某舰炮首发装填时保险机构误动作故障定位研究

付彩越，李法忠

(1.中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015；2.北海舰队参谋部训练处，山东 青岛 266071)

某舰炮首发装填时保险机构误动作故障定位研究

付彩越1，李法忠2

(1.中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015；2.北海舰队参谋部训练处，山东 青岛 266071)

某型舰炮保险机构可以防止转弹机在关闩状态或药筒未抽出状态下转弹，从而避免引发炮弹碰撞闩体或药筒等安全事故，它是保证射击任务顺利完成的关键因素。某试验中，该机构在首发装填时出现误动作，转弹机在转弹过程中卡在了活门与保险机构上，导致射击任务中止。通过故障树分析，确定了炮尾轴孔和止动器同轴度超差、定位器质量大及弹簧1簧力偏小是造成此故障的主要原因。整改方案中对相应弹簧进行了调整，并进行了多次试验，解决了保险机构误动作的故障。

舰炮；保险机构；惯性力；故障树

随着海军武器装备的不断发展，舰炮可靠性要求也不断提高。大口径舰炮的补供弹及发射系统是十分复杂的涉及机械、电气、液压等多学科技术专业一体的先进系统，具有使用频率高，维修保养难等特点，使其成为舰炮中故障发生较多的子系统。故障树分析是 20 世纪 60 年代发展起来的一种评估方法，主要用于大型复杂系统可靠性、 安全性分析和风险评价。

笔者以某舰炮射击故障为例，采用故障树分析法从设计、制造、装配等因素进行了分析，建立故障树模型，从而确定造成产品故障原因的各种可能，及时发现并排除系统故障，保证研制工作的顺利进行。

1 保险机构结构组成及原理

某舰炮发射系统在转弹机、活门之前、炮尾后端面对称设置了左、右保险机构，如图1所示，其目的在于确保关闩状态下或药筒未完全抽出时，转弹机不能顶开活门向输弹线转弹，以免发生炮弹撞击等安全问题。

左、右保险机构组成相同，结构对称。其结构如图2所示。

动作原理为：在初始状态闩体关闭时，突耳压紧弹簧3，并通过止动器、杠杆1使杠杆2支撑在阻碍活门旋转的位置。此时定位器的凸起部进入卡锁的切口，将卡锁支撑在低位，卡锁与止动器处于解脱状态。

当进行正常射击时，后坐运动期间，在惯性力的作用下，定位器绕轴转动，在压紧弹簧1的同时定位器凸起部从卡锁的切口中转出松开卡锁，在弹簧2的作用下，卡锁沿轴线移动锁住止动器，使止动器保持在收回状态，同时开关钮转向药筒抽出区。复进开闩抽壳时，被抽出药筒沿排壳通道移动的同时，通过自身底缘迫使开关钮转动并压下卡锁，卡锁与止动器解脱，在弹簧1的作用下，定位器凸起部转入卡锁的切口将卡锁固定在低位。同时止动器在弹簧3的作用下复位，向炮口方向伸出，并松开杠杆1，杠杆2在弹簧和弹簧帽的作用下，旋转至让开活门位置，此时转弹机抱弹挤开活门转弹。当药筒未抽出时，没有外力使卡锁运动，止动器仍被卡锁保持在收回状态。杠杆2通过止动器一直处于阻碍活门转动的位置，当转弹机转弹时，活门阻止转弹机继续转弹到输弹线，如图3所示。

当进行人工后坐时，由于没有惯性力或惯性力小，此力不足以使定位器动作，定位器仍保持在原位，卡锁与止动器处于解脱状态。复进到位开闩，在开闩状态下，止动器在弹簧3的作用下，向炮口方向伸出并松开杠杆1，此时杠杆2在弹簧和弹簧帽的作用下，绕轴2顺时针旋转至让开活门位置，转弹机抱弹挤开活门向输弹线转弹。

2 保险机构误动作故障现象

某舰炮在射击试验过程中保险机构工作可靠，但在首发装填时偶尔出现转弹机在转弹过程中卡在了活门与保险机构杠杆2上的故障，据统计，30次首发装填出现故障2次。经检查发现在炮尾复进开闩状态下，保险机构定位器没有把卡锁支撑在低位，卡锁把止动器仍锁在了收回位置(炮尾后部方向)，同时止动器把杠杆2推向后位挡住了活门转动，致使故障发生，无法继续转弹到输弹线，严重影响了射击可靠性。

3 保险机构误动作故障原因分析

通过对保险机构误动作故障进行分析，造成杠杆2错位原因有4点：止动器运动卡滞或不复位；定位器误动作；杠杆2运动卡滞；杠杆1运动卡滞。其故障树[1-2]如图4所示。

3.1 止动器运动卡滞或不复位

3.1.1 止动器和炮尾孔同轴度超差

1)安装孔加工不垂直

保险机构的架体通过3个螺栓被固定在炮尾后面的安装槽里，而止动器通过架体安装到炮尾的轴孔内，由于炮尾本体材料调质硬度较高，加工直径小而深的孔容易出现不垂直现象[3]，安装时会造成止动器和炮尾孔同轴度超差，导致止动器在轴孔中运动受阻卡滞。炮尾复进开闩到位后止动器没有及时从孔中复位伸出，致使杠杆2仍保持在阻挡活门转动的位置。

经检测，炮尾轴孔相对炮尾后平面的垂直度均符合图纸设计要求。

2)安装时同轴度超差

由于保险机构安装位置狭小，装配基准不容易找，如果装配时工人过于粗心，很容易使止动器和炮尾轴孔不同轴。如果同轴度超差，止动器在炮尾孔里运动就会受阻卡滞，无法及时复位伸出。

经检测，炮尾轴孔与架体安装基准的垂直度超差0.01mm，止动器与炮尾轴孔同轴度超差0.01mm，致使止动器在炮尾轴孔中运动卡滞。

3)紧固螺栓松动

保险机构经过多次的调试、射击试验，紧固架体的螺栓很容易受震动而松动，造成安装基准不牢固，使止动器和炮尾轴孔不同轴，止动器在炮尾孔里运动不灵活，无法及时复位伸出。拆解检查发现，螺栓的锁固胶和防松措施有效，无松动痕迹。

3.1.2 弹簧3簧力下降或断裂

炮尾复进到位开闩[4]，止动器在弹簧3的作用下复位到伸出状态，如果弹簧3簧力下降或断裂都会导致止动器无法及时复位。经检测，弹簧3符合设计要求，亦无断裂发生。

3.2 定位器误动作原因分析

根据动作原理分析，定位器绕轴旋转的力来自炮尾后坐所受的惯性力和弹簧1的簧力，定位器的受力[5]如图5所示。

图5中，F为弹簧1对定位器的作用力；FN、Fv分别为其法向和切向分力；Ff为摩擦阻力；Fc为弹簧2对定位器的压力；Fb为定位器所受的惯性力；FbN、Fbv分别为Fb法向和切向分力；O为定位器旋转的轴心；A为F的作用点；L为OA的长度；C为Fc的作用点；Lc为OC的长度；B为Fb的作用点；Lb为OB的长度。

在人工后坐时，定位器不能解脱的条件是：力Fb对O点的力矩小于摩擦力Ff对O点的力矩与弹簧力FN对O点的力矩之和，即：

(1)

式中：f为工作面之间的摩擦系数；FN=Fcosα；FbN=Fbcosβ；Fb=ma，m为定位器的质量，a为后坐加速度。

以上式子合并后，得到：

(2)

式(2)为定位器不解脱的必要条件，考虑到安装保险机构的空间位置狭小，保险机构结构不作大的改变，故式中α、β、θ、Lc、Lb、Fc为常数。力F的大小与m、a的值有关系。m、a减小可使定位器不解脱。由于a是由后坐复进规律决定的，暂不作改变，由此定位器质量m和弹簧1的作用力F成为造成定位器不解脱的两个关键原因。

1) 如果定位器质量偏大造成所受到的惯性力处于临界点，会引起人工后坐时触发定位器，定位器凸起部从卡锁的切口中转出，松开卡锁，在弹簧2的作用下卡锁沿轴线向炮膛中心方向运动，把止动器锁住保持在收回位置，在止动器的作用下，杠杆2绕轴向后旋转至阻挡活门旋转的位置，最终导致故障出现。由式(2)可知，随着定位器质量m减小，弹簧1对定位器的作用力F随之增大。定位器质量m的减小有利于其在人工后坐或后坐加速度小的状态下保持在原有状态，定位器凸起仍然与卡锁切口作用，把卡锁保持在低位并与止动器解脱，此时止动器在炮尾孔中处于自由状态。

2)弹簧1簧力[6]过小可能引起人工后坐时触发定位器误动作。由式(2)可知，直接加大弹簧1的簧力F能保证定位器在人工后坐或后坐加速度小的情况下不解脱。新设计弹簧1的示力值为F1=59.3 N，F2=118.5 N。原弹簧1弹的示力值为F1=23.7 N，F2=35.6 N。根据式(2)对原弹簧 1计算，原弹簧1在后坐加速度为a=142 m/s2可以解脱，而新设计弹簧1需要在后坐加速度为a=637 m/s2才可以解脱。

射击过程中最小加速度为a=800 m/s2，可确保新设计弹簧1在正常射击过程中解脱，保险机构工作正常。而在人工后坐时，由于保险机构误动作是偶发的，说明弹簧1在后坐加速度a=142 m/s2时所受的惯性力处于临界点，工作不是非常可靠。而新设计弹簧1在后坐加速度为a=637 m/s2才可以解脱，通过比较，运用新设计弹簧可以避免保险机构在人工后坐时误动作，提高舰炮的可靠性。

3.3 杠杆2运动卡滞

炮尾复进到位开闩，止动器在弹簧3的作用下复位伸出，杠杆2在弹簧和弹簧帽的作用下，绕轴2顺时针旋转至让开活门的位置。如果杠杆2与轴2配合处有研伤，杠杆2不能绕轴2旋转仍处于阻挡活门的位置，阻止转弹机转弹。经检测：杠杆2与轴2配合处无研伤，运动灵活。

3.4 杠杆1运动卡滞

炮尾复进到位开闩，止动器在弹簧3的作用下复位伸出，由于止动器复位伸出，杠杆1与止动器作用消除，在带弹簧的弹簧帽的作用下，杠杆2与杠杆1分别绕轴2和轴1旋转。如果杠杆1与轴1配合处有研伤，杠杆1不能绕轴1旋转仍处于作用杠杆2的位置，杠杆2不能旋转至让开活门的位置，阻止转弹机转弹。经检测：杠杆1与轴1配合处无研伤，运动灵活。

4 解决措施与实施效果

通过对保险机构误动作故障的所有原因分析、排查，可以确定，炮尾轴孔和止动器同轴度超差、定位器质量大及弹簧1簧力偏小是造成保险机构误动作的主要原因，故障定位及解决措施如表2所示。定位器质量和弹簧1簧力是一对相关量，受制于定位器的强度、结构等因素约束，不准备改变其质量参数，重点要解决验证安装超差和改变簧力两个方面的问题。

表2 保险机构故障定位及解决措施对照表

按图纸要求，调整架体安装基准，使其误差满足要求，止动器运动灵活，无卡滞，且使用原弹簧1。依次紧固螺栓和配打定位销。做人工装填50次，发现仍有2次保险机构误动作，说明调整止动器和炮尾轴孔的同轴度有一定效果，但未彻底解决。

把新设计的弹簧1换到保险机构上，做人工装填100次，未发现有保险机构误动作，在随后试验中也未再出现此故障，故障得以解决。

5 结论

笔者以保险机构为研究对象，通过动作原理分析，建立了保险机构误动作的故障树，并对故障树进行了定性及定量分析，确定出该故障的要因和非要因，最终予以有效解决，保证了该舰炮研制任务的顺利进行。可以看出，故障树能够全面、清晰地反映故障成因，系统故障的关系以及各种可能故障的传递途径，已成为故障诊断、技术改进的有效手段。实践证明用故障树分析法进行舰炮系统故障诊断是切实可行的。

References)

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[6]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002. CHENG Daxin. Mechanical design manual[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2002. (in Chinese)

Study on Location of the False Action of a Navy Gun’s Safety Mechanism in the Case of First Round Loading

FU Caiyue1，LI Fazhong2

(1.713 Research Institute, CSIC， Zhengzhou 450015, Henan, China;2.Training Department of North Sea Fleet Staff, Qingdao 266071, Shandong, China)

The safety device of a certain type of naval gun can prevent ammunition transfer from transferring round under the breechblock closing state or under the state where the cartridge case is not extracted out, which avoids safety accidents such as impact between round and breechblock or cartridge case. Therefore, it is a key factor for ensuring successful completion of firing mission. During the process of one test, the safety device presented false operation when loaded for the first round, and the ammunition transfer accordingly was blocked on the valve and the safety device to end up with suspending of firing mission during the process of transferring. Through failure tree analysis, main causes resulting in this failure are ascertained, which indicates that coaxiality of the breech shaft hole and the retainer is out of tolerance, that locator mass is big, and that spring force of spring 1 is much too little. With the related spring adjusted for the improvement project and with multiple tests accomplished, the breakdown of false operation of the safety device is resolved.

naval gun; safety mechanism; inertia force; fault tree

10.19323/j.issn.1673-6524.2017.01.018

2016-03-17

付彩越(1973—)，女，高级工程师，主要从事舰炮技术研究。E-mail：xiaofu713@126.com

TJ39

A

1673-6524(2017)01-0090-05