蘇執(zhí)陽，姚 忠，汪永忠，康總寬

(1.海軍裝備部 軍械裝備局，北京 100841；2.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

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某艦炮獨立抽筒機構(gòu)與炮閂運動匹配性分析

蘇執(zhí)陽1，姚 忠2，汪永忠2，康總寬2

(1.海軍裝備部 軍械裝備局，北京 100841；2.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

根據(jù)某艦炮故障排除和結(jié)構(gòu)改進要求，針對獨立抽筒機構(gòu)與炮閂運動匹配性問題，建立了計算模型；得出了復(fù)進抽筒過程中抽筒子轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速隨炮身復(fù)進位移和復(fù)進時間的變化曲線，以及復(fù)進開閂過程中炮閂位移與速度隨炮身復(fù)進位移和復(fù)進時間的變化曲線；分析了抽筒子與炮閂在掛閂過程中相對位置和相對時間的匹配性，從空間位置和時序角度來說，能實現(xiàn)可靠掛閂。分析結(jié)果能夠為艦炮維修保障、結(jié)構(gòu)改進提供技術(shù)支撐。

抽筒機構(gòu)；炮閂；運動匹配性；開閂；掛閂

大口徑火炮的炮閂與抽筒機構(gòu)，在射擊過程中完成閉鎖、擊發(fā)、開閂、抽筒、關(guān)閂等動作循環(huán)[1-2]，是火炮發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分。某大口徑艦炮為了滿足鋼質(zhì)藥筒抽筒力大、抽筒速度高的要求，復(fù)進過程中開閂機構(gòu)與抽筒機構(gòu)在炮身的帶動下各自獨立動作，抽筒機構(gòu)完全獨立于開閂機構(gòu)，可視為兩自由度運動系統(tǒng)。抽筒子和炮閂的運動匹配，是實現(xiàn)可靠開閂、抽筒，避免提前關(guān)閂，保證艦炮自動化、高速射擊的必要條件。

筆者結(jié)合某大口徑艦炮提前關(guān)閂故障排除，以其抽筒子和炮閂為研究對象，對復(fù)進過程中二者的運動匹配性進行了分析，驗證了結(jié)構(gòu)改進的合理性，可為新型艦炮研發(fā)提供技術(shù)借鑒。

1 掛閂過程

引入掛閂的概念，描述抽筒子對炮閂運動的阻止作用，并使其保持在開閂狀態(tài)。某艦炮開閂機構(gòu)和抽筒機構(gòu)安裝在炮身上，對應(yīng)的抽筒模板和開閂模板安裝在搖架上，炮身復(fù)進過程中，開閂到掛閂的實現(xiàn)步驟如下：

1)炮身復(fù)進過程中，炮閂首先在開閂機構(gòu)的帶動下向下運動。

2)炮身復(fù)進到一定位置時，左、右抽筒杠桿分別撞擊左、右抽筒模板，驅(qū)動左、右抽筒子轉(zhuǎn)動，向后抽出藥筒。

3)在抽筒模板型面和彈簧的作用下，左、右抽筒子緊貼炮尾限位面，穩(wěn)定在該位置。

4)隨著炮身繼續(xù)復(fù)進，炮閂在關(guān)閂彈簧力的作用下開始上升。

5)炮閂在上升過程中撞擊左、右抽筒子的掛鉤，掛鉤卡住炮閂上的左、右掛塊，阻止其繼續(xù)運動，實現(xiàn)掛閂，為彈藥裝填讓開通道。

抽筒子與炮閂的相對運動如圖1所示。

2 提前關(guān)閂故障及對策

某艦炮在射擊過程中出現(xiàn)提前關(guān)閂故障[3]，對故障進行分析后，排除了炮身復(fù)進過程中開閂不到位、炮閂運動與抽筒子轉(zhuǎn)動時序不協(xié)調(diào)、炮身復(fù)進到位撞擊引發(fā)故障的可能性。導(dǎo)致提前關(guān)閂故障產(chǎn)生的原因確定為抽筒子掛鉤與炮閂掛塊作用不可靠。抽筒終了時，抽筒子撞擊炮尾限位面，以及掛閂時炮閂撞擊抽筒子，都會使抽筒子產(chǎn)生反彈，抽筒子偏角增大到一定程度時，抽筒子掛鉤與炮閂掛塊分離，導(dǎo)致提前關(guān)閂。

原結(jié)構(gòu)僅靠抽筒杠桿和壓栓彈簧力產(chǎn)生阻止抽筒子反彈的穩(wěn)定力矩。隨著艦炮射擊次數(shù)增加，壓栓彈簧出現(xiàn)一定程度疲勞變形，導(dǎo)致壓栓彈簧力減小，最終引發(fā)提前關(guān)閂故障。考慮到開閂機構(gòu)與抽筒機構(gòu)為兩自由度運動系統(tǒng)，提出采用強制掛閂措施解決提前關(guān)閂故障。該措施適當加長了抽筒模板接觸面長度，在炮閂撞擊抽筒子之前，依靠抽筒模板型面強制將抽筒子約束在掛閂位置，從而消除了壓栓彈簧力減小引發(fā)的抽筒子反彈過大。

加長抽筒模板接觸面長度，改變了原有的炮閂與抽筒子運動狀態(tài)，需要通過計算掛閂過程中抽筒子與炮閂的相對運動關(guān)系，驗證獨立抽筒機構(gòu)與炮閂的運動匹配性。

3 計算模型建立

3.1 基本假設(shè)

為保證掛閂可靠性，抽筒子與炮閂的運動有明確的順序，鑒于艦炮射擊過程中，受到撞擊反彈、射擊振動等隨機因素[4]的影響，實際工況較為復(fù)雜[5]，提出如下基本假設(shè)：

1)搖架固定不動，即搖架不隨炮身運動而振動。

2)抽筒子在掛閂過程中視為剛體，不考慮抽筒子與炮尾限位面撞擊時的彈性變形。

3)考慮掛閂過程，只分析炮身從最大后坐位移處復(fù)進開始到復(fù)進終了的過程。

4)艦炮在常溫工況射擊。

3.2 計算模型

掛閂的實現(xiàn)源于抽筒子阻擋炮閂的向上運動、并使之固定在特定位置，因此，掛閂動作匹配性本質(zhì)上是炮閂和抽筒子運動到位時，各自位置的時空相互關(guān)系。抽筒子的動力來源于抽筒杠桿與抽筒模板的相對運動；炮閂的動力來源于開閂曲臂與開閂模板的相對運動。獨立抽筒機構(gòu)與炮閂運動匹配性分析，涉及到開閂、抽筒和掛閂3個過程的相互耦合，進行聯(lián)合求解后可得到掛閂過程中抽筒子和炮閂的相對時序和相對空間位置關(guān)系。

根據(jù)經(jīng)典動力學(xué)理論,建立的炮身復(fù)進運動微分方程為

(1)

式中：t為復(fù)進時間；v為復(fù)進速度；x為炮身位移；Rf為復(fù)進合力；mf為炮身復(fù)進廣義質(zhì)量。

炮閂開閂過程的廣義運動微分方程為

(2)

式中：xs為炮閂開閂位移；vs為炮閂開閂速度；Fsz為開閂合力；msz為炮閂廣義質(zhì)量。

抽筒過程廣義運動微分方程為

(3)

式中：φ為抽筒杠桿轉(zhuǎn)角； ω為抽筒杠桿轉(zhuǎn)速；Fc為作用于抽筒杠桿的廣義力；mcz為抽筒杠桿的廣義質(zhì)量。

掛閂過程廣義運動微分方程為

(4)

式中：xs1為炮閂向上運動位移；vs1為炮閂向上運動速度；Fsz1為開閂合力。

4 運動匹配性分析

在掛閂過程中，直接完成掛閂動作為抽筒子和炮閂。為了獲取掛閂過程中抽筒子與炮閂運動的時空關(guān)系，采用四階龍格庫塔法對式(1)～(4)進行耦合求解。開閂與抽筒過程由炮身復(fù)進提供動力，在求解炮身復(fù)進位移與復(fù)進時間的基礎(chǔ)上進行開閂、抽筒與掛閂的計算。式(1)解得復(fù)進過程中炮身位移與速度曲線，如圖2和圖3所示。對建立的計算模型進行求解后，分別以炮身復(fù)進位移和炮身復(fù)進時間為橫軸，可獲得炮閂位移、抽筒子轉(zhuǎn)角之間的相對關(guān)系，以及炮閂速度、抽筒子轉(zhuǎn)速之間的相對關(guān)系。圖4為以炮身復(fù)進位移為橫軸，炮閂位移、抽筒子轉(zhuǎn)角之間的相對關(guān)系；圖5為以炮身復(fù)進位移為橫軸，炮閂速度、抽筒子轉(zhuǎn)速之間的相對關(guān)系；圖6為以炮身復(fù)進時間為橫軸，炮閂位移、抽筒子轉(zhuǎn)角之間的相對關(guān)系；圖7為以炮身復(fù)進時間為橫軸，炮閂速度、抽筒子轉(zhuǎn)速之間的相對關(guān)系。

由計算得到的曲線圖可以看出，抽筒子撞擊炮尾限位面時速度降為0，此時炮閂處于開閂狀態(tài)，尚未向掛閂位置運動，以Δx表示抽筒子到達炮尾限位面時，炮閂距掛閂位置的距離，則Δx=20.7 mm。圖4和圖5的0點為炮身復(fù)進到位后的位置，因此，復(fù)進過程在圖中橫坐標上從右向左表示。抽筒子撞擊炮尾限位面時，炮閂運動在時序上滯后于抽筒子，以Δt表示抽筒子到炮尾限位面比炮閂到達掛閂位置提前的時間，則Δt=0.055 9 s，如圖6、7所示。

計算結(jié)果表明，掛閂過程中，抽筒子與炮閂的相對運動距離和時間滿足掛閂可靠性要求。從曲線中可以看出，炮閂開閂到位后向上運動，撞擊抽筒子后速度減為0，實現(xiàn)掛閂；加長抽筒模板接觸面使得抽筒子與炮閂在相互接觸后被強制保持在固定位置，直至復(fù)進結(jié)束。對采取的技術(shù)措施進行試驗驗證后，證明抽筒子能夠可靠掛住炮閂，沒有再發(fā)生提前關(guān)閂故障。

5 結(jié)束語

對某艦炮獨立抽筒機構(gòu)和炮閂在掛閂過程中的運動匹配性進行了分析，建立了掛閂過程計算模型；計算了掛閂過程中抽筒子和炮閂運動到位的相

對時間和相對位置，結(jié)果表明，抽筒模板結(jié)構(gòu)改進后，抽筒子和炮閂的運動匹配性良好，能實現(xiàn)可靠掛閂，可有效解決提前關(guān)閂故障。掛閂過程中抽筒子和炮閂運動匹配性的計算，可為后續(xù)艦炮維修保障、相關(guān)改進和研發(fā)提供技術(shù)借鑒。

References)

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Analysis on the Motion Matching of Naval Gun Independent Extractor Mechanism and Breech Mechanism

SU Zhiyang1, YAO Zhong2, WANG Yongzhong2, KANG Zongkuan2

(1.Ordnance Equipment Bureau，Naval Equipment Department, Beijing 100841,China；2.Northwest Institute of Mechanical & Electrical Engineering, Xianyang 712099, Shaanxi, China)

According to the requirement of improving trouble shooting and structure, and aimed at the motion matching of naval gun independent extractor mechanism and breech mechanism, the calculation model of extractor and breech mechanism was established. The changing graph of complex displacement and complex time of extractor diversion and rotation rate was obtained together with that of the breechblock displacement and velocity following the body of the gun. An analysis was made of the matching of the relative position and relative time about independent extractor mechanism and breech mechanism in breechlock catching. The analysis results showed it was reliable and effective for breechlock catching from the perspective of spatial locations and time order. The analytical results are significant for the maintenance and technological improvement of the naval gun.

extractor mechanism; breech mechanism; motion matching; breechlock opening; breechlock catching

10.19323/j.issn.1673-6524.2016.04.016

2016-07-15

蘇執(zhí)陽(1973—)，男，工程師，主要從事艦炮裝備管理與武器系統(tǒng)技術(shù)研究。E-mail：lglily1978@163.com

TJ762

A

1673-6524(2016)04-0073-04