艦炮射擊擊發(fā)裝置損壞故障定位研究

蘇萬山

(中國船舶重工集團(tuán)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(biāo)都達(dá)到了設(shè)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(shè)計、生產(chǎn)、總裝等因素進(jìn)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(jìn)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(chǔ)，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(jìn)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(dāng)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(fù)進(jìn)，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(dāng)進(jìn)行炮尾后座復(fù)進(jìn)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(fù)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(jìn)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(dǎo)致推桿被撞彎，從而導(dǎo)致?lián)舭l(fā)裝置無法完成擊發(fā)，也嚴(yán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)時間僅有微小差異，推力上的不同不會導(dǎo)致推桿伸出撞彎，響應(yīng)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(rèn)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(shè)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?，F(xiàn)場將銅套和軸的尺寸重新進(jìn)行復(fù)測，經(jīng)檢測，擊發(fā)裝置左右兩銅套和軸的設(shè)計尺寸都在公差范圍內(nèi)。因此，確認(rèn)軸和銅套間隙滿足設(shè)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(fù)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(fù)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(jìn)行復(fù)測，彈簧的設(shè)計工作壓力都在設(shè)計要求范圍內(nèi)，彈簧力足夠。因此，確認(rèn)彈簧簧力滿足設(shè)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(jìn)而產(chǎn)生較大的摩擦阻力導(dǎo)致軸的旋轉(zhuǎn)不靈活[7]。兩銅套安裝后軸孔的同軸度設(shè)計誤差為0.02 mm，現(xiàn)場對兩銅套安裝同軸度誤差進(jìn)行測量，實測同軸度為0.015 mm，滿足設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)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(jìn)而導(dǎo)致安裝在搖架左梁的擊發(fā)裝置震動，長期使用會導(dǎo)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(dǎo)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(jìn)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(yīng)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(chǔ)上，增加高強度螺紋鎖固劑（樂泰263膠），該螺紋膠已廣泛應(yīng)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(shè)計螺母擋塊結(jié)構(gòu)，并增加導(dǎo)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(shè)計的螺母擋塊和導(dǎo)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(jìn)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(yīng)用于艦炮故障診斷、技術(shù)分析、裝置改進(jìn)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(jìn)措施Fig. 10 Improvement measures