某型手榴彈故障模式及影響分析研究

成 云, 趙曉利, 仲偉君, 楊巖峰

(軍械工程學院,石家莊 050003)

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某型手榴彈故障模式及影響分析研究

成 云, 趙曉利, 仲偉君, 楊巖峰

(軍械工程學院,石家莊 050003)

某型手榴彈是我軍重要的單兵武器裝備之一,但在部隊實際儲存和使用過程中曾發(fā)生多起安全事故,本文介紹了該型手榴彈的結構和作用原理,結合手榴彈的結構特點,利用故障模式及影響分析的方法分析手榴彈所有可能的故障模式、故障原因及對手榴彈的影響,確定了不同故障模式的嚴酷度等級、故障檢測方法和預防措施,找到了系統(tǒng)內造成安全失效的原因和潛在的薄弱環(huán)節(jié),為研究手榴彈整體質量變化規(guī)律和評估手榴彈儲存可靠性奠定了一定的理論基礎。

手榴彈; FMEA; 故障模式; 故障原因

1 引 言

某型全塑無柄鋼珠手榴彈是我軍單兵近距離作戰(zhàn)重要的武器裝備之一,主要用于近距離作戰(zhàn)時殺傷敵有生力量和破壞裝甲目標,具有體積小、重量輕、結構簡單、攜帶使用方便等優(yōu)點,在部隊大量裝備并被廣泛使用[1]。但近些年在部隊儲存保管和訓練使用中,陸續(xù)發(fā)生了多起安全事故,甚至造成了人員傷亡,對部隊正常的工作造成了嚴重的影響。故障模式及影響分析(FMEA)是一項重要的可靠性工作,利用故障模式及影響分析的方法,針對該型全塑無柄鋼珠手榴彈彈的結構特點,分析手榴彈的失效模式,找出造成手榴彈安全失效的因素和系統(tǒng)中潛在的薄弱環(huán)節(jié)[2～4],,對研究該手榴彈的質量變化情況具有指導意義。

2 FMEA簡介

故障模式及影響分析是一種以定性分析為主的方法,FMEA始于20世紀50年代,美國格魯曼飛機公司最早把FMEA應用于戰(zhàn)斗機操作系統(tǒng)的設計分析中;60年代,美國NASA將FMEA用于航天飛行器;從70年代起,FMEA被廣泛地應用于軍事領域中[5,6]。

FMEA實際上是一種自下而上的分析方法,從系統(tǒng)最基本的零部件開始,分析可能出現(xiàn)的故障模式,再逐步向上級分析故障產生的影響,最終找到對系統(tǒng)的影響。FMEA沒有定量的可靠性數(shù)據(jù),也能有效地分析出潛在的問題。FMEA的基本步驟有:確定分析的對象;分析結構和作用原理,得到結構樹;繪制系統(tǒng)的可靠性框圖;列舉故障模式及原因;分析故障影響及其嚴酷度;提出改進措施。

3 手榴彈結構及其作用原理

該型全塑無柄鋼珠手榴彈由彈體和發(fā)火機構兩部分構成[7]。彈殼由高密度聚乙烯JⅢ樹脂配以防老化劑注塑而成,襯套是用聚乙烯塑料包覆鋼珠注塑成型,彈體裝藥為塑-4炸藥。發(fā)火機構由連接體、延期雷管、擊發(fā)體及其扭簧、保險握片及保險銷等零件組成,連接體由高密度聚乙烯樹脂JⅢ材料注塑而成,延期雷管由撞擊式火帽、延期管和雷管組成,延期藥延期時間為2.8s～4s。

投擲時,握住保險握片,拉出保險銷,投出后,在扭簧扭矩作用下,擊錘板繞軸旋轉,并驅動保險握片轉動釋放擊錘板。擊錘擊發(fā)火帽,火帽點燃延期藥,經過2.8s～4s,點爆雷管,雷管引爆彈體裝藥,使鋼珠高速飛散,產生殺傷作用。

4 故障模式及影響分析

4.1 手榴彈的結構樹

首先對該型手榴彈的結構和功能進行分析,將手榴彈分解為彈體、發(fā)火機構、保險機構三個結構和功能相對獨立的子系統(tǒng),并用相同的方法再對各子系統(tǒng)進行分解,到不能分解或不必要分解為止[8]。手榴彈分解得到的結構樹如圖1所示。

圖1 手榴彈結構樹Fig.1 Structure tree of grenade

4.2 手榴彈的可靠性框圖

系統(tǒng)的可靠性框圖是描述系統(tǒng)的功能和組成系統(tǒng)的部件(分系統(tǒng)、元器件)之間的可靠性功能關系[9]。將手榴彈分解為具有獨立功能的分系統(tǒng),根據(jù)其作用原理,建立手榴彈的作用可靠性框圖,從中不僅可以反映手榴彈各分系統(tǒng)的分級順序,還能用以研究手榴彈可靠性與各分系統(tǒng)可靠性之間的關系。手榴彈的可靠性框圖如圖2所示,從圖中可以看出,手榴彈為串聯(lián)系統(tǒng)。

圖2 手榴彈可靠性框圖Fig.2 Reliability block diagram of grenade

4.3 故障模式及原因分析

故障模式是指元器件或產品故障的表現(xiàn)形式,一般是指能被觀察到的一種故障現(xiàn)象。故障原因是指直接導致故障或者引起性能降低從而發(fā)展為故障的化學或物理過程、設計缺陷、工藝缺陷、零件使用不當或其他過程[10]。

在列舉故障模式的過程中,應根據(jù)實際情況和經驗盡可能多的列舉故障模式,如果列舉的故障模式較少,和實際的故障模式有較大差異,則漏掉關鍵的故障模式的可能性就很大[11]。

對于該型手榴彈,最常見的故障模式有:瞎火、延期時間過長、延期時間過短、爆炸不完全、引信座開裂、支耳開裂等。而相對應的故障原因應該根據(jù)手榴彈的結構特點具體問題具體分析,一種故障模式可能有多種故障原因,比如導致手榴彈瞎火的故障原因有扭簧扭矩不夠、火帽感度降低、延期管失效、雷管輸出威力不足等。

4.4 確定故障影響及嚴酷度

故障影響是指每種故障模式對系統(tǒng)的工作、功能或狀態(tài)所引起的各種后果,包括局部影響、對高一層次影響和最終影響三個層次。嚴酷度是指故障模式所產生后果的嚴重程度,應該按照每一故障模式對系統(tǒng)造成的最壞的潛在影響,確定嚴酷度的類別,嚴酷度一般分為四類:災難性故障(Ⅰ類)、致命性故障(Ⅱ類)、嚴重故障(Ⅲ類)和輕度故障(Ⅳ類)。通過分析,一旦某些零部件失效將對手榴彈造成嚴重的后果,在常規(guī)技術檢測和性能測試試驗中應該重點關注這些零部件。例如在該型手榴彈中,一旦塑料材料的強度下降,連接體上的支耳和保險銷孔則可能斷裂,在儲存運輸過程中容易發(fā)生自炸;如果延期雷管可靠性性下降,手榴彈在使用過程中則可能增大延期時間甚至導致瞎火。

4.5 確定故障檢測方法和預防措施

故障檢測方法即檢測人員用以檢測故障的方法。確定故障檢測方法和預防措施是FMEA過程中非常關鍵的一環(huán),不僅可以為故障檢測的方法和內容提供依據(jù),還可以對類似產品的設計定型具有指導意義。針對彈藥產品,確定檢測方法時,首先應該保證其安全性,同時應盡量使檢測方法簡單易行[12],尤其是在彈藥儲存過程中,由于倉庫的條件受限,檢測方法應該具有針對性和可行性,對該型手榴彈,在倉庫進行技術檢測時應著重檢查手榴彈外觀,特別是塑料材料的變化。

4.6 建立FMEA表格

按一定格式建立FMEA表格,將以上內容填入表格,表格如表1所示。

表1 手榴彈故障模式及影響分析表Tab.1 FMEA table of grenade

從上面的手榴彈故障模式及影響分析表可以看出,手榴彈所有可能發(fā)生的故障模式,結合實際儲存條件和彈藥元件的性質特點,手榴彈的發(fā)火件、彈體裝藥和彈體塑料是最有可能發(fā)生安全失效的薄弱環(huán)節(jié),在后期的試驗研究中應著重分析這些薄弱環(huán)節(jié)的質量變化規(guī)律和儲存可靠性。

5 總 結

通過對該型手榴彈進行故障模式影響分析,得到手榴彈的主要故障模式、故障原因及可能對系統(tǒng)造成的影響,可以找到潛在的薄弱環(huán)節(jié)和重要部件,能夠指導部隊對手榴彈的質量監(jiān)控和儲存管理,有效降低故障對手榴彈的影響。當然,研究手榴彈整體質量變化規(guī)律還需要近一步開展手榴彈性能試驗,通過FMEA分析,為研究其質量變化情況奠定了一定的基礎,可以為下一步試驗指明方向。

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成 云 男(1992-),碩士研究生,四川巴中人,主要研究方向為彈藥系統(tǒng)設計與試驗評估。

Research on Failure Mode and Analysis of Grenade

CHENG Yun, ZHAO Xiaoli, ZHONG Weijun, YANG Yanfeng

(Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

The grenade is one of the most important infantry weapons.But several accidents have happened when the troops store and use the grenade.The paper has introduced the structure and principle of the grenade.The failure mode and effect analysis(FMEA) is used to obtain all possible failure modes,the causes of failure and the effect of failure,according to the structural features of the grenade.Fault criticality,detection methods and preventive measures are determined.The reasons of security failure and possible weak links are acquired.It lays the foundation of researching quality changing law and evaluating storage reliability of the grenade.

grenade; FMEA; failure mode; cause of failure

趙曉利 男(1959-),教授,河北定州人,主要研究方向為彈藥系統(tǒng)設計與試驗評估。

TJ 416

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