技术领域
[0001] 本
发明属于供输弹系统故障监测与预估技术，涉及某型大口径火炮供输弹装置
链轮与滚轮磨损量和协调器平衡机气液量的故障监测与预测方法。
背景技术
[0002] 火炮自动供输弹系统是火炮上故障发生率较高的子系统，由于其工序复杂，需要多个机构相互匹配以实现精确的供输弹过程，其中任意机构发生故障都将导致供输弹系统供弹异常。因此，精确研究供输
弹子系统故障发生原因，从根源上监测和抑制潜在故障以实现视情维修，对于供输弹系统正常运行和维护具有至关重要的作用。
[0003] 为研究供输弹系统运行健康状况，目前大多采用振动
信号测量来监测和评估供输弹系统健康状况，此种方法监测范围广，能对供输弹系统各机构进行普遍性监测，对于供输弹系统振动参数能做到全面监测，但在故障诊断和预测方面无法做到精准性预测，且振动信号噪声干扰大，需要经过
小波变换等
信号处理方法进行消噪，产生的结果误差大，同时，根据振动信号难以建立振动信号和具体故障之间的关系，因而对于故障的实时诊断和预测效果不明显。
发明内容
[0004] 要解决的技术问题
[0005] 为了避免
现有技术的不足之处，本发明提出一种以具体故障对应监测参数的精确性故障监测方法，通过对影响供输弹关键故障的两个关键因素滚轮与链轮磨损和协调器小平衡机气液量实施监测，实现一种精确化的供输弹故障监测与预测装置。
[0006] 技术方案
[0007] 一种自动供输弹故障在线监测与预测方法，其特征在于：将激光位移
传感器安装于弹架本体靠近链轮的一侧监测主从动链轮磨损量；将传感器安装于协调臂上监测协调臂转动
角度变化；将传感器安装于小平衡机内监测小平衡机内压
力变化；将激光位移传感器安装于弹筒上监测弹筒位移；步骤如下：
[0008] 步骤1：将上述各个传感器所测的
电信号，通过A/D转换为
数字信号；
[0009] 步骤2：将所得的主从动链轮磨损量、协调臂转动角度、小平衡机压力及弹筒位移绘制成曲线，并绘制小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线，将所得主从动链轮磨损曲线、小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线、弹筒位移曲线导入到灰色
预测模型平台，利用matlab编写灰色预测模型程序，利用灰色预测模型
算法对曲线进行预测，得到主从动链轮磨损预测曲线、小平衡机压力随协调臂转动角度变化预测曲线、弹筒位移预测曲线；
[0010] 步骤3：结合历史
数据库和
知识库，根据预测曲线判断主从动链轮磨损量和弹筒位移临界值，具体分为以下情况：
[0011] (1)当主从动链轮磨损量达到磨损
阈值时，则供输弹系统接近产生供弹卡滞或供弹不到位故障，报警灯亮，随即发出维修指令为更换主从动链轮；
[0012] (2)当弹筒位移达到位移所允许最大阈值时，同时检查链轮磨损情况，若链轮磨损量未达到所设阈值则供输弹系统很可能混入杂物导致卡滞和供弹不到位的故障，需连接报警灯发出检查异物指令；
[0013] (3)若弹筒位移和主从动链轮磨损量同时达到阈值则必然是由链轮磨损导致供弹不到位或卡滞，需立即更换链轮；
[0014] 步骤4：将小平衡机压力随协调臂转动角度变化预测曲线导入推理机中，结合历史数据库知识，与历史数据库正常状态下小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线对比，针对不同情况分别采取充气、充液放气、放液充气的维修措施，具体情况如下：
[0015] (1)若协调臂角度在-3°-6°范围内，小平衡机压力值高于正常压力值，则报警并放气使压力值与正常值吻合；
[0016] (2)若协调臂角度在-3°-6°范围内，小平衡机压力值低于正常压力值，则报警并充气使压力值与正常值吻合；
[0017] (3)若协调臂角度在6°-15°范围内，小平衡机压力值高于正常压力值，当协调臂角度在45°-60°范围内小平衡机压力值低于正常压力，则应报警并采取措施充液放气使小平衡机压力随协调臂角度变化曲线与实际曲线吻合；
[0018] (4)若协调臂角度在6°-15°范围内，小平衡机压力值低于正常压力值，当协调臂角度在45°-60°范围内小平衡机压力值高于正常压力，则应报警并采取措施放液充气使小平衡机压力随协调臂角度变化曲线与实际曲线吻合。
[0019] 所述的激光位移传感器的型号为IL600。
[0020] 所述的双轴倾角传感器的型号为CS-2TAS-01B。
[0021] 所述的
压力传感器的型号为PN3001。
[0022] 有益效果
[0023] 火炮供输弹系统的运行的可靠性对于火炮系统至关重要，火炮供输弹装置发生故障对于火炮发射的影响是灾难性的，本发明通过监测主从动链轮磨损、小平衡机气液量随协调臂变化、弹筒位移，实时监测和预测各参数变化，能够预测故障发展趋势，实现视情维修以减少故障发生后才进行的事后维修所带来的损失。
[0024] 本发明利用先进传感器，数据传输装置，智能报警器，先进预测算法灰色预测模型等共同组建了一套实现从数据监测到故障预测的智能化监测系统，解决了传统维修的效率低下，误差大等缺点，能实现快速化、精准化发现和解决故障，大大提高了维修效率。
附图说明
[0025] 图1为本装置结构及测点图
[0026] 图2为数据读取与处理功能图
[0028] 附图标记说明：1—弹架本体靠近主动链轮侧；2—弹架本体靠近从动链轮侧；3—协调臂表面；4—小平衡机内；5—弹筒表面。
具体实施方式
[0029] 现结合
实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0030] 火炮供输弹机械系统常见故障形式主要为供弹不及时，供输弹过程卡滞，输弹不到位等故障。研究发现，影响供输弹故障的核心部件和原因如下：
[0031] 供输弹过程中弹丸由输弹链带动运转，输弹链则由链轮带动链条提供动力，由于链轮与滚轮不可避免地摩擦致使链轮与滚轮一定程度的磨损，导致输弹过程中输弹速度及平稳性受到影响致使供输弹卡滞或输弹不到位等故障发生。
[0032] 协调器在运行时主要靠协调臂转动来调节
位置使得弹丸能准确地运送到相应位置，其主要靠平衡机来平衡协调臂转送时的力矩，当协调臂向下转动时
活塞杆压缩小平衡机内气体，小平衡机给协调臂一个反推力，从而产生平衡力矩。随着转角的增大平衡力矩也随之增大；反之协调臂向上运动时，小平衡机内体积增大，气压减少，平衡力矩也相应减少。因此小平衡机里的气液量关系对协调器运转影响巨大，由于小平衡机在运转过程中气液量不可避免的流失致使气液量关系可能不当，致使协调器转速不正常或协调不灵活等故障，进而导致供输弹不到位故障发生。
[0033] 基于以上分析，找出了供输弹系统供弹卡滞、供输弹不到位等故障产生的具体影响因素为链轮与滚轮的磨损量和协调器小平衡机气液量。因此本发明通过监测链轮与滚轮磨损量及小平衡机气液量来实现对供弹系统卡滞和不到位的故障预测。本发明的具体方法是：
[0034] 一种自动供输弹装置故障监测与预测装置结构测点图如图1所示：
[0035] 由供弹机、协调器、输弹机、炮膛和抛壳机组成了供输弹系统供输弹的基本过程，根据供输弹卡滞和供输弹不到位故障的原因在火炮供输弹系统关键部位供弹机、协调器、输弹机上安装传感器分别监测主从动链轮磨损量、协调臂转动角度、小平衡机压力和弹筒位移。将所测得参数反映至
计算机系统，进行参数状态监测，对主从动链轮磨损量设置阈值，根据协调臂和小平衡机角度与气液量关系设置报警装置实现故障预警，对输弹机上弹筒位移设置阈值，报警并采取相应维修措施。通过监测系统将数据导入到故障预测平台，采用灰色预测模型方法对磨损量和弹筒位移变化进行预测，以实现提前发现故障，提前解决卡滞和供输弹不到位的故障。
[0036] 本发明根据Recurdyn多体动力学仿真
软件对供输弹系统供弹机主从动链轮进行多体动力学仿真以确定主从动链轮磨损量对供输弹卡滞和供输弹供弹不到位的影响。利用故障注入法向主从动链轮与滚轮
接触处添加磨损故障，多次进行多体动力学仿真，经研究并与故障手册对比：当注入磨损深度达到1.5mm时，供输弹系统供弹过程会出现短暂卡滞现象，当注入故障达到2.5mm时，供弹位移与实际要求值差异超出阈值。基于此，可以得出供弹机主从动链轮磨损与供输弹供弹卡滞及供输弹不到位故障之间的量化关系，通过监测主从动链轮磨损量，并设置报警阈值，根据不同阈值，反映相应报警信号。
[0037] 本发明通过研究协调器转动角度与协调器小平衡机气液量的关系，结合维修手册意见，得出协调器协调臂转动角度和小平衡机气压关系表，如表1所示，[0038] 表1气液量检查对照表
[0039]角度 -3° 15° 30° 45° 60°
压力(MPa) 3.50 3.68 3.85 4.07 4.27
[0040] 通过对协调臂转动角度和小平衡机气压进行监测，当协调臂角度和小平衡机气压关系出现异常时进行气液的充放。
[0041] 供输弹出现供弹不到位故障的主要原因为供弹机链轮磨损和协调器故障，同时也有其他因素影响，如系统内出现异物会造成卡滞，这类因素属于非机械系统自身运转因素，通过直接监测输弹机上弹筒位移，并与供弹机链轮磨损量和协调器与小平衡机气液量对比，若弹筒位移出现故障，而链轮磨损量和协调器与小平衡机气液量关系都处于正常范围，则进行异物排查或分析其他影响因素。
[0042] 自动供输弹系统在供输弹过程中，各运动参数都处于一定范围内，一种自动供输弹故障在线监测与预测流程图如图3所示：根据供输弹运动位移与主从动链轮磨损量的关系，协调器转动角度与小平衡机气液量的关系，输弹机弹筒位移值来综合监测供输弹系统供弹卡滞和供弹不到位的故障特征，通过灰色预测模型对链轮磨损量曲线、弹筒位移曲线、小平衡机压力随协调臂角度变化曲线进行预测，在保证预测
精度的情况下对故障的发展做出预测，并实现视情维修，提前于故障未发生时采取相应的维修措施。具体检测步骤入下：
[0043] 1、利用激光位移传感器监测主从动链轮磨损量，并将激光位移传感器安装于弹架本体靠近链轮的一侧，如图1测点1,2处，采用非接触式测量，采用型号为IL600；利用双轴倾角传感器监测协调臂转动角度变化，将传感器安装于协调臂上如图1测点3处，选用CS-2TAS-01B双轴倾角传感器；利用压力传感器监测小平衡机内压力变化，将传感器安装于小平衡机内如图1测点4处，选用PN3001压力传感器；利用激光位移传感器监测弹筒位移，并将激光位移传感器安装于弹筒上如图1测点5处，采用型号为IL600。
[0044] 2、将传感器所测得电信号，通过
数据采集模
块把采集到的电信号进行A/D转换，通过
数据总线把采集到的数据送给工控机，利用上位机软件对数据进行读取和处理，其功能图如图2所示：
[0045] 3、利用计算机软件将所得主从动链轮磨损量、协调臂转动角度、小平衡机压力及弹筒位移绘制成曲线，并绘制小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线，将所得主从动链轮磨损曲线、小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线、弹筒位移曲线导入到灰色预测模型平台，利用matlab编写灰色预测模型程序，利用灰色预测模型算法对曲线进行预测，得到主从动链轮磨损预测曲线、小平衡机压力随协调臂转动角度变化预测曲线、弹筒位移预测曲线。
[0046] 4、结合历史数据库和知识库，根据预测曲线判断主从动链轮磨损量和弹筒位移临界值，具体分为以下情况：
[0047] (1)当主从动链轮磨损量达到磨损阈值时，则供输弹系统接近产生供弹卡滞或供弹不到位故障，报警灯亮，随即发出维修指令为更换主从动链轮；
[0048] (2)当弹筒位移达到位移所允许最大阈值时，同时检查链轮磨损情况，若链轮磨损量未达到所设阈值则供输弹系统很可能混入杂物导致卡滞和供弹不到位的故障，需连接报警灯发出检查异物指令；
[0049] (3)若弹筒位移和主从动链轮磨损量同时达到阈值则必然是由链轮磨损导致供弹不到位或卡滞，需立即更换链轮。
[0050] 5、将小平衡机压力随协调臂转动角度变化预测曲线导入推理机中，结合历史数据库知识，与历史数据库正常状态下小平衡机压力随协调臂转动角度变化曲线对比，针对不同情况分别采取充气、充液放气、放液充气的维修措施，具体情况如下：
[0051] (1)若协调臂角度在-3°-6°范围内，小平衡机压力值高于正常压力值，则报警并放气使压力值与正常值吻合；
[0052] (2)若协调臂角度在-3°-6°范围内，小平衡机压力值低于正常压力值，则报警并充气使压力值与正常值吻合；
[0053] (3)若协调臂角度在6°-15°范围内，小平衡机压力值高于正常压力值，当协调臂角度在45°-60°范围内小平衡机压力值低于正常压力，则应报警并采取措施充液放气使小平衡机压力随协调臂角度变化曲线与实际曲线吻合；
[0054] (4)若协调臂角度在6°-15°范围内，小平衡机压力值低于正常压力值，当协调臂角度在45°-60°范围内小平衡机压力值高于正常压力，则应报警并采取措施放液充气使小平衡机压力随协调臂角度变化曲线与实际曲线吻合。
