鄭 剛，邵中年，羅戰(zhàn)寧

（1.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，陜西 西安 710054；2.北方重工集團，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

揚彈系統(tǒng)是大口徑火炮的重要組成部分，某火炮的揚彈系統(tǒng)多次發(fā)生故障，通過認真研究和細致分析，發(fā)現(xiàn)該火炮射擊停射的原因是作為壽命件的保險鍵被切斷。經(jīng)過對該火炮揚彈系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)保險鍵被剪斷的現(xiàn)象進行專項技術分析和研究，通過采取合理可行的技術措施與改進方案，以保證某火炮長期保持戰(zhàn)斗力，解決揚彈系統(tǒng)技術瓶頸問題。

1 故障現(xiàn)象

某火炮揚彈系統(tǒng)在出現(xiàn)意外卡彈時，為了不造成相關零件的損壞，原設計供彈系統(tǒng)在傳動裝置中設置了保險鍵，如圖1所示。當意外情況出現(xiàn)，傳遞動力瞬間增大時，因過載保險鍵的傳遞動力達到剪切值被適時剪斷，從而起到保護其他零、部件不受損壞的作用［1］。在正常輸彈情況下，傳遞動力低于保險鍵的剪切值，保險鍵不應被剪斷，以保證火炮的正常射擊。但某火炮在沒有出現(xiàn)卡彈等意外情況下，揚彈機在正常揚彈過程中，保險鍵被頻繁剪斷，造成射擊中斷故障，因而保證不了火炮的正常使用。保險鍵被剪斷說明揚彈系統(tǒng)所傳遞的動力一定超過了該保險鍵的剪切許用值，雖然沒有出現(xiàn)明顯卡彈或卡滯等意外現(xiàn)象，但傳動裝置的阻力已使傳遞動力進入超過載工作狀態(tài)。

圖1 保險鍵位置圖

2 故障原因分析

2.1 機械傳遞運動的磨損造成傳動鏈空回大

某火炮揚彈機垂直傳送機構和水平傳送機構的動力傳動為鏈條和鏈輪傳動裝置，傳動特點為：炮彈每完成一個彈位的傳遞，傳動系統(tǒng)的鏈輪與鏈條先后做正轉與反轉的換向運動，使傳動鏈上聯(lián)軸器不斷進行正、反向的動力傳遞。長期使用后，鏈節(jié)會因磨損使鏈條的周節(jié)變大，鏈條所有變大的周節(jié)累計后導致鏈輪傳動產(chǎn)生空回量，此空回量會使傳動系統(tǒng)產(chǎn)生瞬間沖擊力，該沖擊力隨空回量的增加而增大。頻繁的換向使安裝在聯(lián)軸器上的保險鍵不斷承受正、反向的瞬間沖擊，該沖擊力使保險鍵剪切面的工作條件惡化，保險鍵承受反復不斷的沖擊容易產(chǎn)生疲勞斷裂，導致保險鍵的剪切壽命降低。

2.2 磕碰沖撞引起局部變形及相互運動表面缺乏潤滑摩擦阻力增大

在炮彈傳遞中，揚彈機垂直傳送機構和水平傳送機構及其傳送通道，參與機構動作與運動的零、部件有很多，而傳送通道、結構件、導軌等局部變形；磕碰引起的毛刺、突起；所有相互運動零、部件的摩擦表面、運動副的配合表面若存在不清潔的部位或潤滑不到的部位，都會使相互運動不順暢或形成干摩擦產(chǎn)生阻滯，甚至產(chǎn)生憋卡現(xiàn)象，導致相互運動的表面摩擦阻力增大，所有參與運動的表面摩擦阻力疊加后，摩擦力不斷增大以致造成傳遞動力隨之增大，保險鍵剪切面的受力也不斷變大，而安裝在聯(lián)軸節(jié)的保險鍵在超大負荷的狀態(tài)下進行動力傳遞，時間長了易使保險鍵發(fā)生疲勞磨損和裂紋，也會導致保險鍵的剪切壽命降低，進而發(fā)生斷裂故障影響使用。

2.3 自制保險鍵壽命低

自制保險鍵是在俄制保險鍵的基礎上研制的。國產(chǎn)保險鍵剪切面的極限剪切值的范圍確定是否合理，當前還沒有完整的資料或者標準確定上下限。其保險鍵的材料和熱處理狀態(tài)直接影響剪切力的大小，此力過大會造成機構零件的損壞，相反此力過小會造成傳遞動力經(jīng)常超過保險鍵的許用值，造成保險鍵被剪斷，使保險鍵無法達到保證揚彈機機構動作400 次的壽命指標。因此保險鍵剪切面的極限剪切值的確定必須進行深入研究。

3 解決揚彈機系統(tǒng)過載故障的技術措施

3.1 對火炮揚彈系統(tǒng)進行全面檢修

分解、檢測傳送裝置的所有相關零、部件，包括鏈條與鏈輪。根據(jù)檢測結果，確定磨損嚴重的零件，用備件進行更換；對所有揚彈系統(tǒng)參與傳動的運動副、鏈輪、鏈條、齒輪、軸承、彈簧帽、滑動導軌、傳動軸及有相對運動的零、部件及部位定期進行潤滑，擦拭灰塵和雜物的清理；對難以進行定期潤滑和擦拭的部位，針對具體情況與條件制定技術方案，采取措施，保證揚彈系統(tǒng)所有傳動機構的運動部位能夠進行定期潤滑。

3.2 保險鍵剪切力的確定

某保險鍵頻繁切斷，其最終原因是保險鍵所傳遞的動力超過或遠遠大于該保險鍵的許用剪切值［2］，因此確定保險鍵的剪切力許用范圍，對于保證保險鍵的壽命指標和解決揚彈系統(tǒng)保險鍵頻繁切斷故障尤為重要。

3.2.1 保險鍵剪切力的校核與確定原則

嚴格控制保險鍵剪切力，并考慮火炮長期服役后輸彈條件的惡化，有必要將剪切力適當調整，使其既要滿足保險鍵承受揚彈機機構動作400 次的壽命指標，又要確保揚彈系統(tǒng)出現(xiàn)卡滯時對各傳動部位的零、部件進行可靠保護。因此剪切力的確定值，既要科學又要合理可靠。根據(jù)使用要求，我們可以確定保險鍵原則如下：

原則1：保險鍵剪切力最大值確定應根據(jù)最薄弱處計算；

原則2：保險鍵剪切力最小值確定應根據(jù)使用要求并具備一定安全系數(shù)下確定。

3.2.2 剪切力許用值的分析

1）根據(jù)原則1，通過對揚彈機垂直傳送裝置和水平傳送裝置的研究與分析，傳動鏈中的最薄弱環(huán)節(jié)是水平大滑架傳動鏈條［3－4］，該鏈條的極限載荷為21.8kN，經(jīng)過反計算由水平大滑架傳動鏈條折合到聯(lián)軸器保險鍵上的傳動力［5］為28kN。由于鏈條的極限載荷值在設計中以留有一定的安全系數(shù)，因此在計算中只要我們對應的保險鍵小于或等于該計算值即可確定保險鍵的最大值。

由保險鍵應在系統(tǒng)出現(xiàn)卡滯時保護薄弱環(huán)節(jié)的原則，可得出此處受力應為靜力問題，根據(jù)傳遞力矩平衡以及圖2～圖4可列出如下方程。

保險鍵卡滯時的剪力（最大剪力）Pb1為

式中：Fm為揚彈機鏈輪極限載荷；R為保險鍵裝配半徑；Rd為鏈輪的分度圓半徑；n2～n7為減速箱齒輪齒數(shù)。

圖3 保險鍵傳遞力矩示意圖

2）根據(jù)原則2，通過對揚彈機系統(tǒng)工作原理的分析，揚彈機要想正常工作其保險鍵最小的傳遞力矩要能滿足其工作要求，因此該問題為動平衡問題。根據(jù)圖2～圖4以及功率相等原理，可列出如下方程。

保險鍵工作時的剪力（最小剪力）Pb2為

式中：Fd揚彈時鏈條受力（重力和加速力）；md為彈丸質量；a揚彈加速度；g重力加速度；η1、η2、η3分別為齒輪組之間的傳遞效率。

3）保險鍵許用力計算與驗證：根據(jù)原則1和原則2，保險鍵剪力P的取值范圍為：

式中：［τ］為保險鍵的材料性質；A為保險鍵剪切面積。

為了保證保險鍵工作具有一定安全性，我們可將保險鍵的理論取值具體化，我們給其正常工作下的剪力以3倍的安全系數(shù)以保證其能正常工作并能滿足公式（3）的要求。經(jīng)過反復計算和1 000余次揚彈試驗，最終確定了該型艦炮保險鍵剪切力許用值的上下限：上限為26.15kN，下限為24.83kN。在保險鍵材料為35＃鋼［6］不變的情況下可根據(jù)公式（4）計算出保險銷的剪切面積從而可設計出優(yōu)化后的保險銷。

4 結論

經(jīng)過對某火炮揚彈系統(tǒng)長期的研究和分析，針對保險鍵因過載被頻繁剪斷的故障，進行了詳細分析與研究，從故障發(fā)生的根源，有針對性地提出技術措施與改進方案。針對揚彈系統(tǒng)傳動裝置工作條件的惡化，提出研制保險鍵的的改進措施，并對保險鍵研制的原則和許用值的上下限進行了深入研究，得出了最佳結果，降低了揚彈系統(tǒng)的故障率，延長了保險鍵的使用壽命，取得了較好的使用效果，為長久保持該艦炮的戰(zhàn)斗力做出了重要貢獻。

（References）

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