[摘 要]本文首先对液浮陀螺充油现状进行调查，然后对充油参数进行梳理。通过对充油效率低的原因进行详细分析，找出主要症结为工作油挥发进入真空泵中，影响了真空泵的抽真空效率。针对症结对设备的充油方式进行修改，将工作油在充油前不作抽真空处理。在保证产品质量的同时提高了液浮陀螺的充油效率，解决了液浮陀螺产出瓶颈问题。
[关键词]液浮陀螺、工作油、抽真空
1 引言
液浮陀螺从上世纪20年代初发展至今，经过一代又一代的改进提高，因其抗环境能力强、精度高、体积及质量小、成本低等优势，广泛应用于战术导弹及战略导弹，坦克、火炮、战车及广大民用领域。随着公司液浮陀螺市场的不断拓展，其产能问题逐渐突显，通过分析影响产能的短板发现，充油成为主要瓶颈之一。
2 液浮陀螺充油参数
液浮陀螺充油真空度的大小，保持高真空时间的长短，真空室和仪表加热温度，滴油速度等均对产品精度与稳定性产生较大影响，必须要选择合理的充油参数，才能保证产品质量。
2.1 真空度要求
根据仪表的精度分析计算，计算仪表应达到的真空度，陀螺由它的角动量和漂移率决定，陀螺精度大于1时，国内外均控制在0.13Pa。由于公司充油台真空度达不到要求，逐步将真空度放到了不大于3Pa，通过多年验证，此真空度能够满足公司陀螺精度要求。
2.2 真空保压要求
液浮陀螺的壳体和浮子之间的气隙很小，而且常有纹缝和死角，将遗留在仪表中的气体量减到最小程度，需要较长抽真空时间。在国际上，真空度达到0.2Pa以内时，保持时间控制在（10～40）h，考虑到公司产品的精度与生产效率，并在结构设计上尽量减少缝隙与盲孔，在气路与油路上也作了一定的优化设计，最终真空保持时间要求不小于15h。
2.3 充油速率要求
由于液浮陀螺结构复杂，间隙小，充油速度过快，陀螺内部容易造成空腔，充油不满，影响陀螺性能。国际上将充油时间控制在(1～2)h之间。考虑到充油量的多少，保持油液层流式注入，将充油速率定为10滴/min。
2.4 充油温度要求
为增加陀螺内部空气分子的流动性，使得陀螺内部空气分子能快速抽尽，将陀螺加热到最高工作温度上进行抽气与充油。
3 液浮陀螺充油效率低的原因分析
3.1 液浮陀螺充油效率现状与抽真空时间统计
十余年来液浮陀螺充油时间较有规律，按滚动生产液浮陀螺，1周能充油96只，平均9.2只/天。如果抽真空效果不好，1周只能充油24只，平均4.8 只/天。
从液浮陀螺充油流程与实际操作经验得出，准备、真空促压、陀螺卡口、充油、焊封时间固定，没有提升空间。
3.2 工作油性质分析
在液浮陀螺充油时，同时在充油台中放入两个烧杯，杯中分别盛有15ml的405-4-1与405-3A-1工作油，并对运动粘度与质量进行测试，然后一起抽真空24h后、真空度为5.1Pa时试验终止，并对两杯工作油的质量进行测试。从试验结果可以看出，405-4-1工作油抽真空后部分低分子成份挥发，最终质量损失了20%以上，运动粘度提高了25%左右。405-3A-1工作油抽真空后质量稍有增加，运动粘度稍有降低。但2种工作油的陀螺在一个工作位进行充油，抽油过程中405-4-1工作油会挥发掉20%以上进入充油系统，无法彻底清洗干净，运动粘度降低。
3.3 液浮陀螺充油效率低故障定位
从工作油参数来看，405-4-1工作油的运动粘度比405-3A-1工作油运动粘度小得多，用运动粘度低的工作油陀螺充油时抽真空慢，说明抽真空速率与工作油运动粘度存在密切的关系。于是对工作油进行抽真空性能测试，运动粘度低的工作油在抽真空后存在大量物质损失，而运动粘度大的工作油抽真空后物质几乎没有损耗。
4 提高液浮陀螺充油效率的改进方案
4.1 方案选择
根据用405-4-1工作油抽真空效率低的原因，我们讨论了3个方案来提高抽真空效率。最终选择了方案三为最优方案进行了实施。
方案一：提高真空泵功率，通过更换更大功率的真空泵；
方案二：提高工作油的运动粘度，对工作油预抽真空；
方案三：工作油不抽真空，工作油放在真空罩外面，不对其抽真空，充油时打开阀门，靠大气压力将油注入陀螺。
4.2 方案实施
分析得出最优方案是将待充工作油从真空罩中放到真空罩外面，避免对陀螺抽真空时工作油也抽真空，进行充油方式更改。
根据综合考虑，充油系统由公司提出要求，签定技术协议，并委托专业厂家设计生产。并对单次每工位充油数量从6只增加到12只。
4.3 充油台调试
4.3.1 加热速率与降温速率调试
通过原因查找发现，装夹陀螺的胎具热溶积太大，散热慢，于是将胎具多余部位材料去除，尽量降低胎具的热溶积，并增大胎具的散热面积。充过改进后降温时间能控制在2h以内，正好利用中午休息的2h进行降温，不会影响工作效率。
4.3.2 充油速率调试
通过阀门对充油速率进行调试，其充油速率可从（1～n）滴/min之间任意调整，满足要求。
4.3.3 充油时真空度调试
在充油时由于油中气泡的进入，真空度有一定的增大。通过记录充油时的最高真空度，A工位最大为4.72Pa，B工位最大为5.9Pa，满足不大于10Pa的要求。
5 效果验证
5.1 充油效率验证
对2个工位24只充油，滚动起来一周能完成4次充油，其充油效率从以前9.6只/天提高到19.2只/天，解决了液浮陀螺充油瓶颈问题。一年按250个工作日计算，可对4800只陀螺充油。如果按人息机不息计算，一年可对7008只陀螺充油。另外，以前是2台充油设备，现在只用了1台充油设备，相同条件下计算，效率还可以翻倍。
5.2 充油质量验证
充油方案改进后，可能对产品质量带来的影响主要有三个方面。一是工作油未进行长时间抽真空，气泡排除不干净造成陀螺漂移、六位置超差；二是油路较长，不好清洗，控制不当可能产生多余物，影响产品的灵活性；三是由于工作油挥发量的不同，工作油的性质稍有不同，对产品参数带来变化。
通过对近2000只充油陀螺的筛选、常规测试、例行试验，没有故障陀螺反应出以上三种现象，陀螺参数与改进前陀螺分布接近，没有明显偏移。说明改进后充油质量是可控的。
6 结论
1）通过对现状调查、工作油性能比较、工作油抽真空前后性能对比分析与机理分析得出，工作油在高真空下大量物质挥发进入真空泵，影响了真空泵的工作效率，造成抽真空时间长，充油效率低。避免抽真空时工作油挥发是解决充油效率低的有效途径之一。
2）将充油原理改进后，成功避免了油分子挥发降低了真空泵的工作效率，陀螺充油效率从9.6只/天提高到19.2只/天。且大量产品经过了各种试验，性能稳定，在提高效率的同时保证了产品质量，较好解决了液浮陀螺产能瓶颈问题。
