火炮驻退机节制环磨损程度检测方法

郑 坚，姚世峰，张增磊，张燕军，李荣祥

(1.军械工程学院, 河北 石家庄 050003;2.总装重庆军事代表局, 重庆 400060; 3.武汉军械士官学校,湖北 武汉 430075)

节制环是火炮驻退机中十分重要的精密金属部件，在驻退机中的位置如图1所示，制造工艺复杂，生产成本很高。随着火炮的使用，节制环在驻退液的冲刷和腐蚀下极易发生磨损，导致反后坐性能严重下降[1-2]。但节制环磨损程度的确定一直是火炮使用单位和装备修理工厂的难题。

目前，节制环磨损程度的确定必须在分解火炮驻退机后才能进行，技术人员首先观察节制环表面划痕的长度、深度并估计其磨损程度，然后采用游标卡尺进行几何测量，误差很大，方法传统、简单、费时，无法对节制环的磨损程度进行快速准确地技术检测。而装备修理工厂在火炮大修时，为保证火炮的反后坐性能绝对可靠，均采用换件维修的方法。磨损较大的节制环就直接报废，但磨损程度的确定又完全依赖于修理人员的简易测量和主观判断，不仅容易造成节制环的浪费，也会增加维修成本，而且对于火炮正常使用期间节制环的技术状态也缺乏实时跟踪。

笔者提供了一种利用光谱分析技术[3-4]确定火炮驻退机节制环磨损程度的方法，可以在不分解驻退机、不影响火炮正常使用的情况下，确定节制环的磨损程度，以控制火炮维修成本，且相对于传统检测方法而言，不仅精度较高、易操作，而且经济效益较好。

1 节制环化学成分分析

节制环的成分为铝黄铜HAl66-6-3-2，根据国家标准GB/T 13808-1992，其主要化学元素的含量如表1所示。

表1 铝黄铜HAl66-6-3-2的化学成分(质量分数) %

在接触驻退液的金属部件中，除节制环外，主要有节制杆、驻退杆、驻退筒，所对应的材料钢号依次为40Cr、40Cr、40，化学成分如表2所示。

火炮经过使用以后，上述金属部件均会发生磨损，其中节制环在驻退液的冲刷腐蚀下磨损最为严重。对比表1、表2可知，Zn、Al为节制环特有的金属元素，且Zn的含量较高，便于检测，因此从铝黄铜HAl66-6-3-2的5种主要金属元素中，选取Zn作为节制环磨损程度的表征元素，只对驻退液中Zn的含量进行检测。

由于火焰原子吸收光谱法(即FAAS)[5]常用于油液、食品、建材、土壤成分的测定，精度高，费用低[6-7]，能测量ppm级的微量元素。因此，采用FAAS测定驻退液中Zn元素的含量。

表2 40Cr和40的化学成分(质量分数) %

2 节制环磨损程度的判定

2.1 驻退液样品采集

从装备修理工厂待修的14门火炮中随机抽取10门作为样本，进行水弹试验以检测反后坐性能，然后采集驻退液样品。以某加榴炮为例，驻退液的取样方法如图2所示。

旋下驻退筒上的注液孔螺塞，用软管取5～10 mL驻退液作为待测样品，取样完成后向驻退机内注入同样体积的未使用过的驻退液，然后立即旋紧注液孔螺塞。

驻退液样品如图3所示，并按取样时的次序与火炮一一对应。

2.2 基于FAAS的Zn含量检测

利用火焰原子吸收光谱法(即FAAS)测定Zn元素含量，试验在专业检测机构进行，检测原理为：采用硝酸高氯酸全分解法破坏驻退液样品中的有机物，使Zn元素全部进人样品溶液，若观察到有机物未完全消解，则再加人3 mL硝酸和1 mL高氯酸，重复上述过程。消解后将溶液喷入空气-乙炔火焰中，锌化合物在高温下离解为基态原子，该基态原子吸收来自Zn空心阴极灯发出的特征谱线(锌213.9 nm)，由于吸收共振线的量与驻退液中Zn元素含量成正比，通过测量被吸收的谱线强度即吸光度，并与标准溶液吸光度相比较，可计算出驻退液中的Zn元素含量。

表3为火炮反后坐性能达标情况以及驻退液中Zn含量检测结果，其中“-”表示火炮反后坐性能不稳定，无法确定是否达标。

结果显示，不达标火炮的驻退液中Zn含量为5.41～8.27 μg/g；达标火炮的驻退液中Zn含量均在3.78μg/g以下；对于反后坐性能不稳定的火炮，检测发现其驻退液中的Zn含量为3.92～4.58 μg/g。

通过以上试验，根据表3中的检测结果，初步确定Zn含量的安全阈值为3.7μg/g，警戒阈值为5.4μg/g。

表3 火炮反后坐性能达标情况及驻退液中Zn元素含量

3 检测方法的试验验证

从装备修理工厂接收的另一批次21门火炮中，随机抽取10门火炮作为样本，分别检测其驻退液中的Zn元素含量，结果如表4所示。

检测结果显示，Zn元素含量高于5.22 μg/g的驻退液样品所对应的火炮，大修之前均无法达到反后坐性能指标，更换节制环后达到指标要求；Zn元素含量低于3.61 μg/g的驻退液样品所对应的火炮，可以达到反后坐性能指标，无需更换节制环；而Zn元素含量在3.83 μg/g～4.75 μg/g之间的驻退液样品所对应的火炮，反后坐性能不稳定，更换节制环后完全恢复正常。

结合试验数据和验证过程，从确保安全的角度出发，将安全阈值修正为3.5 μg/g，警戒阈值修正为5.0 μg/g。若检测到驻退液样品中的Zn元素含量超过警戒阈值5.0 μg/g，则节制环的磨损达到需更换的程度；若驻退液样品中Zn元素的含量在安全阈值3.5 μg/g以下，节制环的磨损程度使其不需被更换。

表4 火炮反后坐性能达标情况及驻退液中Zn元素含量

这两项关键数据是结合装备修理工厂的火炮大修任务，通过大量试验确定的，说明其用于确定节制环磨损程度具有一定的科学性、合理性，不过两项阈值的准确修正仍然需要更大的样本量来确定。

需要说明的是，部队使用过程中，可能会进行驻退液补充，但对Zn元素含量不产生影响，原因在于驻退液由水、乙二醇、缓蚀剂构成，而在缓蚀剂中并不存在Zn元素化合物，因此驻退液的补充对上述检测方法的有效性不会造成影响。

4 结 论

笔者提出的驻退机节制环磨损程度确定方法，只需采集5～10 mL驻退液，即可确定火炮驻退机节制环的磨损程度，操作方便，精度较高，可以防止因节制环磨损程度误判所造成的浪费，具有良好的经济效益和推广价值。若火炮使用单位采用此方法，定期检测跟踪节制环的磨损程度，可以将此数据作为一项重要指标记入火炮履历表，从而为火炮反后坐性能的评估提供科学依据。此外，该方法不仅适用于多种类型的火炮驻退机，还可以推广到民用精密机械磨损程度的测定。

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