[发明专利]一种自动供输弹装置故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大口径火炮供输弹装置角运动参数和负载电流分析的故障诊断方法。

背景技术

大口径火炮自动供输弹装置是高速运动的机电液一体化系统，要求有高精度的机电液协调匹配工作。在快速供输弹过程中，各运动部件由于加工制造误差和恶劣的工作条件，极易发生运动不畅和卡滞停射故障。很有必要对自动供输弹装置工作中各机构的高速动作故障进行研究，探求一种快速、高效的基于机构角运动参数和负载电流分析的自动供输弹装置故障的早期诊断技术。

发明内容

本发明目的是为克服上述已有技术的不足，提供一种维修成本低、周期短的基于机构角运动参数和负载电流分析的高速自动供输弹装置实时故障诊断方法。

现有的大口径火炮自动供输弹装置主要包括：油源及驱动电机、旋转式弹仓、固定式药仓、推(抓)弹(药)机构，弹(药)协调臂、弹(药)翻转机构和输弹(药)机构等，自动供输弹机构在炮弹击发和供输弹过程中产生强烈的冲击、振动和噪声，自动供输弹机构动作可看成是电机或液压机构驱动所产生一系列构件协调运动，其主要动作流程为推弹机进行推弹动作，弹协调臂接住弹仓的供弹，翻转机构进行旋转将弹丸放入输弹机弹盘中，接到弹后输弹机驱动推弹小车进行推弹动作，弹丸高速弹入输弹通道，进行卡膛；药仓翻转驱动电机完成翻转和推药动作，药协调臂机构或送药手将装药送入膛内，完成自动供输弹过程和连续射击。自动供输弹装置各机构的高速启停动作构成了供输弹装置的主要激振源。由于供输弹过程中完成供、输、推弹的执行电机或液压装置驱动轴、链轮和转臂等构件周期性运动，结构刚度反复变化、结构作用力矩瞬时连续变化，都引起激振力作用，都将会产生一定频率和方向的机械运动。对于电机和液压机构驱动供输弹装置各构件传递力和运动，各构件的负载力矩使自动供输弹装置的运行状态发生变化，将直接反映在驱动电机的电流变化上，机构运动特性的好坏，与负载电流的波动直接相关，电流特性变化的频率和幅值反映了高速供输弹装置运动的平稳性，任何卡滞或不畅的故障都能在机构角运动参数和负载电流上体现出来。本发明方法具体是：

(1)在大口径火炮自动供输弹装置上布置测点，根据自动供输弹运动循环图提供的驱动方式，选取供弹电机和液压油源电机的驱动电流为测点；根据自动供输弹运动循环图所提供的各机构高速启停动作节点，选取弹药协调臂摆动轴心位置作为角运动参数的测点。

对旋转式弹仓或输弹盘来说，采用光电式角位移和角速度传感器直接测试转轴的角参量，或将旋转构件的某点的角运动转换成光电编码器或旋转变压器轴的转动，间接地测试弹仓或输弹盘的角位移和角速度参数随时间的变化规律；采用霍尔电流传感器对旋转式弹仓或输弹盘的驱动电机和液压马达的油源电机的负载电流变化进行测试，采集电流随时间的变化规律。在间接测试机构的角运动参数时，特别要求光电编码器或旋转变压器的输入轴转动与机构的转动之间同步，中间无间断点和相对滑动现象出现，尤其是机构动作的启动和停止阶段，否则造成信号失真。

(2)用便携式信号采集仪同时采集记录旋转式弹仓、协调臂、翻转机构和输弹机构等的各角位移和角速度信号以及各个驱动电机的负载电流变化信号。为避免本装置各通道与其它系统之间的相互影响，使用信号隔离器件减小采集现场与数采设备之间的相互干扰。信号隔离器件采用光电隔离器件制作而成，信号采集仪采用美国National Instruments公司的数据采集模块NI-USB-6216组成数据采集装置。

(3)对所采集记录的角运动信号和电流变化信号先做基线漂移修正、野点剔除等信号数据修复工作；信号数据处理部分设置了数据存储显示、数据处理、特征提取和比较分析功能，分别对各路角运动参数和电流参数进行信号处理。数据处理部分采用中值滤波、FIR滤波、平滑处理、峰值提取和谷值提取共五种方法分别对数据做处理，在此基础上再完成特征提取。特征提取过程是将信号中周期性存在的启动时刻、启动时的幅值、终止时刻、终止时幅值、一个周期内的峰值出现时间、峰值幅值和平均值提取出来，并以文件保存，为后续故障诊断提供依据。

(4)对所采集的加速度冲击信号和电流冲击信号做时域分析，做出幅值概率密度和概率分布曲线，并对信号做自相关和互相关分析，在各种时域曲线中提取各次冲击作用的周期长度、峰值的大小、衰减率和品质因子等特征参量。利用模拟实验提取的时域信号峰值和时刻、各冲击能量和熵的变化与分布，再通过自动供输弹装置运动循环图的各个转换时刻特征，共同构成自动供输弹装置主要构件状态识别的专家规则，该规则是自动供输弹装置能量损耗和熵变化数值与故障程度统计分析的结果，可以进行故障识别、定位、定量与预测。