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復進機液量檢測方法研究

2022-05-17 14:46:30蘇忠亭李德
科學與信息化 2022年9期
關鍵詞:檢測方法

蘇忠亭 李德

1. 陸軍裝甲兵學院兵器與控制系 北京 100072;

2. 31689部隊 吉林 四平 136000

引言

國內外火炮設計師對幾種典型結構的反后坐系統的開發理論和實踐已經成熟,因此出現了不同類型﹑不同用途的火炮反后坐系統結構相似的現象。雖然現在的反后坐裝置已經有了較大的發展,也滿足于現代裝備的需求,但是,國內外的火炮設計師和專家們對于火炮反后坐系統一直都沒有停止腳步,他們正在研究更簡便更能適應戰場環境的反后坐系統,并且不同裝備的反后坐系統的原理﹑作用以及目的效果也是不同的,所以反后坐系統的發展一直在探索。

對于彈簧式駐退復進機,由于火炮后坐的能量太大,所以相應彈簧的彈性系數大,造成彈簧質量大,彈性系數大也造成了彈簧很難被調節,所以其主要用于部分口徑比較小的炮,因為這種炮后坐力相對較小。彈簧式駐退復進機結構簡單,而且彈簧的彈性系數受到溫度的影響很小,所以說彈簧式復進機相對于液體式復進機更加穩定,如果沒有特別損傷就不需要經常的進行檢測。而部隊應用比較廣泛的大中型火炮主要采用液壓駐退機和液體氣壓式復進機組合的反后坐裝置,而液壓駐退機的工作介質為駐退機,檢查方式比較直觀方便,因此此類反后坐裝置的主要故障主要體現在液體氣壓式復進機漏氣漏液導致的動作的可靠性﹑密封性等問題,對此類反后坐裝置的技術要求,除了要求后坐結束時,后坐部分應平穩無沖擊的復進到位之外,還要求液量和氣壓應在標準范圍內。

隨著科技的進步和現代戰爭的發展,火炮反后坐系統這個必不可少的傳統部分也發生著翻天覆地的變化,比如上置式桿后坐反后坐裝置與下置式筒后坐反后坐裝置,兩者看上去很相似,但是不論是在炮尾的位置還是在內部結構上,兩者的差別很大。這也說明了火炮反后坐系統的整體技術水平,也在慢慢向著更高的水平發展。

目前火炮智能化數字化的程度進展較慢,裝備的維修保養還在用曾經傳統的方法,時代在進步,我們原地踏步就相當于在退步。國內一些油箱內的油量檢查用的就是超聲波檢測,再通過單片機的編程連接指示燈,實現液量的檢查。地方當中很多的超聲波液量檢測已經比較成熟,但是在內部的很多液量檢查還沒有達到這種現代化的方式。

1 復進機液量檢測原理

液體氣壓式復進機漏氣漏液導致的動作的可靠性﹑密封性等問題,對此類反后坐裝置的技術要求,除了要求后坐結束時,后坐部分應平穩無沖擊的復進到位之外,還要求液量和氣壓應在標準范圍內[1]。復進機內液量雖然不能直接測定,但是可以用間接的方法測定。復進機內的氣體和液體的總體積恒定且已知,只要測量氣體的體積就可以計算液量。理想氣體的狀態方程表示為:

而上述的公式是將氣體看作了理想氣體,而這種理想氣體是考慮質量而不考慮體積的,也忽略分子間的作用力。氮氣在復進機內液體的溶解度非常的小,所以也忽略了復進機內氣體溶解發生的能量的轉化,并且復進機可以近似地看成一個封閉的空間。此外,由于整個工作過程中,復進機內部滿足溫度不太低,壓力不太大,故氣室內氣體可近似按理想氣體處理。

根據上面的論述,我們將氣體當作理想氣體,不考慮中間過程,只考慮始末狀態,此時上述的等式成立。我們把實驗的整個進程當作一個等溫的過程,即T1=T2,得到公式。

這個公式就是波義耳-馬略特定律。這個定律是在假設時間足夠短溫度沒有發生變化得到的情況,一些單位仍然在用這樣傳統的方式,其中存在很大的誤差。

2 人工后坐檢測液量方法

人工后坐法是最普遍也是最傳統的復進機液量檢測方法,該方法的基本思路是測得復進機剛開始的氣壓P,顧名思義,在人工的向后后坐一段距離,測得后坐后的氣壓P1,這是用測得的兩個數據P和P1對照炮尾上的液量檢查表,液量檢查表上面對應的位置向下向右延伸交點的位置看是否在兩直線相夾的框內,如果在說明液量正常;若不在范圍內,看檢查表上分辨出液量是不足還是多余。這種方法后坐﹑讀取數值和對照表格都是人工操作,存在誤差大的問題,精度也得不到保證,關鍵已經不符合現代這樣快速的戰場環境。

人工后坐過程,復進機內部液體在活塞的帶動下會壓縮氣體,因此人工后坐任意距離氣壓液量分析計算可用氣體分子熱力學中多變過程的氣體狀態方程描述。標準的復進機氣體體積可以用W0表示,此時氣壓用P0表示。當人工后坐任意距離后(后坐長度為L),氣體體積減小為L與活塞工作面積 的乘積,氣體壓力將為P1,系統氣體狀態關系為:

其中:n為多變指數index,可以用實驗方法進行測定。對于具體火炮n為常量。但是不同的火炮﹑不同的后坐復進速度和狀態下,產生的多變指數也不盡相同,確定多變指數的過程比較困難,要求和標準也比較高,當設定好人工后坐距離后,則L已知,相應的氣體體積變化率已知,而初壓,末壓可測,再根據設定的多變指數n,即可算出相應的氣體容積W即:

復進機內液量的偏差ΔV 可由氣體容積的偏差反應出來,即:

如果ΔV為正值,說明復進機液量多余標準狀態下的液量;反之,計算結果ΔV為負值時,液量少于標準。

人工后坐檢測技術可以在盡量不放出氣體的情況下對氣壓液量進行檢測,但目前存在的問題主要有后坐距離長,需要的力量大,不同種類火炮在進行人工后坐時,設備安裝困難,勞動強度大。目前人工后坐檢測方法費時﹑費力,工具數量多,工作效率低,檢查結果誤差較大的問題,將傳統指針式氣壓表改進為壓力傳感器,并將裝備上附帶的復進機液量氣壓檢查表制定成電子數據,依據波義耳-馬略特定律,在一定的后坐距離范圍內,求解不同后坐距離上的復進機末壓,并進行相應的軟件設計,從而可以實現不同后坐距離的人工后坐液量檢測,提高適用性與測試精度。人工的后坐越來越不符合時代的要求。

3 放氣式液量檢測方法

放氣式氣壓液量檢查方法中,使用檢查筒作為放出氣體的容器,其內部容積體現的是氣體容積變化量。

放氣過程中,氣體屬于增容過程,因此放氣式氣體狀態變化規律可用氣體分子熱力學中多變過程的氣體狀態方程描述。復進內部的標準氣體體積我們用W0表示,這時候的氣壓我們用表示。當檢查筒接入系統后(檢查筒容積為ΔW),氣體體積增加為W0+ΔW,氣體壓力將為P1,系統氣體狀態關系為:

其余計算方法與人工后坐時一致,最終可算出相應的氣體容積W即:

這種方法在坦克炮實際操作中很常見,相對分析和計算的方法也比較成熟。放氣法看上去方便快捷,而且不用花費那么多的人力物力,操作也相對簡單,但每次使用此方法的時候會放出氣體,同時也會帶出少部分液體,不利于液量的保持[2]。此外,簡易檢測的原空氣參與末壓試驗引入誤差,人工量取助推液的過程也引入誤差,整體精度不高。但這種方法遇到的最大的問題就是適用范圍比較窄。火炮口徑由大到小,復進機內液量和總容積也大小不一。在總容積相差較大的情況下,要實現放氣式檢測技術的通用化,必須保證采用的擴容檢查筒容積要固定,這就要求多變指數計算要準確,同時數據采集精度要高,在傳感器選型﹑標定試驗臺﹑調理電路﹑數字濾波上充分設計論證,并進行反復試驗驗證。

目前放氣式氣壓液量檢測方法零部件適配性差﹑傳感器與數顯表零位標定復雜﹑故障率高等問題,擴展適用范圍,研究不同型號火炮復進機在氣體擴散過程中的不同的摩爾比熱容與多變指數所帶來的不同的熱力學特性,提高測試精度。優化壓力傳感器,優化液晶顯示屏幕與數據顯示儀表,提高檢測設備可靠性與適配性。

4 放液式復進機液量檢測方法

把復進機中的液體放入一定體積的小氣瓶中。放出液體后,氣體充滿了整個空間,壓力與體積也隨之改變。觀察壓力值的變化,計算液體體積。測量再將液體充回復進機使得液量不變。助推液被推入小氣瓶的過程中,氣體所占的體積變大壓強降低,這時候氣體壓著液體對其做功,會產生一定的溫度變化,但是這個過程是緩慢進行的,所以我們忽略熱量的變化,所以放液法也滿足之前說過的檢測原理。這種方法步驟簡單易于操作,從而增加了工作的效率。這對于后坐很難的所有種類的火炮都有意義。

5 阻力式氣壓液量檢測法

人工后坐與放氣式氣壓液量檢測方法需要打開開閉桿放出部分氣體,從而導致氣體不足的弊端,研究復進機力的變化規律及其與復進機氣壓液量的對應關系,通過檢測復進機在一定距離上后坐,形成的復進機阻力的變化規律,提取復進機阻力的特征數據,以此為依據,評估復進機氣壓液量的偏差。

液體氣壓式復進機在后坐過程中,活塞與內筒內壁的相互作用,帶動助推液壓縮氣體,使得氣體通過外筒與外界環境進行熱交換,氣體壓力對活塞的作用就是復進機阻力P1,一般用多變過程來描述。

復進機阻力P1與初壓P0﹑氣體初體積W0﹑活塞工作面積Af﹑后坐距離L﹑氣體多變指數n有關,而活塞工作面積Af在結構設計之初即已經確定,初壓P0可通過壓力傳感器測定,后坐距離L已設置,氣體多變指數n計算完畢后,即可明確復進機阻力P1與氣體初體積W0的關系。

6 液量檢測方法分析對比

論文對復進機氣壓和液量的檢測進行了必要性分析,然后對人工后坐式氣壓液量檢測方法﹑放氣式氣壓液量檢測方法﹑復進機阻力式氣壓液量檢測方法等常用的液量檢測方法進行了具體分析。在這三種常用的檢測方法中,人工后坐是法定的檢測方法,也就是在出廠時,由生產廠家指定的檢測方法,檢測過程中不會大量漏氣漏液,在安裝氣壓表或帶壓力傳感器的三通管時所泄漏的氣體可以忽略不計。放氣式液量檢測方法在使用單位中普遍反映較好,安裝方便快捷,設備輕便,操作使用比較簡單,檢測精度比較高,放液式液量檢測方法使用操作比較耗時耗力,緩慢進行的過程中,溫度變化比較小,所以檢測精度也比較高。但是這些方法也有其突出的確定,其中[3],①人工后坐式氣壓液量檢測方法,目前人工后坐檢測方法費時﹑費力,工具數量多,工作效率低,檢查結果誤差較大的問題。②放氣式氣壓液量檢測方法,目前放氣式氣壓液量檢測方法零部件適配性差﹑傳感器與數顯表零位標定復雜﹑故障率高等問題。③復進機阻力式氣壓液量檢測方法,人工后坐與放氣式氣壓液量檢測方法需要打開開閉桿放出部分氣體,從而導致氣體不足的弊端,研究復進機力的變化規律及其與復進機氣壓液量的對應關系,通過檢測復進機在一定距離上后坐,形成的復進機阻力的變化規律,提取復進機阻力的特征數據,以此為依據,評估復進機氣壓液量的偏差。

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