔接触对插合时，插针上的薄膜在针孔接触部位被击穿形成通路，实现接触对的电传输功能；而该保护剂在绝缘材料表面形成固体薄膜时，因其本身为绝缘介质，又无正向电压击穿，所以并不影响绝缘材料的绝缘性能，上述特性使得HJ-2014保护剂既能够保证电接触零件之间的正常电信号传输，又能使得绝缘材料继续保持绝缘性能，仅起到润滑和保护作用。现场进行润滑维护后晾干即可使用，不存在因润滑维护导致存在电性能故障的风险。

6 结语

通过对该型分离插座活动层不复位问题的原因分析与故障定位，可以得出结论，这是由于保护剂选用不合理使得针孔间的润滑性能下降，增大了针孔间的分离力所致；通过对故障机理的分析，采取刷涂HJ-2014保护剂的改进措施，并进行了相关试验验证；后续该型飞行器试验的成功也证明了所采取的改进措施的合理正确。

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Analysis of Failure of Activity Layer Resetting of Separable Socket

MI Xiaoli
（Unit 91，No.91550 Troops of PLA，Dalian116023）

Since the activity layer of separable socket is not reset automatically，some spacecraft cannot successfully dock in the test.This paper adopts the method of fault tree to analyze mechanism and locate fault，and proposes to replace DJB-823 protector with HJ-2014 protector.The experimental results demonstrate that the improvement is effective.

separable socket，activity layer resetting，fault tree，risk analysis

TJ76

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.026

2016年12月7日，

2017年1月13日

米晓莉，女，硕士，工程师，研究方向：导弹武器系统试验与鉴定