宋慶慶 袁 紅

（中國兵器裝備集團兵器裝備研究所，北京 102202）

防彈衣和防彈頭盔是用于吸收和耗散彈頭能量，阻止穿透、減輕鈍傷并有效保護人體免受彈頭和破片傷害的重要防護裝備[1]。防彈衣是防護人體軀干部位的裝備，包括防彈衣外套、軀干防彈層部件和防彈衣附件[2-3]。防彈頭盔是保護人體頭部的裝備，由盔殼（含包邊）和懸掛緩沖系統(tǒng)（含帽箍、緩沖器、下頜帶以及連接件等）組成[4-5]。防彈衣和防彈頭盔的防彈性能依據(jù)彈道極限V50測試方法，按照不同防護等級規(guī)定的槍彈類型和槍彈速度進行試驗。在有效擊中情況下，防彈衣和防彈頭盔應(yīng)具有阻斷彈頭的能力。

防彈性能測試試驗裝置是防彈性能測試中的主要裝置，用來放置和固定試樣、背襯材料、驗證板等結(jié)構(gòu)框架。長期以來，防彈性能檢測機構(gòu)使用的防彈性能測試試驗裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，主要由防彈頭盔/防彈衣固定裝置和支撐底座組成，通過人力并配合相應(yīng)的手動測量器具，實現(xiàn)前后、左右、上下、俯仰和水平旋轉(zhuǎn)的調(diào)整。在早期測試批量小、測試精度要求不高的情況下，原有的試驗裝置應(yīng)用效果較好。隨著全球安全與防護行業(yè)的繁榮與發(fā)展，社會公共安全日益成為世界各國關(guān)注的焦點。公共安全防護裝備采購逐步增加，防彈性能檢測工作批量逐年遞增，原有的試驗裝置存在的缺點逐漸暴露。例如，純手動調(diào)節(jié)不僅費時費力，嚴(yán)重影響測試效率，而且調(diào)節(jié)精度較低，導(dǎo)致測試結(jié)果精度不高。因此，設(shè)計一款自動化程度較高、調(diào)節(jié)控制精度高的防彈測試試驗裝置十分必要。

1 功能需求

《軍用防彈衣安全技術(shù)性能要求》（GJB 4300A—2012）和《警用防彈衣》（GA 141—2010）標(biāo)準(zhǔn)要求：將防彈衣試樣緊貼背襯材料，并用50 mm寬縛帶緊固在軀干模上，固定位置要留出射擊區(qū)域；斜射時，水平轉(zhuǎn)動防彈衣及背襯材料，調(diào)整軀干模位置，固定支撐應(yīng)具有位移可調(diào)性[2-3]。

《軍用防彈頭盔安全技術(shù)性能要求》（GJB 5115A—2012）和《警用防彈頭盔及面罩》（GA 293—2012）標(biāo)準(zhǔn)要求：測試時，將防彈頭盔樣品固定在測試架上，測試過程中不得移動測試槍管位置，只可調(diào)整防彈頭盔的角度或位置，入射角保持0°。這就要求頭盔能夠穩(wěn)定固定在測試架上，使防彈頭盔的中失面與冠平面的法線垂直于子彈飛行線，并確保其能承受彈頭撞擊產(chǎn)生的振動而不發(fā)生跌落。測試架應(yīng)能承載受試頭盔的橫向或縱向移動，以及繞鉛垂軸或水平軸旋轉(zhuǎn)，以使彈著點可以位于受試樣品的任何位置并獲得各種入射角。測試架上可以分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置[4-5]。

依據(jù)國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和警用標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合防彈衣和防彈頭盔防彈性能測試過程中的遠(yuǎn)程自動化控制需求，防彈性能測試試驗裝置應(yīng)具有遠(yuǎn)程控制靶架上下、左右移動功能，以及前后、水平旋轉(zhuǎn)和垂直俯仰的功能。裝置具有一定的剛度，能承受彈頭撞擊時產(chǎn)生的振動[6]。此外，它可以分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置，具備安裝防彈衣和防彈頭盔進行防彈性能測試的要求。

2 結(jié)構(gòu)組成

設(shè)計的防彈性能測試試驗裝置的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，主要由機械本體、頭盔/防彈衣裝夾裝置、驅(qū)動電機、配電控制柜、遙控裝置和手動調(diào)節(jié)裝置6部分組成。

圖1 測試試驗裝置系統(tǒng)組成框圖

機械本體主要為裝置提供足夠的剛性支撐，為被試件夾具提供支撐，為上下、左右和前后調(diào)整提供機械傳動。頭盔和防彈衣裝夾裝置主要用于頭盔和防彈衣的安裝和固定，以及水平旋轉(zhuǎn)和俯仰。驅(qū)動電機主要用于驅(qū)動絲杠傳動機構(gòu)運動，調(diào)節(jié)上下和左右位置。配電控制柜主要為傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)提供動力，并將遠(yuǎn)程控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C驅(qū)動信號。遙控裝置主要是將人工手動控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魉椭僚潆娍刂乒?。手動調(diào)節(jié)裝置主要是便于人員在特殊情況下手動調(diào)節(jié)。

3 各部分功能設(shè)計與實現(xiàn)

機械本體采用結(jié)構(gòu)鋼，主要由機械框架、固定底座、上下滾珠絲杠、左右滾珠絲杠、滑軌、滑動輪、固定地腳和限位裝置等組成，如圖2和圖3所示。固定底座和機械框架組成支撐本體，用于傳動機構(gòu)、夾具等部件的安裝，為系統(tǒng)提供足夠的剛性。上下絲杠、左右絲杠、滑軌和限位裝置組成傳動機構(gòu)，帶動機械框架左右移動，實現(xiàn)頭盔和防彈衣裝夾裝置的上下移動?；瑒虞喓凸潭ǖ啬_主要用于前后移動和固定機械本體，待固定后再進行整個裝置的調(diào)平。

圖2 防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置

圖3 防彈衣防彈性能測試試驗裝置

頭盔和防彈衣裝夾裝置由頭盔固定裝置、防彈衣固定裝置和旋轉(zhuǎn)刻度刻度盤組成，如圖4、圖5、圖6所示。其中，頭盔固定裝置可分別安裝驗證板和測試頭盔瞬間變形裝置。旋轉(zhuǎn)刻度盤上有180°刻度，精度為1°。頭盔固定裝置和防彈衣固定裝置分別安裝在旋轉(zhuǎn)刻度盤上。操作人員可通過旋轉(zhuǎn)刻度盤指示固定裝置旋轉(zhuǎn)至規(guī)定角度，旋轉(zhuǎn)刻度盤可前后翻轉(zhuǎn)90°。

圖4 頭盔固定裝置

圖5 防彈衣固定裝置

圖6 旋轉(zhuǎn)刻度盤

驅(qū)動電機主要由兩個伺服電機組成，一個負(fù)責(zé)驅(qū)動上下傳動絲杠運動，另一個負(fù)責(zé)左右傳動絲杠運動[7]。

配電控制柜一方面為伺服電機和控制盒提供動力，另一方面將位置控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C驅(qū)動信號。配電控制柜主要由變頻控制器、電源模塊、行程開關(guān)以及無線接收模塊等組成。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，測試裝置控制系統(tǒng)框圖如圖7所示。

圖7 測試裝置控制系統(tǒng)框圖

遙控裝置主要由電源模塊、行程開關(guān)以及無線發(fā)射模塊等組成。

手動調(diào)節(jié)裝置主要由上下、左右、前后、水平旋轉(zhuǎn)及俯仰等調(diào)節(jié)裝置組成。其中，上下和左右采用搖柄與傳動絲杠鏈接，水平旋轉(zhuǎn)和俯仰調(diào)節(jié)由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和鎖緊固定裝置組成，前后位置的調(diào)節(jié)和固定利用滑動輪和固定地腳組合實現(xiàn)，最后利用固定地腳對整個裝置進行調(diào)平。

防彈衣和防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置實物分別如圖8和圖9所示。

圖8 防彈衣防彈性能測試試驗裝置實物

圖9 防彈頭盔防彈性能測試試驗裝置實物

4 結(jié)語

實踐表明，該遠(yuǎn)程控制的半自動化防彈性能測試試驗裝置可通過遠(yuǎn)程遙控或現(xiàn)場手動控制裝置進行升降和左右移動，提高了工作效率和精準(zhǔn)性，減少了由人工調(diào)整試驗靶架帶來的耗時長、定位不精準(zhǔn)等問題，節(jié)省操作時間，減少了人力投入，還能避免現(xiàn)場操作存在的人員安全隱患。裝置新增斷電狀態(tài)下可手動操作的模式，從槍擊防彈衣和防彈頭盔的彈著點的入射角方面改善了固定刻度盤的設(shè)置，確保彈頭的飛行線與被試品的法線夾角始終為0°，試驗條件完全符合試驗標(biāo)準(zhǔn)要求，具有無須測量即可直接精確旋轉(zhuǎn)至試驗要求角度的效果。此外，防彈衣和防彈頭盔可以實現(xiàn)獨立旋轉(zhuǎn)，且驗證板裝夾框的高度可靈活調(diào)節(jié)。