加農(nóng)榴彈炮鋼質(zhì)用藥筒有金屬氣泡問題

1、16666式式152152毫米加農(nóng)榴彈炮毫米加農(nóng)榴彈炮鋼質(zhì)用藥筒有金屬氣泡問題鋼質(zhì)用藥筒有金屬氣泡問題 2 電液伺服系統(tǒng)故障機理復(fù)雜、失效形式多樣，故障的特征、原因普遍存在模糊電液伺服系統(tǒng)故障機理復(fù)雜、失效形式多樣，故障的特征、原因普遍存在模糊性，為提高基于解析冗余的故障檢測及容錯控制研究的便利性和規(guī)范化，需要研究性，為提高基于解析冗余的故障檢測及容錯控制研究的便利性和規(guī)范化，需要研究以數(shù)學(xué)表征的形式統(tǒng)一各種故障模式的方法和途徑，建立各種故障的數(shù)學(xué)模型，并以數(shù)學(xué)表征的形式統(tǒng)一各種故障模式的方法和途徑，建立各種故障的數(shù)學(xué)模型，并融入電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)方程，為后續(xù)在線檢測、辨識及容錯控制策略設(shè)計奠

2、定基融入電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)方程，為后續(xù)在線檢測、辨識及容錯控制策略設(shè)計奠定基礎(chǔ)。電液伺服系統(tǒng)的故障建模需要考慮如下典型故障：礎(chǔ)。電液伺服系統(tǒng)的故障建模需要考慮如下典型故障：油液污染故障：油液污染是液壓系統(tǒng)最常見的故障形式，對系統(tǒng)安全性有著至關(guān)油液污染故障：油液污染是液壓系統(tǒng)最常見的故障形式，對系統(tǒng)安全性有著至關(guān)重要的影響，同時也承載著眾多的更深層次的故障信息；重要的影響，同時也承載著眾多的更深層次的故障信息；內(nèi)外泄漏故障：嚴(yán)重的外泄漏對于任何電液伺服系統(tǒng)都是極其危險的，必須及早內(nèi)外泄漏故障：嚴(yán)重的外泄漏對于任何電液伺服系統(tǒng)都是極其危險的，必須及早發(fā)現(xiàn)可能存在的外泄漏并及時進行預(yù)防性維護；內(nèi)泄漏

3、難于觀測，且其發(fā)展趨勢往發(fā)現(xiàn)可能存在的外泄漏并及時進行預(yù)防性維護；內(nèi)泄漏難于觀測，且其發(fā)展趨勢往往呈現(xiàn)先慢后快的特性，因此在發(fā)生的早期階段故障特征并不明顯，對控制性能的往呈現(xiàn)先慢后快的特性，因此在發(fā)生的早期階段故障特征并不明顯，對控制性能的影響也較小，甚至難以從控制性能變化上發(fā)現(xiàn)此類故障的發(fā)生，但任其發(fā)展卻是十影響也較小，甚至難以從控制性能變化上發(fā)現(xiàn)此類故障的發(fā)生，但任其發(fā)展卻是十分危險的，因此實時監(jiān)控內(nèi)泄漏水平并預(yù)測其發(fā)展趨勢非常重要；分危險的，因此實時監(jiān)控內(nèi)泄漏水平并預(yù)測其發(fā)展趨勢非常重要；3摩擦故障：摩擦特性的變化既與油液的粘度等性質(zhì)及溫度等工作環(huán)境相關(guān)，摩擦故障：摩擦特性的變化既與油液

4、的粘度等性質(zhì)及溫度等工作環(huán)境相關(guān)，也與多種類型的故障機理密切相關(guān)，因此必須針對摩擦進行廣泛而深入的研也與多種類型的故障機理密切相關(guān)，因此必須針對摩擦進行廣泛而深入的研究，了解其在正常工況下可能出現(xiàn)的各種摩擦形式，準(zhǔn)確區(qū)分隨溫度、環(huán)境究，了解其在正常工況下可能出現(xiàn)的各種摩擦形式，準(zhǔn)確區(qū)分隨溫度、環(huán)境等變化發(fā)生的正常性變化與發(fā)生故障時的異常變化，甄別系統(tǒng)是否發(fā)生摩擦等變化發(fā)生的正常性變化與發(fā)生故障時的異常變化，甄別系統(tǒng)是否發(fā)生摩擦故障，否則會導(dǎo)致故障檢測的虛警率升高；故障，否則會導(dǎo)致故障檢測的虛警率升高；伺服閥放大器故障：伺服閥放大器故障極大地影響系統(tǒng)的開環(huán)增益及工作伺服閥放大器故障：伺服閥放大器

5、故障極大地影響系統(tǒng)的開環(huán)增益及工作效率，因此針對此故障的檢測與容錯設(shè)計變得十分重要。效率，因此針對此故障的檢測與容錯設(shè)計變得十分重要。外干擾異常增大：外干擾異常增大是電液伺服系統(tǒng)主要的加性故障的呈現(xiàn)外干擾異常增大：外干擾異常增大是電液伺服系統(tǒng)主要的加性故障的呈現(xiàn)形式，往往表征了系統(tǒng)動力傳輸環(huán)節(jié)發(fā)生較大的特性改變，會從不同程度影形式，往往表征了系統(tǒng)動力傳輸環(huán)節(jié)發(fā)生較大的特性改變，會從不同程度影響到電液伺服系統(tǒng)的控制性能甚至導(dǎo)致無法作動。響到電液伺服系統(tǒng)的控制性能甚至導(dǎo)致無法作動。4故障通過改變控制系統(tǒng)的動態(tài)過程，進而引起控制性能下降，甚至導(dǎo)致系故障通過改變控制系統(tǒng)的動態(tài)過程，進而引起控制性能下降

6、，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。電液伺服系統(tǒng)常見典型故障有：慣性負(fù)載故障、摩擦力異常、統(tǒng)不穩(wěn)定。電液伺服系統(tǒng)常見典型故障有：慣性負(fù)載故障、摩擦力異常、偏載過大、卡滯偏載過大、卡滯( (包括外負(fù)載過大故障包括外負(fù)載過大故障) )、油液污染、伺服閥放大器增益漂、油液污染、伺服閥放大器增益漂移、內(nèi)泄漏、外泄漏等。移、內(nèi)泄漏、外泄漏等。服系統(tǒng)故障機理復(fù)雜，形式多樣，但不論何種故服系統(tǒng)故障機理復(fù)雜，形式多樣，但不論何種故障，其對系統(tǒng)動態(tài)的改變總可以歸結(jié)為如下三個方面：障，其對系統(tǒng)動態(tài)的改變總可以歸結(jié)為如下三個方面：故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生劇烈變化，如舵面損傷將導(dǎo)致慣性負(fù)載故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的參數(shù)發(fā)生劇烈變化，

7、如舵面損傷將導(dǎo)致慣性負(fù)載的異常減?。粷櫥匦缘母淖儗?dǎo)致粘性摩擦的劇烈變化；油液空氣污染的異常減小；潤滑特性的改變將導(dǎo)致粘性摩擦的劇烈變化；油液空氣污染將降低油液彈性模量，而油液水污染將增大油液彈性模量；內(nèi)泄漏故障可將降低油液彈性模量，而油液水污染將增大油液彈性模量；內(nèi)泄漏故障可以通過內(nèi)泄漏系數(shù)表征；等等；以通過內(nèi)泄漏系數(shù)表征；等等；故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的各種干擾項發(fā)生劇烈變化，如系統(tǒng)卡滯可能引起故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的各種干擾項發(fā)生劇烈變化，如系統(tǒng)卡滯可能引起外干擾項的劇烈變化等；外干擾項的劇烈變化等；故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)方程的改變，如外泄漏故障將引起系統(tǒng)的壓力故障可能會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)方程的改變，

8、如外泄漏故障將引起系統(tǒng)的壓力動態(tài)方程發(fā)生異常變化。動態(tài)方程發(fā)生異常變化。5閥控單出桿電液位置伺服系統(tǒng)原理圖閥控單出桿電液位置伺服系統(tǒng)原理圖6766式152毫米加農(nóng)榴彈炮6666式式152152毫米加農(nóng)榴彈炮彈炮是根據(jù)毫米加農(nóng)榴彈炮彈炮是根據(jù)前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)D-20D-20式式152152毫米加農(nóng)榴彈炮仿制而成，毫米加農(nóng)榴彈炮仿制而成，19661966年生年生產(chǎn)定型，大量裝備部隊，是目前中國人民解放軍的主力加農(nóng)榴彈炮。產(chǎn)定型，大量裝備部隊，是目前中國人民解放軍的主力加農(nóng)榴彈炮。兵器簡介兵器簡介 該炮采用該炮采用6060式式122122毫米加農(nóng)炮的炮架，只是將單筒身管更換為毫米加農(nóng)炮的炮架，只是將單筒

9、身管更換為152152毫米口徑的身毫米口徑的身管，該炮與管，該炮與59-159-1式式130130毫米加農(nóng)炮有毫米加農(nóng)炮有60%60%以上的零部件通用。該炮采用藥筒分裝式炮彈，配以上的零部件通用。該炮采用藥筒分裝式炮彈，配有殺傷爆破榴彈、發(fā)煙彈。有殺傷爆破榴彈、發(fā)煙彈。使用情況使用情況 該炮于該炮于6060年代末裝備陸軍軍屬炮兵和炮兵師，用以壓制和殲滅敵生動力量和炮年代末裝備陸軍軍屬炮兵和炮兵師，用以壓制和殲滅敵生動力量和炮兵武器等裝備，破壞野戰(zhàn)防御工事，擊毀裝甲目標(biāo)。屬于中輕型武器運送方便兵武器等裝備，破壞野戰(zhàn)防御工事，擊毀裝甲目標(biāo)。屬于中輕型武器運送方便8性能參數(shù)口徑:152毫米行軍狀態(tài)全

10、重:5720千克戰(zhàn)斗狀態(tài)全重:5650千克行軍狀態(tài)長:8690毫米行軍狀態(tài)寬:2420毫米行軍狀態(tài)高:2520毫米火線高:1220毫米身管長:4240毫米初速:655米/秒最大射程:17230米最小射程:4400米直射距離:800米最大射速:6-8發(fā)/分高低射界:-5度-45度方向射界:左30右28度炮班人數(shù):9人66式式152毫米加毫米加農(nóng)農(nóng)榴榴彈彈炮炮9蘇聯(lián)蘇聯(lián)制造的制造的D-20式式為為66式式152毫米加毫米加農(nóng)農(nóng)榴榴彈彈炮的原型炮的原型59-1式式130毫米加毫米加農(nóng)農(nóng)炮炮10鋼質(zhì)鋼質(zhì)用用藥藥筒有金筒有金屬氣屬氣泡泡問題問題問題概況問題概況：19851985年年7 7月份，某廠在月份

11、，某廠在6666式式152152加榴炮用鋼質(zhì)藥筒的生產(chǎn)和檢加榴炮用鋼質(zhì)藥筒的生產(chǎn)和檢驗中，一度暴露出藥筒筒壁金屬氣泡疵病問題，截至驗中，一度暴露出藥筒筒壁金屬氣泡疵病問題，截至8 8月月8 8日日止，在止，在8585年第年第1010爐至爐至8585年第年第1414爐中共發(fā)現(xiàn)這類產(chǎn)品爐中共發(fā)現(xiàn)這類產(chǎn)品201201發(fā)，詳發(fā)，詳細(xì)情況見表細(xì)情況見表111111表表1112金屬氣泡的形式有兩種，金屬氣泡的形式有兩種，一是單個大氣泡，一是單個大氣泡，( (見圖見圖1 1-1a-1a、b)b)，最大的氣泡長，最大的氣泡長約約1313毫米，寬約毫米，寬約7 7毫米，毫米，約占?xì)馀莓a(chǎn)品總數(shù)的四分約占?xì)馀莓a(chǎn)品總

12、數(shù)的四分之三；二是成葉密集分布之三；二是成葉密集分布小氣泡小氣泡( (圖圖1-1c1-1c、d)d)，約，約占?xì)馀莓a(chǎn)品總數(shù)的四分之占?xì)馀莓a(chǎn)品總數(shù)的四分之一。嚴(yán)重的氣泡沿藥筒壁一。嚴(yán)重的氣泡沿藥筒壁厚從內(nèi)表面劉外表面部存厚從內(nèi)表面劉外表面部存在。金屬氣泡藥筒涉及在。金屬氣泡藥筒涉及5 5個爐號的洞材，個爐號的洞材，1111個批產(chǎn)個批產(chǎn)品共計品共計3300033000發(fā)。嚴(yán)重地發(fā)。嚴(yán)重地影響產(chǎn)品的生產(chǎn)和驗收影響產(chǎn)品的生產(chǎn)和驗收圖圖1-113氣氣泡泡產(chǎn)產(chǎn)品使用品使用鋼鋼材情材情況見況見表表1-214描述材料韌性的指標(biāo)通常有兩種：描述材料韌性的指標(biāo)通常有兩種：（1 1）沖擊韌性）沖擊韌性aK aK 沖

13、擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力力的作用而不被破壞的能力 通常用沖擊韌性指標(biāo)通常用沖擊韌性指標(biāo)aKaK來度量。來度量。aKaK是試件在一次沖擊是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積（實驗時，單位橫截面積（m2m2）上所消耗的沖擊功（）上所消耗的沖擊功（MJMJ）單位為）單位為M MJ/m2J/m2。 aKaK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。值越大，表示材料的沖擊韌性越好。 標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣有兩種，一種是常用的梅氏試樣（試樣缺口為有兩種，一種是常用的梅氏試樣（試樣缺口為U U型）；另一種是型）；另一種是夏氏試樣（試樣缺口為夏氏試

14、樣（試樣缺口為V V型）。（型）。（2 2）斷裂韌性）斷裂韌性K1 K1 （單位為（單位為J/mJ/m） 在實際生產(chǎn)中，有的大型傳動零件、高壓容器、船舶、橋梁等，在實際生產(chǎn)中，有的大型傳動零件、高壓容器、船舶、橋梁等，常在其工作應(yīng)力遠低于常在其工作應(yīng)力遠低于SS的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷的情況下，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷15 原因分析：原因分析： 對金屬氣泡，軍廠雙方非常重視，多次召開會議查找原因，并對金屬氣泡，軍廠雙方非常重視，多次召開會議查找原因，并于于7 7月月1313日成立了質(zhì)量攻關(guān)組，對金屬材料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能進日成立了質(zhì)量攻關(guān)組，對金屬材料、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能進行了全面檢查分析和考

15、核。經(jīng)過研究決定進行以下各項試驗和檢查：行了全面檢查分析和考核。經(jīng)過研究決定進行以下各項試驗和檢查： 1)1)沖壓工藝檢查：在光端面、外旋車根型以及收口工序各抽查沖壓工藝檢查：在光端面、外旋車根型以及收口工序各抽查1 10000發(fā)產(chǎn)品進行認(rèn)真檢查，未發(fā)現(xiàn)金屬氣泡疵病，抽取外旋黑皮料發(fā)產(chǎn)品進行認(rèn)真檢查，未發(fā)現(xiàn)金屬氣泡疵病，抽取外旋黑皮料1010發(fā)，加工為成品料，未發(fā)現(xiàn)金屬疵?。话l(fā)，加工為成品料，未發(fā)現(xiàn)金屬疵?。?2)2)機加表面處理工藝檢查：抽取機加表面處理工藝檢查：抽取2020發(fā)表面處理前的產(chǎn)品，打磨發(fā)表面處理前的產(chǎn)品，打磨后檢查，未發(fā)現(xiàn)金屬氣泡疵病。抽取后檢查，未發(fā)現(xiàn)金屬氣泡疵病。抽取484

16、8發(fā)退漆產(chǎn)品，按退漆工藝重發(fā)退漆產(chǎn)品，按退漆工藝重新表面處理，未發(fā)現(xiàn)異常，排除了退漆、磷化透氫造成氣泡的懷疑。新表面處理，未發(fā)現(xiàn)異常，排除了退漆、磷化透氫造成氣泡的懷疑。選取選取6 6發(fā)產(chǎn)品作過腐蝕酸洗試驗，酸洗時間為發(fā)產(chǎn)品作過腐蝕酸洗試驗，酸洗時間為2525分鐘，試驗后未發(fā)現(xiàn)分鐘，試驗后未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有金屬氣泡現(xiàn)象產(chǎn)品有金屬氣泡現(xiàn)象；16 3)3)鋼材低組織檢查：將產(chǎn)品有金屬氣泡出現(xiàn)的鋼材低組織檢查：將產(chǎn)品有金屬氣泡出現(xiàn)的5 5個鋼材爐號及前后個鋼材爐號及前后相鄰的相鄰的2 2個鋼材爐號進行低倍組織檢查和分析比較，未發(fā)現(xiàn)異常，個鋼材爐號進行低倍組織檢查和分析比較，未發(fā)現(xiàn)異常，符合驗收技術(shù)條件符合

17、驗收技術(shù)條件4)4)有金屬氣泡產(chǎn)品底部超聲波探傷檢查；在有金屬氣泡產(chǎn)品底部超聲波探傷檢查；在8585年第年第6262批和批和8585年第年第6666批產(chǎn)品中各抽取批產(chǎn)品中各抽取1 1發(fā)，從口部到根部均有密集分布?xì)馀莸漠a(chǎn)品，用發(fā)，從口部到根部均有密集分布?xì)馀莸漠a(chǎn)品，用5 5A-6A-6型探傷機采用型探傷機采用3030度角斜接觸超聲波檢查，發(fā)現(xiàn)度角斜接觸超聲波檢查，發(fā)現(xiàn)8585年第年第6666批的筒批的筒底三個部位有較弱的傷波信號，理化室對這三個部位做了低倍組織底三個部位有較弱的傷波信號，理化室對這三個部位做了低倍組織檢查，結(jié)果是一個部位有疏松，另兩個部位有細(xì)微裂紋，說明缺陷檢查，結(jié)果是一個部位有

18、疏松，另兩個部位有細(xì)微裂紋，說明缺陷在藥徹底部同樣存在；在藥徹底部同樣存在；17 5)5)金屬氣泡產(chǎn)品進金屬氣泡產(chǎn)品進行高溫加熱試驗：行高溫加熱試驗：將將1 1塊有成片密集分塊有成片密集分布小氣泡的藥筒壁，布小氣泡的藥筒壁，將其放入將其放入850850度的箱度的箱式電爐中，力口熱式電爐中，力口熱8 8小時后取出，發(fā)現(xiàn)小時后取出，發(fā)現(xiàn)金屬氣泡大量凸起金屬氣泡大量凸起長大長大( (見圖見圖1-2)1-2)，說明氣泡中氣體受說明氣泡中氣體受熱膨脹而使金屬鼓熱膨脹而使金屬鼓起起；圖圖1-2186)6)金屬氣泡產(chǎn)品金相及氫氣含量分析：金屬氣泡產(chǎn)品金相及氫氣含量分析：7 7月月3030日和日和9 9月月1

19、515日，請重慶特殊鋼廠對氣泡產(chǎn)品作金相和氫氣含量日，請重慶特殊鋼廠對氣泡產(chǎn)品作金相和氫氣含量分析，其分析結(jié)果如下：分析，其分析結(jié)果如下： A.A.對氣泡內(nèi)壁作電子探針能譜分析，點或面的分析結(jié)果，均發(fā)對氣泡內(nèi)壁作電子探針能譜分析，點或面的分析結(jié)果，均發(fā)現(xiàn)有較高的：鋁成分，分別為現(xiàn)有較高的：鋁成分，分別為22.4%22.4%。和。和11.98%11.98%。 B.B.對氣泡筒壁作全面的掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)材料表層或內(nèi)部有對氣泡筒壁作全面的掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)材料表層或內(nèi)部有較多的氧化鋁、鋁硅酸鹽類型的夾雜物。較多的氧化鋁、鋁硅酸鹽類型的夾雜物。 C.C.金相分析：金相分析： 藥筒成品：取有金屬氣泡的

20、樣品進行分析，有較多的鏈狀氧化藥筒成品：取有金屬氣泡的樣品進行分析，有較多的鏈狀氧化鋁型夾雜物，在正常產(chǎn)品中未發(fā)現(xiàn)有氧化鋁型夾雜物。鋁型夾雜物，在正常產(chǎn)品中未發(fā)現(xiàn)有氧化鋁型夾雜物。 鋼材：在產(chǎn)生氣泡疵病原材料鋼材：在產(chǎn)生氣泡疵病原材料8585年年1212爐和爐和8585年年1313爐的試片上進爐的試片上進行金相觀察，均有較多的大塊狀和鏈狀夾雜物，在正常原材料行金相觀察，均有較多的大塊狀和鏈狀夾雜物，在正常原材料8585年年9 9爐上未發(fā)現(xiàn)大塊和鏈狀夾雜物。爐上未發(fā)現(xiàn)大塊和鏈狀夾雜物。D.D.氫氣含量分析結(jié)果如表氫氣含量分析結(jié)果如表1-31-3。19表表1-3207)7)金屬氣泡藥筒靶場試驗：金屬氣泡藥筒靶場試驗：為摸清這種疵病對射擊性能的影響程度，抽取了不同類型的氣泡產(chǎn)品為摸清這種疵病對射擊性能的影響程度，抽取了不同類型的氣泡產(chǎn)品1919發(fā)，分發(fā)，分別進行強裝藥、低溫正裝藥、時效強裝藥和時效低溫正裝藥射擊試驗，試驗結(jié)別進行強裝藥、低溫正裝藥、時效強裝藥和時效低溫正裝藥射擊試驗，試驗結(jié)果未見異常。氣泡產(chǎn)品強裝藥射擊試驗結(jié)果見表果未見異常。氣泡產(chǎn)品強裝藥射擊試驗結(jié)果見表1-41-4表表1-421 氣泡產(chǎn)品低溫正裝藥射擊試驗結(jié)果見表氣泡產(chǎn)品低溫正裝藥射擊試驗結(jié)果見表1-51-5表表1-522氣泡產(chǎn)品時效強裝藥射擊氣泡