某高炮自動機檢測技術(shù)研究

王志凇，唐力偉，曹進華，俞文文

(軍械工程學(xué)院一系， 河北 石家莊 050003)

自動機是高炮的核心部件，它的質(zhì)量狀態(tài)直接影響著部隊的戰(zhàn)斗力。長期以來，由于高炮自動機本身的復(fù)雜性，對高炮自動機開展檢測技術(shù)研究的難度很大。針對自動機開展的測試研究中，光電檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸、高精度測試[1-2]，缺點是測試參量有限，無法對自動機內(nèi)部構(gòu)件實施測試；基于虛擬儀器的自動機運動規(guī)律的測試[3-4]沒有實現(xiàn)對自動機運動狀態(tài)的全面考察，不過與虛擬儀器相比，實物測試儀器造價昂貴，儀器間一般無法相互利用；自動機模擬試驗臺研究主要側(cè)重對自動機動作的模擬，定量測試較少[5]。

針對上述問題，本文建立基于高炮自動機實體模型的測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了對自動機內(nèi)部構(gòu)件的同步測試、實時分析。采樣信號分析處理后，初步確定了自動機整體性能狀態(tài)。

1 自動機特點

在高炮的射擊過程中，自動機在高溫高壓火藥氣體作用下完成開閂、 抽筒、 拋殼、壓彈、 輸彈、關(guān)閂和擊發(fā)等動作。

1.1 結(jié)構(gòu)特點

本文研究對象為炮身短后坐式自動機[6]，其結(jié)構(gòu)特點總結(jié)如下：

1)自動機的組成機構(gòu)構(gòu)件多，而且構(gòu)件幾何形狀復(fù)雜；

2)結(jié)構(gòu)緊湊，體現(xiàn)在大部分構(gòu)件都被安裝在狹小的搖架內(nèi)部，裸露在外面的少；

3)運動形式多樣，有平動-平動、平動-轉(zhuǎn)動等。

1.2 工作特點

首先，構(gòu)件的運動有嚴(yán)格的時序性和連續(xù)性要求。具體表現(xiàn)在：諸多構(gòu)件相互為主動件和從動件、約束和被約束的關(guān)系；運動的前后有緊密的依賴關(guān)系，如果前面動作發(fā)生故障，后面也會不正常。其次，高炮自動機運動過程中有碰撞和摩擦，給研究自動機運動的規(guī)律性帶來了極大的困難。

分析自動機的特點,可以知道其工作特性，為開展自動機檢測奠定基礎(chǔ)。

2 測試系統(tǒng)建立

被測對象為高炮自動機實體模型，如圖1所示。

2.1 被測參量確定

自動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，按照最能反映自動機性能的角度選擇如下測試參量：

1)炮身位移：炮身位移是整個自動機運動的“主線”，自動機的大部分動作依賴炮身的后坐和復(fù)進完成。

2)輸彈器位移：輸彈器位移可以反映系統(tǒng)的輸彈狀況以及檢驗發(fā)射機的可靠性。

3)閂體位移：炮閂打開，抽出藥筒；炮閂關(guān)閉，閉鎖擊發(fā)。測試閂體位移，一方面直接得到閂體運動狀態(tài)；另一方面間接反映抽筒子的狀態(tài)信息。

4)活動梭子位移：活動梭子直接作用在彈體上，是壓彈成功與否的關(guān)鍵部件。

5)自動機振動：自動機在整個后坐、復(fù)進過程中伴隨著大量撞擊，分析自動機工作過程中的振動，可為提高射擊的穩(wěn)定性提供依據(jù)。

2.2 傳感器選擇

1)位移傳感器：自動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，選用拉繩式位移傳感器celesco PT1DC測試構(gòu)件的位移，該類型傳感器只需要將拉繩的一端固定在被測試構(gòu)件上，傳感器本身安裝在不影響自動機工作的位置，還可以安裝滑輪來改變拉繩的方向，測試方向靈活。該傳感器自帶調(diào)理電路，直接輸出電壓信號。

2)振動傳感器：選用ICP壓電加速度傳感器BK4506。

2.3 測點布置

測點布置如表1所示。

表1 測點布置表

選用SYNERGY信號采集分析儀，建立測試系統(tǒng)，其框圖如圖2所示。

3 測試數(shù)據(jù)分析與處理

由于現(xiàn)場的測試環(huán)境和強烈的沖擊,會疊加很多高頻的隨機干擾信號,這些干擾信號表現(xiàn)在運動曲線是一些“高頻的毛刺”。為此，采用數(shù)據(jù)平滑技術(shù)對自動機的運動曲線進行降噪處理[7-8]。降噪算法為：

k=n+1,n+2,L,N-n

(1)

式中，2n+1為相鄰數(shù)據(jù)個數(shù)，{yk}為數(shù)據(jù)序列。

3.1 測試信號分析

自動機正常狀態(tài)下分別采集5路信號。降噪后部分部件位移信號如圖3～圖5所示。

輸彈器位移如圖3所示，它較好地反映了輸彈器隨炮身運動過程中的規(guī)律。試驗過程中設(shè)置自動機為連發(fā)狀態(tài)，所以圖中1和2所示位置分別是輸彈器體越過發(fā)射卡鎖和被發(fā)射卡鎖卡住時的信號。證明輸彈器狀態(tài)良好。

活動梭子位移約為47 mm，它在炮身后坐18 mm時開始上移。

測試信號分析表明，本文建立的測試系統(tǒng)可以有效提取自動機部件的運動狀態(tài)，為進一步開展自動機故障模式分析奠定了基礎(chǔ)。

3.2 故障分析

活動梭子出現(xiàn)故障，降噪處理后信號如圖6所示。明顯地看到1所示位置處梭子有“跳動”現(xiàn)象，對應(yīng)圖7中1處的振動信號。導(dǎo)致這類故障的原因是前一個壓彈行程中壓彈阻力較大，壓彈器進入保險狀態(tài)。針對本次試驗，進一步分析發(fā)現(xiàn)故障的具體原因是定位器體與限制頂帽之間雜質(zhì)較多，導(dǎo)致?lián)軓椘鬓D(zhuǎn)動困難，活動梭子不能將炮彈送到輸彈線上。

圖7中2處信號為炮彈落到輸彈線上的振動；3處為輸彈器發(fā)射后與輸彈機體的撞擊，它對自動機穩(wěn)定性影響較大，有必要進一步采取措施減小撞擊的強度。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)自動機的結(jié)構(gòu)原理，著重分析了最能體現(xiàn)自動機性能的參量，選擇測試儀器設(shè)備，建立了自動機實體模型測試系統(tǒng)。以活動梭子故障為例，分析了試驗數(shù)據(jù)，確定了故障位置。分析結(jié)果表明，該高炮自動機檢測技術(shù)方法能夠從多個角度獲得自動機的狀態(tài)信息，有效檢測自動機故障，對于研究自動機的運動規(guī)律以及實施狀態(tài)質(zhì)量評估具有重要的現(xiàn)實意義。

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