阅读说明：本技术 一种链式炮供弹离合器的故障检测装置及检测方法 (A kind of fault detection means and detection method of chain gun ammunition feed clutch ) 是由 马士垚 季磊钢 李平伟 李炎亮 王运红 赵稳新 白亮 马丽芳 姚瑞 喻伟 刘佳 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种链式炮供弹离合器故障检测装置及检测方法,通过传感器与信号处理盒结合即可直接判断供弹故障原因是电气故障还是机械故障：本发明检测装置可以独立使用,也可与示波器结合使用。在野外环境或恶劣条件等不便于使用示波器时可独立使用,独立使用时传感器电源来自火炮,信号处理盒内部电路板自带电源,不需要额外供电；结合示波器使用时,可以通过示波器显示供弹离合器供电电压曲线,可更直观、清楚地观察离合器供电电压情况,二者相结合使用能增加故障原因判断的准确性。(The present invention relates to a kind of chain gun ammunition feed wrong operation of motor detection device and detection methods, directly can judge misfeed in conjunction with signal processing box the reason is that electric fault or mechanical breakdown by sensor: detection device of the present invention, which can be independently operated, to be used in combination with oscillograph.For probe power from cannon, signal processing box internal circuit board is self-powered, does not need additionally to power when can be independently operated, independent use when field environment or mal-condition etc. are not convenient to use oscillograph；In conjunction with oscillograph in use, can by oscilloscope display ammunition feed clutch supply voltage curve, can it is more intuitive, be clearly viewed clutch supply voltage situation, the two is used in combination the accuracy that can increase failure cause judgement.)

一种链式炮供弹离合器的故障检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种链式炮供弹离合器的故障检测装置，用于在火炮供弹出现多打或少打的故障时进行故障分析。

背景技术

某型链式武器采用离合器原理进行供弹发数控制，受零件机加、装配工艺、电气故障等多种因素影响，火炮射击时存在多打或少打现象，由于火炮射击时具有一定危险性，同时受冲击、振动、噪声等条件限制，传统故障分析时存在以下不足：

电气方面：只能用示波器对供弹离合器进行供电电压及传感器信号监测，检查是否是电压不足，是否是传感器通、断电时机出现错误导致供弹离合器故障，在野外等没有220V电源的情况下无法使用示波器对供弹离合器进行监测，不利于技术人员进行故障原因排查。

机械方面：只能在火炮射击停止后拆下离合器对离合器进行分解检查，通过检查机械零件表面痕迹、内部有无异物等多种可能性原因列故障树一项一项进行排查，间接分析是否是机械问题导致供弹离合器故障，不利于技术人员对供弹故障原因进行精准分析与定位。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了解决现有链式炮供弹离合器故障原因定位难的问题，本发明提供一种链式炮供弹离合器的故障检测装置，该装置能在火炮射击时对供弹离合器的工作电压及锁爪动作时刻进行有效的监控，并在离合器发生故障时能够缩小故障原因排查范围，便于技术人员进行故障分析及原因定位。

本发明的技术方案是：一种链式炮供弹离合器故障检测装置，包括第一插头插座组件、第二插头插座组件、传感器座、传感器和信号处理盒；所述第一插头插座组件和第二插头插座组件分别通过电缆与信号处理盒连接；传感器位于传感器座上，一端与信号处理盒连接，另一端与供弹离合器连接；信号处理盒盒体上安有若干指示灯和显示屏，内部安有电路板；电路板上焊接有三根电缆且三根电缆另一端伸出盒体外，一根连接第一插头插座组件，用于给传感器提供电压及采集炮箱底部传感器信号；一根连接第二插头插座组件，用于监测供弹离合器电压；一根连接传感器，用于采集传感器信号；信号处理盒通过第二插头插座组件从供弹离合器采集实际供电电压，并将采集到的实际供电电压、离合器通电时刻值t0、离合器断电时刻值t2显示在显示屏上；信号处理盒从传感器处采集供弹离合器中的锁爪动作信号，并将检测到的锁爪下落位置的时刻值t1、锁爪抬起位置的时刻值t3显示在显示屏上；若采集到的供弹离合器实际供电电压低于24V，则指示灯L1闪烁，则可判定为电气故障；根据显示屏上显示离合器通电时刻值t0、锁爪下落位置的时刻值t1、离合器断电时刻值t2、锁爪抬起位置的时刻值t3值，通过与标准值进行比较，则可判断供弹离合器故障原因是机械故障或电器故障。

本发明的进一步技术方案是：所述信号处理盒包括微控制器、供电模块、LED状态指示模块、供弹离合器电压采集模块、显示屏模块和传感器信号采集模块；供电模块用于电压转换为微控制器供电；微控制器接收传感器的信号，通过微控制器内部定时器进行精准计时，得到t0、t1、t2、t3时刻值，并根据计算结果向显示屏模块发出指令进行显示；同时接收供弹离合器电压采集模块所得到的模拟量信号，通过微控制器内自带的逐次逼近型ADC进行模数转换，由显示屏模块进行实时电压显示，若电压不足则通过LED状态指示模块进行欠电压告警；LED状态指示模块用于接收来自微控制器所发出的信号指令，点亮或闪烁LED灯进行状态指示。

本发明的进一步技术方案是：所述第一插头插座组件包括第一插头和第一插座；第一插头与链式炮炮箱底部的插座相连接，第一插座与火炮火控系统自带的位置传感器插头相连接。

本发明的进一步技术方案是：所述第二插头插座组件包括第二插头和第二插座；第二插头与供弹离合器上的插座相连接，第二插座与火炮火控系统中为离合器供电的插头相连接。

本发明的进一步技术方案是：所述传感器座整体呈长方形，两端开设有通孔，用于将将传感器座固定在供弹离合器上；其中部开设长条孔，用于安装传感器，使传感器能够适时采集供弹离合器中锁爪的动作信号。

本发明的进一步技术方案是：还包括固定轴，固定轴为圆柱状，材料为45钢，一端加工有台阶，用来限位；另一端加工有螺纹；2个固定轴带有螺纹一端分别穿过供弹离合器及传感器座两端的通孔，通过螺母将传感器座固定在供弹离合器壳体上。

本发明的进一步技术方案是：一种链式炮供弹离合器故障检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：在火炮正常射击时，所述供弹离合器故障检测装置采集到t0、t1、t2、t3值，计算t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值，分别记为a、b、c，以此三个值做为判定供弹离合器故障检测的标准值；

步骤二：火炮射击出现供弹故障时，通过显示屏上显示的t0、t1、t2、t3值，计算出t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值，并分别与a、b、c进行比较，若|t1-t0-a|≧5ms、或|t3-t2-c|≧5ms，则说明供弹离合器内锁爪运动不灵活，可判定为机械故障；若|t2-t0-b|≧5ms,则说明供弹离合器供电时间出现问题，判定为电气故障；

步骤三：若指示灯L1闪烁，则说明供弹离合器供电电压不足，同时显示屏也对实时电压进行显示，判定为电气故障。

发明效果

本发明的技术效果在于：1、本发明故障检测装置操作简单，通过传感器与信号处理盒结合即可直接判断供弹故障原因是电气故障还是机械故障：

(1)在火炮正常射击时，通过故障检测装置采取到t0、t1、t2、t3值，计算t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值，分别记为a、b、c，以此三个值作为判定供弹离合器故障检测的标准值。

(2)火炮后续射击出现供弹故障时，通过显示屏上显示的t0、t1、t2、t3值，计算出t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值分别与a、b、c进行比较，若|t1-t0-a|≧5ms，或|t3-t2-c|≧5ms，则说明供弹离合器内锁爪运动不灵活，可判定为机械故障；若|t2-t0-b|≧5ms,则说明供弹离合器供电时间出现问题，判定为电气故障；

(3)若指示灯L1闪烁，则说明供弹离合器供电电压不足，同时显示屏也对实时电压进行显示，判定为电气故障。

同时测得的t1及t3时刻值也能够为技术人员进行机械故障分析提供依据。

2、本发明检测装置可以独立使用，也可与示波器结合使用。在野外条件或恶劣环境等不便于使用示波器时可独立使用，独立使用时传感器电源来自火炮，信号处理盒内部电路板自带电源，不需要额外供电；结合示波器使用时，可以通过示波器显示供弹离合器供电电压曲线，可更直观、清楚地观察离合器供电电压情况，二者相结合使用能增加故障原因判断的准确性。

3、现有技术中只能在火炮射击停止后拆下离合器并对其进行分解检查，通过间接分析是否是机械问题导致供弹离合器故障；而本发明在火炮射击后通过显示屏显示的时刻值即可判断火炮射击发数故障原因是电气故障还是机械故障；

4、本发明故障检测装置整套装置体积约为300mm×200mm×100mm，体积小，便于携带。

附图说明

图1是本发明供弹离合器故障检测装置组成示意图。

图2是本发明装置安装示意图,(a)为第一安装示意图，(b)为第二安装示意图

图3是位置传感器与离合器安装关系示意图。

图4是位置传感器安装示意图。

图5是供弹离合器锁爪工作示意图。

图6是检测装置工作流程图。

图7是供弹离合器内旋转套示意图,(a)为第一示意图，(b)为第二示意图

图8是供弹离合器内锁爪示意图。(a)为第一示意图，(b)为第二示意图

图9是信号处理显示盒示意图。

图10是传感器座示意图，(a)为第一示意图，(b)为第二示意图

图11是固定轴示意图。

图12是供弹离合器示意图，(a)为第一示意图，(b)为第二示意图

图13是传感器示意图

图14是微控制器引脚图

图15是微控制器最小系统原理图

图16是供电模块原理图

图17是LED状态原理图

图18是供弹离合器电压采集模块原理图

图19是显示屏模块原理图

图20是传感器采集模块原理图

图21是本检测方法流程图

图22是处理盒与外部元器件连接关系图

图23是处理盒内部模块之间关系原理图

附图标记说明：1—插头Ⅰ，2—插座Ⅰ，3—插座Ⅱ，4—插头Ⅱ，5—固定轴，6—传感器座，7—小螺母，8—大螺母，9—传感器，10—信号处理显示盒，11—供弹离合器壳体，12—旋转套，13—锁爪，14—指示灯L1，15—指示灯L2，16—指示灯L3，17—显示屏。

具体实施方式

参见图1—图23,本发明一种链式炮供弹离合器故障检测装置，包括固定轴5、传感器座6、小螺母7、大螺母8、信号处理显示盒10；

固定轴5为圆柱状，材料为45钢，一端加工有台阶，用来限位；另一端加工有螺纹；2个固定轴5带有螺纹一端分别穿过传感器座两端的通孔，小螺母7通过螺纹与固定轴5连接，将传感器座6固定在供弹离合器壳体11上。

传感器座6呈长方形，材料为45钢，为安装基础件，用于将传感器9固定在供弹离合器壳体11上；其两端开设有通孔，用于安装固定轴5，中间开设有长条孔，用来安装传感器9。

传感器9为外购件，呈圆柱形，圆柱外表面是螺纹，其尾部自带导线直接焊接在信号处理显示盒10内部的电路板上，传感器9属于距离传感器，当有物体接近传感器9头部感应区域时，传感器9将会发出电气指令，本发明中当锁爪13落下接近到传感器9头部感应区域时，发出电气指令使指示灯L2点亮，同时记录此时刻值为t1。

信号处理显示盒10壳体由1毫米厚钢板通过螺钉形成，尺寸为200mm×150mm×100mm，信号处理显示盒10正上方安装有指示灯L1、指示灯L2、指示灯L3、显示屏17，内部安装有电路板，内部电路板通过4个螺钉紧固在信号处理显示盒10的壳体内；信号处理显示盒10连接三根电缆，一根电缆与传感器9连接，传感器9头部感应端穿过传感器座6中部条形孔，靠近电缆连接头的一端通过两个大螺母8与传感器座6连接；一根固定轴5螺纹端穿过火炮供弹离合器壳体11、锁抓13及传感器座6一端的通孔，通过小螺母7与传感器座6连接；另一根固定轴5螺纹端穿过火炮供弹离合器壳体11及传感器座6另一端的通孔，通过小螺母7与传感器座6连接；固定轴5的台阶端与供弹离合器壳体11上台阶孔贴合；第二根电缆一端与信号处理显示盒10连接，另一端连接一个插头Ⅰ和插座Ⅰ，插头Ⅰ与链式炮炮箱底部的插座相连接，插座Ⅰ与火炮火控系统自带的位置传感器插头相连接；第三根电缆一端与信号处理显示盒10连接，另一端连接一个插头Ⅱ和插座Ⅱ，插头Ⅱ与供弹离合器上的插座相连接，插座Ⅱ与火炮火控系统中为离合器供电的插头相连接。三根电缆直接通过焊接方式连接到信号处理显示盒10的内部电路板上，与信号处理显示盒9形成一个整体；工作时，信号处理显示盒内部电路板从供弹离合器处采集实际供电电压，并将采集到的实际供电电压、离合器通电时刻值t0、离合器断电时刻值t2值显示在显示屏上；炮箱内位置传感器与传感器9通过信号处理显示盒内部电路连接在一起，共同从火炮控制系统取电，信号处理显示盒内部电路从传感器9处采集锁爪13动作信号，并将检测到的锁爪下落到位置2的时刻值t1、锁爪抬起到达位置1的时刻值t3显示在显示屏上。

旋转套12及锁爪13是链式炮供弹离合器内部零件，是实现火炮供弹的主要零件，旋转套12整体呈圆柱形，外圆有四个卡槽用来实现旋转套制动；锁爪13外观呈“丁”字形，一端开设有一通孔，固定轴5穿过此孔，锁爪13可绕固定轴5旋转，其工作原理类似棘轮机构；当锁爪13抬起使锁爪头部处于旋转套12的卡槽内时，即锁爪在位置1时，旋转套12由于被锁爪顶住而不能旋转，火炮不能供弹；当锁爪落下而脱离旋转套的卡槽时，即锁爪13在位置2时，旋转套12未被锁爪顶住而能够进行旋转，火炮能够供弹，本发明检测装置通过传感器9实时检测锁爪13的位置，判断锁爪13是否按设计要求在固定时间点抬起或落下。

插头Ⅰ、插座Ⅰ、插头Ⅱ、插座Ⅱ皆为外购件，插头Ⅰ与插座Ⅰ用于将火炮火控系统与链式炮炮箱内的位置传感器相连接，同时通过电缆与信号处理显示盒10内的电路板相连接，用于测量离合器通电时刻值t0、离合器断电时刻值t2；插头Ⅱ与插座Ⅱ用于将火炮火控系统与供弹离合器连接起来，同时通过电缆与信号处理显示盒10内部电路板相连接，用于监测供弹离合器的供电电压及测量锁爪在位置1的时刻值t1、锁爪在位置2的时刻值t3。

参见图14，此图为微控制器引脚图，微控制器是信号处理显示盒内电路板上的核心元器件，主要功能有：

1)用于接收炮箱底部传感器及供弹离合器上传感器9的信号，通过微控制器内部定时器进行精准计时，得到t0、t1、t2、t3时刻值并根据计算结果向LED及显示屏模块发出指令进行显示。

2)接收供弹离合器电压采集模块所得到的模拟量信号，通过微控制器内自带的逐次逼近型ADC进行模数转换，并通过显示屏模块进行显示。

参见图15，为微控制器最小系统原理电路图，为微控制器正常运行提供支持，微控制器型号为STM32F103RCT6，是一种嵌入式微控制器集成电路，完成传感器信息采集、外部通信任务，工作频率达到72MHz，供弹离合器动作在毫米级别，能够满足使用要求。

参见图16，为微控制器供电模块电路图，该供电模块内部采用自带5V电池进行供电，供电模块用于电压转换为微控制器供电，芯片采用AMS1117，是低压差稳压芯片。

参见图17，LED状态指示模块用于接收来自微控制器所发出的信号指令，在适时点亮LED进行状态指示。

参见图18，图中J3与供弹离合器上的插座相连接，J4与火炮火控系统中为离合器供电的插头相连接，V_LIHEQI引脚与微控制器内对应引脚相连接，由于微控制器内ADC模块通道的输入电压为0-3.6V，所以采用电阻R2与R7进行分压，以满足ADC输入电压范围要求。

参见图19，OLED为显示屏模块，如图所示引脚与微控制器上对应引脚相连，直接接收来自微控制器的指令，显示离合器的供电电压及t0、t1、t2、t3时刻值。

参见图20，图上J1与链式炮炮箱底部的插头相连接，J2与火炮火控系统自带的位置传感器插头相连接，传感器9安装在供弹离合器上，引脚CHUANGANQI_LHQ及CHUANGANQI_PX与微控制器内对应引脚相连，向微控制器提供传感器信号。

详见附图22和23，信号处理显示盒内部芯片从供弹离合器处采集供电电压，并记离合器通电时刻为t0，离合器断电时刻为t2，并将采集到的供电电压与t0、t2值显示在显示屏上。炮箱内位置传感器与本发明检测装置传感器9通过信号处理显示盒内部电路连接在一起共同从火炮控制系统取电，信号处理显示盒内部芯片从装置内传感器9处采取锁爪13动作信号，并记锁爪落下(位置2)时刻值记为t1，锁爪抬起(位置1)时刻值记为t3，将测得的t1与t3值显示在显示屏上。

安装时：

1、固定传感器与传感器座：先通过传感器9表面带有的螺纹将一个大螺母8旋入到传感器9上靠近其尾部接线端处；再将传感器9头部感应端穿过传感器座6上的长条孔，最后将另一个大螺母8穿过传感器9头部感应端，同时旋转两个大螺母8将传感器9固定在传感器座6上；

2、固定供弹离合器与传感器座：从链式炮上拆下供弹离合器，供弹离合器壳体11两端各有一通孔，将两根固定轴5的螺纹端分别穿过供弹离合器壳体11两端的通孔，直至固定轴5一端的台阶与供弹离合器壳体11上的台阶孔贴合，其中一根固定轴5同时穿过供弹离合器内锁抓13一端的通孔；然后将第1步已装好传感器9的传感器座6通过其两端的通孔装到两根固定轴5上，再将小螺母7通过螺纹拧在固定轴5之上；

3、将插头Ⅰ与链式炮炮箱底部的插座相连接，插座Ⅰ与火炮火控系统自带的位置传感器插头相连接，用于将火炮火控系统与链式炮炮箱内的位置传感器相连接，同时通过电缆与信号处理显示盒10内的电路板相连接；插头Ⅱ与供弹离合器上的插座相连接，插座Ⅱ与火炮火控系统中为离合器供电的插头相连接，用于将火炮火控系统与供弹离合器连接起来，同时通过电缆与信号处理显示盒10内部电路板相连接，用于监测供弹离合器的供电电压。

4.通电调试，用扳手拧松两个大螺母8，使传感器9能够在传感器座6的长条孔内沿垂直于长条孔轴线方向上移动，调整传感器9在长条孔内沿垂直于轴线方向上的位置：使锁爪在落下状态时传感器9能够检测到信号，即锁爪在位置2时信号处理显示盒10上的指示灯L2常亮；当锁爪抬起时，即锁爪在位置1时，信号处理显示盒10上的指示灯L2熄灭；调整好传感器9的位置之后拧紧两个大螺母8。

工作时：

链式炮是否进行供弹主要由外力驱动锁爪13进行控制，当锁爪13处于位置1时，旋转套12被锁爪13顶住，旋转套12不转，火炮不供弹；当锁爪处于位置2时，旋转套被释放而能够旋转，火炮进行供弹。所以当供弹发生异常时，通过传感器9检测锁爪13运动到位置2的时刻值t1、再返回到位置1的时刻值t3及供弹离合器上电时刻值t0、供弹离合器断电时刻值t2，通过计算并与标准值比较就能够准备判断故障原因。

其中t0－供弹离合器上电时刻值；

t1－锁爪13运动到位置2时刻值，即锁爪落下释放旋转套12，旋转套12开始转动的时刻值；

t2－供弹离合器断电时刻值；

t3－锁爪13运动到位置1时刻值，即锁爪抬起卡住旋转套12，旋转套12停止旋转的时刻值。

信号处理显示盒10上有三个状态指示灯，其中L1用于进行供弹离合器电压监测，欠电压则L1闪烁；L2用于检测锁爪位置，锁爪运动到位置1则L2亮；L3是电源指示灯，装置正常工作状态下常亮。

故障判断：

(1)在火炮正常射击时，通过故障检测装置采取到t0、t1、t2、t3值，计算t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值，分别记为a、b、c，以此三个值作为判定供弹离合器故障检测的标准值。

(2)火炮后续射击出现供弹故障时，通过显示屏上显示的t0、t1、t2、t3值，计算出t1-t0值、t2-t0值、t3-t2值分别与a、b、c进行比较，若|t1-t0-a|≧5ms，或|t3-t2-c|≧5ms，则说明供弹离合器内锁爪运动不灵活，可判定为机械故障；若|t2-t0-b|≧5ms,则说明供弹离合器供电时间出现问题，判定为电气故障；

(3)若指示灯L1闪烁，则说明供弹离合器供电电压不足，同时显示屏也对实时电压进行显示，判定为电气故障。