陳永剛,程廣偉,張國(guó)平

(西北機(jī)電工程研究所,陜西咸陽(yáng) 712099)

某型藥筒底火穿孔故障分析

陳永剛,程廣偉,張國(guó)平

(西北機(jī)電工程研究所,陜西咸陽(yáng) 712099)

在某自行高炮試驗(yàn)過(guò)程中,藥筒在強(qiáng)度射擊試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象。針對(duì)該現(xiàn)象,對(duì)該型藥筒底火在射擊過(guò)程中的受力進(jìn)行了分析,給出了火帽所受剪應(yīng)力公式及影響火帽剪應(yīng)力的關(guān)鍵因素;在對(duì)比了類(lèi)似自動(dòng)機(jī)的閉鎖機(jī)構(gòu)和擊針直徑后,經(jīng)過(guò)火帽剪應(yīng)力計(jì)算,找到了底火穿孔的原因。在不改變現(xiàn)有底火火帽厚度的前提下,對(duì)閂體、擊針等進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證使底火穿孔問(wèn)題得以解決。該文解決底火穿孔的思路、方法對(duì)解決類(lèi)似問(wèn)題有啟迪作用,對(duì)自動(dòng)機(jī)擊發(fā)機(jī)構(gòu)具有一定借鑒作用。

機(jī)械設(shè)計(jì);藥筒;底火穿孔;擊針;擊針孔;火帽

某型自動(dòng)機(jī)進(jìn)行了全裝藥常溫彈、低溫彈和高溫彈等多種試驗(yàn)科目的檢驗(yàn),累計(jì)射彈數(shù)千發(fā),都未發(fā)現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,而該自動(dòng)機(jī)在進(jìn)行強(qiáng)裝藥彈射擊試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)拋出的藥筒均出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,如圖1所示。伴隨該現(xiàn)象的出現(xiàn),緊接著出現(xiàn)了擊針頭部燒蝕、擊針長(zhǎng)度減短現(xiàn)象,直接影響研制進(jìn)程,必須及時(shí)分析解決。

1 原因分析

1.1 受力分析

依據(jù)閉鎖機(jī)構(gòu)工作原理,炮閂閉鎖后,擊針撞擊火帽[1-2],使火帽發(fā)生塑性變形,擠壓點(diǎn)火藥發(fā)火,同時(shí)火帽厚度會(huì)變薄,火炮擊發(fā)過(guò)程中,閂體鏡面始終是抵著藥筒底緣后端面,擊針擊發(fā)底火后也一直抵在底火銅質(zhì)火帽上,如圖2所示,膛內(nèi)火藥氣體通過(guò)傳火孔作用于底火內(nèi)側(cè),火帽承受擠壓應(yīng)力,而在閂座帶動(dòng)擊針后坐到開(kāi)鎖前自由行程時(shí)如圖3所示,火帽先向閂體擊針孔內(nèi)凸出,發(fā)生拉伸變形,厚度變薄,擊針回收后火帽在火藥氣體作用下承受剪切應(yīng)力。實(shí)際上閂體擊針孔邊緣尖銳程度對(duì)火帽剪切應(yīng)力有一定影響,為簡(jiǎn)化分析,不考慮其影響。

如圖4所示,pq為閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力,t為火帽厚度(不考慮擊發(fā)時(shí)火帽塑性變形所引起的火帽厚度變化),D為閂體擊針孔直徑,則火帽所受剪應(yīng)力為:

從上式可以看出火帽所受剪應(yīng)力大小與閂體擊針孔直徑D、閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq成正比,與火帽厚度t成反比。

1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比分析

由于某自動(dòng)機(jī)工作原理與35KDC型自動(dòng)機(jī)原理相同,且兩型自動(dòng)機(jī)的閂體閉鎖機(jī)構(gòu)相似,彈藥型號(hào)一致,底火為制式底火,未發(fā)現(xiàn)35KDC型自動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,因此,首先將某自動(dòng)機(jī)與35KDC型自動(dòng)機(jī)對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)主要區(qū)別是閂體擊針孔直徑[3]不同,某型自動(dòng)機(jī)為 Φ 3.85 mm,而35KDC型自動(dòng)機(jī)為 Φ 2.87 mm 。

1.3 剪切應(yīng)力分析計(jì)算

為進(jìn)一步確認(rèn)故障造成的原因,考慮到35KDC自動(dòng)機(jī)的成熟性,對(duì)某自動(dòng)機(jī)和35KDC自動(dòng)機(jī)的擊針孔面積、開(kāi)閂時(shí)被擊發(fā)火帽承受壓力、擊針孔周長(zhǎng)、火帽剪切應(yīng)力等進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

該自動(dòng)機(jī)與35KDC自動(dòng)機(jī)閉鎖機(jī)構(gòu)、內(nèi)彈道和開(kāi)鎖時(shí)機(jī)基本一致,因此假定某型自動(dòng)機(jī)閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq1與35KDC自動(dòng)機(jī)閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力pq2相同,則某型自動(dòng)機(jī)與35KDC自動(dòng)機(jī)開(kāi)鎖時(shí)火帽剪切應(yīng)力之比為:

表1 該自動(dòng)機(jī)與35KDC型自動(dòng)機(jī)擊針相關(guān)參數(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of firing pin relative parameters in the automatic cannon and type 35KDCautomatic cannon

從上表對(duì)比計(jì)算表明:該自動(dòng)機(jī)在同樣條件下底火剪切應(yīng)力比35KDC自動(dòng)機(jī)增加33%,因此,上述兩型自動(dòng)機(jī)擊針結(jié)構(gòu)尺寸的不同,是造成藥筒底火穿孔的原因,藥筒底火穿孔后高溫、高壓火藥燃?xì)鉀_刷、燒蝕擊針,導(dǎo)致?lián)翎橀L(zhǎng)度減短。

經(jīng)過(guò)對(duì)某自動(dòng)機(jī)強(qiáng)裝藥彈內(nèi)彈道分析計(jì)算,在彈丸運(yùn)動(dòng)3.65 ms后閂座帶動(dòng)擊針后坐,對(duì)應(yīng)該時(shí)刻膛底壓力pt=95.85 MPa,假定火帽內(nèi)側(cè)火藥氣體壓力等于膛底壓力,即pq1=pt=95.85 MPa,已知火帽厚度 t=0.8 mm,材質(zhì)為 H62黃銅[4],σb=294 MPa取[5-6][τ]=σb=98 MPa,則由式(3)得:

τ＞[τ],某自動(dòng)機(jī)閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽的剪切應(yīng)力超過(guò)材料許用應(yīng)力,火帽有可能被火藥氣體壓力擊穿。

由式(4)得:

τ＜[τ],35KDC自動(dòng)機(jī)閂座帶動(dòng)擊針后坐時(shí)火帽的剪切應(yīng)力小于材料許用應(yīng)力,火帽不被火藥氣體擊穿。

2 采取的措施和試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 制定的措施

根據(jù)上述故障原因分析,制定了減小擊針孔直徑措施并進(jìn)行了射擊試驗(yàn)驗(yàn)證。具體情況如下:

參照 35KDC自動(dòng)機(jī),將閂體擊針孔直徑由Φ 3.85 mm改為 Φ 2.87 mm,同時(shí)擊針頭直徑也相應(yīng)由 Φ 3.4 mm改為 Φ 2.6 mm,同時(shí)閂體擊針孔邊緣倒R0.2 mm圓角。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

經(jīng)射擊12個(gè)單發(fā),2組5連發(fā),共計(jì)22發(fā)強(qiáng)裝藥彈未出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,初步驗(yàn)證結(jié)果表明底火穿孔問(wèn)題的原因定位準(zhǔn)確,措施有效。后經(jīng)強(qiáng)裝藥炮彈800余發(fā)強(qiáng)度試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)考核,再未出現(xiàn)底火穿孔現(xiàn)象,底火穿孔問(wèn)題得到徹底解決。

3 結(jié) 論

某型自動(dòng)機(jī)在強(qiáng)裝藥彈強(qiáng)度射擊試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了藥筒底火擊穿現(xiàn)象,引起擊針頭部燒蝕,擊針壽命降低。通過(guò)與某(同類(lèi))型號(hào)自動(dòng)機(jī)擊針結(jié)構(gòu)的類(lèi)比分析、底火受力和剪切應(yīng)力計(jì)算,采取了減小擊針孔直徑等項(xiàng)措施,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證表明,再未出現(xiàn)底火擊穿現(xiàn)象,改進(jìn)措施有效。該文解決底火穿孔問(wèn)題的思路和方法對(duì)解決類(lèi)似問(wèn)題有啟迪作用,對(duì)自動(dòng)機(jī)擊發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定借鑒作用。

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ZHANG Ying-hui,LIU Hui-hang,WANG De-cheng.Spring handbook[M].Beijing:China Machine Press,2002:210.(in Chinese)

Analysis on Perforated Primer Failure in A Type of Cartridge

CHEN Yong-gang,CHENG Guang-wei,ZHANG Guo-ping

(Northwest Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Xianyang 712099,Shaanxi,China)

In the experiment process of a type of SPAAG,the cartridge primer was perforated during the course of intensive ammunition firing.Aimed at this phenomenon,the force diagram of cartridge primer in the firing process was analyzed,the formula of shear stress of fire cap suffered from the firing was given,and the key factors influencing on the shear stress were also analyzed.In contrast with a similar locking mechanism and firing pin,the different shear stresses of fire cap were calculated,and the cause of the primer perforation was found with the aid of the calculation results.Under the premise of without changing the thickness of the existing primer cap,the firing pin and the breechblock body were modified and designed.By use of test and verification study,the problem of primer perforation was solved.The solution of perforated primer can provide revealing effect for solving similar problems and give some references for the firing mechanism design of automatic cannon.

mechanical design;cartridge;primer perforation;firing pin;firing pin hole;primer cap

TJ35

A

1673-6524(2010)04-0103-03

2010-03-08;

2010-05-07

陳永剛(1976-),男,高級(jí)工程師,主要從事自動(dòng)機(jī)總體技術(shù)研究。E-mail:chenyonggang1976@126.com