某型舰炮退壳槽盖闭合不严问题技术分析

邵中年,张志瑞

(海军驻包头地区军事代表室,内蒙古包头 014033)

某型驱逐舰的主战双管全自动大口径舰炮退壳槽是用来将射击后的药筒抛出到炮塔外。药筒的抛出主要靠退壳能量,退壳速度低时依靠传送带完成。退壳槽机构动作的正确性对保证火炮的连续射击性能影响较大,另外,退壳槽盖的闭合和密封问题对防护罩内发射系统、供弹系统、火控系统的防腐性能将产生直接影响。

该退壳槽盖在放置一段时间后出现了闭合不严的故障。退壳槽盖闭合不严易导致该舰在大风浪情况下航行时,从退壳槽盖部位灌进海水,腐蚀炮塔内零部件和电气部分。该舰炮是全自动火炮,对各零部件的维护和保障要求很高,如经常受到海水的浸泡、不及时清理或处理不彻底,零部件的锈蚀程度会越来越严重,锈蚀到一定程度时,将会影响机构动作的灵活性和正确性,降低零部件的寿命,从而直接影响正常的日常训练和射击任务。

笔者着重从退壳槽结构和工作原理出发,在理论研究的基础上和根据实际情况对退壳槽盖闭合不严问题进行了技术分析[1-2],为今后发生该类故障,快速准确地判定故障原因、采取切实可行的解决措施提供了理论指导依据[3],具有很强的实用性和可操作性。

1 原因分析

1.1 结构组成

退壳槽盖是由液压缸为动力进行工作的,退壳槽盖通过连接销与液压缸的连接环连接。退壳槽盖液压缸为双作用液压缸,主要由端头缸体、油缸、活塞杆、端盖、活塞密封圈、活塞杆密封圈、支撑环、管接头、连接环及导向套等组成(见图1)。缸体安装在炮架上,连接环与退壳槽盖用轴连接(见图2和图3),每门舰炮上有两个退壳槽,每个退壳槽盖上作用着2个液压缸,4个液压缸的油腔1和油腔2分别通过油管连接相通(见图4)。

1.2 工作原理

控制系统发出指令,液压缸的活塞杆伸出,退壳槽盖打开(见图2),退壳槽盖开启到位后,通过液控单向阀将油腔1的液体密封,防止退壳槽盖缩回。控制系统发出指令,液压缸的活塞杆缩回,退壳槽盖关闭(见图3),退壳槽盖关闭到位后,通过液控单向阀将油腔2的液体密封,防止退壳槽盖开启[4]。

1.3 故障分析

根据退壳槽盖工作机理,导致其关闭不严的两个原因是控制退壳槽的液控单向阀工作不可靠和退壳槽液压油缸发生泄漏。

由液控单向阀工作不可靠导致的退壳槽盖自动开启问题,需更换液控单向阀即可。

由液压油缸导致退壳槽盖关闭不严的主要原因液压油缸是液体内泄及外泄,经研究分析,认为最可能的原因是内泄,一是液压缸密封圈老化导致密封不严,二是活塞杆被腐蚀后动作时损伤密封圈[5]。

舰炮射击过程中,打开退壳槽盖时,液压缸的活塞杆伸出,暴露在外边,很容易受到海水和海洋大气的腐蚀,活塞杆外表面的镀铬层有孔隙等缺陷时,在海洋环境下,活塞杆外表面会产生点蚀现象。

白天当气温升高时,空腔内气压大于外部气压,油腔内气体从防尘圈处被挤出腔外;当夜间气温降低时,空腔内气压小于外部气压,外部带盐雾的潮湿空气进入油腔内,凝结成液体状态,其海水和盐雾慢慢渗透到活塞杆外表面镀铬层的孔隙和针孔里,使零件基体产生电化学腐蚀,锈蚀基体表面,而引起零件外表面产生点蚀现象。

液压缸动作时,活塞杆外表面的点蚀部位容易损坏活塞上的密封件,导致液压缸的内部泄漏,退壳槽盖在自重和振动等外力的作用下,液体从油腔2渗漏到空腔,使退壳槽盖开启一定的角度,出现退壳槽盖的闭合不严密故障(见图5)。

2 解决方案

2.1 方案原则

为彻底解决退壳槽盖关闭不严现象,采取3个措施:对该舰炮退壳槽盖液压缸进行测绘,确保外形及接口尺寸和该舰炮一致,以保证互换性;增强外露件的防腐能力和改善密封圈性能,防止液压缸内泄;增加机械锁,确保即使出现液体内泄或外泄,也能在关闭位置时,可靠地将退壳槽盖拉住。

2.2 方案设计

2.2.1 原样测绘

为保证退壳槽盖液压缸的正确性,退壳槽盖液压缸相关零部件进行测绘,对尺寸、材料性能、热处理状态及表面处理等方面进行检测、计算及校核。并根据舰炮的使用特点和技术性能要求,确定零件的材料及机械性能以保证测绘零件的正确性。

2.2.2 改善外露件的防腐能力

在设计过程中,对关键零件采取特殊的防腐工艺措施。由于退壳槽盖开启时,活塞杆伸出,如果其表面镀铬层质量达不到要求,有孔隙和针孔等缺陷时,在海洋环境使用过程中,海水慢慢渗透到孔隙和针孔里,零件基体产生电化学腐蚀,锈蚀基体表面。解决这一问题的技术关键在于活塞杆表面的防腐,必须达到活塞杆外表面镀铬时无孔隙和针孔的要求。在此次设计中活塞杆采用在镀铬区段上镀铬,镀层区段乳白铬打底,铬层厚度为0.02～0.03μm,然后再镀硬铬,镀层总厚度为0.05～0.07 μm先进的表面处理办法,起到了防腐的作用,保证活塞杆在海洋大气和海水中能够长期可靠使用,满足日常训练和作战要求。

2.2.3 增加机械锁紧装置

新设计的退壳槽盖液压缸中增加经过计算后能满足使用要求的锁紧装置。

锁紧装置工作机理是:当活塞杆缩回时,弹簧提供25 kg的压紧力,保证了退壳槽盖液压缸在有内泄及零件腐蚀的情况下,退壳槽盖液压缸中的活塞杆没有轴向运动,同时又能有效抵消退壳槽盖自重产生的拉力,使退壳槽盖仍然能够关闭严密;当活塞杆伸出时,液压缸提供的压力能轻松克服弹簧力,使活塞杆伸缩自如。为防止止动销对活塞杆表面造成划伤,调整好止动销的硬度,使止动销不会对活塞杆产生任何划伤,从而保证使用的可靠性。增加的锁紧装置起到了止动销的作用。

为可靠地验证机械锁性能,对机械锁进行了可靠性试验。先是设计1个工装,在液压系统失灵的情况下,模拟实际退壳槽盖的力给予液压缸,经过48 h的试验,确保机械锁能可靠锁住退壳槽盖,在施加大于退壳槽盖的力后仍然能可靠锁住退壳槽盖。

2.2.4 改善密封能力

为保证液压缸可靠密封,根据故障机理分析和舰炮的使用特点,以及保证密封圈能长期使用的理念,经过调研,特选用某单位生产的耐高温(+100℃)和低温(-50℃)的密封圈,该密封圈抗老化能力强。

3 结 论

由于该型舰炮是很多年以前的生产的,限于当时的设计和工艺技术局限,在海水等高腐蚀的使用环境下,使该液压系统出现了泄漏,致使退壳槽盖经常关闭不严,从而给舰炮其他部件带来很多故障,性质很严重,在经过认真分析和研究后,采取的改进液压缸的性能和增加机械锁紧装置的方法有效地解决了该型舰炮的退壳槽盖关闭不严的问题。

[1] 陈健元.机械可靠性设计[M].北京:机械工业出版社,1986.CHEN Jian-yuan.Mechanical reliability design[M].Beijing:China Machine Press,1986.(in Chinese)

[2] 邱宣怀,郭可谦,吴宗泽,等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1999.QIU Xuan-huai,GUO Ke-qian,WU Zong-ze,et al.Mechanical design[M].Beijing:H igher Education Press,1999.(in Chinese)

[3] 王靖君,郝信鹏.火炮概论[M].北京:兵器工业出版社,1990.WANG Jing-jun,HAO Xin-peng.Gun generality[M].Beijing:The Publishing Houseof O rdnance Industry,1990.

[4] 嵇光国.液压系统故障诊断与排除[M].北京:海洋出版社,1992.JI Guang-guo.Hyd raulic system failure diagnosis&p reclude[M].Beijing:Oceanic Press,1992.(in Chinese)

[5] 李鄂民.实用液压技术一本通[M].北京:化学工业出版社,2009.LIE-m in.Practical hydrau lic technology handbock[M].Beijing:Chem ical Industry Pub lishing H ouse,2009.(in Chinese)