朱 勇，张国新，张创民

（1.总装西安军代局，陕西 西安 710032；2.西北机电工程研究所，陕西 咸阳 712099）

冲击指标是自行火炮电气产品环境适应性的重要指标之一，而冲击试验是衡量其冲击环境适应性是否合格的手段，因此，用什么样的冲击指标去检验产品就尤为重要［1］。在某自行火炮输弹机控制系统生产中，出现了个别PLC模块受火炮射击冲击后工作不可靠问题。针对该问题，笔者通过分析某自行火炮输弹机处实测冲击量值和冲击指标选取方法，提出了冲击试验中冲击指标的确定与评定方法。

1 自行火炮冲击环境及特点

1.1 自行火炮冲击环境

冲击量值的传递特性包括位移、速度、加速度和持续时间。自行火炮就其所受的冲击源讲，主要有3个方面：

1）火炮射击时产生的冲击，这是最主要的冲击源。

2）在自行火炮各种路面情况下行驶时车内设备安装处实测的冲击振动量值。

3）火炮在战争环境下所遭受的非接触式爆炸（敌方火力造成），这种情况比较复杂，除非研制时有明确的指标，一般不做过多的考虑。

自行火炮一般质量都比较大，因此，射击行驶时产生的冲击效应主要集中于低频段。一般来讲，自行火炮和它所承载的内部设备都必须按照火炮实战使用环境导致的冲击量值来设计和安装。

1.2 自行火炮内设备所受冲击特点

基于车体内部布局，设备安装形式的位置、设备质量、冲击耦合形式，射向变化等，火炮射击时的冲击作用于车体结构和内部设备上后可以使车体及车内设备在任何方向产生位移，位移的结果使得速度和加速度作用于设备上。因此，自行火炮上的设备所受冲击是3个方向的，但以垂直地面方向和射向方向为最大。就同一射击条件下自行火炮射击时产生的冲击而言，往往具有不可重复性，或者说是离散性比较大，表1是某自行炮在同一射击条件下（同一装药号，同一射击诸元）某电气产品安装位置实测的冲击数据。

表1 某电气产品安装位置处实测冲击量值Tab.1 Practically measured impact value at the electric products installation position

可以看出，同一射击条件下，冲击的幅度并不相同，第1发大，第2发小。但从能量的观点看，每次冲击的能量基本是相当的，当冲击幅度大时，其作用时间就变短；反之，作用时间则变长。简单地把冲击波形看成是一个矩形，该矩形面积就是其能量，通过计算矩形面积，就可以对每次冲击的能量关系进行比较。

2 冲击试验指标的选取

2.1 冲击试验的目的

国军标的冲击试验目的主要是检验在3个轴向所承受振动、冲击的能力是否满足设计要求，冲击试验后，通过检测设备内部是否损坏（故障、失灵）、结构是否变形、紧固是否松动等来判定是否合格。检测设备大多是电气设备，如：冲击后接插件的接触性能，继电器触点的动作特性，显示器、指示灯灯丝抗振强度等引起的故障或失灵；由于结构设计上的不合理而引起的变形、弯曲、断裂、延伸，可能引起由于耐力而造成可靠性下降［2］。国军标GJB150―1986对试验用的冲击量值及适用产品有明确规定。如当电气设备用于地面时，可选定加速度30g，持续时间11ms的半正弦波。根据各个产品的情况不同，大多数设备等于或高于国军标要求。

2.2 冲击试验指标选取

冲击试验指标的选取依据以下条件：

自行火炮强装药射击时所测的冲击数据统计结果；国军标GJB150－1986。

其中，自行火炮射击测量值统计结果是选取的主要依据，再参考国军标的相关规定选取标准的冲击脉冲，幅度上一般是取稍大于实测值。

在选取冲击指标时，要对测量的冲击加速度波形进行分析和甄别。一般而言，对自行火炮上的电气产品而言，都有一定的强度，质量小于1kg的单体很少见，几乎没有，所以取其频率响应的上限为500Hz即可，再高频的冲击对其影响很小。而对于幅度很高，但宽度小于1.5ms的脉冲可以予以剔除。

选取时不能选取冲击曲线幅度最高处的脉冲宽度作为试验用脉冲宽度，而是剔除掉宽度小于1.5ms尖峰后，取主要冲击曲线的包络作为初步选定的冲击试验波形，以此波形为依据，再向国军标规定的波形靠拢。

图1中的第5条曲线（从上往下数）为某自行炮射击时某电气产品安装位置处实测的冲击加速度曲线。图2第5条曲线（从上往下数）为某自行炮另一发射击时在同一位置实测的冲击加速度曲线。

在图1和图2中，由于每条曲线的比例尺不同，幅度也不相同。

从图1第8曲线（从上往下数）可以得出：一次射击的主要冲击效应持续时间为5～6ms。

从图2第8曲线（从上往下数）可以得出：一次射击的冲击效应持续时间为5～7ms。

主要冲击持续效应时间都在6ms左右。

对于冲击峰值持续时间非常短（一般小于1 ms）的尖峰脉冲，因其能量很小，其对产品的影响不大，可以剔除掉。

取某电气产品安装处射击时冲击曲线的主要部分包络并平滑，应取冲击量值波形为50g／6ms，查GJB150－86中冲击标准，恰好可选用国军标60g、6ms的半正弦冲击脉冲对该产品进行试验。如果包络平滑后的值为50g／8ms，国军标中没有可就近靠拢的推荐标准，这时取国军标60g／6ms是比较合理的，因为60g／6ms脉冲单位时间内的冲击能量比50g／8ms大。一般而言，如果实测数据与国军标推荐数据相差较大时，取相对距国军标中较近的、单位能量较大的脉冲作为试验标准。

从图1、图2曲线5可以看出，实际的加速度曲线是不规则变化的，因此上实际的冲击环境是模拟不出来的，也是不可能模拟出来的。冲击试验用的都是单次规则波形，如半正弦波或后锯齿波［3］。也就是说，冲击试验并不是模拟真实的冲击环境，只是模拟真实冲击所造成的实际效应。只要二者具有相同的作用效应，或者具有等效关系即可。因此，一般地都取实际冲击加速度曲线的包络，在此基础上抽取试验用的单次脉冲参数，再用这样的脉冲重复模拟实际效应。这样，二者在能量上、持续时间上都是等效的，如图3所示。

3 对电气产品冲击指标的评价

1）所规定的量值应该与国军标所规定的相同。比如，不能出现58g／6ms、70g／8ms等，虽然从理论上讲并没有问题，但不合国军标要求，都应向国军标靠拢，统一为60g／6ms或100g／6ms。引言中的问题经分析后，采用60g／6ms标准对产品进行考核，产品在采取加固措施后，顺利通过测试，经考核后的产品在总装厂未再出现PLC模块工作不可靠问题。

2）所规定的值与自行火炮射击时的冲击情况是否一致。一是幅度应略大于实际射击时的冲击值，持续时间应大于或等于实际射击时冲击加速度的包络长度。

3）如果要加严，应该保持冲击脉冲宽度不变，提高幅度，因为电气产品对幅度更为敏感。或者保持冲击波形能量不变，缩短脉宽，提高脉冲幅度。30g／11ms和60g／6ms在能量上大致是相同的，但是对电气和机械来讲是不一致的，尤其实践中，发现很多例子。某型自行火炮输弹机系统刚开始采用30g／11ms标准，屡次在射击试验中出现问题，后来设计定型试验中采取措施，修改为60g／6ms后问题得到解决。近年来，经过大量的科研实践经验后，某所新产品均由30g／11ms修改为60g／6ms。

4 结束语

在产品研制科研阶段，由于样本量少，冲击试验暴露出的问题没有引起足够重视，诸多问题带入生产中后给产品质量造成一定影响。目前冲击试验考核在各产品型号研制中已引起足够的重视，大部分新型号产品采取更为科学的方法制定冲击考核量值。本文讨论了如何确定产品的冲击指标，以及在产品转产前如何评判工业方的冲击试验指标是否合理，为自行火炮电气产品冲击指标的确定与评定提供了参考。

（References）

［1］施建容.舰船装备的高强度冲击试验.《装备环境工程》.2006（2）.SHI Jian－rong.high intensity shock test of ship armament.《Armament environment engineering》.2006（2）.

［2］张则敏.导弹检测设备的运输试验不能取代振动冲击试验.中国电子学会可靠性分会第十届学术年会.ZHANG Ze－Min.shock test should not be replaced by transportation test of missile test equipment.the tenth academic symposium of reliability committee china electronic society.

［3］GB／T2423.5－1995.电工产品环境试验.第二部分：试验方法.GB／T2423.5－1995.Environment test of electronic product.section 2：test method.