某型手榴弹故障模式及影响分析研究

成 云, 赵晓利, 仲伟君, 杨岩峰

(军械工程学院,石家庄 050003)



某型手榴弹故障模式及影响分析研究

成 云, 赵晓利, 仲伟君, 杨岩峰

(军械工程学院,石家庄 050003)

某型手榴弹是我军重要的单兵武器装备之一,但在部队实际储存和使用过程中曾发生多起安全事故,本文介绍了该型手榴弹的结构和作用原理,结合手榴弹的结构特点,利用故障模式及影响分析的方法分析手榴弹所有可能的故障模式、故障原因及对手榴弹的影响,确定了不同故障模式的严酷度等级、故障检测方法和预防措施,找到了系统内造成安全失效的原因和潜在的薄弱环节,为研究手榴弹整体质量变化规律和评估手榴弹储存可靠性奠定了一定的理论基础。

手榴弹; FMEA; 故障模式; 故障原因

1 引 言

某型全塑无柄钢珠手榴弹是我军单兵近距离作战重要的武器装备之一,主要用于近距离作战时杀伤敌有生力量和破坏装甲目标,具有体积小、重量轻、结构简单、携带使用方便等优点,在部队大量装备并被广泛使用[1]。但近些年在部队储存保管和训练使用中,陆续发生了多起安全事故,甚至造成了人员伤亡,对部队正常的工作造成了严重的影响。故障模式及影响分析(FMEA)是一项重要的可靠性工作,利用故障模式及影响分析的方法,针对该型全塑无柄钢珠手榴弹弹的结构特点,分析手榴弹的失效模式,找出造成手榴弹安全失效的因素和系统中潜在的薄弱环节[2～4],,对研究该手榴弹的质量变化情况具有指导意义。

2 FMEA简介

故障模式及影响分析是一种以定性分析为主的方法,FMEA始于20世纪50年代,美国格鲁曼飞机公司最早把FMEA应用于战斗机操作系统的设计分析中;60年代,美国NASA将FMEA用于航天飞行器;从70年代起,FMEA被广泛地应用于军事领域中[5,6]。

FMEA实际上是一种自下而上的分析方法,从系统最基本的零部件开始,分析可能出现的故障模式,再逐步向上级分析故障产生的影响,最终找到对系统的影响。FMEA没有定量的可靠性数据,也能有效地分析出潜在的问题。FMEA的基本步骤有:确定分析的对象;分析结构和作用原理,得到结构树;绘制系统的可靠性框图;列举故障模式及原因;分析故障影响及其严酷度;提出改进措施。

3 手榴弹结构及其作用原理

该型全塑无柄钢珠手榴弹由弹体和发火机构两部分构成[7]。弹壳由高密度聚乙烯JⅢ树脂配以防老化剂注塑而成,衬套是用聚乙烯塑料包覆钢珠注塑成型,弹体装药为塑-4炸药。发火机构由连接体、延期雷管、击发体及其扭簧、保险握片及保险销等零件组成,连接体由高密度聚乙烯树脂JⅢ材料注塑而成,延期雷管由撞击式火帽、延期管和雷管组成,延期药延期时间为2.8s～4s。

投掷时,握住保险握片,拉出保险销,投出后,在扭簧扭矩作用下,击锤板绕轴旋转,并驱动保险握片转动释放击锤板。击锤击发火帽,火帽点燃延期药,经过2.8s～4s,点爆雷管,雷管引爆弹体装药,使钢珠高速飞散,产生杀伤作用。

4 故障模式及影响分析

4.1 手榴弹的结构树

首先对该型手榴弹的结构和功能进行分析,将手榴弹分解为弹体、发火机构、保险机构三个结构和功能相对独立的子系统,并用相同的方法再对各子系统进行分解,到不能分解或不必要分解为止[8]。手榴弹分解得到的结构树如图1所示。

图1 手榴弹结构树Fig.1 Structure tree of grenade

4.2 手榴弹的可靠性框图

系统的可靠性框图是描述系统的功能和组成系统的部件(分系统、元器件)之间的可靠性功能关系[9]。将手榴弹分解为具有独立功能的分系统,根据其作用原理,建立手榴弹的作用可靠性框图,从中不仅可以反映手榴弹各分系统的分级顺序,还能用以研究手榴弹可靠性与各分系统可靠性之间的关系。手榴弹的可靠性框图如图2所示,从图中可以看出,手榴弹为串联系统。

图2 手榴弹可靠性框图Fig.2 Reliability block diagram of grenade

4.3 故障模式及原因分析

故障模式是指元器件或产品故障的表现形式,一般是指能被观察到的一种故障现象。故障原因是指直接导致故障或者引起性能降低从而发展为故障的化学或物理过程、设计缺陷、工艺缺陷、零件使用不当或其他过程[10]。

在列举故障模式的过程中,应根据实际情况和经验尽可能多的列举故障模式,如果列举的故障模式较少,和实际的故障模式有较大差异,则漏掉关键的故障模式的可能性就很大[11]。

对于该型手榴弹,最常见的故障模式有:瞎火、延期时间过长、延期时间过短、爆炸不完全、引信座开裂、支耳开裂等。而相对应的故障原因应该根据手榴弹的结构特点具体问题具体分析,一种故障模式可能有多种故障原因,比如导致手榴弹瞎火的故障原因有扭簧扭矩不够、火帽感度降低、延期管失效、雷管输出威力不足等。

4.4 确定故障影响及严酷度

故障影响是指每种故障模式对系统的工作、功能或状态所引起的各种后果,包括局部影响、对高一层次影响和最终影响三个层次。严酷度是指故障模式所产生后果的严重程度,应该按照每一故障模式对系统造成的最坏的潜在影响,确定严酷度的类别,严酷度一般分为四类:灾难性故障(Ⅰ类)、致命性故障(Ⅱ类)、严重故障(Ⅲ类)和轻度故障(Ⅳ类)。通过分析,一旦某些零部件失效将对手榴弹造成严重的后果,在常规技术检测和性能测试试验中应该重点关注这些零部件。例如在该型手榴弹中,一旦塑料材料的强度下降,连接体上的支耳和保险销孔则可能断裂,在储存运输过程中容易发生自炸;如果延期雷管可靠性性下降,手榴弹在使用过程中则可能增大延期时间甚至导致瞎火。

4.5 确定故障检测方法和预防措施

故障检测方法即检测人员用以检测故障的方法。确定故障检测方法和预防措施是FMEA过程中非常关键的一环,不仅可以为故障检测的方法和内容提供依据,还可以对类似产品的设计定型具有指导意义。针对弹药产品,确定检测方法时,首先应该保证其安全性,同时应尽量使检测方法简单易行[12],尤其是在弹药储存过程中,由于仓库的条件受限,检测方法应该具有针对性和可行性,对该型手榴弹,在仓库进行技术检测时应着重检查手榴弹外观,特别是塑料材料的变化。

4.6 建立FMEA表格

按一定格式建立FMEA表格,将以上内容填入表格,表格如表1所示。

表1 手榴弹故障模式及影响分析表Tab.1 FMEA table of grenade

从上面的手榴弹故障模式及影响分析表可以看出,手榴弹所有可能发生的故障模式,结合实际储存条件和弹药元件的性质特点,手榴弹的发火件、弹体装药和弹体塑料是最有可能发生安全失效的薄弱环节,在后期的试验研究中应着重分析这些薄弱环节的质量变化规律和储存可靠性。

5 总 结

通过对该型手榴弹进行故障模式影响分析,得到手榴弹的主要故障模式、故障原因及可能对系统造成的影响,可以找到潜在的薄弱环节和重要部件,能够指导部队对手榴弹的质量监控和储存管理,有效降低故障对手榴弹的影响。当然,研究手榴弹整体质量变化规律还需要近一步开展手榴弹性能试验,通过FMEA分析,为研究其质量变化情况奠定了一定的基础,可以为下一步试验指明方向。

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成 云 男(1992-),硕士研究生,四川巴中人,主要研究方向为弹药系统设计与试验评估。

Research on Failure Mode and Analysis of Grenade

CHENG Yun, ZHAO Xiaoli, ZHONG Weijun, YANG Yanfeng

(Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

The grenade is one of the most important infantry weapons.But several accidents have happened when the troops store and use the grenade.The paper has introduced the structure and principle of the grenade.The failure mode and effect analysis(FMEA) is used to obtain all possible failure modes,the causes of failure and the effect of failure,according to the structural features of the grenade.Fault criticality,detection methods and preventive measures are determined.The reasons of security failure and possible weak links are acquired.It lays the foundation of researching quality changing law and evaluating storage reliability of the grenade.

grenade; FMEA; failure mode; cause of failure

赵晓利 男(1959-),教授,河北定州人,主要研究方向为弹药系统设计与试验评估。

TJ 416

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