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        艦炮射擊擊發(fā)裝置損壞故障定位研究

        2019-05-16 11:36:10蘇萬山
        艦船科學技術(shù) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:故障

        蘇萬山

        (中國船舶重工集團公司第七一三研究所,河南 鄭州 450015)

        0 引 言

        發(fā)射系統(tǒng)是艦炮的主要分系統(tǒng),能否完成正常動作關(guān)乎射擊的成敗[1]。在某艦炮的實彈射擊中,各分系統(tǒng)性能指標都達到了設計技術(shù)要求,但出現(xiàn)多次擊發(fā)裝置損壞故障。按照故障樹分析方法對擊發(fā)裝置設計、生產(chǎn)、總裝等因素進行系統(tǒng)分析[2],從而確定發(fā)生擊發(fā)裝置損壞故障的各種原因,并徹底解決此次故障,保證研制工作的順利進行。

        1 擊發(fā)裝置結(jié)構(gòu)組成及原理

        艦炮發(fā)射系統(tǒng)炮尾安裝在搖架上,搖架是各分系統(tǒng)的安裝基礎,其中擊發(fā)裝置安裝在搖架左梁,如圖1所示。擊發(fā)裝置的主要作用是在艦炮射擊時擊發(fā)推桿擠壓炮尾發(fā)射器壓桿,進而帶動擊針撞擊底火,完成單發(fā)射擊動作,擊發(fā)裝置推桿與發(fā)射器壓桿相對位置如圖2所示。

        擊發(fā)裝置示意圖如圖3所示。動作原理為:當艦炮輸彈裝置輸彈入膛后,閂體關(guān)閉,此時擊發(fā)裝置上雙磁鐵同時得電,電磁鐵壓桿推動擊發(fā)裝置上的杠桿,從而帶動推桿向前運動,推桿將炮尾發(fā)射器壓桿壓入4 mm,此后炮尾內(nèi)擊針擊發(fā)彈藥底火實現(xiàn)彈藥發(fā)射,隨后炮尾后座復進,擺彈和輸彈相繼動作,擊發(fā)裝置推桿動作繼續(xù)完成下一發(fā)彈藥射擊。

        當進行炮尾后座復進時,炮尾動作較快,在30 MJ炮口動能的作用下,炮尾后座平均速度約10 m/s,擊發(fā)裝置觸頭桿與炮尾發(fā)射器壓桿初始間隙為2 mm,正常情況下?lián)舭l(fā)裝置動作后,將發(fā)射器壓桿壓入4 mm,此時推桿與炮尾左平面還有6 mm間隙,炮尾的后座復將不會觸碰到擊發(fā)裝置推桿,擊發(fā)裝置推桿可避開炮尾,防止被炮尾撞彎。

        圖 1 擊發(fā)裝置安裝圖Fig. 1 Assembly drawing of percussion mechanism

        圖 2 推桿與發(fā)射器壓桿位置Fig. 2 Position diagram of push rod and launcher bar

        圖 3 擊發(fā)裝置剖面圖Fig. 3 Sectional drawing of percussion mechanism

        2 擊發(fā)裝置損壞故障原因分析

        某艦炮在開始射擊試驗時各部件工作可靠,但在后續(xù)連續(xù)射擊時出現(xiàn)2次擊發(fā)裝置推桿撞彎的故障,故障現(xiàn)象如圖4和圖5所示。采用高速攝影對擊發(fā)裝置工作情況進行跟蹤,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),炮尾在后座過程中會偶發(fā)性撞擊擊發(fā)裝置推桿,導致推桿被撞彎,從而導致?lián)舭l(fā)裝置無法完成擊發(fā),也嚴重影響了艦炮的射擊可靠性[3]。

        圖 4 擊發(fā)裝置損壞現(xiàn)場圖Fig. 4 Damaged picture of percussion mechanism

        圖 5 擊發(fā)裝置損壞故障拆卸圖Fig. 5 Damage fault disassembly diagram of percussion mechanism

        通過對擊發(fā)裝置損壞的故障現(xiàn)象及機理進行分析,造成擊發(fā)裝置推桿撞彎的主要原因有3點:電磁鐵故障;擊發(fā)轉(zhuǎn)臂機構(gòu)不靈活;磁鐵頂桿螺栓防松不可靠。對發(fā)生故障的各末端因素進行梳理,發(fā)射機構(gòu)損壞故障故障樹如圖6所示[4–5]。

        圖 6 擊發(fā)裝置損壞故障樹Fig. 6 The fault tree percussion mechanism

        2.1 電磁鐵故障

        擊發(fā)裝置為雙磁鐵作用連桿機構(gòu),兩磁鐵各自推動下方安裝的轉(zhuǎn)臂,2個轉(zhuǎn)臂通過平鍵連接帶動軸轉(zhuǎn)動,進而帶動擊發(fā)推桿伸出使炮尾擊發(fā)器擊發(fā)。目前所用的2臺電磁鐵均為DCT型,但2臺電磁鐵的生產(chǎn)廠家不同,2臺電磁鐵外形一致,但吸合時間、釋放時間和吸力不同。

        推桿的釋放主要依靠擊發(fā)裝置內(nèi)的彈簧,因此2臺磁鐵的釋放時間一致。通過現(xiàn)場實測,2臺電磁鐵推力和響應時間僅有微小差異,推力上的不同不會導致推桿伸出撞彎,響應時間微小的差異也不會引起轉(zhuǎn)臂作用的不同步。

        因此確認兩擊發(fā)電磁鐵工作正常,排除電磁鐵故障的因素。

        2.2 擊發(fā)轉(zhuǎn)臂機構(gòu)不靈活

        1)軸和銅套配合間隙過小

        軸與銅套之間要求能夠靈活轉(zhuǎn)動,并不要求太高的配合精度,設計配合公差為H9/d9,該配合為間隙較大的靈活轉(zhuǎn)動配合[6],通過脂潤滑保證軸與銅套之間的相對轉(zhuǎn)動無卡滯,銅套和轉(zhuǎn)臂安裝圖如圖7所示。現(xiàn)場將銅套和軸的尺寸重新進行復測,經(jīng)檢測,擊發(fā)裝置左右兩銅套和軸的設計尺寸都在公差范圍內(nèi)。因此,確認軸和銅套間隙滿足設計要求。

        圖 7 銅套和轉(zhuǎn)臂安裝圖Fig. 7 The installation diagram of copper sleeve and rotary arm

        2)復位彈簧力較小

        電磁鐵斷電后,擊發(fā)裝置推桿收回,收回的速度主要取決于彈簧的工作壓力,通過彈簧的壓縮作用使推桿獲得復位加速度,保證推桿快速回位?,F(xiàn)場對彈簧的初壓力和工作壓力進行復測,彈簧的設計工作壓力都在設計要求范圍內(nèi),彈簧力足夠。因此,確認彈簧簧力滿足設計要求。

        3)軸的安裝同軸度超差

        軸安裝在安裝架兩側(cè)銅套內(nèi),兩側(cè)銅套作為軸向旋轉(zhuǎn)支撐,在杠桿的推動下軸發(fā)生旋轉(zhuǎn),如果兩銅套的同軸度超差,則軸在旋轉(zhuǎn)過程中與推桿和轉(zhuǎn)臂會發(fā)生側(cè)面擠壓現(xiàn)象,進而產(chǎn)生較大的摩擦阻力導致軸的旋轉(zhuǎn)不靈活[7]。兩銅套安裝后軸孔的同軸度設計誤差為0.02 mm,現(xiàn)場對兩銅套安裝同軸度誤差進行測量,實測同軸度為0.015 mm,滿足設計要求。

        4)推桿動作不靈活

        推桿末端連接螺母擋塊,推桿在杠桿作用下伸出,安裝架的圓孔為導向孔,推桿的伸出最大行程為10 mm,超過10 mm后推桿變回脫離安裝架導向圓孔,會發(fā)生推桿傾斜無法返回的現(xiàn)象,如圖8所示。在螺母擋塊隨著推桿伸出的過程中,螺母的導向部分逐漸減少,推桿的軸向約束逐漸不足,在推桿伸出后會回位不靈活。因此,推桿動作不靈活是擊發(fā)裝置損壞的原因。

        圖 8 推桿導向不足發(fā)生傾斜Fig. 8 Tilt caused by insufficient guide of push rod

        2.3 磁鐵頂桿螺栓防松不可靠

        電磁鐵伸出時,其頭部頂桿螺栓對杠桿施加推力,帶動轉(zhuǎn)臂及推桿執(zhí)行相應動作。電磁鐵頂桿螺栓頭部采用彈墊及螺母防松,保證磁鐵的伸出行程固定,正常情況下,要通過調(diào)整電磁鐵觸頭螺栓來調(diào)節(jié)推桿的伸出行程,電磁鐵觸頭與轉(zhuǎn)臂上平面調(diào)整距離應為7 mm,此時推桿的伸出量為理論行程10 mm(見圖9)。而現(xiàn)場在拆卸的過程中,發(fā)現(xiàn)防松螺母已發(fā)生松動,磁鐵螺栓頭部7 mm的安裝間隙已經(jīng)不能保證。由于艦炮射擊時后坐力較大,托架及搖架都會發(fā)生震動,進而導致安裝在搖架左梁的擊發(fā)裝置震動,長期使用會導致磁鐵頂桿防松螺母發(fā)生松動,推桿撞彎發(fā)生在擊發(fā)后炮尾后座的過程中,此時炮尾后座,電磁鐵若繼續(xù)推動連桿,則可導致推桿繼續(xù)伸出并撞在炮尾左后側(cè)棱邊上,發(fā)生推桿撞彎故障。

        圖 9 電磁鐵推桿初始安裝位Fig. 9 Initial installation position of electromagnet push rod

        因此,磁鐵伸出行程改變是擊發(fā)裝置損壞的主要因素,直接因素為電磁鐵頭部螺栓防松措施不到位。

        3 解決措施和實施效果

        通過對擊發(fā)裝置損壞故障的所有原因進行逐一分析、排查,可以確定推桿動作不靈活和磁鐵頂桿螺栓防松不可靠是多次擊發(fā)裝置損壞故障的主要原因。根據(jù)故障的因素采取相應的解決措施。故障定位及解決措施如表1所示。

        表 1 擊發(fā)裝置損壞故障定位及解決措施對照表Tab. 1 The measure of the damaging of percusiion mechanism in naval gun firing

        對于磁鐵頂桿螺栓防松不可靠的問題,在原有防松螺母的基礎上,增加高強度螺紋鎖固劑(樂泰263膠),該螺紋膠已廣泛應用于大口徑艦炮發(fā)射系統(tǒng)中,防松效果可靠[8]。同時,重新設計螺母擋塊結(jié)構(gòu),并增加導向套,該結(jié)構(gòu)可從根本上約束擊發(fā)裝置推桿行程,同時也保證了推桿全行程內(nèi)的可靠約束。

        將新設計的螺母擋塊和導向套安裝在擊發(fā)裝置上,同時對磁鐵頂桿螺母采用螺紋膠防松處理,在后續(xù)的實彈射擊實驗中均未出現(xiàn)此故障,故障得以解決。

        4 結(jié) 語

        本文以某艦炮實彈射擊中出現(xiàn)的擊發(fā)裝置損壞故障為研究對象,采用故障樹分析方法,對發(fā)生故障的各種原理進行逐一定性和定量分析,并從故障機理上確定出發(fā)生故障的原因,使得故障得到解決。實踐證明,故障樹分析方法應用于艦炮故障診斷、技術(shù)分析、裝置改進上非常有效。通過故障樹可以系統(tǒng)全面反映發(fā)生故障的各種末端因素,是艦炮各系統(tǒng)故障技術(shù)歸零切實可行的方法。

        圖 10 改進措施Fig. 10 Improvement measures

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