加农榴弹炮钢质用药筒有金属气泡问题

1、16666式式152152毫米加农榴弹炮毫米加农榴弹炮钢质用药筒有金属气泡问题钢质用药筒有金属气泡问题 2 电液伺服系统故障机理复杂、失效形式多样，故障的特征、原因普遍存在模糊电液伺服系统故障机理复杂、失效形式多样，故障的特征、原因普遍存在模糊性，为提高基于解析冗余的故障检测及容错控制研究的便利性和规范化，需要研究性，为提高基于解析冗余的故障检测及容错控制研究的便利性和规范化，需要研究以数学表征的形式统一各种故障模式的方法和途径，建立各种故障的数学模型，并以数学表征的形式统一各种故障模式的方法和途径，建立各种故障的数学模型，并融入电液伺服系统的动态方程，为后续在线检测、辨识及容错控制策略设计奠

2、定基融入电液伺服系统的动态方程，为后续在线检测、辨识及容错控制策略设计奠定基础。电液伺服系统的故障建模需要考虑如下典型故障：础。电液伺服系统的故障建模需要考虑如下典型故障：油液污染故障：油液污染是液压系统最常见的故障形式，对系统安全性有着至关油液污染故障：油液污染是液压系统最常见的故障形式，对系统安全性有着至关重要的影响，同时也承载着众多的更深层次的故障信息；重要的影响，同时也承载着众多的更深层次的故障信息；内外泄漏故障：严重的外泄漏对于任何电液伺服系统都是极其危险的，必须及早内外泄漏故障：严重的外泄漏对于任何电液伺服系统都是极其危险的，必须及早发现可能存在的外泄漏并及时进行预防性维护；内泄漏

3、难于观测，且其发展趋势往发现可能存在的外泄漏并及时进行预防性维护；内泄漏难于观测，且其发展趋势往往呈现先慢后快的特性，因此在发生的早期阶段故障特征并不明显，对控制性能的往呈现先慢后快的特性，因此在发生的早期阶段故障特征并不明显，对控制性能的影响也较小，甚至难以从控制性能变化上发现此类故障的发生，但任其发展却是十影响也较小，甚至难以从控制性能变化上发现此类故障的发生，但任其发展却是十分危险的，因此实时监控内泄漏水平并预测其发展趋势非常重要；分危险的，因此实时监控内泄漏水平并预测其发展趋势非常重要；3摩擦故障：摩擦特性的变化既与油液的粘度等性质及温度等工作环境相关，摩擦故障：摩擦特性的变化既与油液

4、的粘度等性质及温度等工作环境相关，也与多种类型的故障机理密切相关，因此必须针对摩擦进行广泛而深入的研也与多种类型的故障机理密切相关，因此必须针对摩擦进行广泛而深入的研究，了解其在正常工况下可能出现的各种摩擦形式，准确区分随温度、环境究，了解其在正常工况下可能出现的各种摩擦形式，准确区分随温度、环境等变化发生的正常性变化与发生故障时的异常变化，甄别系统是否发生摩擦等变化发生的正常性变化与发生故障时的异常变化，甄别系统是否发生摩擦故障，否则会导致故障检测的虚警率升高；故障，否则会导致故障检测的虚警率升高；伺服阀放大器故障：伺服阀放大器故障极大地影响系统的开环增益及工作伺服阀放大器故障：伺服阀放大器

5、故障极大地影响系统的开环增益及工作效率，因此针对此故障的检测与容错设计变得十分重要。效率，因此针对此故障的检测与容错设计变得十分重要。外干扰异常增大：外干扰异常增大是电液伺服系统主要的加性故障的呈现外干扰异常增大：外干扰异常增大是电液伺服系统主要的加性故障的呈现形式，往往表征了系统动力传输环节发生较大的特性改变，会从不同程度影形式，往往表征了系统动力传输环节发生较大的特性改变，会从不同程度影响到电液伺服系统的控制性能甚至导致无法作动。响到电液伺服系统的控制性能甚至导致无法作动。4故障通过改变控制系统的动态过程，进而引起控制性能下降，甚至导致系故障通过改变控制系统的动态过程，进而引起控制性能下降

6、，甚至导致系统不稳定。电液伺服系统常见典型故障有：惯性负载故障、摩擦力异常、统不稳定。电液伺服系统常见典型故障有：惯性负载故障、摩擦力异常、偏载过大、卡滞偏载过大、卡滞( (包括外负载过大故障包括外负载过大故障) )、油液污染、伺服阀放大器增益漂、油液污染、伺服阀放大器增益漂移、内泄漏、外泄漏等。移、内泄漏、外泄漏等。服系统故障机理复杂，形式多样，但不论何种故服系统故障机理复杂，形式多样，但不论何种故障，其对系统动态的改变总可以归结为如下三个方面：障，其对系统动态的改变总可以归结为如下三个方面：故障可能会导致系统的参数发生剧烈变化，如舵面损伤将导致惯性负载故障可能会导致系统的参数发生剧烈变化，

7、如舵面损伤将导致惯性负载的异常减小；润滑特性的改变将导致粘性摩擦的剧烈变化；油液空气污染的异常减小；润滑特性的改变将导致粘性摩擦的剧烈变化；油液空气污染将降低油液弹性模量，而油液水污染将增大油液弹性模量；内泄漏故障可将降低油液弹性模量，而油液水污染将增大油液弹性模量；内泄漏故障可以通过内泄漏系数表征；等等；以通过内泄漏系数表征；等等；故障可能会导致系统的各种干扰项发生剧烈变化，如系统卡滞可能引起故障可能会导致系统的各种干扰项发生剧烈变化，如系统卡滞可能引起外干扰项的剧烈变化等；外干扰项的剧烈变化等；故障可能会导致系统动态方程的改变，如外泄漏故障将引起系统的压力故障可能会导致系统动态方程的改变，

8、如外泄漏故障将引起系统的压力动态方程发生异常变化。动态方程发生异常变化。5阀控单出杆电液位置伺服系统原理图阀控单出杆电液位置伺服系统原理图6766式152毫米加农榴弹炮6666式式152152毫米加农榴弹炮弹炮是根据毫米加农榴弹炮弹炮是根据前苏联前苏联D-20D-20式式152152毫米加农榴弹炮仿制而成，毫米加农榴弹炮仿制而成，19661966年生年生产定型，大量装备部队，是目前中国人民解放军的主力加农榴弹炮。产定型，大量装备部队，是目前中国人民解放军的主力加农榴弹炮。兵器简介兵器简介 该炮采用该炮采用6060式式122122毫米加农炮的炮架，只是将单筒身管更换为毫米加农炮的炮架，只是将单筒

9、身管更换为152152毫米口径的身毫米口径的身管，该炮与管，该炮与59-159-1式式130130毫米加农炮有毫米加农炮有60%60%以上的零部件通用。该炮采用药筒分装式炮弹，配以上的零部件通用。该炮采用药筒分装式炮弹，配有杀伤爆破榴弹、发烟弹。有杀伤爆破榴弹、发烟弹。使用情况使用情况 该炮于该炮于6060年代末装备陆军军属炮兵和炮兵师，用以压制和歼灭敌生动力量和炮年代末装备陆军军属炮兵和炮兵师，用以压制和歼灭敌生动力量和炮兵武器等装备，破坏野战防御工事，击毁装甲目标。属于中轻型武器运送方便兵武器等装备，破坏野战防御工事，击毁装甲目标。属于中轻型武器运送方便8性能参数口径:152毫米行军状态全

10、重:5720千克战斗状态全重:5650千克行军状态长:8690毫米行军状态宽:2420毫米行军状态高:2520毫米火线高:1220毫米身管长:4240毫米初速:655米/秒最大射程:17230米最小射程:4400米直射距离:800米最大射速:6-8发/分高低射界:-5度-45度方向射界:左30右28度炮班人数:9人66式式152毫米加毫米加农农榴榴弹弹炮炮9苏联苏联制造的制造的D-20式式为为66式式152毫米加毫米加农农榴榴弹弹炮的原型炮的原型59-1式式130毫米加毫米加农农炮炮10钢质钢质用用药药筒有金筒有金属气属气泡泡问题问题问题概况问题概况：19851985年年7 7月份，某厂在月份

11、，某厂在6666式式152152加榴炮用钢质药筒的生产和检加榴炮用钢质药筒的生产和检验中，一度暴露出药筒筒壁金属气泡疵病问题，截至验中，一度暴露出药筒筒壁金属气泡疵病问题，截至8 8月月8 8日日止，在止，在8585年第年第1010炉至炉至8585年第年第1414炉中共发现这类产品炉中共发现这类产品201201发，详发，详细情况见表细情况见表111111表表1112金属气泡的形式有两种，金属气泡的形式有两种，一是单个大气泡，一是单个大气泡，( (见图见图1 1-1a-1a、b)b)，最大的气泡长，最大的气泡长约约1313毫米，宽约毫米，宽约7 7毫米，毫米，约占气泡产品总数的四分约占气泡产品总

12、数的四分之三；二是成叶密集分布之三；二是成叶密集分布小气泡小气泡( (图图1-1c1-1c、d)d)，约，约占气泡产品总数的四分之占气泡产品总数的四分之一。严重的气泡沿药筒壁一。严重的气泡沿药筒壁厚从内表面刘外表面部存厚从内表面刘外表面部存在。金属气泡药筒涉及在。金属气泡药筒涉及5 5个炉号的洞材，个炉号的洞材，1111个批产个批产品共计品共计3300033000发。严重地发。严重地影响产品的生产和验收影响产品的生产和验收图图1-113气气泡泡产产品使用品使用钢钢材情材情况见况见表表1-214描述材料韧性的指标通常有两种：描述材料韧性的指标通常有两种：（1 1）冲击韧性）冲击韧性aK aK 冲

13、击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力力的作用而不被破坏的能力 通常用冲击韧性指标通常用冲击韧性指标aKaK来度量。来度量。aKaK是试件在一次冲击是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（实验时，单位横截面积（m2m2）上所消耗的冲击功（）上所消耗的冲击功（MJMJ）单位为）单位为M MJ/m2J/m2。 aKaK值越大，表示材料的冲击韧性越好。值越大，表示材料的冲击韧性越好。 标准冲击试样标准冲击试样有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为U U型）；另一种是型）；另一种是夏氏试样（试样缺口为夏氏试

14、样（试样缺口为V V型）。（型）。（2 2）断裂韧性）断裂韧性K1 K1 （单位为（单位为J/mJ/m） 在实际生产中，有的大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，在实际生产中，有的大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应力远低于常在其工作应力远低于SS的情况下，突然发生低应力脆断的情况下，突然发生低应力脆断15 原因分析：原因分析： 对金属气泡，军厂双方非常重视，多次召开会议查找原因，并对金属气泡，军厂双方非常重视，多次召开会议查找原因，并于于7 7月月1313日成立了质量攻关组，对金属材料、生产工艺、产品性能进日成立了质量攻关组，对金属材料、生产工艺、产品性能进行了全面检查分析和考

15、核。经过研究决定进行以下各项试验和检查：行了全面检查分析和考核。经过研究决定进行以下各项试验和检查： 1)1)冲压工艺检查：在光端面、外旋车根型以及收口工序各抽查冲压工艺检查：在光端面、外旋车根型以及收口工序各抽查1 10000发产品进行认真检查，未发现金属气泡疵病，抽取外旋黑皮料发产品进行认真检查，未发现金属气泡疵病，抽取外旋黑皮料1010发，加工为成品料，未发现金属疵病；发，加工为成品料，未发现金属疵病； 2)2)机加表面处理工艺检查：抽取机加表面处理工艺检查：抽取2020发表面处理前的产品，打磨发表面处理前的产品，打磨后检查，未发现金属气泡疵病。抽取后检查，未发现金属气泡疵病。抽取484

16、8发退漆产品，按退漆工艺重发退漆产品，按退漆工艺重新表面处理，未发现异常，排除了退漆、磷化透氢造成气泡的怀疑。新表面处理，未发现异常，排除了退漆、磷化透氢造成气泡的怀疑。选取选取6 6发产品作过腐蚀酸洗试验，酸洗时间为发产品作过腐蚀酸洗试验，酸洗时间为2525分钟，试验后未发现分钟，试验后未发现产品有金属气泡现象产品有金属气泡现象；16 3)3)钢材低组织检查：将产品有金属气泡出现的钢材低组织检查：将产品有金属气泡出现的5 5个钢材炉号及前后个钢材炉号及前后相邻的相邻的2 2个钢材炉号进行低倍组织检查和分析比较，未发现异常，个钢材炉号进行低倍组织检查和分析比较，未发现异常，符合验收技术条件符合

17、验收技术条件4)4)有金属气泡产品底部超声波探伤检查；在有金属气泡产品底部超声波探伤检查；在8585年第年第6262批和批和8585年第年第6666批产品中各抽取批产品中各抽取1 1发，从口部到根部均有密集分布气泡的产品，用发，从口部到根部均有密集分布气泡的产品，用5 5A-6A-6型探伤机采用型探伤机采用3030度角斜接触超声波检查，发现度角斜接触超声波检查，发现8585年第年第6666批的筒批的筒底三个部位有较弱的伤波信号，理化室对这三个部位做了低倍组织底三个部位有较弱的伤波信号，理化室对这三个部位做了低倍组织检查，结果是一个部位有疏松，另两个部位有细微裂纹，说明缺陷检查，结果是一个部位有

18、疏松，另两个部位有细微裂纹，说明缺陷在药彻底部同样存在；在药彻底部同样存在；17 5)5)金属气泡产品进金属气泡产品进行高温加热试验：行高温加热试验：将将1 1块有成片密集分块有成片密集分布小气泡的药筒壁，布小气泡的药筒壁，将其放入将其放入850850度的箱度的箱式电炉中，力口热式电炉中，力口热8 8小时后取出，发现小时后取出，发现金属气泡大量凸起金属气泡大量凸起长大长大( (见图见图1-2)1-2)，说明气泡中气体受说明气泡中气体受热膨胀而使金属鼓热膨胀而使金属鼓起起；图图1-2186)6)金属气泡产品金相及氢气含量分析：金属气泡产品金相及氢气含量分析：7 7月月3030日和日和9 9月月1

19、515日，请重庆特殊钢厂对气泡产品作金相和氢气含量日，请重庆特殊钢厂对气泡产品作金相和氢气含量分析，其分析结果如下：分析，其分析结果如下： A.A.对气泡内壁作电子探针能谱分析，点或面的分析结果，均发对气泡内壁作电子探针能谱分析，点或面的分析结果，均发现有较高的：铝成分，分别为现有较高的：铝成分，分别为22.4%22.4%。和。和11.98%11.98%。 B.B.对气泡筒壁作全面的扫描电镜观察，发现材料表层或内部有对气泡筒壁作全面的扫描电镜观察，发现材料表层或内部有较多的氧化铝、铝硅酸盐类型的夹杂物。较多的氧化铝、铝硅酸盐类型的夹杂物。 C.C.金相分析：金相分析： 药筒成品：取有金属气泡的

20、样品进行分析，有较多的链状氧化药筒成品：取有金属气泡的样品进行分析，有较多的链状氧化铝型夹杂物，在正常产品中未发现有氧化铝型夹杂物。铝型夹杂物，在正常产品中未发现有氧化铝型夹杂物。 钢材：在产生气泡疵病原材料钢材：在产生气泡疵病原材料8585年年1212炉和炉和8585年年1313炉的试片上进炉的试片上进行金相观察，均有较多的大块状和链状夹杂物，在正常原材料行金相观察，均有较多的大块状和链状夹杂物，在正常原材料8585年年9 9炉上未发现大块和链状夹杂物。炉上未发现大块和链状夹杂物。D.D.氢气含量分析结果如表氢气含量分析结果如表1-31-3。19表表1-3207)7)金属气泡药筒靶场试验：金属气泡药筒靶场试验：为摸清这种疵病对射击性能的影响程度，抽取了不同类型的气泡产品为摸清这种疵病对射击性能的影响程度，抽取了不同类型的气泡产品1919发，分发，分别进行强装药、低温正装药、时效强装药和时效低温正装药射击试验，试验结别进行强装药、低温正装药、时效强装药和时效低温正装药射击试验，试验结果未见异常。气泡产品强装药射击试验结果见表果未见异常。气泡产品强装药射击试验结果见表1-41-4表表1-421 气泡产品低温正装药射击试验结果见表气泡产品低温正装药射击试验结果见表1-51-5表表1-522气泡产品时效强装药射击气泡