某轉(zhuǎn)管自動機(jī)停射故障分析

王 雷，馬獻(xiàn)懷，張柔剛

(1.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，陜西 西安 710054；2.昆侖工業(yè)集團(tuán)公司,陜西 西安 710043)

某轉(zhuǎn)管自動機(jī)停射故障分析

王 雷1，馬獻(xiàn)懷1，張柔剛2

(1.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，陜西 西安 710054；2.昆侖工業(yè)集團(tuán)公司,陜西 西安 710043)

根據(jù)某自動機(jī)工作原理和試驗(yàn)情況，分析故障現(xiàn)象，建立了各故障現(xiàn)象間的關(guān)系框圖，通過詳細(xì)推理分析和驗(yàn)證，還原故障發(fā)生過程。經(jīng)多方排查驗(yàn)證，最終確定故障原因?yàn)樽蠊椊涌诤瓦M(jìn)彈機(jī)交接處有負(fù)間隙現(xiàn)象，高速進(jìn)彈時碰撞炮彈藥筒口部使外形異常，推彈時受阻，引起后續(xù)相關(guān)零部件工作異常，進(jìn)而造成連鎖式損壞和最終停射故障。經(jīng)分析和多次模擬試驗(yàn)，改進(jìn)優(yōu)化供、進(jìn)彈交接處間隙，通過多門炮射擊試驗(yàn)驗(yàn)證，再未出現(xiàn)類似停射故障。

故障診斷；轉(zhuǎn)管自動機(jī)；供彈；停射

1 自動機(jī)停射故障現(xiàn)象

在某轉(zhuǎn)管自動機(jī)射擊過程中，低射速、中射速時自動機(jī)機(jī)構(gòu)均工作正常，但在高射速時，發(fā)射63發(fā)炮彈后，自動機(jī)停射。經(jīng)逐步分解檢查后，故障現(xiàn)象如下：

1)藥筒故障。①一個藥筒口部有輕微損傷，內(nèi)部有正常擊發(fā)后燃燒的痕跡(如圖1下藥筒所示，該故障現(xiàn)象編號為X1，以下依次編號)。②另一個藥筒口部嚴(yán)重撕裂變形，內(nèi)部也有正常擊發(fā)后燃燒的痕跡，但在其收口處沒有彈丸擊發(fā)后撥脫的痕跡(如圖1上藥筒所示，編號X2)。③其余拋出的藥筒均無明顯異常(編號X3)。

2)發(fā)火機(jī)構(gòu)上的導(dǎo)電部件被碰撞變形(編號X4)。

3)自動機(jī)嚴(yán)重卡滯，無法轉(zhuǎn)動(編號X5)。

4)進(jìn)彈機(jī)構(gòu)內(nèi)共有5發(fā)炮彈，其中左路2發(fā)，右路3發(fā)，狀態(tài)均正常(編號X6)。

5)開鎖機(jī)構(gòu)故障。①開鎖機(jī)構(gòu)上端轉(zhuǎn)向炮箱最左側(cè),發(fā)生變形(編號X7)。②開鎖機(jī)構(gòu)下端(開鎖面)，發(fā)生碰撞變形，但仍能完成開鎖功能[1](編號X8)。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

6)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)故障，如圖3所示。①導(dǎo)引機(jī)構(gòu)前部發(fā)生左側(cè)變形斷裂，左側(cè)壓彈位置有1發(fā)炮彈與導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形方向一致(編號X9)。②導(dǎo)引機(jī)構(gòu)左側(cè)，炮箱和機(jī)匣間卡滯有3發(fā)彈頭(編號X10)。

7)閉鎖機(jī)構(gòu)閉鎖面被撞裂，后端面沿周向有切削痕跡,但仍能完成閉鎖動作(編號X11)。

8)螺旋槽前鑲塊抽殼段和后鑲塊推彈段均有擠壓變形(編號X12、X13)。

9)自動機(jī)停轉(zhuǎn)時，各炮閂位置及狀態(tài)故障。①4#炮閂在進(jìn)彈位置處，炮閂內(nèi)炮彈外形異常(編號X14)。②5#炮閂在拋殼位置處，其上方拋殼機(jī)構(gòu)中有1個正常擊發(fā)后即將被拋出的藥筒(編號X15)。③5#炮閂被1枚橫置彈頭(彈頭后部)卡死，此位置距正常閉鎖位置約20 mm，如圖4所示,拆出炮閂，發(fā)現(xiàn)該炮閂內(nèi)炮彈無彈頭，且藥筒有沿縱向擠壓的痕跡(編號X16)，如圖5所示。

上述各炮閂狀態(tài)如表1和圖6所示。

表1 各炮閂最終狀態(tài)

2 故障分析

2.1 故障過程推理分析

自動機(jī)采用轉(zhuǎn)管式工作原理，工作過程如下：電機(jī)驅(qū)動自動機(jī)機(jī)匣(機(jī)匣-身管組)旋轉(zhuǎn)，帶動進(jìn)彈機(jī)供彈，依次將炮彈經(jīng)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)撥入每個炮閂的抓手內(nèi)，各炮閂在隨機(jī)匣旋轉(zhuǎn)的同時，由于炮閂上的主滾輪受炮箱螺旋槽的約束作用而作前后運(yùn)動，完成推彈入膛、閉鎖、擊發(fā)、開鎖、拋殼等系列動作，依次往復(fù)完成上述循環(huán)實(shí)現(xiàn)連射[2]。

由于故障造成較多的零部件損壞，故障現(xiàn)象繁雜，需要仔細(xì)分解檢查和詳細(xì)推理分析。根據(jù)自動機(jī)工作原理和各故障現(xiàn)象[3-4]，列出故障關(guān)系圖，如圖7所示。以故障推理分析思路為順序，從圖7左上兩粗實(shí)線框開始，以實(shí)線箭頭方向?yàn)橹?主要推理方向)，虛線箭頭為輔(故障現(xiàn)象的相關(guān)聯(lián)系)進(jìn)行推理分析，梳理清楚各故障現(xiàn)象之間的關(guān)系，得出虛線框內(nèi)所示的各炮閂的故障狀態(tài)，并推知右側(cè)深色圖框內(nèi)所示自動機(jī)停轉(zhuǎn)的最終故障現(xiàn)象。

根據(jù)停射時各炮閂位置及其炮彈狀態(tài)，并結(jié)合自動機(jī)工作循環(huán)圖，首先可推知從1#炮閂進(jìn)彈時起，導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形，由此可進(jìn)行進(jìn)一步推理：

1)結(jié)合圖2，導(dǎo)引機(jī)構(gòu)安裝于開鎖機(jī)構(gòu)上部，由于開鎖機(jī)構(gòu)上部偏轉(zhuǎn)位移較大，可推知導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的變形是由于其安裝的開鎖機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)引起，再根據(jù)開鎖機(jī)構(gòu)下端(開鎖面)碰撞痕跡，可知開鎖機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)是由于其下端受到非正常碰撞導(dǎo)致，以機(jī)匣中心為回轉(zhuǎn)中心，下端向右偏轉(zhuǎn)，上部向左偏轉(zhuǎn)，并造成開鎖位置后移。

2)結(jié)合圖8，當(dāng)1#炮閂進(jìn)彈時，5#炮閂剛過開鎖位置，其開鎖異常。對應(yīng)故障現(xiàn)象，由于5#炮閂內(nèi)炮彈未推彈到位，可導(dǎo)致其閉鎖、擊發(fā)、開鎖等動作異常，即未推彈到位的炮閂及炮閂內(nèi)的炮彈非正常碰撞閉鎖機(jī)構(gòu)，閉鎖機(jī)構(gòu)損傷，但仍具有閉鎖功能；非正常碰撞發(fā)火擊構(gòu)，引起發(fā)火機(jī)構(gòu)損壞；非正常碰撞開鎖機(jī)構(gòu)下端(開鎖面)，引起開鎖機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)，開鎖面損傷，但仍具有開鎖功能。

3)因從1#炮閂進(jìn)彈時起，導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形斷裂，則經(jīng)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)進(jìn)入1#和隨后的2#～4#炮閂內(nèi)的炮彈外形均會發(fā)生異常，引起推彈入膛受阻，一方面使得螺旋槽推彈段受擠壓；另一方面使多發(fā)炮彈的彈頭掉落，引起自動機(jī)卡滯，以致最終停轉(zhuǎn)。

4)由于發(fā)火機(jī)構(gòu)的損壞，雖然6#～9#炮閂內(nèi)炮彈能正常進(jìn)彈、入膛，也能閉鎖(閉鎖機(jī)構(gòu)仍具有閉鎖功能)，但不能擊發(fā)。再加之開鎖位置的后移，除9#炮閂停轉(zhuǎn)時還未到開鎖位置外，其余6#～8#因未開鎖便抽殼，均造成主滾輪軸剪斷，不再前后運(yùn)動，同時也造成螺旋槽抽殼段擠壓變形。

2.2 故障過程還原

經(jīng)圖表推理分析可還原故障過程如下：在高射速射擊過程中，有1發(fā)炮彈(正好進(jìn)入5#炮閂)，外形異常，在推彈入膛過程中受阻，使得該炮閂主滾輪軸被剪斷，炮閂停在主滾輪軸剪斷位置(對應(yīng)X16)，只隨機(jī)匣做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)至閉鎖位置時，由于炮閂停在后位，閂頭碰撞閉鎖機(jī)構(gòu)，使得閉鎖機(jī)構(gòu)后端面被沿圓周削去一塊(對應(yīng)X11)。當(dāng)炮閂行至發(fā)火位置時，卡滯在炮閂內(nèi)的彈頭碰撞發(fā)火機(jī)構(gòu)，使發(fā)火機(jī)構(gòu)損壞(對應(yīng)X4)。當(dāng)炮閂行至開鎖位置時，炮閂后排閉鎖齒碰撞開鎖機(jī)構(gòu)下端(開鎖面)，并推動開鎖機(jī)構(gòu)繞機(jī)匣回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，使得開鎖機(jī)構(gòu)上部發(fā)生偏轉(zhuǎn)，也使裝在開鎖機(jī)構(gòu)上部的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)前端發(fā)生扭轉(zhuǎn)斷裂(對應(yīng)X9)。開鎖機(jī)構(gòu)失去定位，被該炮閂推動直至開鎖機(jī)構(gòu)上部(脖子)撞到炮箱壁發(fā)生變形并停在此位，接著該炮閂碰撞開鎖機(jī)構(gòu)開鎖面，越過開鎖機(jī)構(gòu)，直至自動機(jī)停轉(zhuǎn)時停在拋殼位置。

由于發(fā)火機(jī)構(gòu)損壞，隨后的6#～9#炮閂內(nèi)炮彈雖正常入膛閉鎖，但均不能擊發(fā)，此時開鎖機(jī)構(gòu)已經(jīng)被5#炮閂帶動向右偏轉(zhuǎn)一定角度(開鎖時機(jī)推后)，6#～8#炮閂未開鎖便強(qiáng)行抽殼，造成主滾輪軸均被剪斷。由于開鎖機(jī)構(gòu)損壞引起的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形，造成1#～4#炮閂內(nèi)的炮彈彈頭均發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)變形，其中2#～4#炮閂內(nèi)的彈頭先后掉落夾在炮箱和機(jī)匣之間(對應(yīng)圖3)，使自動機(jī)的阻力不斷增大，直至最后自動機(jī)停轉(zhuǎn)[5]。射擊時所測得的電流曲線如圖9所示。

可對上述故障進(jìn)一步分析：從電流出現(xiàn)異常到最終停轉(zhuǎn)約53 ms，按射速計(jì)算，此段時間約轉(zhuǎn)過8個彈位，結(jié)合自動機(jī)最終停轉(zhuǎn)時各炮閂的位置(如圖10所示)，可驗(yàn)證故障起始時5#炮閂正好在推彈位置。電流曲線前半段電流緩慢增大，即自動機(jī)阻力不斷增大，對應(yīng)5#炮閂推動炮彈進(jìn)膛所受阻力不斷增大，直至推彈至炮彈尾部時，其阻力達(dá)最大值，主滾輪軸被剪斷、炮閂未推到位等現(xiàn)象。隨后電流突然急劇增大后輕微波動又回至正常值，對應(yīng)為5#炮閂因推彈不到位未能正常碰撞開鎖機(jī)構(gòu)開鎖，而是推動開鎖機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，引起被開鎖機(jī)構(gòu)定位的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形斷裂，導(dǎo)致后續(xù)經(jīng)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)進(jìn)入炮閂內(nèi)炮彈異常，彈頭彎曲、脫落后卡入機(jī)匣與炮箱之間，自動機(jī)嚴(yán)重卡滯停轉(zhuǎn)(自動機(jī)與驅(qū)動電機(jī)脫離)現(xiàn)象。

2.3 故障原因定位

經(jīng)對照故障現(xiàn)象可知，由于該發(fā)炮彈的藥筒口部被碰撞啃傷，使得其彈頭進(jìn)入炮閂前發(fā)生了偏轉(zhuǎn)彎曲，推彈入膛時偏轉(zhuǎn)的彈頭頂在機(jī)匣后端面引起了推彈受阻。檢查全炮中所有的炮彈導(dǎo)引，發(fā)現(xiàn)左供彈機(jī)構(gòu)和進(jìn)彈機(jī)構(gòu)左路交接不暢，如圖11所示。

用彈形規(guī)測量與導(dǎo)引間的間隙，存在有零間隙及負(fù)間隙現(xiàn)象，如表2所示。

表2 彈間隙實(shí)際測量值 mm

由于左路交接狀態(tài)不理想，雖然在低、中速射擊過程中炮彈基本能通過該處交接，正常完成射擊，但在高速射擊過程中，由于火炮振動、后坐位移、彈藥外形尺寸的差異等多因素使個別炮彈的藥筒口部受到不同程度碰撞，出現(xiàn)以下幾種狀況：

1)個別炮彈藥筒口部被輕微碰撞啃傷，但炮彈正常擊發(fā)，與X1對應(yīng)。

2)個別炮彈藥筒口部被嚴(yán)重啃傷，在進(jìn)彈入膛前，彈頭掉落，仍能入膛將藥筒內(nèi)火藥擊發(fā)燃燒，與X2對應(yīng)。

3)個別炮彈在交接中較嚴(yán)重碰撞，使彈頭發(fā)生偏轉(zhuǎn)彎曲，雖能在自動機(jī)進(jìn)彈機(jī)構(gòu)內(nèi)完成進(jìn)彈，但在推彈入膛時彈頭抵在彈膛尾端面上擠壓藥筒變形，進(jìn)彈受阻，且推彈不到位，與X16(圖5)對應(yīng)。

4)大部分炮彈能正常經(jīng)過該交接位置，完成正常射擊程序，與X3對應(yīng)。

總之，由于左供彈機(jī)構(gòu)和進(jìn)彈機(jī)構(gòu)左路的供彈通道存在負(fù)間隙現(xiàn)象，在高速射擊時，由于火炮振動、后坐位移、彈藥外形尺寸差異等諸多因素的綜合影響，造成炮彈偶發(fā)產(chǎn)生碰撞，使得彈頭偏轉(zhuǎn)變形，在推彈入膛時受阻，炮閂復(fù)位不到位，從而引起后續(xù)一連串的故障損壞，最終導(dǎo)致停射。

3 解決措施

在對進(jìn)彈機(jī)與供彈機(jī)交接尺寸進(jìn)行理論計(jì)算的基礎(chǔ)上[6]，根據(jù)射擊后在此處的實(shí)際交接尺寸，對照另外新裝配的該型火炮在該處的尺寸狀態(tài)，并參考已完成全壽命試驗(yàn)的5門科研樣機(jī)在該交接處的尺寸狀態(tài)，綜合考慮制定炮彈在此處順暢交接的要求：在兩側(cè)齒輪側(cè)隙滿足要求的情況下，對進(jìn)彈機(jī)構(gòu)左右路導(dǎo)引的上下導(dǎo)引面進(jìn)行修銼，同時保證彈形規(guī)在該導(dǎo)引處與導(dǎo)引面的間隙(最小間隙)應(yīng)滿足表3尺寸要求，確保在高速進(jìn)彈射擊過程中，炮彈由供彈接口進(jìn)入進(jìn)彈機(jī)不會產(chǎn)生碰撞。

表3 彈間隙最小要求值 mm

4 故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)及改進(jìn)措施驗(yàn)證

為驗(yàn)證故障定位是否準(zhǔn)確、機(jī)理是否清楚，同時考慮到實(shí)彈射擊的危害性，進(jìn)行了非射擊狀態(tài)下的故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)。在不改變交接間隙的前提下，多次進(jìn)行手動前沖、零位、后坐3個狀態(tài)的故障模擬，進(jìn)行3種狀態(tài)的低、中、高射速拋彈試驗(yàn)，一定程度上復(fù)現(xiàn)了炮彈在該位置產(chǎn)生卡滯的現(xiàn)象。對交接處按要求進(jìn)行修銼，保證彈形規(guī)在各導(dǎo)引面處有足夠的間隙，確保炮彈高速交接時不會產(chǎn)生卡滯碰撞，在前沖、零位、后坐3種狀態(tài)進(jìn)行了多次高射速拋彈試驗(yàn)，結(jié)果顯示交接順暢正常。

在該炮和后續(xù)幾座炮上采取同樣措施后，進(jìn)行了高射速長連射項(xiàng)目射擊試驗(yàn)驗(yàn)證，累計(jì)射彈7 593發(fā)，試驗(yàn)結(jié)果表明，火炮和拋出藥筒均未發(fā)現(xiàn)異常，故障推理正確，改進(jìn)措施有效，故障問題得到徹底解決。

5 結(jié)論

超高射速自動機(jī)出現(xiàn)停射故障，可能會造成射擊安全隱患。根據(jù)該型自動機(jī)工作原理，分析了各故障現(xiàn)象，建立了各種故障現(xiàn)象間的關(guān)系框圖，經(jīng)過綜合排查和分析驗(yàn)證，還原故障發(fā)生過程，最終定位故障為供彈接口和進(jìn)彈機(jī)交接處存在負(fù)間隙，在高速進(jìn)彈時與炮彈藥筒口部產(chǎn)生碰撞，使炮彈外部變形，閂體推彈受阻，復(fù)進(jìn)不到位，造成對閉鎖機(jī)構(gòu)、開鎖機(jī)構(gòu)的非正常碰撞，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)引機(jī)構(gòu)變形，引起后續(xù)炮彈變形、彈頭掉落，最終造成停射故障。故障定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、措施有效，問題得到徹底解決。

解決該故障問題的思路及方法對高射速自動機(jī)的研制具有借鑒意義，隨著小口徑自動機(jī)射速的大幅度提升，對機(jī)構(gòu)動作可靠性帶來質(zhì)的變化，對傳統(tǒng)射速不高的自動機(jī)可能影響不大的倒棱、倒角、配合、交接等細(xì)微處，卻會對超高射速自動機(jī)帶來嚴(yán)重的連鎖式故障，所以在高射速、超高射速自動機(jī)的研制生產(chǎn)中，應(yīng)該對此方面加強(qiáng)關(guān)注，優(yōu)化設(shè)計(jì)與加工控制工藝。

References)

[1]何志強(qiáng)，黃守仁，李載弘.航空自動武器設(shè)計(jì)手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，1990. HE Zhiqiang,HUANG Shouren,LI Zaihong.The aviation automatic weapon design manual[M].Beijing:National Defense Industry Press,1990.(in Chinese)

[2]張相炎.火炮自動機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010. ZHANG Xiangyan. The automatic mechanism design[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2010.(in Chinese)

[3]王裕安，徐萬和，薄玉成.自動武器構(gòu)造[M].南京：南京理工大學(xué)，2005. WANG Yu’an,XU Wanhe,BO Yucheng.Automatic weapon conformation[M].Nanjing:Nanjing University of Science and Technology,2005.(in Chinese)

[4]尤國釗.自動武器設(shè)計(jì)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1992. YOU Guozhao.Automatic weapon design [M]. Beijing: National Defense Industry Press,1992.(in Chinese)

[5]戴成勛，靳天佑，朵英賢.自動武器設(shè)計(jì)新編[M].北京：國防工業(yè)出版社，1990. DAI Chengxun，JIN Tianyou，DUO Yingxian. New design of automatic weapon design[M].Beijing: National Defense Industry Press,1990.(in Chinese)

[6]張相炎.火炮設(shè)計(jì)理論[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004. ZHANG Xiangyan.The design theory of the gun[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2004.(in Chinese)

FaultAnalysisofFiringStopinCertainGatlingAutomaticMechanism

WANG Lei1，MA Xianhuai1,ZHANG Rougang2

(1.Military Representative Bureau in Xi’an Area of Naval Equipment Department, Xi’an 710054, Shaanxi, China；2.KunLun Industrial Group Company, Xi’an 710043, Shaanxi, China)

According to the operating principle and the experiment status of a Gatling automatic mechanism, the fault phenomenon was combed, and the relationship diagram among the fault phenomenons were built up. By use of detailed analysis and validation,the fault generating process was restored, and the fault reason was positioned finally. The final fault reason was that the joint between left feeding port and cartridge chambering mechanism was not smooth. The profile of the cartridge was abnormal because the mouth of the cartridge was collided in the process of ammunition feeding at high speed. When the cartridge was propelled,the resistance was magnified, the subsequent parts worked unusually,and then this caused continuous damages and fault of firing stop.By means of analysis and many simulation tests,the joint between the left feeding port and cartridge chambering mechanism was improved. The similar firing fault was never appeared with the help of firing experiments of many guns.

fault diagnosis; Gatling automatic mechanism; ammunition feed; firing stop

2014-06-11；

2014-09-24

王雷(1972-)男，碩士，高級工程師，主要從事艦炮武器系統(tǒng)技術(shù)研究。E-mail：hyaojun01@qq.com

TJ303+.2

A

1673-6524(2014)04-0073-06