自行火炮電氣產(chǎn)品沖擊指標(biāo)確定與評定方法

朱 勇，張國新，張創(chuàng)民

（1.總裝西安軍代局，陜西 西安 710032；2.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099）

沖擊指標(biāo)是自行火炮電氣產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的重要指標(biāo)之一，而沖擊試驗是衡量其沖擊環(huán)境適應(yīng)性是否合格的手段，因此，用什么樣的沖擊指標(biāo)去檢驗產(chǎn)品就尤為重要［1］。在某自行火炮輸彈機控制系統(tǒng)生產(chǎn)中，出現(xiàn)了個別PLC模塊受火炮射擊沖擊后工作不可靠問題。針對該問題，筆者通過分析某自行火炮輸彈機處實測沖擊量值和沖擊指標(biāo)選取方法，提出了沖擊試驗中沖擊指標(biāo)的確定與評定方法。

1 自行火炮沖擊環(huán)境及特點

1.1 自行火炮沖擊環(huán)境

沖擊量值的傳遞特性包括位移、速度、加速度和持續(xù)時間。自行火炮就其所受的沖擊源講，主要有3個方面：

1）火炮射擊時產(chǎn)生的沖擊，這是最主要的沖擊源。

2）在自行火炮各種路面情況下行駛時車內(nèi)設(shè)備安裝處實測的沖擊振動量值。

3）火炮在戰(zhàn)爭環(huán)境下所遭受的非接觸式爆炸（敵方火力造成），這種情況比較復(fù)雜，除非研制時有明確的指標(biāo)，一般不做過多的考慮。

自行火炮一般質(zhì)量都比較大，因此，射擊行駛時產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)主要集中于低頻段。一般來講，自行火炮和它所承載的內(nèi)部設(shè)備都必須按照火炮實戰(zhàn)使用環(huán)境導(dǎo)致的沖擊量值來設(shè)計和安裝。

1.2 自行火炮內(nèi)設(shè)備所受沖擊特點

基于車體內(nèi)部布局，設(shè)備安裝形式的位置、設(shè)備質(zhì)量、沖擊耦合形式，射向變化等，火炮射擊時的沖擊作用于車體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)備上后可以使車體及車內(nèi)設(shè)備在任何方向產(chǎn)生位移，位移的結(jié)果使得速度和加速度作用于設(shè)備上。因此，自行火炮上的設(shè)備所受沖擊是3個方向的，但以垂直地面方向和射向方向為最大。就同一射擊條件下自行火炮射擊時產(chǎn)生的沖擊而言，往往具有不可重復(fù)性，或者說是離散性比較大，表1是某自行炮在同一射擊條件下（同一裝藥號，同一射擊諸元）某電氣產(chǎn)品安裝位置實測的沖擊數(shù)據(jù)。

表1 某電氣產(chǎn)品安裝位置處實測沖擊量值Tab.1 Practically measured impact value at the electric products installation position

可以看出，同一射擊條件下，沖擊的幅度并不相同，第1發(fā)大，第2發(fā)小。但從能量的觀點看，每次沖擊的能量基本是相當(dāng)?shù)?，?dāng)沖擊幅度大時，其作用時間就變短；反之，作用時間則變長。簡單地把沖擊波形看成是一個矩形，該矩形面積就是其能量，通過計算矩形面積，就可以對每次沖擊的能量關(guān)系進(jìn)行比較。

2 沖擊試驗指標(biāo)的選取

2.1 沖擊試驗的目的

國軍標(biāo)的沖擊試驗?zāi)康闹饕菣z驗在3個軸向所承受振動、沖擊的能力是否滿足設(shè)計要求，沖擊試驗后，通過檢測設(shè)備內(nèi)部是否損壞（故障、失靈）、結(jié)構(gòu)是否變形、緊固是否松動等來判定是否合格。檢測設(shè)備大多是電氣設(shè)備，如：沖擊后接插件的接觸性能，繼電器觸點的動作特性，顯示器、指示燈燈絲抗振強度等引起的故障或失靈；由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不合理而引起的變形、彎曲、斷裂、延伸，可能引起由于耐力而造成可靠性下降［2］。國軍標(biāo)GJB150―1986對試驗用的沖擊量值及適用產(chǎn)品有明確規(guī)定。如當(dāng)電氣設(shè)備用于地面時，可選定加速度30g，持續(xù)時間11ms的半正弦波。根據(jù)各個產(chǎn)品的情況不同，大多數(shù)設(shè)備等于或高于國軍標(biāo)要求。

2.2 沖擊試驗指標(biāo)選取

沖擊試驗指標(biāo)的選取依據(jù)以下條件：

自行火炮強裝藥射擊時所測的沖擊數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果；國軍標(biāo)GJB150－1986。

其中，自行火炮射擊測量值統(tǒng)計結(jié)果是選取的主要依據(jù)，再參考國軍標(biāo)的相關(guān)規(guī)定選取標(biāo)準(zhǔn)的沖擊脈沖，幅度上一般是取稍大于實測值。

在選取沖擊指標(biāo)時，要對測量的沖擊加速度波形進(jìn)行分析和甄別。一般而言，對自行火炮上的電氣產(chǎn)品而言，都有一定的強度，質(zhì)量小于1kg的單體很少見，幾乎沒有，所以取其頻率響應(yīng)的上限為500Hz即可，再高頻的沖擊對其影響很小。而對于幅度很高，但寬度小于1.5ms的脈沖可以予以剔除。

選取時不能選取沖擊曲線幅度最高處的脈沖寬度作為試驗用脈沖寬度，而是剔除掉寬度小于1.5ms尖峰后，取主要沖擊曲線的包絡(luò)作為初步選定的沖擊試驗波形，以此波形為依據(jù)，再向國軍標(biāo)規(guī)定的波形靠攏。

圖1中的第5條曲線（從上往下數(shù)）為某自行炮射擊時某電氣產(chǎn)品安裝位置處實測的沖擊加速度曲線。圖2第5條曲線（從上往下數(shù)）為某自行炮另一發(fā)射擊時在同一位置實測的沖擊加速度曲線。

在圖1和圖2中，由于每條曲線的比例尺不同，幅度也不相同。

從圖1第8曲線（從上往下數(shù)）可以得出：一次射擊的主要沖擊效應(yīng)持續(xù)時間為5～6ms。

從圖2第8曲線（從上往下數(shù)）可以得出：一次射擊的沖擊效應(yīng)持續(xù)時間為5～7ms。

主要沖擊持續(xù)效應(yīng)時間都在6ms左右。

對于沖擊峰值持續(xù)時間非常短（一般小于1 ms）的尖峰脈沖，因其能量很小，其對產(chǎn)品的影響不大，可以剔除掉。

取某電氣產(chǎn)品安裝處射擊時沖擊曲線的主要部分包絡(luò)并平滑，應(yīng)取沖擊量值波形為50g／6ms，查GJB150－86中沖擊標(biāo)準(zhǔn)，恰好可選用國軍標(biāo)60g、6ms的半正弦沖擊脈沖對該產(chǎn)品進(jìn)行試驗。如果包絡(luò)平滑后的值為50g／8ms，國軍標(biāo)中沒有可就近靠攏的推薦標(biāo)準(zhǔn)，這時取國軍標(biāo)60g／6ms是比較合理的，因為60g／6ms脈沖單位時間內(nèi)的沖擊能量比50g／8ms大。一般而言，如果實測數(shù)據(jù)與國軍標(biāo)推薦數(shù)據(jù)相差較大時，取相對距國軍標(biāo)中較近的、單位能量較大的脈沖作為試驗標(biāo)準(zhǔn)。

從圖1、圖2曲線5可以看出，實際的加速度曲線是不規(guī)則變化的，因此上實際的沖擊環(huán)境是模擬不出來的，也是不可能模擬出來的。沖擊試驗用的都是單次規(guī)則波形，如半正弦波或后鋸齒波［3］。也就是說，沖擊試驗并不是模擬真實的沖擊環(huán)境，只是模擬真實沖擊所造成的實際效應(yīng)。只要二者具有相同的作用效應(yīng)，或者具有等效關(guān)系即可。因此，一般地都取實際沖擊加速度曲線的包絡(luò)，在此基礎(chǔ)上抽取試驗用的單次脈沖參數(shù)，再用這樣的脈沖重復(fù)模擬實際效應(yīng)。這樣，二者在能量上、持續(xù)時間上都是等效的，如圖3所示。

3 對電氣產(chǎn)品沖擊指標(biāo)的評價

1）所規(guī)定的量值應(yīng)該與國軍標(biāo)所規(guī)定的相同。比如，不能出現(xiàn)58g／6ms、70g／8ms等，雖然從理論上講并沒有問題，但不合國軍標(biāo)要求，都應(yīng)向國軍標(biāo)靠攏，統(tǒng)一為60g／6ms或100g／6ms。引言中的問題經(jīng)分析后，采用60g／6ms標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品進(jìn)行考核，產(chǎn)品在采取加固措施后，順利通過測試，經(jīng)考核后的產(chǎn)品在總裝廠未再出現(xiàn)PLC模塊工作不可靠問題。

2）所規(guī)定的值與自行火炮射擊時的沖擊情況是否一致。一是幅度應(yīng)略大于實際射擊時的沖擊值，持續(xù)時間應(yīng)大于或等于實際射擊時沖擊加速度的包絡(luò)長度。

3）如果要加嚴(yán)，應(yīng)該保持沖擊脈沖寬度不變，提高幅度，因為電氣產(chǎn)品對幅度更為敏感?；蛘弑３譀_擊波形能量不變，縮短脈寬，提高脈沖幅度。30g／11ms和60g／6ms在能量上大致是相同的，但是對電氣和機械來講是不一致的，尤其實踐中，發(fā)現(xiàn)很多例子。某型自行火炮輸彈機系統(tǒng)剛開始采用30g／11ms標(biāo)準(zhǔn)，屢次在射擊試驗中出現(xiàn)問題，后來設(shè)計定型試驗中采取措施，修改為60g／6ms后問題得到解決。近年來，經(jīng)過大量的科研實踐經(jīng)驗后，某所新產(chǎn)品均由30g／11ms修改為60g／6ms。

4 結(jié)束語

在產(chǎn)品研制科研階段，由于樣本量少，沖擊試驗暴露出的問題沒有引起足夠重視，諸多問題帶入生產(chǎn)中后給產(chǎn)品質(zhì)量造成一定影響。目前沖擊試驗考核在各產(chǎn)品型號研制中已引起足夠的重視，大部分新型號產(chǎn)品采取更為科學(xué)的方法制定沖擊考核量值。本文討論了如何確定產(chǎn)品的沖擊指標(biāo)，以及在產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)前如何評判工業(yè)方的沖擊試驗指標(biāo)是否合理，為自行火炮電氣產(chǎn)品沖擊指標(biāo)的確定與評定提供了參考。

（References）

［1］施建容.艦船裝備的高強度沖擊試驗.《裝備環(huán)境工程》.2006（2）.SHI Jian－rong.high intensity shock test of ship armament.《Armament environment engineering》.2006（2）.

［2］張則敏.導(dǎo)彈檢測設(shè)備的運輸試驗不能取代振動沖擊試驗.中國電子學(xué)會可靠性分會第十屆學(xué)術(shù)年會.ZHANG Ze－Min.shock test should not be replaced by transportation test of missile test equipment.the tenth academic symposium of reliability committee china electronic society.

［3］GB／T2423.5－1995.電工產(chǎn)品環(huán)境試驗.第二部分：試驗方法.GB／T2423.5－1995.Environment test of electronic product.section 2：test method.